磨矿分级过程自动控制系统的研究与设计毕业论文(编辑修改稿)

磨矿分级过程自动控制系统的研究与设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

[8]。 最优化生产阶段 20 世纪 90 年代 至 21 世纪初，伴 随着控制理论的 持续 发展 和 控制技术的 普遍 应用，为在 生产中 选矿技术 实现最优控制 或 选矿厂 的 自动化 工艺 奠定了 坚实的 基础。 考虑 到 选矿过程中的影响因素 比较多 ，随 着 入选矿石性质的变化 而异去 自动 校正 对各变量的控制， 从而达到 使 整个 选矿 指标达到最 优。 选矿厂各重要机组、各车间都采用计算机和各种检测仪发出的信号配合，最后，用一台中心计算机来调度其它计算机工作，对整个选矿过程实现最优控制。 南非等一些国家的选矿厂已进入最优化生产控制阶段。 目前，采用计算机控制的磨矿设备常见于球磨或棒磨，国内也已经研究多年，并在少数选矿厂进行了试用。 在控制方法上，将现代控制理论中的自适应控制、多变量控制、最优控制等方法应用于棒磨和球磨控制中。 但计算机在自磨机中的控制应用则很少，国外只有塞浦路斯皮马采矿公司及少数几个选矿厂将计算机控制技术应用于自磨机上。 在国内，自磨 磨矿仍然处于人工操作水平。 一方面：因为自磨机是非常复杂的工业过程被控对象，在理论上和实践上对自磨机的机理认识，专家们尚未有一个统一的解释，还没提出一个可用得数学描述控制模型，成为典型的 “ 黑箱 ” 问题；另一方面：由于进入自磨机的矿石性质多变使得自磨机运行行为也随机多变；再者：自磨机给矿系统纯滞后大以及严重的非线性使得自磨机的控制难度较大，容易产生 “ 胀肚 ” 事故。 当然，目前还没有一种较好的手段来对排矿浓度和料位进行直接检测，也是自磨机要实现自动控制的一个复杂问题 [9]。 在 西方的一些发达国家例如：英国、 美国、 法国、 澳大利亚、加拿大、 德国、 芬兰、智利等， 在各 大中型 磨矿 选矿厂选矿自动化 领域 起步都比较早， 而且 已经实现了 相当程度比例的 自动 化 控制， 其 应用范围 从 碎矿到脱水 等 各个选矿环节 ；在 选矿各阶段中矿特 的自身因素和 选矿 过程中 的 各种 设备状态参数都 在 测控对象 的领域中。 例如： 国外的一些 矿业公司 的 选矿厂利用计算机 技术 控制棒磨、球磨两段磨矿的比例 进行 PID 串级控制 并采用 专家系统 进行 研究， 从而成功实现了在保证生产产品和的基础下的矿产常量的提高，并且能够有效的 使 生产工艺过程中的球 磨机工作超负荷状态 以 下 ，使得生产和效益得到有效的提高。 智利的 Copper ton 选矿厂也成功地应用了两级集散控制系统 [10][11]。 南京的银茂铅锌矿业公司的选矿厂研制的磨矿自动控制系统就设置了电流检测、给矿量、磨机的电耳值、返砂水控制、溢流浓度、排矿水控制及报警等检测项目，借助这些检测的数据来控制磨矿过程的每个工艺参数，分析判断磨机工作状态并实现控制，使流程运行可靠稳定；模糊控 4 制加 PID 调节的自动控制方式使效果达到最佳，能实现局部或全部系统中的数据监控或手动、现状人工操作多种手动操作的方式，借助先进的控制系统及高效可靠仪表的组合可使系统使用更长久，再加上人性化个性 化的组态画面方便了操作，给矿控制方便，当设定好小时给矿量，系统自动根据矿量的情况进行调节，给水和浓度控制也操作简单。 中国黄金集团乌努格吐山铜钼矿的选厂磨矿自控系统包括有：磨矿浓度自控、给矿量自控、矿仓料位自控、旋流器的泵池液位值、给矿浓度（压力）及溢流粒度自控， 实现了智能化给水、给矿和磨机工况自动分析、判断故障、历史数据归档、故障报警和保护。 本文的主要 研究 内容 根 据 磨矿分级 现场操作人员对于 生产工艺 的操作经验， 选取适合该工艺的相应的 模糊规则， 确定好模糊规则中的输入、输出变量。 用 模糊控制来解决 生产工艺中 难以建立 的复杂 数学模型问题，设计 了 一 整 套针对南方某钽铌矿的磨矿分级过程自动 过程 控制系统， 在提高磨矿分级 过程中 的稳定性 与 处理量 方面得到很好的解决途径 ， 从而 使 生产工艺中的 球磨机 能够连续 工作 并且长期处在 最佳状态 而 又不 出现 “ 胀肚 ” 现象 ，提高选矿棒（球）磨的处理能力，提高精矿回收率。 