專利名稱：一種磨礦分級過程的模糊監督控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種在選礦生產中的磨礦分級過程的模糊監督控制裝置及方法，屬于自動控制技術領域。
背景技術：
磨礦分級過程(GCP)廣泛應用于冶金行業選礦生產中，通過研磨使礦石中的有用成分全部或大部分達到單體分離(微米級)，同時又盡量避免“過粉碎”現象，達到選別作業 (如浮選、磁選)的粒度要求，為選別作業有效回收礦石中的有用成分創造條件。GCP是高能耗生產過程，需要通過控制使其運行在產量最大化點，以降低單位產品能耗。傳統的磨礦分級過程控制由磨礦操作工采用“觸、聽、看”的方法，不足在于對操作人員的要求比較高，而且無法保證生產安全與產品質量。隨著控制理論的發展，先進控制在磨礦分級過程中得到廣泛應用，但這些方法多基于模型，存在建模成本高等問題。采用智能方法綜合判斷GCP的生產工況并進行優化調整已成為主要研究方向，對提高選礦企業競爭力、節能降耗具有特別重要的意義。

發明內容
發明目的本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種能夠對磨礦分級過程進行自動調節、使產品粒度滿足要求，同時使球磨機工作在最佳負荷狀態的磨礦分級過程的模糊監督控制裝置。本發明的另一目的在于提供這種磨礦分級過程的模糊監督控制方法。技術方案本發明所述的磨礦分級過程的模糊監督控制裝置，由監督層、調節層和儀表層構成；所述監督層包括可編程邏輯控制器和監控計算機，所述可編程邏輯控制器包括 CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，所述CPU模塊與所述模擬量輸入模塊和所述模擬量輸出模塊通過背板總線相連；所述可編程邏輯控制器用于采集所述儀表層的實時數據，并經過優化計算得到優化的過程設定值輸送給所述調節層；所述監控計算機與所述 CPU模塊連接，用于設置所述可編程邏輯控制器的工作參數和指標參數，并實時監控磨礦分級過程中的各個設備的工作狀態；所述調節層包括給礦機變頻器、渣漿泵變頻器、磨機給水調節閥和泵池補加水調節閥，分別與所述模擬量輸出模塊相連，形成磨礦濃度變比控制(DVRC)回路、泵池液位均勻控制(LLC)回路和液位-粒度超馳控制(LPOC)回路；所述儀表層包括皮帶秤、電耳、磨機給水流量計、泵池補加水流量計、液位計和粒度分析儀，分別與所述模擬量輸入模塊相連。所述監督層用于采集儀表層的實時數據，并經過優化計算得到優化的過程設定值；調節層的基礎控制回路實時接收監督層的優化的過程設定值，共同協作完成GCP的控制及優化，使磨礦分級過程的產品粒度滿足要求，并提高產量。
優選地，所述皮帶秤設置于給礦皮帶處，用于檢測實際給礦量，與所述模擬量輸入模塊的第一輸入端相連；所述電耳設于磨機機身外側，用于檢測磨機音量，與所述模擬量輸入模塊的第二輸入端相連；所述磨機給水流量計設于磨機給水管路，用于檢測磨機前端補加水量，與所述模擬量輸入模塊的第三輸入端相連；所述泵池補加水流量計設于泵池給水管路，用于檢測泵池的補加水量，與所述模擬量輸入模塊的第四輸入端相連；所述液位計設于泵池上方，用于檢測泵池液位，與所述模擬量輸入模塊的第五輸入端相連；所述粒度分析儀設于水力旋流器出水管路，用于檢測產品粒度，與所述模擬量輸入模塊的第六輸入端相連。所述給礦機變頻器用于根據所述CPU模塊的處理結果控制給礦機的運行速度， 調節給礦量，與所述模擬量輸出模塊的第一輸出端相連；所述渣漿泵變頻器用于根據所述 CPU模塊的處理結果控制渣漿泵的運行速度，調節旋流器入口流量，與所述模擬量輸出模塊的第二輸出端相連；所述磨機給水調節閥用于根據所述CPU模塊的處理結果控制磨機的前端給水量，與所述模擬量輸出模塊的第三輸出端相連；所述泵池補加水調節閥用于根據所述CPU模塊的處理結果控制泵池的補加水量，與所述模擬量輸出模塊的第四輸出端相連。