基于專家系統的磨礦分級自動控制系統研究

段銀聯

（山東黃金礦業（萊州）有限公司 三山島金礦 山東 萊州 261440）

1 引言

隨著礦山智能化、智慧化的推進，物聯網、云計算、大數據、智能控制等相關技術與礦山開發技術深度融合，智能化礦山也應運而生。當前大部分的選廠已實現控制、管理、調度和決策于一體的自動化生產系統，但智能智慧化選礦才剛剛起步。

磨礦分級系統作為選廠的關鍵環節，生產過程復雜，具有強耦合、非線性及時變性等復雜工業過程、各個影響因素間相互耦合的特點［2］。傳統的PID控制策略，建立一套精確的數學模型相當困難，無法實現系統的穩定運行，達不到理想的控制效果，因此對該系統的控制，需要尋找一種可行的解決方案，一直是選礦界技術人員追求的目標，同時磨礦分級控制系統也朝著智能智慧化邁進。

2 磨礦分級工藝流程介紹

該大型選礦廠任務是金精礦，原設計規模為8000t/d，預留10000t/d的生產能力。該選礦廠共有四道工藝過程，即破碎、磨礦分級、浮選和壓濾工序。其中，磨礦分級流程是整個選廠中的最關鍵的生產過程，直接影響到選礦廠的技術和經濟指標。

該選礦廠磨礦分級工藝流程為：破碎工段礦石被高壓輥磨機擠壓成合格粒級的礦石后，經皮帶運輸至粉礦倉待處理，粒級大約為10mm,后經皮帶輸送帶轉運至溢流型球磨機腔體內，礦石與調漿水混合，在腔體內與鋼球研磨和碰撞，由渣漿泵輸送到離地高20m的水力旋流器內進行分級處理。合格粒級的礦漿進入浮選工序，其余通過管路返回球磨機腔體內進行再磨，構成閉環系統［3］（見圖1）。

圖1 磨礦分級工藝流程

3 磨礦分級過程的基礎控制策略

磨礦分級整個工藝流程受外界干擾較強、具有非線性、大滯后的特點，變量之間相互耦合。主要表現為以下三點：

（1）多目標多層次的。如：控制目標有球磨機工作狀態，旋流器礦漿粒度、濃度、流量等。

（2）狀態檢測復雜。生產過程中需要檢測的變量多，如：給礦量、泵池液位、溢流量、溢流濃度值、溢流粒度值、磨機負荷檢測量等。

（3）控制對象復雜。生產所涉及的設備數量較多，各生產設備的工作原理不同，控制方法也就不同，生產設備的在線檢測也存在不確定性。如在同一的泵頻下，剛修復的渣漿泵與使用一段時間后的渣漿泵，兩個泵效完全不同。

基于以上特點，在已運行七年的自動化系統基礎上，本次采用專家系統的優化控制策略，對磨礦分級工藝進行控制系統優化。

系統主要是通過專家控制策略、數學建模、c#編程軟件等技術，來實現工藝過程的自動控制［4］。

控制目標：

（1）給浮選流程提供穩定的原料；

（2）各項指標保持在穩定的范圍內；

（3）磨礦分級工藝的實現產量最大化；

（4）使磨礦粒度分布在合格范圍內。

狀態變量：給礦量、泵池液位、溢流量、溢流濃度值、溢流粒度值、磨機負荷檢測量。

控制變量：磨機前給水、磨機后給水、砂泵頻率（見圖2）。

圖2 輸入和輸出變量

4 磨礦分級過程專家系統設計

磨礦分級專家控制系統對FCS中采集的現場生產數據，采用模糊控制器對數據進行模糊化處理，根據規則庫中磨礦分級專家的知識和經驗，將模糊化判定后的輸出數據作為參數的設定值，對系統進行調節，在保證產品質量的前提下，及時地判斷生產狀況，使磨礦分級系統達到最佳的工作狀態［5］。

磨礦分級控制系統，通過分析工藝生產數據，結合專家知識及模糊控制策略，將磨礦分級工藝系統的控制參數進行劃，內容如下：

球磨機設定的給礦量分為五檔:當前處理量≥460t/h、460t/h＞當前處理量≥440t/h、440t/h＞當前處理量≥420t/h、420t/h＞當前處理量≥400t/h、當前處理量＜440t/h；

水力旋流器流量設定與處理量給定相對應，設有不同的區間（低、較低、正常、較高、高）；

水力旋流器出口濃度分為（低、較低、正常、較高、高）；

泵池液位分為（低、較低、正常、較高、高）。

結果如表1所示。

表1 變量狀態分布表

控制策略：

根據對磨礦分級生產工藝的研究和分析，并結合技術人員、操作人員的操作經驗形成了包含300多條專家規則的控制算法庫，通過對狀態參數不同工作范圍的分析，智能檢測生產流程的運行狀態，并自動根據不同的狀態尋優執行相應的調整操作，實現流程的智能優化控制。典型的控制規則示例如下：

IF球磨機負荷狀態為高AND磨礦濃度狀態為低，THEN減少前給水5m3/時；

IF泵池液位狀態為高，THEN調節水量減10m3/時；

IF泵池液位狀態為低，THEN調節水量加10m3/時；

IF旋流器溢流流量狀態為高AND溢流濃度狀態為低，THEN減少調節水用量；

IF旋流器溢流流量狀態為低AND給礦量狀態為高AND其他參數狀態為正常，THEN加大泵速設定值；

IF旋流器溢流濃度狀態為正常AND泵池液位狀態為正常，THEN保持礦漿的液位維持在當前值。

5 控制系統測試與分析

本系統通過為期一個月的系統調試，當前，系統投用率達到90%以上。系統投用率和投用后溢流粒度波動率（見圖3和圖4）。

圖3 系統投用率

圖4 投用后溢流粒度波動情況

根據投用和未投用的數據對比關系來看，在處理量基本穩定的前提下（該處理量為該系統中球磨機的處理能力上限值），產品粒度波動率減少3.66%；產品濃度波動率減少5.54%；溢流流量波動率減少27.03%；泵池液位波動率減少23.01%（見表2）。

表2 變量狀態分布表

從控制系統實際投用的效果來看，該自動控制系統的使用后各項指標均效果有所提高，控制系統穩定，為選礦廠創造了較好的經濟效益。

6 結論

本文以磨礦分級工藝過程為研究對象，根據生產需求，對已運行七年的原有的自動化控制系統進行了優化，具有較強實際應用價值。優化系統投用后，實現了磨礦分級過程優化控制，滿足了該選礦廠的生產需求，運行穩定可靠，經濟實用，具有較好的應用和推廣價值。