本文 针对 磨矿分级的模糊控制，设计出一套磨矿分级过程自动控制系统， 并且 围绕这一 控制方案 作者从 20xx年 10月 开 始 了对该控制 系统的设计工作， 在长达 一年多的努力 下，经过不断的测试与修改， 基本完成了 针对本文的 研究与设计工作。 现将 现阶段主要 成果撰写成工程硕士论文并 且按以下控制思想 组织全文： 第一章： 引言（ 磨矿分级过程自动控制系统的背景 、 研究意义 、发展现状及趋势） 第二章：磨矿分级过程自动控制系统工艺流程及方案设计 第三章：磨矿分级过程自动控制系统硬件设计 第四章：磨矿分级过程自动控制系统软件设计 及实现 第五章：磨矿分级过程 自动控制系统 监控界面设计 第六章：磨矿分级过程自动控制系统的运行 数据与分析 第 七 章：总结与展望 本章小结 本章介绍了项目产生的背景 和 课题 研究的 现实 意义，在 综合 国内外磨矿分级 控制 技术研究 的 基础上，针对目前矿山 磨矿分级存在的诸 多 问题，提出了本文的 主要 研究 内容与侧重点并 整理 了本文的组织安排。 5 第二章 磨矿分级过程自动控制系统工艺流程及方案设计 南方某钽铌矿建于上世纪七十年代，是我国目前规模最大的钽铌采选企业和钽铌锂原料生产基地，矿床含钽铌锂铷铯等多种金属，具有开采条件好，储量大，有用金属多，综合利用价值高的特点，为国内外同行瞩目。 但目前却受到无法长 时间 稳定生产的困扰，主要原因是矿石性质的变化以及人工操作不能及时对生产不稳定因素做出反应，导致 选矿厂流程稳定性差 ， 更无法快速适应因原矿 的块粉矿搭配比例变化时新的选别流程的稳定， 最终 导致原矿处理量以及最终产品的产量和质量无法得到保障和提高，通过引入自动化控制系统，对磨矿生产过程进行优化控制、优化运行和优化管理，保证磨矿系统的连续、稳定和高效，实现选厂生产磨矿处理能力最大化。 磨矿分级自动控制系统工艺流程 选矿生产过程中的 重要 环节是磨矿分级，控制好磨矿过程 能够使能耗降低 、 最终产品的 产量和 质量提高。 磨矿过程的目标是通过 改变 给水量和给矿量，使磨机的台时产量达到最 优，并且使 分级的浓度和溢流粒度满足要求。 在磨矿分级过程中，给矿量、原矿 的 性质、磨机 的 排矿量、分级机 的 返砂量、返砂水量、磨机 的 转速、介质充填率 、 矿石充填率、衬板状况及球荷比等 可以 影响磨机 的 产量 以 及分级机溢流浓度和粒度。 由于 上述 各种 因素的多变性 和 随机性增加了磨矿分级 过程的 控制 难度。 外部条件有 原矿性质 、 磨机 的 转速、球荷情况及衬板状况， 对于这些因素， 只能遵守客观事实，自动控制系统无法调节。 可 是，如果 完全排除 上述 情况来实施控制，显然是不 可 行的。 由于 原矿性质随时都 有 变化 的 可能 ，任何变化都 会 导致 破坏 系统 平衡状态。 所以能够自动分析原矿性质的变化，并作出相应调整 是必须 控制系统 的一个功能 [12][13]。 下图 是 磨矿分级工艺图。 图 磨矿分级工艺图 6 给矿量工艺流程 由工艺要求可得， 在下位机内设定矿量的给定值，核子秤测 得 的瞬时值 作为 检测值，将检测值与给定值进行比较， 如 果存在 偏差， 由下位 机将信号输出至变频器进行调节， 通过 改变给矿电机 的 转速 从而使矿量改变，将检测值与给定值的偏差消除。 在下一时刻，继续执行这一过程，从 而使给定值与检测值的偏差最小 ， 使系统能够正常运行。 球磨机内负荷 与电流变送器的输出信号的关系如图 ，在本系统中，球磨机工作过程的磨机装载量由电流变送器负责检测。 由图 ，在初始状态，矿石装载量与磨机电流成正比，即电流变大，矿石装载量越大。 如果磨机内矿石的参数发生变化时，要求主机能及时修改设定值，而设定值的修改是通过电流变送器将信号输到主机，改变变频器的值，从而调整给矿量的大小，使磨矿的运行效率达到最高，一直 保持最佳充填率， 同时又不会出现 “ 胀肚 ”。 同时由图 可知，当磨机装载量达到一定值时，磨 机电流将不会变大，如果继续增大装载量，磨机电流反而降低，把这一点作为临界点，并应用实物进行标定，只要满足电流信号大于临界点即可以有效地防止“涨肚” [14][15]。 如果电流值小于临界值，则减小给矿量从而使电流信号变大，如果电流值大于临界值，磨机正常运行。 防止“涨肚”的另一种方法是检测分级机的电流，调节磨机的工作状态，如果磨机正常工作，分级机的返沙比很稳定，如果有“涨肚”的趋势时，则调节给矿量，从而使磨机恢复到正常的工作状态。 