所述CPU模塊包括知識庫模塊、推理機模塊、模糊化接口、解模糊接口和用戶接口 ；所述知識庫模塊是知識的儲存器，主要有規則庫和數據庫兩部分構成；其中規則庫用于問題的推理和求解，數據庫用于存儲表征應用對象的特征、狀態、求解目標和中間狀態數據，供推理和解釋機構使用；所述推理機模塊運用所述知識庫提供的知識，基于通用的問題的求解模型進行自動推理求解；所述模糊化接口用于接收過程實時數據，并輸送到推理機模塊進行推理計算；所述解模糊接口用于將推理機模塊推理求解的優化指標值輸出；所述推理機模塊通過用戶接口與系統用戶聯系，接受用戶的提問，并向用戶提供問題求解結論和推理過程。本發明所述的磨礦分級過程的模糊監督控制方法，包括如下步驟(1)對儀表層的各個設備讀取的檢測電流信號進行濾波及規格化得到泵池補加水流量、磨機給水流量、給礦量、產品粒度、泵池液位和磨礦濃度，并利用軟測量的方法得到產品循環負荷；(2)將設定好的產品粒度和循環負荷與檢測到的實際產品粒度和循環負荷相減， 計算出產品粒度偏差和循環負荷偏差；(3)采集這些數據，將數據模糊化，設定模糊規則，最后經過推理機制得到優化的過程設定值；(4)將優化后的過程設定值下傳到調節層的磨礦濃度變比控制回路、泵池液位均勻控制回路和液位-粒度超馳控制回路；(5)得到優化的礦量和濃度給定值后，對磨機的磨礦濃度采用變比值控制，礦量控制回路中，用電子皮帶秤檢測出皮帶上的給礦量，計算出優化的礦量設定值和檢測值之間的偏差，采用積分分離的PID控制方法進行控制；水量控制回路采用帶死區的PID設計方法，得到濃度值，用電耳檢測出球磨機的濃度；(6)將泵池的液位作為一個獨立的定值回路來進行控制，采用液位均勻控制；(7)通過監督層的優化獲得粒度和液位的優化的給定值，用粒度分析儀和液位計得到粒度和液位值，計算測量值和優化后的給定值之間的偏差，采用超馳控制方法對粒度和液位進行控制；液位在正常范圍內時，以粒度控制為主，通過改變泵池的補加水量來控制粒度；當液位在高低范圍外時，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，此時的泵池的補加水量以防止泵池溢出或抽干為目標；待液位恢復正常后，再自動切換到粒度控制方式。步驟(3)中，所述推理機的工作方法為，根據所述可編程邏輯控制器中的知識庫模塊提供的規則，通過問題求解模型自動推理求解出優化的過程設定值；其中所述問題求解模型為U = f(E, K，I)，式中，U = (U1, U2, ... , Uffl)為控制器的輸出作用集；E = (ei; e2，. . .，en)為控制器的輸入集；K = (k1 k2, . . . , kp)為系統的數據項集；I = (i” i2，...，in)為具體推理機構的輸出集；f為一種智能算子，表示成 IFEANDKTHEN(IFITHENU)，即根據輸入信息E和系統中的知識信息K進行推理，然后根據推理結果I確定相應的控制行為U ；所述模糊規則為R1AFS^H AND Fd > L THEN DEC F:；R2 :IFSP > HANDFd < LTHENINCVp ；R3 AFSp <L AND Fd <H THEN INC F:；R4 :IFSP < LANDFd > LTHENDECVp ；R5..IF Fc > H THEN DEC F；；R6 AY Fc < L AND Ff <H THEN INC F；；R7:1F Dg > H AND Fg <H THEN DEC D'g ；
Rs AFDgKL AND Fg > L THEN INC D'g ；R9 IF D > HH THEN DEC D'g AND F； = 0 ；R10 IF D < LL THEN INC D'g AND F； = 0;R11 IF Sp =M AND Fc =M AND Dg =M AND Ff <孖 THEN INC F；；R12 : IF I < LL THEN INC F:；R13 : IF I > HH THEN DEC F:；其中，Ri表示第i條規則；“INC”和“DEC”分別代表“增加”和“減小” ；Sp為產品
