國(guó)內(nèi)外選礦數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

李建博 張 煦

（1．金川集團(tuán)公司選礦廠；2．金川集團(tuán)公司信息與自動(dòng)化工程有限公司）

近年來(lái)，我國(guó)在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等方面取得了積極進(jìn)展，以有色金屬礦物加工設(shè)備、流程理論模型及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)的建模仿真平臺(tái)計(jì)算功能日趨完善，整個(gè)選礦行業(yè)生產(chǎn)流程正在向數(shù)字化、智能化方向快速發(fā)展，其中，有些成熟的建模技術(shù)已經(jīng)固化于模擬軟件和優(yōu)化系統(tǒng)中［1-6］。

1 國(guó)外選礦數(shù)字化現(xiàn)狀

1.1 Star CS系列優(yōu)化控制系統(tǒng)

南非明泰克（Mintek）公司開發(fā)的StarCS系列優(yōu)化控制軟件已經(jīng)在礦物加工和冶金行業(yè)應(yīng)用多年。MillStar和Float Star優(yōu)化模塊是Mintek專門針對(duì)磨礦和浮選工藝流程而設(shè)計(jì)的優(yōu)化控制軟件包，可以單獨(dú)使用，也可以在StarCS平臺(tái)下進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化計(jì)算。

（1）MillStar控制軟件包可以最大限度地穩(wěn)定流程給礦，控制產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)量和磨礦效率（圖1）。在來(lái)料粒度、硬度發(fā)生變化時(shí)，以及給礦皮帶與礦物量不匹配時(shí)，利用模型計(jì)算反饋信息和在線測(cè)量信息。此外，磨機(jī)功耗優(yōu)化和循環(huán)負(fù)荷優(yōu)化也是其重要的流程優(yōu)化功能。

（2）FloatStar軟件包可實(shí)現(xiàn)包括液位穩(wěn)定控制、礦漿流量控制、浮選時(shí)間控制、循環(huán)負(fù)荷控制、回收率優(yōu)化控制、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、液位故障監(jiān)測(cè)、pH控制以及流程模擬計(jì)算（浮選動(dòng)態(tài)流程模擬）等功能。

1.2 ACE控制系統(tǒng)

奧地利安德里茨（ANDRITZ）集團(tuán)針對(duì)礦山行業(yè)開發(fā)了先進(jìn)控制專家（ACE）控制系統(tǒng)，其包括球磨機(jī)ACE、破碎機(jī)ACE、半自磨機(jī)ACE、濃密機(jī)ACE以及浮選流程ACE等。利用先進(jìn)的多變量控制平臺(tái)ANDRITZ Brain Wave可以針對(duì)礦物加工流程中的各分塊和整體進(jìn)行優(yōu)化操作。

此外，ANDRITZ開發(fā)了“數(shù)字雙胞胎”平臺(tái)，針對(duì)礦物加工流程設(shè)計(jì)、流程分析、軟測(cè)量以及優(yōu)化控制等功能開發(fā)的IDEAS流程模擬平臺(tái)可以進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算。使用戶可以在虛擬平臺(tái)上進(jìn)行超實(shí)時(shí)的流程模擬計(jì)算，在真實(shí)生產(chǎn)流程開始之前預(yù)見(jiàn)流程設(shè)計(jì)效果、安全性及盈利情況等。

1.3 OCS軟件平臺(tái)

美卓（Metso）公司在選礦流程優(yōu)化控制領(lǐng)域推出OCS（Optimizing Control System）軟件平臺(tái)（圖2），利用在線圖像粒度分析儀器、在線泡沫圖像分析儀、磨音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等硬件設(shè)備和模糊邏輯、專家規(guī)則、模型軟測(cè)量工具等手段進(jìn)行磨礦過(guò)程整體優(yōu)化控制。

1.4 建模仿真平臺(tái)Mimic Field 3D

美國(guó)艾默生（EMERSON）公司針對(duì)流程工業(yè)推出了建模仿真平臺(tái)Mimic Field 3D，此平臺(tái)可以連接工程師站、操作員站、工廠數(shù)據(jù)庫(kù)、優(yōu)化控制系統(tǒng)以及動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，其中，Mimic Simulation Software包含破碎、磨礦分級(jí)、浮選、濃密等設(shè)備靜態(tài)及動(dòng)態(tài)模型，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的質(zhì)量平衡、能量平衡和化學(xué)反應(yīng)、離子交換速率計(jì)算。

