專利名稱：球磨機給礦量智能控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于球磨機給礦量控制技術領域，具體地說涉及一種球磨機給礦量智能控制裝置。
背景技術：
球磨機給礦量一直是球磨機磨礦效果的最大影響因素?，F(xiàn)有的球磨機給礦量控制方式是利用人的經(jīng)驗來控制球磨機皮帶給礦量。這樣做局限性大，不容易準確把握給礦量， 每個人的經(jīng)驗不同，磨礦的粒度不易控制，不能最大限度的發(fā)揮球磨機的作業(yè)效率?，F(xiàn)有的奧托昆普ACT磨礦自動控制系統(tǒng)需要一臺獨立的服務器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集分析，投資較大；采用VC開發(fā)軟件獨立開發(fā)的一套純軟件控制程序，與現(xiàn)場PLC系統(tǒng)通訊是通過OPC方式進行的，全系統(tǒng)只能由熟悉編制程序的計算機技術人員來調(diào)試修改。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種球磨機給礦量智能控制裝置，從球磨機電動機功率入手，通過計算給球量，旋流器壓力等多方面因素，組成一個新型的給礦控制裝置。解決了因給礦皮帶轉(zhuǎn)速控制不一致造成的出礦粒度不同的問題，最大限度的提高球磨機的效率，增
加產(chǎn)量。本發(fā)明的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于由設有PID控制器和模糊控制器的PLC，分別與此PLC的輸入接口相連接的輸入?yún)?shù)傳感器，“手動”/ “自動”轉(zhuǎn)換開關， 給礦量設定裝置所組成，所述的PLC的輸出接口與球磨機給礦圓盤變頻器相連接，所述的模糊控制器為給礦模糊控制器，所述的輸入?yún)?shù)傳感器包括設在球磨機上的球磨機電耳、 球磨機功率傳感器，設在旋流器上的旋流器壓力傳感器、旋流器粒度傳感器和設在皮帶機上的皮帶電子秤，所述的輸入?yún)?shù)接口與所述的模糊控制器相連接。所述的給礦量模糊控制器為四維輸入、單輸出的模糊控制器，此四維輸入的四個輸入變量是球磨機電耳、球磨機負荷、旋流器壓力和一次旋流器溢流粒度值，此單輸出的輸出控制量是球磨機給礦量。所述的給礦模糊控制器的四個輸入變量量化到基本論域上，球磨機電耳取其語言變量為MJDE，球磨機負荷取其語言變量為MJFE、旋流器壓力取其語言變量為XLQYL、一次旋流器溢流粒度值取其語言變量為YLLD，輸出電流最小為4mA、最大為20mA，得出輸出電流的基本論域為[4mA，20mA]，將基本論域通過量化因子量化到[-3，3]區(qū)間之上，即偏差的大小分為7檔，則論域為{-3、-2、-1、0、+1、+2、+3}，取該論域上的模糊子集為Ai (i=l, 2,3, 4，5，6，7 )，則相應的語言值為{負大、負中、負小、零、正小、正中、正大}，分別對應{ NB、匪、 NS、0、PS、卩] 、卩8}，量化因子1(6=[3- (-3) ]/[20-4]=0. 375。所述的模糊控制器的輸出控制量確定其語言變量為MJGK，因為球磨機的給礦量在 40t/h至70t/h之間調(diào)節(jié)，故實際的變化范圍是[45t/h，70t/h]，將控制量的論域也定為[-3，3]，即控制量的大小亦分為7檔，分別是{-3、-2、_1、0、+1、+2、+3}，取該論域上的模糊子集為Cj (j=l、2、3、4、5、6、7)，相應的語言值為{負大、負中、負小、零、正小、正中、正大}， 分別對應{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}，輸出比例因子=[70-45]/ [3- (-3) ] =4.17。所述的球磨機電耳、球磨機負荷、旋流器壓力、一次旋流器溢流粒度值、輸出控制量的語言變量MJGK的整定規(guī)則如下