粒度；FtnK分別為泵池補加水量和其設定值；Vp為渣漿泵運行速度；F。為循環負荷；Ff、《分別為新給礦量及其設定值；Dg、伐分別為磨礦濃度和其設定值；Fg為磨機給水量；HH表示高高，H表示高，M表示中，L表示低，LL表示低低。步驟(5)中所述變比值控制方法為系統工作時，按當前給礦量比例控制給水，當濃度發生變化時，濃度控制器的輸出將修改比例系數k，從而修改了給水閉環的給定值，給水閉環及時調節給水量，保證濃度相對穩定。步驟(5)中所述積分分離的PID控制方法中，其PI控制器的增量式算法為Au(k) = Δ Up (k) + Δ Ui (k) [ | e (k) < ε ]式中，Aup(k)為比例項增量，AUi(k)為積分項增量，e(k)為誤差，ε為積分分離點，Au(k)為PI控制器的輸出增量。步驟(5)中所述帶死區的PID設計方法為u (k) = u (k-1) + Δ u (k)[Kp [e(k) - e(k -1)] + Ke(k) + Ki [e(k) - 2e{k -1) + e(k - 2)], | e(k) \> BiΔμ(Α:) = \式中，u(k)為PI控制器當前輸出量，u(k-l)為PI控制器上一次輸出量，Kp為比例系數，Ki為積分系數，Kd為微分系數，Bi為控制死區。有益效果本發明采用模糊監督控制方法進行調控，避免了人工手動操作的不足， 改善了系統的控制性能，增加了生產效益；以可編程邏輯控制器為核心控制器，增強了控制系統的可靠性，擴展了控制系統的應用范圍；采用監控計算機進行實時監控，可在線修改可編程邏輯控制器的工作參數和指標參數，提高了控制系統的靈活性和生產效率。本發明能有效解決選礦生產中磨礦分級過程的擾動、耦合和模型失配等控制問題，達到保證質量、提高產量、節能減排等目的。


圖1為本發明磨礦分級過程的模糊監督控制系統的結構示意圖。圖2為本發明的磨礦分級過程遞階控制結構圖。圖3為本發明的可編程邏輯控制器中的CPU模塊示意圖。圖4為本發明磨礦分級過程的模糊監督控制裝置的結構框圖。圖5為本發明的模擬量輸入模塊的連接示意圖。圖6為本發明的模擬量輸出模塊的連接示意圖。
具體實施例方式本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作流程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例本發明的實施例為一大型鐵礦選礦廠磨礦分級過程控制。該選礦廠主要以鐵精礦為主，硫精礦為輔。原礦經預處理后，由擺式給礦機給料，再由給礦皮帶送入球磨機內，與球磨機入口補加水混合在球磨機內被研磨成礦漿，球磨機排礦與球磨機出口補加水混合進入旋流器，旋流器返砂返回球磨機，與球磨機形成閉路。旋流器溢流(磨礦分級控制的最終產品)被送入后續工序。如圖1所示，本實施例包括可編程邏輯控制器1、監控計算機15、給礦機變頻器2、 給礦機3、礦倉4、給礦皮帶5、皮帶秤6、電耳7、泵池補加水流量計8、球磨機9、泵池補加水調節閥10、泵池11、粒度分析儀12、水力旋流器13、磨機給水流量計14、液位計16、渣漿泵 17、渣漿泵變頻器18和磨機給水調節閥19。其中礦倉4內的礦石由礦倉4落下，經給礦機3、給礦皮帶5送入球磨機9進行研磨。