基于專家系統(tǒng)的磨礦分級自動控制系統(tǒng)研究

段銀聯(lián)

（山東黃金礦業(yè)（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(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能控制等相關(guān)技術(shù)與礦山開發(fā)技術(shù)深度融合，智能化礦山也應(yīng)運而生。當(dāng)前大部分的選廠已實現(xiàn)控制、管理、調(diào)度和決策于一體的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，但智能智慧化選礦才剛剛起步。

磨礦分級系統(tǒng)作為選廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程復(fù)雜，具有強耦合、非線性及時變性等復(fù)雜工業(yè)過程、各個影響因素間相互耦合的特點［2］。傳統(tǒng)的PID控制策略，建立一套精確的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)困難，無法實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，達不到理想的控制效果，因此對該系統(tǒng)的控制，需要尋找一種可行的解決方案，一直是選礦界技術(shù)人員追求的目標(biāo)，同時磨礦分級控制系統(tǒng)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(wù)是金精礦，原設(shè)計規(guī)模為8000t/d，預(yù)留10000t/d的生產(chǎn)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(guān)鍵的生產(chǎn)過程，直接影響到選礦廠的技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)。

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(jīng)皮帶運輸至粉礦倉待處理，粒級大約為10mm,后經(jīng)皮帶輸送帶轉(zhuǎn)運至溢流型球磨機腔體內(nèi)，礦石與調(diào)漿水混合，在腔體內(nèi)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(nèi)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(nèi)進行再磨，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)［3］（見圖1）。

圖1 磨礦分級工藝流程

3 磨礦分級過程的基礎(chǔ)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(xiàn)為以下三點：

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

（2）狀態(tài)檢測復(fù)雜。生產(chǎn)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(fù)雜。生產(chǎn)所涉及的設(shè)備數(shù)量較多，各生產(chǎn)設(shè)備的工作原理不同，控制方法也就不同，生產(chǎn)設(shè)備的在線檢測也存在不確定性。如在同一的泵頻下，剛修復(fù)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(tǒng)基礎(chǔ)上，本次采用專家系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略，對磨礦分級工藝進行控制系統(tǒng)優(yōu)化。

系統(tǒng)主要是通過專家控制策略、數(shù)學(xué)建模、c#編程軟件等技術(shù)，來實現(xiàn)工藝過程的自動控制［4］。

控制目標(biāo)：

（1）給浮選流程提供穩(wěn)定的原料；

（2）各項指標(biāo)保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)；

（3）磨礦分級工藝的實現(xiàn)產(chǎn)量最大化；

（4）使磨礦粒度分布在合格范圍內(nèi)。

狀態(tài)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(tǒng)設(shè)計

磨礦分級專家控制系統(tǒng)對FCS中采集的現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用模糊控制器對數(shù)據(jù)進行模糊化處理，根據(jù)規(guī)則庫中磨礦分級專家的知識和經(jīng)驗，將模糊化判定后的輸出數(shù)據(jù)作為參數(shù)的設(shè)定值，對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，及時地判斷生產(chǎn)狀況，使磨礦分級系統(tǒng)達到最佳的工作狀態(tài)［5］。

磨礦分級控制系統(tǒng)，通過分析工藝生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合專家知識及模糊控制策略，將磨礦分級工藝系統(tǒng)的控制參數(shù)進行劃，內(nèi)容如下：

球磨機設(shè)定的給礦量分為五檔:當(dāng)前處理量≥460t/h、460t/h＞當(dāng)前處理量≥440t/h、440t/h＞當(dāng)前處理量≥420t/h、420t/h＞當(dāng)前處理量≥400t/h、當(dāng)前處理量＜440t/h；

水力旋流器流量設(shè)定與處理量給定相對應(yīng)，設(shè)有不同的區(qū)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(jié)果如表1所示。

表1 變量狀態(tài)分布表

控制策略：

根據(jù)對磨礦分級生產(chǎn)工藝的研究和分析，并結(jié)合技術(shù)人員、操作人員的操作經(jīng)驗形成了包含300多條專家規(guī)則的控制算法庫，通過對狀態(tài)參數(shù)不同工作范圍的分析，智能檢測生產(chǎn)流程的運行狀態(tài)，并自動根據(jù)不同的狀態(tài)尋優(yōu)執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)整操作，實現(xiàn)流程的智能優(yōu)化控制。典型的控制規(guī)則示例如下：

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

IF泵池液位狀態(tài)為高，THEN調(diào)節(jié)水量減10m3/時；

IF泵池液位狀態(tài)為低，THEN調(diào)節(jié)水量加10m3/時；

IF旋流器溢流流量狀態(tài)為高AND溢流濃度狀態(tài)為低，THEN減少調(diào)節(jié)水用量；

IF旋流器溢流流量狀態(tài)為低AND給礦量狀態(tài)為高AND其他參數(shù)狀態(tài)為正常，THEN加大泵速設(shè)定值；

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

5 控制系統(tǒng)測試與分析

本系統(tǒng)通過為期一個月的系統(tǒng)調(diào)試，當(dāng)前，系統(tǒng)投用率達到90%以上。系統(tǒng)投用率和投用后溢流粒度波動率（見圖3和圖4）。

圖3 系統(tǒng)投用率

圖4 投用后溢流粒度波動情況

根據(jù)投用和未投用的數(shù)據(jù)對比關(guān)系來看，在處理量基本穩(wěn)定的前提下（該處理量為該系統(tǒng)中球磨機的處理能力上限值），產(chǎn)品粒度波動率減少3.66%；產(chǎn)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(tài)分布表

從控制系統(tǒng)實際投用的效果來看，該自動控制系統(tǒng)的使用后各項指標(biāo)均效果有所提高，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，為選礦廠創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

6 結(jié)論

本文以磨礦分級工藝過程為研究對象，根據(jù)生產(chǎn)需求，對已運行七年的原有的自動化控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化，具有較強實際應(yīng)用價值。優(yōu)化系統(tǒng)投用后，實現(xiàn)了磨礦分級過程優(yōu)化控制，滿足了該選礦廠的生產(chǎn)需求，運行穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟實用，具有較好的應(yīng)用和推廣價值。