选矿生产线智能控制系统
在选矿中，通过完善现场生产设备和选矿工艺，对提高选矿产品的品位和回收率所起的作用已微乎其微。而减少分级机的溢流浓度、分级水、返砂矿、粒度等诸多因素的影响，克服浓度控制较大的惯性和纯滞后特性，可大幅度提高选矿产品的品位和回收率，常规pid控制+智能控制技术成为和可行的控制手段。
鲁南矿业公司2#选矿生产线原矿品位33%，主要原料为磁铁矿石；原矿经过两台球磨机磨碎和三台磁选机选别后，进入筛选机筛选，然后进入一段立磁机、二段立磁机精选，再经过磁选机选别并过滤后，成为精矿粉进入矿仓储存。如图1，根据工艺及经验输入流量设定值，自动跟踪下游设备生产节奏和生产故障信号调整流量设定值，设定值与实际值的偏差通过原矿流量控制单元，调整变频器控制给矿机送矿；一段浓度模糊控制模型修正浓度设定值后，设定值与实际值的偏差进入浓度控制单元，输出控制调节阀；二段浓度控制采用常规pid带偏置的策略控制底流浓度。
图1 2#选矿生产线控制工艺图
图1中：
sl——经验流量设定值；
l——流量控制补偿；
st——调整后的流量设定值；
lpv ——流量检测值；
u——浓度模糊修正值；
sn1——一段浓度设定值；
s——修正后的浓度设定值；
npv1——一段浓度检测值；
sn2——二段浓度设定值；
npv2——二段浓度检测值。
系统组成
系统硬件配置采用siemens公司的wincc/s7-300控制系统。采用标准的profibus网络通讯，通讯速率为1.5mbps；每个控制器可以控制32个回路，zui大可处理16384个i/o点，其中模拟量i/o点数为2048个，逻辑扫描速率为1.25mbps。
图2 系统硬件配置图
di——数字量输入；do——数字量输出；ai——模拟量输入；ao——模拟量输出。
一段浓度模糊控制
模糊控制器的输入语言变量为1号、2号、3号磨矿流量平均值偏差及其变化率，输出语言变量选为一段立磁浓度控制回路设定值的修正值。如图3所示。
图3 浓度模糊控制原理框图
偏差的变化范围为{-6，6}，变化率的变化范围为{-4，4}，输出语言变量的变化范围为{-5，5}，它们的模糊子集分别为：
={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分别表示“负”、“正”、“大”、“中”、“小”、“零”。
它们的论域分别为
={-3，-2，-1，0，1，2，3}
={-2，-1，0，1，2}
={-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}
模糊控制规则由if =pl=ns then
=ps等18条模糊条件语句构成，其它生产情况不进行浓度设定值的修正。表1所示的模糊控制规则是根据选矿实际生产过程和操作经验总结出来的。
表1 模糊控制规则表
通过模糊控制规则经过zui大隶属度法判决，并在实际生产调试多次实践总结概括，得到总控制表（表2）。表2构成整个模糊控制器的核心，是本系统模糊控制算法的结果，在实际控制时只要查表即可。将控制表存在计算机内存里，并编制一个查询该控制表的子程序，在每一个控制周期中，将采样得来的实测偏差及其变化率经过量化转移（分别乘以量化因子0.5，0.5），变成查表所需的、值，再与表2相比较，就可以立即得出所需的控制量，将再乘以量化因子（ku=1.0），方可得到真实的控制量u，作为一段立磁浓度控制回路设定值的修正值。
表2 总控制表
根据浓度—品位关系，通过控制底流浓度，间接控制溢流品位。底流浓度设定值sp与模型输出修正值进行运算，作为回路控制的设定值sp’；设定值sp’与实际底流浓度pv进行比较，形成偏差进入pid控制模块，输出调节浓度调节阀开度，控制底流浓度。
稳定水流量，根据磨矿流量通过模糊控制模型调节使得预先判断出浓度的变化趋势，并根据这一趋势调节阀门，当浓度的变化反应到浓度检测值上时，阀门正好调到合适的位置，克服了浓度调节滞后时间长、易超调、反应速度慢的缺点。
主要技术应用
1 浓度信号处理
dfm系列智能工业密度计检测现场浓度值，作为浓度控制的检测值；当一束γ射线穿过待测料液时，一部分射线因和料液的原子发生相互作用而被吸收，当液层厚度固定时，通过透射射线的计数率算出料液的密度值di，并按下式算出浓度测量值（%）。
式中：
d0——低浓度参比点（标准液）的密度值；
d1——高浓度参比点（标准液）的密度值；
di——仪表测出的密度值；
c0——低浓度参比点的深度值（%）；
c1——高浓度参比点的深度值（%）；
ci——浓度测量值（%）。
2 流量产量自协调
根据选矿生产节奏和现场故障情况，把现场生产分为三种情况：正常，慢，故障；不同生产情况分别设定不同的流量修正值，并与流量设定值进行运算作为回路调节的实际设定值。从而减少了生产节奏慢和半小时内故障引起的不必要的停机等待，减少了设备启停次数，提高了产量。
3 流量无扰运算
为防止瞬间断流引起系统不必要的波动，小于一定值的流量不参与控制，不作为计算的平均流量的采样值；采用一定时间的平均流量作为流量的检测值，减少了外部干扰，实现了流量自动平均采集，增大了系统控制的稳定性。
其它控制功能
1 磨矿恒定给矿控制
磨矿恒定给矿控制回路采用带偏置的单回路控制。流量设定值sp与实际流量pv比较,形成偏差,增加随流量偏差值变化的动态偏置量f（x），动态偏置f（x）与pid输出进行运算，通过频率限幅模块调节变频器，控制摆式给矿机按某一频率摆动，使皮带运输机上的料流达到所需流量设定值。
2 二段立磁浓度控制
底流浓度采用带偏置补偿的pid的控制回路。底流浓度设定值sp与实际底流浓度pv进行比较，形成偏差并进入pid模块；当底流浓度大于设定值时，增大底流调节阀开度，减小底流浓度；当底流浓度小于设定值时，减小底流调节阀开度，增大底流浓度。并在回路中增加偏置补偿：当设定值与实际的pv值相差较大时，在pid的输出上加上一个偏置值，加快调节速度，当设定值与实际的pv值相差较小时，去掉补偿值，使pid较的调节，减小误差，减少控制超调。