研磨后的礦漿經泵池11在渣漿泵17作用下送入水力旋流器13進行分級，粗礦作為循環負荷返回球磨機9再磨，細礦作為磨礦分級過程的最終產品送入下道作業工序；泵池補加水流量計8設置在泵池11的給水管路上用以檢測泵池11的補加水量；皮帶秤6設于給礦皮帶5上用以檢測給礦量；粒度分析儀12設于水力旋流器13的出口管路，用以分析產品粒度；液位計16設于泵池11上方，用以檢測泵池11液位；電耳7設于球磨機9機身外側，用以檢測球磨機9音量；給礦機變頻器2用于控制給礦機3的給礦量；磨機給水調節閥14用于控制磨機9的前端給水流量；泵池補加水調節閥10 用于控制泵池11給水管路的流量；可編程控制器1用于接收各檢測儀表的采樣值，并經過控制計算，將控制量輸出至給礦機變頻器2、磨機給水調節閥19、渣漿泵變頻器18和泵池補加水調節閥10，以實現給礦量、磨機給水量、旋流器入口流量和泵池補加水量的控制。如圖2和圖3所示，一種磨礦分級過程的模糊監督控制方法，包括如下步驟(1)對泵池補加水流量計8、磨機給水流量計14、皮帶秤6、粒度分析儀12、液位計 16、電耳7的檢測電流信號進行濾波及規格化得到泵池11補加水流量、磨機9給水流量、給礦量、產品粒度、泵池11液位和磨礦濃度，并利用軟測量的方法得到產品循環負荷；(2)將設定好的產品粒度和循環負荷與檢測到的實際產品粒度和循環負荷相減， 計算出產品粒度偏差和循環負荷偏差；(3)采集這些數據，將數據模糊化，設定模糊規則，最后經過求解機制得到優化的過程設定值；(4)將優化后的過程設定值下傳到調節層的各個基礎回路；(5)得到優化的礦量和濃度給定值后，對磨機9的磨礦濃度采用變比值控制，礦量控制回路中，用電子皮帶秤6檢測出皮帶5上的給礦量，計算出優化的礦量設定值和檢測值之間的偏差，采用積分分離的PID控制方法進行控制。水量控制回路采用帶死區的PID設計方法，得到濃度值，用電耳7檢測出球磨機的濃度。(6)將泵池11的液位作為一個獨立的定值回路來進行控制，采用液位均勻控制。(7)通過模糊監督層的優化獲得粒度和液位的優化的給定值，用粒度分析儀12和液位計16得到粒度和液位值，計算測量值和優化后的給定值之間的偏差，采用超馳控制方法對粒度和液位進行控制。液位在正常范圍內時，以粒度控制為主，通過改變泵池11的補加水量來控制粒度；當液位在高低范圍外時，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，此時的泵池11的補加水量以防止泵池溢出或抽干為目標。待液位恢復正常后，再自動切換到粒度控制方式。具體設計方案如下(一 )調節層控制方案設計(1)磨礦濃度變比控制系統工作時，按當前給礦量比例控制給水。當濃度發生變化時，濃度控制器的輸出將修改比例系數k，從而修改了給水閉環的給定值，給水閉環及時調節給水量，保證濃度相對穩定。礦量控制回路采用積分分離的PID設計，其PI控制器的增量式算法為Δ U (k) = Δ Up (k) + Δ Ui (k) [ | e (k) < ε | ]式中，Aup(k)為比例項增量，Aui (k)為積分項增量，e(k)為誤差，ε為積分分離點，Au(k)為PI控制器的輸出增量。在所有的水量控制回路中，采用帶死區的PID設計u(k) = u(k-l) + Au(k) + Ke(k) + Kd [e(k) - 2e(k -1) + e(k - 2)], | e(k) \> BiΔμ(Α:) = i式中，u(k)為PI控制器當前輸出量，u(k-l)為PI控制器上一次輸出量，Kp為比例系數，Ki為積分系數，Kd為微分系數，Bi為控制死區。(2)泵池液位均勻控制結構與一般的單回路反饋控制結構完全相同，但Kp、Ki整定得相對較小。這樣一來，液位變化允許范圍相對較大，但避免了旋流器的入口流量(即泵池出口流量)的突變，減小了對產品粒度的影響。(3)粒度與液位的超馳控制液位在正常限范圍內時，以粒度控制為主，當液位在高低限范圍外時，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，待液位恢復正常后，再自動切換到粒度控制方式。( 二)模糊監督控制器設計方案可編程邏輯控制器中的CPU模塊包括知識庫、數據庫、特征數據處理單元、推理機和用戶接口等單元模塊等。