1)球磨機電耳當球磨機內(nèi)部礦物填充較少時，球磨機磨礦聲音大而尖銳，說明球磨機趨近于“空肚”，容易出現(xiàn)“砸膛”事故，那么就增加給礦量，此時電耳輸出電流值大，當球磨機內(nèi)部礦物填充較多時，球磨機磨礦聲音小而沉悶，說明球磨機趨近于“脹肚”，那么就減少給礦量，此時電耳輸出電流值小，
2)球磨機負荷球磨機負荷等同于球磨機功率，由專用功率儀表輸出標準4-20mA信號，供PLC監(jiān)控，球磨機功率表輸出信號的高低與球磨機內(nèi)礦物的多少成正相關，裝載量越多，標準電流值輸出就越高，但在發(fā)生“脹肚”情況下，功率表輸出信號反而降低，此時需要在編制程序時注意將這種臨界情況考慮進去，防止發(fā)生錯誤的給礦設定，造成事故，發(fā)生 “脹肚”的原因一般是由原礦粒度及硬度的變化所引起，
3)旋流器壓力通過監(jiān)控旋流器的壓力可以間接得到反砂量，當原礦的硬度有變硬的趨勢時，會導致反砂量增多，此時要減少球磨機給礦量，防止發(fā)生“脹肚”事故，
4)一次旋流器溢流粒度值旋流器的粒度值可以在磨礦的三個控制環(huán)節(jié)都起到反饋調(diào)節(jié)作用，在球磨機給礦量環(huán)節(jié)中，粒度比設定值增大意味著球磨機給礦量增大，或者礦石硬度增加，需要相應減少球磨機給礦量，或者增大排礦水流量，由此得出模糊控制規(guī)則表。所述的PLC采用西門子S7-400CPU，此西門子S7-400CPU中設有MATLAB工程計算仿真軟件，此MATLAB工程計算仿真軟件選用加權平均法，實現(xiàn)模糊判決，由計算機輔助計算得出模糊控制關系表，將其存入到PLC的CPU存儲單元中，形成DB塊數(shù)據(jù)列表，供編程時調(diào)用。其尋址子程序簡介如下因為這里涉及到寄存器內(nèi)的間接尋址，需要使用32位指針模式，形成Χ. χ地址，也就是32位地址格式，32位指針格式要求0，1，2位為0，如果不做處理的話，下載后將會造成CPU報錯故障，而且這里只能采用STL語言編程，其它編程語言均不支持對地址寄存器的間接訪問。然后將檢索到的輸出量MJGKL乘以輸出比例因子，再通過FB41 PID功能模塊，比較計算后，通過輸出模塊，將標準信號送至球磨機給礦變頻器， 進行實時控制。增加臺時量，增加設備的利用率及效率，同時從間接上減小襯板的磨損。用 PLC與現(xiàn)場多個傳感器相結(jié)合，應用PLC的先進控制方式，組成一種通過計算得到最大控制效能的球磨機入礦量的裝置。球磨機給礦量控制方案分為“手動”和“自動”兩種模式。在“手動”模式下，給礦量設定由操作人員通過畫面直接設定噸/小時，通過PID控制器自動調(diào)節(jié)給礦圓盤變頻器的輸出頻率，從而達到控制給礦量的目的；在“自動”模式下，控制系統(tǒng)根據(jù)給礦模糊控制器輸出一個動態(tài)計算值，通過FB41 PID控制器計算給礦量設定值與實際值之差，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，使實際給礦量快速、穩(wěn)定達到球磨機最大入磨臺式量的要求，增加臺時量， 增加設備的利用率及效率，同時間接地減小襯板的磨損。