结束语
系统自2002年7月投入运行以来，取得良好的控制效果：流量控制在设定值的±0.4吨/小时内，浓度控制在设定值的±1.8%内，精矿品位从原来的64.3%上升到64.9%，回收率提高0.8%，全自动运行率99%以上，提高精矿产量2.2%以上；减少了环境污染，具有较好的经济效益和推广价值。
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图1 2#选矿生产线控制工艺图
图1中：
sl——经验流量设定值；
l——流量控制补偿；
st——调整后的流量设定值；
lpv ——流量检测值；
u——浓度模糊修正值；
sn1——一段浓度设定值；
s——修正后的浓度设定值；
npv1——一段浓度检测值；
sn2——二段浓度设定值；
npv2——二段浓度检测值。
系统组成
系统硬件配置采用siemens公司的wincc/s7-300控制系统。采用标准的profibus网络通讯，通讯速率为1.5mbps；每个控制器可以控制32个回路，zui大可处理16384个i/o点，其中模拟量i/o点数为2048个，逻辑扫描速率为1.25mbps。
图2 系统硬件配置图
di——数字量输入；do——数字量输出；ai——模拟量输入；ao——模拟量输出。
一段浓度模糊控制
模糊控制器的输入语言变量为1号、2号、3号磨矿流量平均值偏差及其变化率，输出语言变量选为一段立磁浓度控制回路设定值的修正值。如图3所示。
图3 浓度模糊控制原理框图
偏差的变化范围为{-6，6}，变化率的变化范围为{-4，4}，输出语言变量的变化范围为{-5，5}，它们的模糊子集分别为：
={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分别表示“负”、“正”、“大”、“中”、“小”、“零”。
它们的论域分别为
={-3，-2，-1，0，1，2，3}
={-2，-1，0，1，2}
={-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}
模糊控制规则由if =pl=ns then
=ps等18条模糊条件语句构成，其它生产情况不进行浓度设定值的修正。表1所示的模糊控制规则是根据选矿实际生产过程和操作经验总结出来的。
表1 模糊控制规则表
通过模糊控制规则经过zui大隶属度法判决，并在实际生产调试多次实践总结概括，得到总控制表（表2）。表2构成整个模糊控制器的核心，是本系统模糊控制算法的结果，在实际控制时只要查表即可。将控制表存在计算机内存里，并编制一个查询该控制表的子程序，在每一个控制周期中，将采样得来的实测偏差及其变化率经过量化转移（分别乘以量化因子0.5，0.5），变成查表所需的、值，再与表2相比较，就可以立即得出所需的控制量，将再乘以量化因子（ku=1.0），方可得到真实的控制量u，作为一段立磁浓度控制回路设定值的修正值。
表2 总控制表
根据浓度—品位关系，通过控制底流浓度，间接控制溢流品位。底流浓度设定值sp与模型输出修正值进行运算，作为回路控制的设定值sp’；设定值sp’与实际底流浓度pv进行比较，形成偏差进入pid控制模块，输出调节浓度调节阀开度，控制底流浓度。
稳定水流量，根据磨矿流量通过模糊控制模型调节使得预先判断出浓度的变化趋势，并根据这一趋势调节阀门，当浓度的变化反应到浓度检测值上时，阀门正好调到合适的位置，克服了浓度调节滞后时间长、易超调、反应速度慢的缺点。
主要技术应用
1 浓度信号处理
dfm系列智能工业密度计检测现场浓度值，作为浓度控制的检测值；当一束γ射线穿过待测料液时，一部分射线因和料液的原子发生相互作用而被吸收，当液层厚度固定时，通过透射射线的计数率算出料液的密度值di，并按下式算出浓度测量值（%）。
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ci——浓度测量值（%）。
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3 流量无扰运算
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1 磨矿恒定给矿控制
磨矿恒定给矿控制回路采用带偏置的单回路控制。流量设定值sp与实际流量pv比较,形成偏差,增加随流量偏差值变化的动态偏置量f（x），动态偏置f（x）与pid输出进行运算，通过频率限幅模块调节变频器，控制摆式给矿机按某一频率摆动，使皮带运输机上的料流达到所需流量设定值。
2 二段立磁浓度控制
底流浓度采用带偏置补偿的pid的控制回路。底流浓度设定值sp与实际底流浓度pv进行比较，形成偏差并进入pid模块；当底流浓度大于设定值时，增大底流调节阀开度，减小底流浓度；当底流浓度小于设定值时，减小底流调节阀开度，增大底流浓度。并在回路中增加偏置补偿：当设定值与实际的pv值相差较大时，在pid的输出上加上一个偏置值，加快调节速度，当设定值与实际的pv值相差较小时，去掉补偿值，使pid较的调节，减小误差，减少控制超调。
结束语
系统自2002年7月投入运行以来，取得良好的控制效果：流量控制在设定值的±0.4吨/小时内，浓度控制在设定值的±1.8%内，精矿品位从原来的64.3%上升到64.9%，回收率提高0.8%，全自动运行率99%以上，提高精矿产量2.2%以上；减少了环境污染，具有较好的经济效益和推广价值。
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