選擇操作變量、被控變量和其它輔助變量為輸入變量，模糊化成 3 5個值，即HH(高高)、H(高)、M(中)、L(低)、LL(低低)。(1)知識庫模塊設計知識庫是知識的存儲器，主要由規則庫和數據庫兩部分構成。其中規則庫用于問題的推理和求解，數據庫用于存儲表征應用對象的特性、狀態、求解目標、中間狀態等數據， 供推理和解釋機構使用。主要規則如下R1AFS^H AND Fd > L THEN DEC F:；R2 :IFSP > HANDFd < LTHENINCVp ；R3 AFSp <L AND Fd <H THEN INC F:；R4 :IFSP < LANDFd > LTHENDECVp ；R5 AFF >H THEN DEC F；；R6 AY Fc < L AND Ff <H THEN INC F；；R7:1F Dg > H AND Fg <H THEN DEC D'g ；Rs AFDgKL AND Fg > L THEN INC D'g ；R9 IF D > HH THEN DEC D'g AND F； = 0 ；R10 IF D < LL THEN INC D'g AND F； = 0;R11 IF Sp =M AND Fc =M AND Dg =M AND Ff <孖 THEN INC F；；R12 : IF L < LL THEN INC F:；R13 : IF I > HH THEN DEC F:；其中，Ri表示第i條規則；“INC”和“DEC”分別代表“增加”和“減小” ；Sp為產品粒度；FtnK分別為泵池補加水量和其設定值；VP為渣漿泵運行速度；F。為循環負荷；Ff、《分別為新給礦量及其設定值；Dg、伐分別為磨礦濃度和其設定值；Fg為磨機給水量。(2)推理機模塊設計推理機是一個運用知識庫提供的知識，基于某種通用的問題求解模型進行自動推理求解的計算機軟件系統，承擔著控制并執行模糊推理的過程。推理機通過推理咨詢人機接口與系統用戶相聯系，通過人機接口接受用戶的提問，并向用戶提供問題求解結論及推理過程。模糊控制系統中的問題求解機制為如下推理模型U = f (E，K，I)，式中，U = (U1, U2, ... , Uffl)為控制器的輸出作用集；E = (ei; e2，. . .，en)為控制器的輸入集；K = (k1 k2,. . . , kp)為系統的數據項集；I = i2,..., in)為具體推理機構的輸出集；f為一種智能算子，可以表示成IFEANDKTHEN(IFITHEN U)，即根據輸入信息E和系統中的知識信息K進行推理，然后根據推理結果I確定相應的控制行為U。(3)統計過程控制模塊、軟測量模塊以及智能報警模塊的設計。
如圖4所示，本實施例的模糊監督控制裝置包括可編程邏輯控制器1、監控計算機 15、磨機給水流量計14、磨機給水調節閥19、給礦機變頻器2、泵池補加水流量計8、泵池補加水調節閥10、皮帶秤6、粒度分析儀12、液位計16、電耳7和渣漿泵變頻器18 ；所述的可編程邏輯控制器1包括模擬量輸入模塊、CPU模塊和模擬量輸出模塊，其中CPU模塊通過背板總線與模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊相連。監控計算機15和CPU相連，用于設定可編程邏輯控制器1的工作參數并實時監控磨礦分級過程各設備的工作狀態，設定的可編程邏輯控制器1工作參數和指標參數包括產品粒度設定值、循環負荷設定值、采樣周期、模糊規則、整定參數等。