基于檢測與處理技術的信號檢測控制優化應用

樊毅

摘 要：隨著現代工業技術的高速發展，對生產過程的自動化、智能化的要求日益增強。數字化礦山項目，不僅對設備的先進性提出高標準，還對其運轉的自動化系統提出更高的要求，自動化技術在生產過程的各個環節的合理應用的研究勢在必行，除了常規自動控制系統邏輯回路外，信號檢測與處理的優化控制需求在自動化生產過程中逐漸突顯出來。設計以設備PLC和上層DCS控制為基礎，通過優化控制器的檢測信號與關聯工藝控制邏輯，實現更高級的控制。該系統在磨浮工藝重要設備自動檢測與控制系統中得到成功應用，使得生產設備運行更加穩定，提高了設備運轉率，降低了勞動強度，取得了顯著經濟效益，在國內數字化礦山等自動化應用領域具有劃時代的意義。

關鍵詞：信號檢測與處理；優化控制；提高運轉率

中圖分類號：TN929.4 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0179-02

Application of Signal Detection and Control Optimization Based on Detection and Processing Ttechnology

FAN Yi

（Yunnan Diqing Nonferrous Metal Co.，Ltd.，Shangri-La 674400，China）

Abstract：With the rapid development of modern industrial technology，the requirements for automation and intelligentization of the production process are increasing. The digital mine project，not only advanced equipment of high standard，also put forward higher requirements for the operation of the automation system，reasonable application of automation technology in all aspects of the production process is imperative，in addition to the conventional logic loop automatic control system，optimizing the control requirements of signal detection and processing in the automatic production process gradually highlights. The design is based on the equipment PLC and the upper DCS control. By optimizing the detection signal of the controller and the associated process control logic，a more advanced control is realized. The system has been successfully applied in grinding flotation process important equipment automatic detection and control system，makes the equipment more stable，improve the running efficiency of the equipment，reduces the labor intensity，has achieved remarkable economic benefits in the field of domestic digital mine automation application has epoch-making significance.

Keywords：signal detection and processing；optimization control；improve operation rate

0 引 言

云南迪慶有色金屬有限責任公司（以下簡稱：迪慶有色）地處云南香格里拉藏區海拔3000多米的國家森林公園，年產銅精礦含銅超過5萬噸。

迪慶有色生產工藝流程是一個極其復雜而龐大的過程檢測與自動控制系統，各重要環節存在干擾因素多等控制難點。以基礎信號檢測控制回路為主的常規定值控制難以適應復雜工況條件的變化，且工人依靠經驗和責任心根據工況的變化去調整各個回路的設定值，既不及時，又難以找到最優的過程參數。另外，常規信號檢測應用，抗干擾能力較弱，無濾波等信號檢測處理，不穩定，不及時，不準確，難以滿足現場復雜環境下設備正常高效地運行。經常導致生產過程出現無故報警，未知故障停車現象，進而導致生產不穩定，造成金屬流失，回收率下降，難以實現最大的經濟效益。

由于存在以上問題，將采選礦工藝技術、模糊控制技術、信號檢測技術、信號分析處理技術與簡單控制回路相結合，構建了生產設備優化過程控制系統，實現生產過程參數的優化。該控制系統是在各設備PLC系統和上層DCS系統實現控制的基礎上，通過優化控制器實現信號檢測準確、及時、穩定等過程參數的優化。該項控制技術已經在磨浮工藝重要設備自動檢測與控制系統中得到成功應用，穩定生產，提高效率，經濟效益顯著。

1 生產過程工藝及控制現狀分析

迪慶有色生產過程工藝主要采用：自然崩落法采礦、無人駕駛有軌運輸運礦、旋回粗碎、SABC磨礦、混合浮選精選、混合精礦分離浮選、尾礦膏體排放等。雖然各工藝設備實現功能不同，但在信號檢測與處理的自動化技術上是一脈相通的，下面將以磨機控制系統為代表進行深度介紹。

磨機作為SABC磨礦工藝的重要設備組成部分，其高效、穩定運行是保障整個生產工藝流程穩定的前提，其磨機潤滑和驅動自動檢測控制系統扮演著最重要的角色。各重要環節的控制存在較多干擾因素且難以尋找控制規律，以基礎信號檢測控制回路為主的常規定值控制難以適應復雜工況條件的變化，人工調整各個回路的設定值和常規信號檢測應用，其抗干擾能力在自動濾波處理等先進自動化技術方面沒有真正體現出來。難以保障在現場復雜環境條件下，磨機潤滑和驅動自動檢測控制系統正常高效地運行，在生產過程中經常出現無故報警，未知故障停車現象，進而導致生產不穩定，原礦處理能力差，效率低下。

2 生產過程控制優化方法

具體優化控制辦法為：首先，將其從源頭開始進行一次粗略整形處理，確保源頭的可靠性；其次，對傳輸途徑進行抗干擾處理，使其在傳輸過程中信號不衰減，與檢測源頭保持一致；再次，對數據信號接收終端進行最終細化濾波處理后，再參與相關邏輯控制和HMI組態，或是其他相關使用。