本發(fā)明的球磨機給礦量智能控制裝置是在現(xiàn)場原有的西門子PCS7過程控制系統(tǒng)硬件基礎之上，本著節(jié)約改造經(jīng)費，降低通訊誤碼率，與原系統(tǒng)軟、硬件相結(jié)合，將主要模糊控制規(guī)則表儲存于現(xiàn)場PLC的CPU存儲器中，將查詢算法、輸入變量模糊化算法等核心程序由PLC來運算執(zhí)行，將修改標定程序、輸入變量加權系數(shù)設計在調(diào)度室監(jiān)控計算機畫面上， 便于工藝人員隨時修改調(diào)整，提高了系統(tǒng)的實用性。此外在軟件算法上引入了磨機電耳，利用其來判斷球磨機“漲肚”、“砸膛”，將該值檢測值引入算法，與球磨機負荷功率共同判斷球磨機裝載量在工藝曲線的左側(cè)或者右側(cè)， 作為球磨機給礦量調(diào)整的一項判斷依據(jù)，在礦漿槽補加水控制中，本系統(tǒng)是以粒度為定值依據(jù)，進一步解算出旋流器給礦濃度，進一步與磨機負荷等變量進行模糊判斷，并將磨機給水流量值作為前饋引入后級PI控制器，進一步提高了系統(tǒng)的響應速度。這都是奧托昆普 ACT磨礦自動控制系統(tǒng)沒有的。本發(fā)明的有益效果是
從球磨機電動機功率入手，通過計算給球量，旋流器壓力等多方面因素，組成一個新型的給礦控制裝置。解決了因給礦皮帶轉(zhuǎn)速控制不一致造成的出礦粒度不同的問題，最大限度的提高球磨機的效率，增加產(chǎn)量。在某選礦廠實際應用中取得了良好的效果，穩(wěn)定了輸出粒度值，提高了球磨機臺時效率，為下級工藝創(chuàng)造了良好的技術條件。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的模糊控制模型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實施方式
。如圖1所示，本發(fā)明的球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于由設有PID控制器和模糊控制器的PLC，分別與此PLC的輸入接口相連接的輸入?yún)?shù)傳感器，“手動”/ “自動” 轉(zhuǎn)換開關，給礦量設定裝置所組成，此PLC的輸出接口與球磨機給礦圓盤變頻器相連接，所述的模糊控制器為給礦模糊控制器，所述的輸入?yún)?shù)傳感器包括設在球磨機上的球磨機電耳、球磨機功率傳感器，設在旋流器上的旋流器壓力傳感器、旋流器粒度傳感器和設在皮帶機上的皮帶電子秤，所述的輸入?yún)?shù)接口與所述的模糊控制器相連接。如圖2所示，所述的給礦量模糊控制器為四維輸入，單輸出的模糊控制器，此四維輸入的四個輸入變量是球磨機電耳、球磨機負荷、旋流器壓力和一次旋流器溢流粒度值， 此單輸出的輸出控制量是球磨機給礦量。所述的給礦模糊控制器的四個輸入變量量化到基本論域上，球磨機電耳取其語言變量為MJDE，球磨機負荷取其語言變量為MJFE、旋流器壓力取其語言變量為XLQYL、一次旋流器溢流粒度值取其語言變量為YLLD，輸出電流最小為4mA、最大為20mA，得出輸出電流的基本論域為[4mA，20mA]，將基本論域通過量化因子量化到[-3，3]區(qū)間之上，即偏差的大小分為7檔，則論域為{-3、-2、-1、0、+1、+2、+3}，取該論域上的模糊子集為Ai (i=l、2、3、 4、5、6、7 )，則相應的語言值為{負大、負中、負小、零、正小、正中、正大}，分別對應{ NB、匪、 NS、0、PS、PM、PB}，量化因子 Ke=[3- (-3) ] / [20-4] =0. 375。所述的模糊控制器的輸出控制量確定其語言變量為MJGK，因為球磨機的給礦量在 40t/h至70t/h之間調(diào)節(jié)，故實際的變化范圍是[45t/h，70t/h]，將控制量的論域也定為