泵池補加水流量計8設置在泵池11的給水管路上用以檢測泵池11的補加水量， 并將其調理成標準檢測電流信號G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；皮帶秤6設于給礦皮帶5上用以檢測給礦量，并將其調理成標準檢測電流信號 (4 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；粒度分析儀12設于水力旋流器13的溢流出口管路，用以檢測分析產品粒度，并將其調理成標準檢測電流信號G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；液位計16設于泵池11上方，用以檢測泵池11液位，并將其調理成標準檢測電流信號G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；電耳7設于球磨機9機身外側，用以檢測磨機音量，并將其調理成標準檢測電流信號G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；磨機給水流量計14設于磨機給水管路上用以檢測磨機前端給水流量，并將其調理成標準檢測電流信號G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；給礦機變頻器2設于給礦機3上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控制給礦機3的給礦量；泵池補加水調節閥10設于泵池11給水管路上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控制泵池11給水管路的流量；渣漿泵變頻器18設于渣漿泵7上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控制給渣漿泵的運行速度；磨機給水調節閥19設于磨機9給水管路上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控磨機9給水管路的流量；本實施例中，可編程邏輯控制器1含有一個模擬量輸入模塊和一個模擬量輸出模塊。如圖5所示，一個模擬量輸入模塊，其中2和3號通道連接到皮帶秤；4和5號通道連接到電耳；6和7號通道連接到磨機給水流量計；8和9號通道連接到泵池補加水流量計；12和13號通道連接到液位計；14和15號通道連接到粒度分析儀；16和17號通道為預留通道；18和19號通道為預留通道。如圖6所示，一個模擬量輸出模塊，其中2和6號通道連接到給礦機變頻器；7和 10號通道連接到渣漿泵變頻器；23和沈號通道連接到磨機給水調節閥；27和30號通道連接到泵池補加水調節閥；其余為預留通道。CPU模塊與上述模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊通過模塊間的背板總線連接。如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
權利要求
1.一種磨礦分級過程的模糊監督控制裝置，其特征在于由監督層、調節層和儀表層構成；所述監督層包括可編程邏輯控制器(1)和監控計算機(15)，所述可編程邏輯控制器 (1)包括CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，所述CPU模塊與所述模擬量輸入模塊和所述模擬量輸出模塊通過背板總線相連；所述可編程邏輯控制器(1)用于采集所述儀表層的實時數據，并經過優化計算得到優化的過程設定值輸送給所述調節層；所述監控計算機(1 與所述CPU模塊連接，用于設置所述可編程邏輯控制器的工作參數和指標參數， 并實時監控磨礦分級過程中的各個設備的工作狀態；所述調節層包括給礦機變頻器O)、渣漿泵變頻器(18)、磨機給水調節閥(19)和泵池補加水調節閥(10)，分別與所述模擬量輸出模塊相連，形成磨礦濃度變比控制回路、泵池液位均勻控制回路和液位-粒度超馳控制回路；所述儀表層包括皮帶秤(6)、電耳(7)、磨機給水流量計(14)、泵池補加水流量計(8)、 液位計(16)和粒度分析儀(12)，分別與所述模擬量輸入模塊相連。