调 节 器 变 频 器 给 矿 量矿 流 量 检 测给 矿 量设 定 值+ 图 给矿量控制 系统设计目标 南方某钽铌矿一段磨矿自动化控制系统的建设目的是通过对磨矿进行检视、控制和管理，进一步挖掘生产设备的潜能，稳定工艺生产过程，稳定并提高工艺技术指标；提高设备自动化，降低一线工人的劳动强度，降低系统维护成本，提高整体工作效率。 系统设计原则 南方某钽铌矿磨矿 分级过程 控制系统 本 着以下设计原则 进行设计 ： 系统的可靠性原则 为了使自动化系统在满足工艺要求基础的情况下能够实现长期稳定运行，并且具有抗各种干扰的能力，满足电磁兼容性和安全性的要求；所提供的系统软件是当今国际计算机控制领域公认的 、稳定可靠的、工业标准的实时操作系统和相应的系统软件；系统配置的通信网络、过程控制系统、系统软件和标准的商用软件具有高容错能力；所提供的设备符合工业标准。 所有部件具有较强的抗电磁及无线电干扰能力；整个综合自动化系统分成三 7 级网络（设备网、控制网、信息网），各层网要求能够独立运行，各层网之间要求隔离，隔离通过网关来实现，保证综合自动化系统的独立性和安全性。 系统的先进性原则 由于计算机控制技术迅速发展，所提供的系统硬件和系统软件是当时最先进的产品和成熟的最新版本软件，当更先进和成熟的产品和软件版本出现时，能 与所提供的产品和软件保持兼容。 保证所提供的系统在本领域中有应用业绩。 系统的易维护性原则 系统具有易于维护，操作简便的特点。 系统的可扩展性原则 系统具有灵活的扩展能力。 以保证在工厂扩建或改造时，满足工厂对控制系统的扩容要求。 除了系统的硬件的要求外，系统软件和应用软件具有灵活的扩展能力。 系统的开放性原则 控制系统采用开放的网络体系结构，符合 ISO 的有关通信标准，方便系统扩充。 系统的完善性原则 控制系统是完整的、可靠的、满足技术要求的系统，确保系统的硬件、软件的完整性和兼容性。 负荷原 则 整个系统包括现场仪表、一次元器件、控制单元、工程师站、操作站、管理终端、网关、通讯网络系统等，其负荷都不超过其硬件、软件能力的 60%。 技术标准与规范 本次方案设计依据中国现行的各项有关规程、规范及地方有关规定。 依照的主要规范及标准如下： 自动化仪表选型规定 HG2050792 工业自动化仪表用电源、电压 GB336882 工业自动化仪表用气源压力范围和质量 GB483084 工业自动化仪表工程施工及验收规范 GB50093－ 20xx 不间断电源设备 GB726087 《计算机软件产品开发文件编制指南》 GB 856788 《工业控制用软件评定准则》 GB/T134231992 系统接地的型式及安全技术要求 GB14050－ 93 磨矿分级过程 自动控制系统 总体 设计 磨矿自动控制系统总体设计方案 根据南方某钽铌矿选矿厂的工艺特点，把选矿 厂 自动控制的重点放在提高棒磨机的磨 8 矿效率和产品质量上，在稳定磨矿细度前提下尽最大可能提高磨机的处理能力。 磨矿分级过程自动控制包括给矿量的自动控制，棒磨机磨矿浓度控制，棒磨机的音频检测，棒磨机的功率检测，实现智能 给水、给矿及磨机工况的自动分析、历史资料归档、事故报警、故障判断、故障保护等。 由于入磨原矿性质及粒度的变化、供水水压的波动等因素会对磨矿分级生产过程造成经常性的甚至是大幅度的扰动，在人工操作的条件下很难及时发现并克服这些扰动，及时调整操作条件（如磨机给水量、给矿量、泵池补加水量、砂泵转速等）。 磨矿自动控制系统很容易造成磨机的过负荷（即磨机 “ 胀肚 ” ）或欠负荷，泵池矿浆外溢、泵喘振，致使磨矿分级生产过程不稳定，不仅影响磨机产量和分级溢流粒度达不到工艺要求，也直接影响后续选别流程的稳定，影响最终产品的产量和质量 [16][17]。 针对 南方某 钽铌矿选矿厂磨矿工艺流程的特点，磨矿生产自动控制的关键是： ① 磨机介质充填率符合工艺要求的前提下，控制磨机的给矿量，使磨机内的矿石装载量始终在合适的范围内，防止磨机过负荷（即俗称 “ 胀肚 ” ）或欠负荷，在保证磨矿出口粒度及后续选别流程容量允许的条件下适当提高磨机的处理量。 ② 磨机内的矿浆浓度（即磨矿浓度）控制在工艺要求的范围内。 ③ 一段泵池泵出口浓度控制在工艺要求的范围内。 磨矿分级过程自动控制系统流程图如图 所示。 图 磨矿分级过程自动控制系统流程图 系统在主厂房主控 室设置工程师站 1 台，设置操作员站 1台。 上位机系统与控制器采用 100MHz 以太环网，通过工业交换机连接。 PLC 系统的控制器采用了 S7400 控制系统，。