6[-3，3]，即控制量的大小亦分為7檔，分別是{-3、-2、_1、0、+1、+2、+3}，取該論域上的模糊子集為Cj(j=l、2、3、4、5、6、7)，相應的語言值為{負大、負中、負小、零、正小、正中、正大}， 分別對應{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}，輸出比例因子=[70-45]/ [3- (-3) ] =4.17。所述的球磨機電耳、球磨機負荷、旋流器壓力、一次旋流器溢流粒度值、輸出控制量的語言變量MJGK的整定規(guī)則如下
1)球磨機電耳當球磨機內(nèi)部礦物填充較少時，球磨機磨礦聲音大而尖銳，說明球磨機趨近于“空肚”，容易出現(xiàn)“砸膛”事故，那么就增加給礦量，此時電耳輸出電流值大，當球磨機內(nèi)部礦物填充較多時，球磨機磨礦聲音小而沉悶，說明球磨機趨近于“脹肚”，那么就減少給礦量，此時電耳輸出電流值小，
2)球磨機負荷球磨機負荷等同于球磨機功率，由專用功率儀表輸出標準4-20mA信號，供PLC監(jiān)控，球磨機功率表輸出信號的高低與球磨機內(nèi)礦物的多少成正相關，裝載量越多，標準電流值輸出就越高，但在發(fā)生“脹肚”情況下，功率表輸出信號反而降低，此時需要在編制程序時注意將這種臨界情況考慮進去，防止發(fā)生錯誤的給礦設定，造成事故，發(fā)生 “脹肚”的原因一般是由原礦粒度及硬度的變化所引起，
3)旋流器壓力通過監(jiān)控旋流器的壓力可以間接得到反砂量，當原礦的硬度有變硬的趨勢時，會導致反砂量增多，此時要減少球磨機給礦量，防止發(fā)生“脹肚”事故，
4)一次旋流器溢流粒度值旋流器的粒度值可以在磨礦的三個控制環(huán)節(jié)都起到反饋調(diào)節(jié)作用，在球磨機給礦量環(huán)節(jié)中，粒度比設定值增大意味著球磨機給礦量增大，或者礦石硬度增加，需要相應減少球磨機給礦量，或者增大排礦水流量，由此得出模糊控制規(guī)則表。所述的PLC采用西門子S7-400CPU，此西門子S7-400CPU中設有MATLAB工程計算仿真軟件中，選用加權平均法，實現(xiàn)模糊判決，由計算機輔助計算得出模糊控制關系表，將其存入到PLC CPU的存儲單元中，形成DB塊數(shù)據(jù)列表，供編程時調(diào)用。其尋址子程序簡介如下因為這里涉及到寄存器內(nèi)的間接尋址，需要使用32位指針模式，形成Χ. χ地址，也就是32位地址格式，32位指針格式要求0，1，2位為0，如果不做處理的話，下載后將會造成 CPU報錯故障，而且這里只能采用STL語言編程，其它編程語言均不支持對地址寄存器的間接訪問。然后將檢索到的輸出量MJGKL乘以輸出比例因子，再通過FB41 PID功能模塊，比較計算后，通過輸出模塊，將標準信號送至磨機給礦變頻器，進行實時控制。增加臺時量，增加設備的利用率及效率，同時從間接上減小襯板的磨損。用PLC與現(xiàn)場多個傳感器相結(jié)合， 應用PLC的先進控制方式，組成一種通過計算得到最大控制效能的球磨機入礦量的裝置。球磨機給礦量控制方案分為“手動”和“自動”兩種模式。在“手動”模式下，給礦量設定由操作人員通過畫面直接設定噸/小時，通過PID控制器自動調(diào)節(jié)給礦圓盤變頻器的輸出頻率，從而達到控制給礦量的目的；在“自動”模式下，控制系統(tǒng)根據(jù)給礦模糊控制器輸出一個動態(tài)計算值，通過FB41 PID控制器計算給礦量設定值與實際值之差，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，使實際給礦量快速、穩(wěn)定達到球磨機最大入磨臺式量的要求，
