磨礦分級中給礦量的有效控制系統(tǒng)

磨礦分級流程是選礦廠選礦流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其根本目的是將礦石粉磨至有價礦物單體解離的合格粒度，并且要球磨機具有較高的效率和較低的能耗，以滿足選廠的技術(shù)和經(jīng)濟控制目標(biāo)，并且使整個磨礦分級系統(tǒng)達(dá)到更優(yōu)工況。生產(chǎn)實踐證明，磨機的給礦量是系統(tǒng)中的重要變量，它直接影響著磨機的效率和能耗，并關(guān)系到整個系統(tǒng)的優(yōu)化。

但磨礦分級系統(tǒng)是一個多變量的復(fù)雜系統(tǒng)，且給礦量的控制也涉及整個系統(tǒng)各設(shè)備和過程的匹配，依靠單純的PID調(diào)節(jié)等簡單控制方法，或是傳統(tǒng)的人工調(diào)節(jié)作業(yè)，很難對給礦量進(jìn)行有效的自動控制。為此，采用模糊控制技術(shù)，并結(jié)合智能PID調(diào)節(jié)，利用現(xiàn)場技術(shù)人員及專家的知識經(jīng)驗，不需要建立精確的模型即可實現(xiàn)給礦量的有效控制。

基本工藝

鄭州某選廠的磨礦分級系統(tǒng)是多段式圈流系統(tǒng)，但就給礦量控制系統(tǒng)而言，只需針對圈流進(jìn)行描述。

該選廠破碎后的原礦由稱重式給料機連續(xù)加料到溢流型球磨機中，并配以給礦水來調(diào)節(jié)磨機內(nèi)濃度；磨機溢流進(jìn)入分級機進(jìn)行分級，合格粒度的物料進(jìn)入后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)，不合格的物料則進(jìn)入泵池，作為返砂泵入磨機再磨。

控制方案

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于給礦系統(tǒng)具有非線性、大慣性和多耦合因素等特點，物料在從給料機給料到磨機粉磨，再經(jīng)分級機進(jìn)行分級的整個作業(yè)流程中，不確定性因素較多，各變量的變化都會引起給礦量的調(diào)整。而系統(tǒng)中到底給多少料才能使工況更優(yōu)，一直是磨礦分級系統(tǒng)控制的難點。為此，給礦量控制系統(tǒng)采用模糊PID串級控制方式，即以模糊控制器為主回路控制器，利用電耳采集磨音的實時值反饋到模糊控制器，并與磨機更更佳工況下的磨音值進(jìn)行比較，通過模糊運算獲得某時段中更佳的給礦量設(shè)定值，再傳送給副回路，確保磨機處于更佳工況，且不出現(xiàn)“空腹”或“脹肚”現(xiàn)象；以智能PID控制器為副回路控制器，通過快速調(diào)節(jié)給料機轉(zhuǎn)速來跟隨給礦量設(shè)定值。

2、被控量的確定

由于給礦量控制系統(tǒng)采用串級控制，因此在主副回路中均存在一個被控量，且這兩個被控量的選取要確保副回路的響應(yīng)速度快于主回路。副回路的被控量容易確定，即為給料機給礦量，更重要的是主回路被控量的確定，該變量是表征磨機工況、實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的重要參數(shù)。

主回路被控量一般有3個可選，即磨機溢流粒度(或者濃度)、磨機功率和磨音。在有關(guān)文獻(xiàn)中，較多地采用溢流粒度、磨機功率作為被控量。溢流粒度采用在線粒度儀測出，并反饋到系統(tǒng)中，但是原礦性質(zhì)和球荷比的變化都會對溢流粒度造成影響，監(jiān)測溢流粒度的變化在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)給礦量的控制，但不能充分掌握磨機的工況，不利于其處理能力的發(fā)揮。磨機功率與其工況密切相關(guān)，能夠較好地反映出磨機的負(fù)荷變化。

基于以上分析，所述給礦量控制系統(tǒng)采用電耳監(jiān)測磨機的磨音作為主回路的被控量。磨音與負(fù)荷的關(guān)系曲線具有一定的單調(diào)性，故通過磨音的變化較易判斷磨機負(fù)荷的變化，由此推導(dǎo)出給礦量更佳設(shè)定值。根據(jù)現(xiàn)場實際測試，確定磨機更佳工況時的磨音值?，F(xiàn)已證明，只要能夠?qū)⒛C磨音變化控制好，就能使磨機具有更佳工況，且不會出現(xiàn)“空腹”和“脹肚”現(xiàn)象。

控制算法

1、給礦量設(shè)定值算法

在許多的磨礦分級相關(guān)文獻(xiàn)中，多把給礦量設(shè)定值當(dāng)作一個恒定值來處理，這顯然是不科學(xué)的。因為隨著原礦性質(zhì)的變化、磨機工況的調(diào)整，都需要不斷地調(diào)整給礦量設(shè)定值。給礦量設(shè)定值所涉及的相關(guān)因素多，涉及大量的不確定信息，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型和控制模型。筆者所述控制系統(tǒng)中，給礦量設(shè)定值的確定采用了模糊控制技術(shù)，具有較強的魯棒性，尤其適用于這種非線性的控制系統(tǒng)，不需要精確的模型，只需將現(xiàn)場技術(shù)人員及有關(guān)專家的經(jīng)驗總結(jié)作為相應(yīng)的控制規(guī)則應(yīng)用到系統(tǒng)中去。模糊控制器為雙輸入單輸出結(jié)構(gòu)，所設(shè)計的二維輸入使系統(tǒng)具有更好的性能。

在模糊控制系統(tǒng)中，所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通常為精確量，需要將其模糊化后輸入到模糊控制器中?？刂破饕阅C更佳工況下的磨音值為設(shè)定值，并與磨音的實時反饋值作減運算，得到誤差值及其變化率。誤差的計算方法是，針對具體的磨礦分級系統(tǒng)，以一定時間為周期，磨音監(jiān)測系統(tǒng)每秒鐘采集一次數(shù)據(jù)，而后計算每個周期內(nèi)的平均值，該值與給定值的差值即為誤差。誤差和誤差變化率在比例因子的作用下變換到相應(yīng)的論域上。

2、PID控制回路

主控制回路給出給礦量設(shè)定值之后，就需要副回路及時調(diào)節(jié)給料機的轉(zhuǎn)速，使實時值快速達(dá)到給定值。但是，有時給礦量設(shè)定值和給料機實時值的差值比較大，就需要一個能夠快速消除該差值的控制器，以免給已經(jīng)存在較強時滯性的磨礦分級系統(tǒng)增加額外的不穩(wěn)定因素。

PID控制器廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠和高能的特點，一般的PID控制器一經(jīng)整定，其P、I、D三個參數(shù)一般都是定值。但實際應(yīng)用時需要將這三個參數(shù)根據(jù)差值的變化調(diào)好，比如當(dāng)偏差值較大時，P參數(shù)要盡量大點，以盡快消除余差，為此采用智能PID控制算法。

實際運行情況表明，給礦控制系統(tǒng)響應(yīng)迅速、穩(wěn)定，調(diào)節(jié)精度高，對于提高磨礦分級效率具有重要意義；同時也為磨礦分級作業(yè)中的磨礦濃度和溢流濃度控制提供了借鑒。

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