2.根據權利要求1所述的磨礦分級過程的模糊監督控制裝置，其特征在于所述皮帶秤(6)設置于給礦皮帶處，用于檢測實際給礦量，與所述模擬量輸入模塊的第一輸入端相連；所述電耳(7)設于磨機機身外側，用于檢測磨機音量，與所述模擬量輸入模塊的第二輸入端相連；所述磨機給水流量計(14)設于磨機給水管路，用于檢測磨機前端補加水量，與所述模擬量輸入模塊的第三輸入端相連；所述泵池補加水流量計(8)設于泵池給水管路， 用于檢測泵池的補加水量，與所述模擬量輸入模塊的第四輸入端相連；所述液位計(16)設于泵池上方，用于檢測泵池液位，與所述模擬量輸入模塊的第五輸入端相連；所述粒度分析儀(1 設于水力旋流器出水管路，用于檢測產品粒度，與所述模擬量輸入模塊的第六輸入端相連。
3.根據權利要求1所述的磨礦分級過程的模糊監督控制裝置，其特征在于所述給礦機變頻器( 用于根據所述CPU模塊的處理結果控制給礦機的運行速度，調節給礦量，與所述模擬量輸出模塊的第一輸出端相連；所述渣漿泵變頻器(18)用于根據所述CPU模塊的處理結果控制渣漿泵的運行速度，調節旋流器入口流量，與所述模擬量輸出模塊的第二輸出端相連；所述磨機給水調節閥(19)用于根據所述CPU模塊的處理結果控制磨機的前端給水量，與所述模擬量輸出模塊的第三輸出端相連；所述泵池補加水調節閥(10)用于根據所述 CPU模塊的處理結果控制泵池的補加水量，與所述模擬量輸出模塊的第四輸出端相連。
4.根據權利要求1所述的磨礦分級過程的模糊監督控制裝置，其特征在于所述CPU 模塊包括知識庫模塊、推理機模塊、模糊化接口、解模糊接口和用戶接口 ；所述知識庫模塊是知識的儲存器，主要有規則庫和數據庫兩部分構成；其中規則庫用于問題的推理和求解，數據庫用于存儲表征應用對象的特征、狀態、求解目標和中間狀態數據，供推理和解釋機構使用；所述推理機模塊運用所述知識庫提供的知識，基于通用的問題的求解模型進行自動推理求解；所述模糊化接口用于接收過程實時數據，并輸送到推理機模塊進行推理計算；所述解模糊接口用于將推理機模塊推理求解的優化指標值輸出；所述推理機模塊通過用戶接口與系統用戶聯系，接受用戶的提問，并向用戶提供問題求解結論和推理過程。
5.一種磨礦分級過程的模糊監督控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)對儀表層的各個設備讀取的檢測電流信號進行濾波及規格化得到泵池補加水流量、磨機給水流量、給礦量、產品粒度、泵池液位和磨礦濃度，并利用軟測量的方法得到產品循環負荷；(2)將設定好的產品粒度和循環負荷與檢測到的實際產品粒度和循環負荷相減，計算出產品粒度偏差和循環負荷偏差；(3)采集這些數據，將數據模糊化，設定模糊規則，最后經過推理機制得到優化的過程設定值；(4)將優化后的過程設定值下傳到調節層的磨礦濃度變比控制回路、泵池液位均勻控制回路和液位-粒度超馳控制回路；(5)得到優化的礦量和濃度給定值后，對磨機的磨礦濃度采用變比值控制，礦量控制回路中，用電子皮帶秤檢測出皮帶上的給礦量，計算出優化的礦量設定值和檢測值之間的偏差，采用積分分離的PID控制方法進行控制；水量控制回路采用帶死區的PID設計方法，得到濃度值，用電耳檢測出球磨機的濃度；(6)將泵池的液位作為一個獨立的定值回路來進行控制，采用液位均勻控制；(7)通過監督層的優化獲得粒度和液位的優化的給定值，用粒度分析儀和液位計得到粒度和液位值，計算測量值和優化后的給定值之間的偏差，采用超馳控制方法對粒度和液位進行控制；液位在正常范圍內時，以粒度控制為主，通過改變泵池的補加水量來控制粒度；當液位在高低范圍外時，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，此時的泵池的補加水量以防止泵池溢出或抽干為目標；待液位恢復正常后，再自動切換到粒度控制方式。