增加臺時量，增加設備的利用率及效率，同時從間接上減小襯板的磨損。由此可得出模糊控制規(guī)則表(共計56條模糊控制規(guī)則)，并采用邏輯語句來表示如下
IF MJDE is NB AND MJFH IS NB AND XLQYL IS ZO AND YLLD IS NB THEN MJGK IS NB 根據(jù)以上邏輯語句求出MJDE、MJFE, XLQYL、YLLD與MJGK的模糊規(guī)則表。
MATLAB工程計算仿真軟件中，選用加權平均法，實現(xiàn)模糊判決，由計算機輔助計算得出模糊控制關系表，將其存入到PLC CPU的存儲單元中，形成DB塊數(shù)據(jù)列表，供編程時調(diào)用，其尋址子程序簡介如下因為這里涉及到寄存器內(nèi)的間接尋址，需要使用32位指針模式，形成Χ. χ地址，也就是32位地址格式，32位指針格式要求0，1，2位為0，如果不做處理的話，下載后將會造成CPU報錯故障，而且這里只能采用STL語言編程，其它編程語言均不支持對地址寄存器的間接訪問。然后將檢索到的輸出量MJGKL乘以輸出比例因子，再通過 FB41 PID功能模塊，比較計算后，通過輸出模塊，將標準信號送至磨機給礦變頻器，進行實時控制。
模糊控制規(guī)則表
權利要求
1.球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于由設有PID—種控制器和模糊控制器的 PLC，分別與此PLC的輸入接口相連接的輸入?yún)?shù)傳感器、“手動” / “自動”轉(zhuǎn)換開關和給礦量設定裝置所組成，所述的PLC的輸出接口與球磨機給礦圓盤變頻器相連接，所述的模糊控制器為給礦模糊控制器，所述的輸入?yún)?shù)傳感器包括設在球磨機上的球磨機電耳、球磨機功率傳感器，設在旋流器上的旋流器壓力傳感器、旋流器粒度傳感器和設在皮帶機上的皮帶電子秤，所述的輸入?yún)?shù)傳感器接口與所述的模糊控制器相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于所述的給礦模糊控制器為四維輸入、單輸出的模糊控制器，此四維輸入的四個輸入變量是球磨機電耳、球磨機負荷、旋流器壓力和一次旋流器溢流粒度值，此單輸出的輸出控制量是球磨機給礦量。
3.根據(jù)權利要求2所述的球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于所述的給礦模糊控制器的四個輸入變量量化到基本論域上，球磨機電耳取其語言變量為MJDE，球磨機負荷取其語言變量為MJFE、旋流器壓力取其語言變量為XLQYL、一次旋流器溢流粒度值取其語言變量為1LD，輸出電流最小為4ma、最大為20ma，得出輸出電流的基本論域為[4ma，20ma]， 將基本論域通過量化因子量化到[_3，3]區(qū)間之上，即偏差的大小分為7檔，則論域為 {-3、-2、-1、0、+1、+2、+3}，取該論域上的模糊子集為Ai (i=l、2、3、4、5、6、7)，則相應的語言值為{負大、負中、負小、零、正小、正中、正大}，分別對應{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}， 量化因子 Ke= [3- (-3) ]/[20-4]=0. 375
4.根據(jù)權利要求2所述的球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于所述的模糊控制器的輸出控制量確定其語言變量為MJGK，因為球磨機的給礦量在40t/h至70t/h之間調(diào)節(jié)，故實際的變化范圍是W5t/h，70t/h]，將控制量的論域也定為[_3，3]，即控制量的大小亦分為7檔，分別是{-3、-2、-1、0、+1、+2、+3}，取該論域上的模糊子集為Cj (j=l、2、3、4、5、6 、7)，相應的語言值為{負大、負中、負小、零、正小、正中、正大}，分別對應{NB、NM、NS、0、 PS、PM、PB}，輸出比例因子=[70-45]/ [3- (-3) ] =4.17。