2.1 信號檢測分析介紹

現場信號檢測有兩種：一是數字量信號，俗稱開關量，在時間和數值上都是斷續變化的離散信號，只代表被測點的狀態有無，僅體現被測結果，常用有220VAC、110VAC、24VDC、12VDC等信號；二是模擬量信號，在時間和數值上都是連續變化的信號，測量持續整個過程，實時反映被測點的變化情況，在生產過程穩定、高精度控制中至關重要，常用模擬量信號有：壓力、流量、位置、紅外溫度等的4-20mA或0-10VDC等信號，溫度檢測常用的是熱電阻、熱電偶等，通過電阻值隨被測點環境變化而獲得。

2.2 信號處理技術介紹

信號處理最基本的內容有變換、濾波、調制、解調、檢測，以及譜分析和估計等。目前基本上所有儀器儀表的信號檢測變送器都有數字信號處理功能，數字信號處理包含三個步驟：模數轉換（A/D轉換），把模擬信號變成數字信號，是一個對自變量和幅值同時進行離散化的過程，基本的理論保證是采樣定理；數字信號處理（DSP），包括變換域分析（如頻域變換）、數字濾波、識別、合成等；數模轉換（D/A轉換），把經過處理的數字信號還原為模擬信號。通常，最后一步并不是必需的。

然而單靠數字信號處理三個步驟是很難滿足現場復雜環境的系統要求的，為了滿足使用要求，所有檢測的信號在使用前，還必須經過處理。例如，電信號弱小時，需要對其進行放大；混有噪聲時，需要對其進行濾波；當頻率不適應于傳輸時，需要對其進行調制以及解調；信號遇到失真畸變時，需要對其進行均衡；當信號類型很多時，需要對其進行識別；等等。

2.3 優化控制策略

磨機控制系統模擬量信號有：紅外線溫度檢測、油壓力檢測、各軸溫度檢測、氣路壓力檢測、電流電壓變送檢測等；數字量信號有：油流流量開關、壓力檢測開關、各泵運行狀態、各高低壓電氣設備合閘狀態等。

優化控制策略。首先，源頭整形處理：檢測儀表，調試準確，根據環境設置合適量、盲點、阻尼、濾波、動作點、報警故障閾值點等，現場實際測試，直到測量信號輸出滿足需要為止；其次，傳輸途徑處理：根據傳輸途徑的距離長短、電氣干擾等情況，選擇電流或電壓等合適的信號傳輸方式，選擇高等級帶屏蔽的控制電纜，并做好儀表接地、遠離或垂直于動力電纜等保護工作；再次，終端細化處理使用：當信號達到使用終端時，應該對其進行測試，并與源頭數據實時對比，一般情況下，若保持一致、滿足要求，則可以使用，對精度要求更高的關鍵信號進行的檢測，終端控制器接收到信號后，還需要對其進行閾值濾波、時間濾波等技術處理，確保每一個信號變化都可靠。避免因現場不可知因素造成的瞬間信號波動，提供給自動化系統失真信號，導致設備系統出現超調、報警、故障停車等對生產不利的現象。整個優化策略不局限于現場設備PLC系統控制器底層，在上層DCS系統服務器也做了相應的技術處理。

3 應用與效果

3.1 穩定磨礦工藝

對磨機潤滑檢測控制系統的紅外線溫度、油流、油壓、氣壓等信號進行檢測控制優化處理后，磨機抗干擾能力大幅提升，生產工藝過程檢測控制系統運行穩定。

3.2 提高原礦處理能力與經濟效率

關鍵測控點經過信號檢測與處理技術優化后，不僅減少了磨機故障停車次數，還能及時有效地反映各重要工藝參數，幫助中控人員提高遠程綜合判斷準確性，生產執行力得到加強，提高了原礦處理能力，各生產環節最大限度地避免了不必要的損耗，提高了經濟效率。

3.3 公司內其他關鍵設備的推廣應用

該檢測控制優化系統在磨礦工藝上的成功應用，只是該優化項目實施的第一步，對公司生產工藝流程的其他關鍵設備過程檢測與自動控制系統進行深入優化處理，將是下一步迫切需要進行的工作。

4 結 論

在比較惡劣的礦山環境中，常規的信號檢測應用是無法滿足現場實際需要的，即使是先進的自動化設備系統，運行效果也不太理想，甚至嚴重耽誤生產。當在關鍵設備的關鍵過程測控點開展實施信號檢測與處理技術優化控制后，設備的機械、電氣、自動化等方面的優越性能才得以充分發揮出來。尤其在現在極為推崇數字化礦山的時代，此項優化技術的應用勢在必行。自動化領域的各種先進技術因各行各業追求高質量、高效率而萌生，該信號檢測與處理技術的優化控制策略對其他行業而言，仍然值得推崇，其前景較為廣闊。

參考文獻：

[1] 高西全，丁玉美.數字信號處理（第三版） [M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[2] 解培中，周波.信號與系統分析 [M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3] 向曉漢.西門子PLC完全精通教程 [M].北京：化學工業出版社，2014.