2 國(guó)內(nèi)選礦數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

由于工藝特點(diǎn)差異、管理思路不同、成本較高等原因，國(guó)外相關(guān)的選礦智能化技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用不順利，成功的案例有限。

目前，國(guó)內(nèi)大型選礦廠基本實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)檢測(cè)和基礎(chǔ)自動(dòng)化，并建立了部分MES信息系統(tǒng)，但主要存在以下問(wèn)題：基礎(chǔ)檢測(cè)不全面，儀器儀表的可靠性和數(shù)據(jù)有效性不足；缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，信息與數(shù)據(jù)的規(guī)劃和統(tǒng)一性不完善，未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，存在信息孤島；人工智能、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字孿生仿真優(yōu)化等新技術(shù)應(yīng)用不足；生產(chǎn)操作、控制與決策的智能化程度不高，一定程度上還依賴人工操作和人工經(jīng)驗(yàn)。

2.1 研究狀況

東北大學(xué)進(jìn)行了《面向運(yùn)行優(yōu)化控制的磨礦全流程建模技術(shù)》研究，通過(guò)機(jī)理分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與METSIM軟件建模方法相結(jié)合，推動(dòng)了建模仿真在磨礦優(yōu)化控制技術(shù)中的應(yīng)用。柴天佑院士主持的《流程工業(yè)一體化過(guò)程控制的若干基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究》中，提出了3種結(jié)構(gòu)的智能混合建模方法，研究推動(dòng)了流程工業(yè)建模理論的發(fā)展。

礦冶科技集團(tuán)有限公司針對(duì)磨礦生產(chǎn)流程設(shè)備、檢測(cè)及自動(dòng)控制等方面進(jìn)行了大量研究，實(shí)現(xiàn)了磨礦回路穩(wěn)定控制、磨礦過(guò)程優(yōu)化控制等優(yōu)化算法。研究了SABC流程運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律，自主開發(fā)了BPM-G磨礦優(yōu)化控制軟件，實(shí)現(xiàn)了磨礦流程的優(yōu)化控制。

2.2 建設(shè)案例

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大型礦山企業(yè)都在進(jìn)行“智能礦山”的調(diào)研、規(guī)劃和構(gòu)建，比較有代表性的企業(yè)有華聯(lián)鋅銦都龍礦區(qū)新田選礦廠、金徽礦業(yè)鉛鋅礦選礦廠、三山島金礦選礦廠等。其中，新田選礦廠進(jìn)展較快，依托SGS公司浮選優(yōu)化控制系統(tǒng)完成了智能磨礦、浮選控制系統(tǒng)改造（圖3），實(shí)現(xiàn)了浮選的智能控制，通過(guò)安裝專家系統(tǒng)平臺(tái)軟件KSX、泡沫影像系統(tǒng)軟件Metfroth、數(shù)據(jù)傳輸軟件Kepware等實(shí)現(xiàn)了浮選優(yōu)化控制，同時(shí)聯(lián)合礦冶科技集團(tuán)公司開發(fā)了重選搖床機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字圖像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)搖床精礦帶、混合精礦帶和次精礦帶位置信息、顏色、寬度特征的實(shí)時(shí)檢測(cè)和數(shù)字化解析，自動(dòng)調(diào)節(jié)接礦板位置，實(shí)現(xiàn)“搖床設(shè)備無(wú)人值守模式”。

3 結(jié)論

（1）國(guó)內(nèi)礦物加工流程模擬及智能化整體水平與國(guó)外相比還存在著較大的差距，科研開發(fā)、系統(tǒng)集成、示范工程等方面的投入有待加強(qiáng)，有助于提高國(guó)內(nèi)礦物加工工藝整體水平，加快選礦廠數(shù)字化、智能化的進(jìn)程。

（2）隨著國(guó)家綠色礦山政策的逐步推進(jìn)，礦業(yè)開發(fā)不只是綠色環(huán)保和資源利用水平提高，還需要在智能化和本質(zhì)安全建設(shè)方面進(jìn)一步提高。

（3）以信息化、自動(dòng)化為基礎(chǔ)，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G技術(shù)，依托機(jī)器人、無(wú)人化作業(yè)設(shè)備等，傳統(tǒng)礦山將變成“無(wú)人值守、有人巡檢”的本質(zhì)安全智能礦山。