6.根據權利要求5所述的磨礦分級過程的模糊監督控制方法，其特征在于步驟(5) 中所述變比值控制方法為系統工作時，按當前給礦量比例控制給水，當濃度發生變化時，濃度控制器的輸出將修改比例系數k，從而修改了給水閉環的給定值，給水閉環及時調節給水量，保證濃度相對穩定。
7.根據權利要求5所述的磨礦分級過程的模糊監督控制方法，其特征在于步驟(5) 中所述積分分離的PID控制方法中，其PI控制器的增量式算法為Au(k) = AUp(k) + AUi(k) [|e(k) < ε ]式中，Aup(k)為比例項增量，AUi(k)為積分項增量，e(k)為誤差，ε為積分分離點， Au(k)為PI控制器的輸出增量。
8.根據權利要求5所述的磨礦分級過程的模糊監督控制方法，其特征在于步驟(5) 中所述帶死區的PID設計方法為u(k) = u(k-l) + Au(k)
9.根據權利要求5所述的磨礦分級過程的模糊監督控制方法，其特征在于步驟(3)中，所述推理機的工作方法為，根據所述可編程邏輯控制器中的知識庫模塊提供的規則，通過問題求解模型自動推理求解出優化的過程設定值；其中所述問題求解模型為U = f(E，K，I)，式中，U = (U1, U2, ... , uffl)為控制器的輸出作用集；E= (ei; e2, ... , en)為控制器的輸入集；K= (k1 k2, . . . , kp)為系統的數據項集；I = i2，...，in)為具體推理機構的輸出集；f為一種智能算子，表示成 IFEANDKTHEN(IFITHENU)，即根據輸入信息E和系統中的知識信息K進行推理，然后根據推理結果I確定相應的控制行為U。
10.根據權利要求5所述的磨礦分級過程的模糊監督控制方法，其特征在于所述模糊規則為R1AFS^H AND Fd > L THEN DEC F:；R2 :IFSP > HANDFd < LTHENINCVP ；R3 : IF Sp < I AND F, </i THEN INC F；;R4 :IFSP < LANDFd > LTHENDECVP ；R :1FF>H THEN DEC F；5cf ，R -.WF < L AND Ff THENINCF；；6cff ,R-.1FD ANDF </i THEN DEC Z)* ；7gggR :1FD <L AND F >L THEN INCD'；^ g g g 'R-AFD > HH THEN DEC D' AND F； = 0 ；9ggf，R-AFD <LL THEN INC D' AND F'=0:^Oggf,Ru AFS =MANDF =M ANDZ) =M AND Ff <H THEN INC F:Pcgff ,i ,: IF I <LL THEN INC F':"12 d ,R -.WL >HH THEN DEC F':"13d ,其中，Ri表示第i條規則；“INC”和“DEC”分別代表“增加”和“減小為產品粒度； Fd、《分別為泵池補加水量和其設定值；VP為渣漿泵運行速度；F。為循環負荷；Ff、《分別為新給礦量及其設定值；Dg、伐分別為磨礦濃度和其設定值；Fg為磨機給水量；HH表示高高，H 表示高，M表示中，L表示低，LL表示低低。
全文摘要
本發明公開了一種磨礦分級過程的模糊監督控制裝置，由監督層、調節層和儀表層構成；所述監督層用于采集儀表層的實時數據，并經過優化計算得到優化的過程設定值；調節層的基礎控制回路實時接收監督層的優化的過程設定值，共同協作完成GCP的控制及優化，使磨礦分級過程的產品粒度滿足要求，并提高產量。本發明還公開這種磨礦分級過程的模糊監督控制方法。
文檔編號B02C25/00GK102357395SQ20111033081
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者李世華, 李娟 , 楊俊 , 陳夕松 申請人:東南大學