選礦生產線智能控制系統

在選礦生產線上，通過完善現場生產設備和生產工藝，對提高選礦產品的品位和回收率所起的作用已微乎其微。而減少分級機的溢流濃度、分級水、返砂礦、粒度等諸多因素的影響，克服濃度控制較大的慣性和純滯后特性，可大幅度提高選礦產品的品位和回收率，常規PID控制+智能控制技術成為首選和可行的控制手段。

魯南礦業公司2#選礦生產線原礦品位33%，主要原料為磁鐵礦石；原礦經過兩臺球磨機磨碎和三臺磁選機選別后，進入篩選機篩選，然后進入一段立磁機、二段立磁機精選，再經過磁選機選別并過濾后，成為精礦粉進入礦倉儲存。如圖1，根據工藝及經驗輸入流量設定值，自動跟蹤下游設備生產節奏和生產故障信號調整流量設定值，設定值與實際值的偏差通過原礦流量控制單元，調整變頻器控制給礦機送礦；一段濃度模糊控制模型修正濃度設定值后，設定值與實際值的偏差進入濃度控制單元，輸出控制調節閥；二段濃度控制采用常規PID帶偏置的策略控制底流濃度。

圖1 2#選礦生產線控制工藝圖

圖1中：

SL——經驗流量設定值；
L——流量控制補償；
St——調整后的流量設定值；
Lpv ——流量檢測值；
U——濃度模糊修正值；
Sn1——一段濃度設定值；
S——修正后的濃度設定值；
Npv1——一段濃度檢測值；
Sn2——二段濃度設定值；
Npv2——二段濃度檢測值。

系統組成

系統硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-300控制系統。采用標準的PROFIBUS網絡通訊，通訊速率為1.5Mbps；每個控制器可以控制32個回路，最大可處理16384個I/O點，其中模擬量I/O點數為2048個，邏輯掃描速率為1.25Mbps。

圖2 系統硬件配置圖

DI——數字量輸入；DO——數字量輸出；AI——模擬量輸入；AO——模擬量輸出。

一段濃度模糊控制

模糊控制器的輸入語言變量為1號、2號、3號磨礦流量平均值偏差及其變化率，輸出語言變量選為一段立磁濃度控制回路設定值的修正值。如圖3所示。

圖3 濃度模糊控制原理框圖

偏差的變化范圍為{-6，6}，變化率的變化范圍為{-4，4}，輸出語言變量的變化范圍為{-5，5}，它們的模糊子集分別為：

={NL，NS，O，PS，PL}
={NL，NS，O，PS，PL}
={NL，NM，NS，O，PS，PM，PL}

其中N、P、L、M、S、O分別表示“負”、“正”、“大”、“中”、“小”、“零”。

它們的論域分別為

={-3，-2，-1，0，1，2，3}
={-2，-1，0，1，2}
={-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}

模糊控制規則由if =PL and =NS then
=PS等18條模糊條件語句構成，其它生產情況不進行濃度設定值的修正。表1所示的模糊控制規則是根據選礦實際生產過程和操作經驗總結出來的。

表1 模糊控制規則表

通過模糊控制規則經過最大隸屬度法判決，并在實際生產調試多次實踐總結概括，得到總控制表(表2)。表2構成整個模糊控制器的核心，是本系統模糊控制算法的結果，在實際控制時只要查表即可。將控制表存在計算機內存里，并編制一個查詢該控制表的子程序，在每一個控制周期中，將采樣得來的實測偏差及其變化率經過量化轉移(分別乘以量化因子0.5，0.5)，變成查表所需的、值，再與表2相比較，就可以立即得出所需的控制量，將再乘以量化因子(KU=1.0)，方可得到真實的控制量U，作為一段立磁濃度控制回路設定值的修正值。

表2 總控制表

根據濃度—品位關系，通過控制底流濃度，間接控制溢流品位。底流濃度設定值SP與模型輸出修正值進行運算，作為回路控制的設定值SP'；設定值SP'與實際底流濃度PV進行比較，形成偏差進入PID控制模塊，輸出調節濃度調節閥開度，控制底流濃度。

穩定水流量，根據磨礦流量通過模糊控制模型調節使得預先判斷出濃度的變化趨勢，并根據這一趨勢調節閥門，當濃度的變化反應到濃度檢測值上時，閥門正好調到合適的位置，克服了濃度調節滯后時間長、易超調、反應速度慢的缺點。

主要技術應用

1 濃度信號處理

DFM系列智能工業密度計檢測現場濃度值，作為濃度控制的檢測值；當一束γ射線穿過待測料液時，一部分射線因和料液的原子發生相互作用而被吸收，當液層厚度固定時，通過透射射線的計數率算出料液的密度值Di，并按下式算出濃度測量值(%)。

式中：

D0——低濃度參比點(標準液)的密度值；
D1——高濃度參比點(標準液)的密度值；
Di——儀表測出的密度值；
C0——低濃度參比點的深度值(%)；
C1——高濃度參比點的深度值(%)；
Ci——濃度測量值(%)。

2 流量產量自協調

根據選礦生產節奏和現場故障情況，把現場生產分為三種情況：正常，慢，故障；不同生產情況分別設定不同的流量修正值，并與流量設定值進行運算作為回路調節的實際設定值。從而減少了生產節奏慢和半小時內故障引起的不必要的停機等待，減少了設備啟停次數，提高了產量。

3 流量無擾運算

為防止瞬間斷流引起系統不必要的波動，小于一定值的流量不參與控制，不作為計算的平均流量的采樣值；采用一定時間的平均流量作為流量的檢測值，減少了外部干擾，實現了流量自動平均采集，增大了系統控制的穩定性。

其它控制功能

1 磨礦恒定給礦控制

磨礦恒定給礦控制回路采用帶偏置的單回路控制。流量設定值SP與實際流量PV比較,形成偏差,增加隨流量偏差值變化的動態偏置量f(x)，動態偏置f(x)與PID輸出進行運算，通過頻率限幅模塊調節變頻器，控制擺式給礦機按某一頻率擺動，使皮帶運輸機上的料流達到所需流量設定值。

2 二段立磁濃度控制

底流濃度采用帶偏置補償的PID的控制回路。底流濃度設定值SP與實際底流濃度PV進行比較，形成偏差并進入PID模塊；當底流濃度大于設定值時，增大底流調節閥開度，減小底流濃度；當底流濃度小于設定值時，減小底流調節閥開度，增大底流濃度。并在回路中增加偏置補償：當設定值與實際的PV值相差較大時，在PID的輸出上加上一個偏置值，加快調節速度，當設定值與實際的PV值相差較小時，去掉補償值，使PID較精確的調節，減小誤差，減少控制超調。

結束語

系統自2002年7月投入運行以來，取得良好的控制效果：流量控制在設定值的±0.4噸/小時內，濃度控制在設定值的±1.8%內，精礦品位從原來的64.3%上升到64.9%，回收率提高0.8%，全自動運行率99%以上，提高精礦產量2.2%以上；減少了環境污染，具有較好的經濟效益和推廣價值。

來源：PLC&FA