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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 高壓斷路器

選礦生產線智能控制系統

發(fā)布日期：2022-04-27 點擊率：152

在選礦生產線上，通過完善現場生產設備和生產工藝，對提高選礦產品的品位和回收率所起的作用已微乎其微。而減少分級機的溢流濃度、分級水、返砂礦、粒度等諸多因素的影響，克服濃度控制較大的慣性和純滯后特性，可大幅度提高選礦產品的品位和回收率，常規(guī)PID控制+智能控制技術成為首選和可行的控制手段。

魯南礦業(yè)公司2#選礦生產線原礦品位33%，主要原料為磁鐵礦石；原礦經過兩臺球磨機磨碎和三臺磁選機選別后，進入篩選機篩選，然后進入一段立磁機、二段立磁機精選，再經過磁選機選別并過濾后，成為精礦粉進入礦倉儲存。如圖1，根據工藝及經驗輸入流量設定值，自動跟蹤下游設備生產節(jié)奏和生產故障信號調整流量設定值，設定值與實際值的偏差通過原礦流量控制單元，調整變頻器控制給礦機送礦；一段濃度模糊控制模型修正濃度設定值后，設定值與實際值的偏差進入濃度控制單元，輸出控制調節(jié)閥；二段濃度控制采用常規(guī)PID帶偏置的策略控制底流濃度。

    圖1 2#選礦生產線控制工藝圖

    圖1中：

    SL——經驗流量設定值；
    L——流量控制補償；
    St——調整后的流量設定值；
    Lpv ——流量檢測值；
    U——濃度模糊修正值；
    Sn1——一段濃度設定值；
    S——修正后的濃度設定值；
    Npv1——一段濃度檢測值；
    Sn2——二段濃度設定值；
    Npv2——二段濃度檢測值。

    系統組成

    系統硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-300控制系統。采用標準的PROFIBUS網絡通訊，通訊速率為1.5Mbps；每個控制器可以控制32個回路，最大可處理16384個I/O點，其中模擬量I/O點數為2048個，邏輯掃描速率為1.25Mbps。

    圖2 系統硬件配置圖

    DI——數字量輸入；DO——數字量輸出；AI——模擬量輸入；AO——模擬量輸出。

    一段濃度模糊控制

    模糊控制器的輸入語言變量為1號、2號、3號磨礦流量平均值偏差及其變化率，輸出語言變量選為一段立磁濃度控制回路設定值的修正值。如圖3所示。

    圖3 濃度模糊控制原理框圖

    偏差的變化范圍為{-6，6}，變化率的變化范圍為{-4，4}，輸出語言變量的變化范圍為{-5，5}，它們的模糊子集分別為：

       ={NL，NS，O，PS，PL}
       ={NL，NS，O，PS，PL}
       ={NL，NM，NS，O，PS，PM，PL}

    其中N、P、L、M、S、O分別表示“負”、“正”、“大”、“中”、“小”、“零”。

    它們的論域分別為

        ={-3，-2，-1，0，1，2，3}
        ={-2，-1，0，1，2}
        ={-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}

    模糊控制規(guī)則由if  =PL and =NS then
        =PS等18條模糊條件語句構成，其它生產情況不進行濃度設定值的修正。表1所示的模糊控制規(guī)則是根據選礦實際生產過程和操作經驗總結出來的。

    表1 模糊控制規(guī)則表

通過模糊控制規(guī)則經過最大隸屬度法判決，并在實際生產調試多次實踐總結概括，得到總控制表(表2)。表2構成整個模糊控制器的核心，是本系統模糊控制算法的結果，在實際控制時只要查表即可。將控制表存在計算機內存里，并編制一個查詢該控制表的子程序，在每一個控制周期中，將采樣得來的實測偏差及其變化率經過量化轉移(分別乘以量化因子0.5，0.5)，變成查表所需的、值，再與表2相比較，就可以立即得出所需的控制量，將再乘以量化因子(KU=1.0)，方可得到真實的控制量U，作為一段立磁濃度控制回路設定值的修正值。

表2 總控制表

    根據濃度—品位關系，通過控制底流濃度，間接控制溢流品位。底流濃度設定值SP與模型輸出修正值進行運算，作為回路控制的設定值SP'；設定值SP'與實際底流濃度PV進行比較，形成偏差進入PID控制模塊，輸出調節(jié)濃度調節(jié)閥開度，控制底流濃度。

    穩(wěn)定水流量，根據磨礦流量通過模糊控制模型調節(jié)使得預先判斷出濃度的變化趨勢，并根據這一趨勢調節(jié)閥門，當濃度的變化反應到濃度檢測值上時，閥門正好調到合適的位置，克服了濃度調節(jié)滯后時間長、易超調、反應速度慢的缺點。

    主要技術應用

    1 濃度信號處理

    DFM系列智能工業(yè)密度計檢測現場濃度值，作為濃度控制的檢測值；當一束γ射線穿過待測料液時，一部分射線因和料液的原子發(fā)生相互作用而被吸收，當液層厚度固定時，通過透射射線的計數率算出料液的密度值Di，并按下式算出濃度測量值(%)。

    式中：

    D0——低濃度參比點(標準液)的密度值；
    D1——高濃度參比點(標準液)的密度值；
    Di——儀表測出的密度值；
    C0——低濃度參比點的深度值(%)；
    C1——高濃度參比點的深度值(%)；
    Ci——濃度測量值(%)。

    2  流量產量自協調

    根據選礦生產節(jié)奏和現場故障情況，把現場生產分為三種情況：正常，慢，故障；不同生產情況分別設定不同的流量修正值，并與流量設定值進行運算作為回路調節(jié)的實際設定值。從而減少了生產節(jié)奏慢和半小時內故障引起的不必要的停機等待，減少了設備啟停次數，提高了產量。

    3  流量無擾運算

    為防止瞬間斷流引起系統不必要的波動，小于一定值的流量不參與控制，不作為計算的平均流量的采樣值；采用一定時間的平均流量作為流量的檢測值，減少了外部干擾，實現了流量自動平均采集，增大了系統控制的穩(wěn)定性。

    其它控制功能

    1  磨礦恒定給礦控制

    磨礦恒定給礦控制回路采用帶偏置的單回路控制。流量設定值SP與實際流量PV比較,形成偏差,增加隨流量偏差值變化的動態(tài)偏置量f(x)，動態(tài)偏置f(x)與PID輸出進行運算，通過頻率限幅模塊調節(jié)變頻器，控制擺式給礦機按某一頻率擺動，使皮帶運輸機上的料流達到所需流量設定值。

    2  二段立磁濃度控制

    底流濃度采用帶偏置補償的PID的控制回路。底流濃度設定值SP與實際底流濃度PV進行比較，形成偏差并進入PID模塊；當底流濃度大于設定值時，增大底流調節(jié)閥開度，減小底流濃度；當底流濃度小于設定值時，減小底流調節(jié)閥開度，增大底流濃度。并在回路中增加偏置補償：當設定值與實際的PV值相差較大時，在PID的輸出上加上一個偏置值，加快調節(jié)速度，當設定值與實際的PV值相差較小時，去掉補償值，使PID較精確的調節(jié)，減小誤差，減少控制超調。

    結束語

    系統自2002年7月投入運行以來，取得良好的控制效果：流量控制在設定值的±0.4噸/小時內，濃度控制在設定值的±1.8%內，精礦品位從原來的64.3%上升到64.9%，回收率提高0.8%，全自動運行率99%以上，提高精礦產量2.2%以上；減少了環(huán)境污染，具有較好的經濟效益和推廣價值。

來源：PLC&FA

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