5.根據(jù)權利要求2所述的球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于所述的球磨機電耳、球磨機負荷、旋流器壓力、一次旋流器溢流粒度值、輸出控制量的語言變量MJGK的整定規(guī)則如下1)球磨機電耳當球磨機內(nèi)部礦物填充較少時，球磨機磨礦聲音大而尖銳，說明球磨機趨近于“空肚”，容易出現(xiàn)“砸膛”事故，那么就增加給礦量，此時球磨機電耳輸出電流值大， 當球磨機內(nèi)部礦物填充較多時，球磨機磨礦聲音小而沉悶，說明球磨機趨近于“脹肚”，那么就減少給礦量，此時電耳輸出電流值小，2)球磨機負荷球磨機負荷等同于球磨機功率，由專用功率儀表輸出標準4-20mA信號，供PLC監(jiān)控，球磨機功率表輸出信號的高低與球磨機內(nèi)礦物的多少成正相關，裝載量越多，標準電流值輸出就越高，但在發(fā)生“脹肚”情況下，功率表輸出信號反而降低，此時需要在編制程序時注意將這種臨界情況考慮進去，防止發(fā)生錯誤的給礦設定，造成事故，發(fā)生 “脹肚”的原因一般是由原礦粒度及硬度的變化所引起，3)旋流器壓力通過監(jiān)控旋流器的壓力可以間接得到返砂量，當原礦的硬度有變硬的趨勢時，會導致返砂量增多，此時要減少球磨機給礦量，防止發(fā)生“脹肚”事故，4)一次旋流器溢流粒度值旋流器的粒度值可以在磨礦的三個控制環(huán)節(jié)都起到反饋調(diào)節(jié)作用，在球磨機給礦量環(huán)節(jié)中，粒度比設定值增大意味著球磨機給礦量增大，或者礦石硬度增加，需要相應減少球磨機給礦量，或者增大排礦水流量，由此得出模糊控制規(guī)則表。
6.根據(jù)權利要求1所述的球磨機給礦量智能控制裝置，其特征在于所述的PLC采用西門子S7-400CPU，此西門子S7-400CPU中設有MATLAB工程計算仿真軟件，此MATLAB工程計算仿真軟件選用加權平均法，實現(xiàn)模糊判決，由計算機輔助計算得出模糊控制關系表，將其存入到PLC的CPU存儲單元中，形成DB塊數(shù)據(jù)列表，供編程時調(diào)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于球磨機給礦量控制技術領域，具體地說涉及一種球磨機給礦量智能控制裝置，由設有PID控制器和模糊控制器的PLC，分別與此PLC的輸入接口相連接的輸入?yún)?shù)傳感器、“手動”/“自動”轉(zhuǎn)換開關、給礦量設定裝置所組成，此PLC的輸出接口與球磨機給礦圓盤變頻器相連接，模糊控制器為給礦模糊控制器，輸入?yún)?shù)傳感器包括球磨機電耳、球磨機負荷傳感器、旋流器壓力傳感器、旋流器溢流粒度傳感器和皮帶電子秤，輸入?yún)?shù)接口與模糊控制器相連接。本發(fā)明解決了因給礦皮帶轉(zhuǎn)速控制不一致造成的出礦粒度不同的問題，最大限度的提高球磨機的效率，增加產(chǎn)量。
文檔編號G05B19/05GK102221824SQ20111006241
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月16日
發(fā)明者于代林, 侯治宇, 劉福強, 回建, 孫承敏, 李立男, 王慶彬, 王汝杰, 許國光, 陳浩, 馬企宏, 馬忠利 申請人:鞍鋼集團礦業(yè)公司