球磨机-水力旋流器闭路磨矿作业管理与控制

球磨机-水力旋流器闭路磨矿作业管理与控制

旋流器分类是研磨和研磨过程中的重要环节。溢流矿浆是浮选操作的原料。在旋流器分级作业中,需要对旋流器压力和泵池液位进行有效控制,才能达到较好的生产效果和产品指标。由于旋流器压力和泵池液位都是通过砂泵来进行调节,即砂泵调速会同时影响旋流器压力和泵池液位两个变量,对于这种典型的单输入多输出系统,其内部存在较多耦合关系,无法简单等效成两个单输入—单输出(SISO)系统进行控制,这为控制器设计带来困难。目前在很多选矿过程中,大都通过恒定液位控制或通过增减泵池补加水的方式来恒定泵池液位,这些做法在稳定泵池液位的同时要么损失了旋流器压力稳定要么损失了旋流器进浆浓度稳定,这都不利于保证磨矿作业最终产品质量。为解决泵池液位和旋流器压力在调节过程中相互影响的矛盾,寻找一种相对较优的控制算法,本文采用一种综合泵池液位和旋流器压力的选择控制算法,构建了控制系统,在实际中进行应用,取得良好效果。球磨机—球磨机—水力旋流器分级闭路磨矿作业生产过程描述球磨机—水力旋流器分级闭路磨矿作业生产过程如图1所示。采用给料设备给球磨机加料,同时向球磨机里添加水、钢球等物料,经过球磨机研磨后,其内矿浆进入泵池,同时向泵池里加水,再通过泵池底流的砂泵把矿浆打到水力旋流器上进行分级,矿浆中的粗颗粒受较大离心力作用,向旋流器壁面运动并随外旋流器底部形成底流,细颗粒则由于受离心力较小,来不及作用沉降就随内流从溢流管排出形成溢流进入浮选。球磨机—水力旋流器分级闭路磨矿作业生产的主要目的是为浮选作业提供合格粒度和浓度的矿浆产品,为了实现这个目标,首先要保证磨矿分级设备也就是水力旋流器工作正常。每个水力旋流器都有一个正常工作压力范围,在此范围内,旋流器可以达到正常分级效果。当旋流器工作压力不稳定时,就有可能导致跑粗等现象。为保证旋流器工作压力稳定,需要稳定泵池底流渣浆泵的转速,尽量减少对渣浆泵进行调频。由于磨矿泵池容积是有限的,当泵池出现了进出料不平衡,将有可能导致泵池液位不稳。如果泵池液位超过上限,将导致矿浆外流;如果泵池液位低于下限,将导致渣浆泵进气造成事故,为避免出现以上情况,需要对渣浆泵进行调速,而这将对旋流器工作压力稳定造成一定影响,因此旋流器工作压力和泵池液位之间形成一对矛盾关系,为了缓解这种矛盾,最大程度上保证生产稳定进行,取得最大的经济效益,需要综合考虑旋流器压力和泵池液位两个变量来调节砂泵转速。控制战略自平衡控制方案设计对于旋流器分级作业这样一个单输入—双输出系统,无论怎样设计控制器,在仅依靠砂泵进行调节的情况下,对一个变量的调节势必要影响另外一个变量。为了合理设计控制器功能,需要对这两个变量的特点和重要性进行分析。首先磨矿分级回路的控制目标是尽量保证旋流器工作压力稳定,且泵池液位不超限。由于泵池液位高度对磨矿生产指标没有任何影响,只要保证维持在工艺上下限之间即可,因此不需要对泵池液位进行定点控制;而旋流器进料压力是重要的生产工艺指标,是保证分级效果的关键,因此需要对其进行稳定控制。经过对这两个变量的分析,我们确定了一种选择性控制策略:放宽对泵池液位的约束,对泵池液位设置工艺上下限,实行区间控制,当泵池液位在上下限之间时,以保证旋流器工作压力稳定为控制目标,当泵池液位超过上下限时,以保证泵池液位不超过上下限为控制目标。这种选择性控制策略,即可适应短期内由于泵池进出料不平衡导致的液位超限情况,也能满足正常生产时稳定旋流器压力的要求,有利于改善控制品质。为了更好地设计控制器功能,为现场实际调试掌握充足信息,必须深入了解一下泵池的一种自平衡特性。(1)式表明,在泵功率一定的前提下,泵的流量和扬程成反比,即扬程小,流量大,扬程大,流量小。由于旋流器和砂泵之间的高差是固定的,但泵池液位是波动的,导致砂泵扬程也在不断变化,反而使泵池本身具有一定自我平衡能力。即当泵池液位较高时,旋流器顶部到泵池液面之间的高度差减小,扬程H也减小,砂泵出口矿浆流量增加,在泵池进料量稳定的前提下,泵池液位会逐渐降低,此时水头压力增加,旋流器顶部压力会适当增加;反之,当泵池液位较低时,旋流器顶部到泵池液面之间的高度差增加,扬程H也增加,砂泵出口矿浆流量减少,此时水头压力减少,旋流器顶部压力会适当减少,在泵池进料量稳定的前提下,泵池液位会逐渐升高,因此可以在一定程度上达到泵池液位自平衡的效果。在实际控制中,为了较好地利用泵池的自平衡功能,应该允许泵池液位在较宽的安全范围内运行,同时也应该允许旋流器压力在一个相对合适的范围内自我调节,这种控制方式可以满足泵池液位自平衡调节的前提条件,有利于系统稳定运行。对于泵池有可能出现的短期进出料严重不平衡情况,将超出泵池自平衡调节能力范围,需要控制器进行干预,防止工艺参数超限引发事故。液位自动控制根据以上分析,本系统采用2个PID调节器,1个用于液位控制,1个用于压力控制,通过选择器对2个调节器的输出进行选择,最终决定控制系统的输出,实现对生产过程的控制。当液位高于高限或低于低限时,液位保护控制方案将通过选择器替代液位正常情况下的压力控制方案,直至液位回到上下限之间,然后又通过选择器使原来的压力控制方案重新恢复工作。选择器位于调节器的输出端,对调节器的输出信号进行选择。2个控制器根据功能要求设置一定死区。液位死区范围在液位上下限之间。压力死区根据现场实际情况设置,允许压力在一定范围内波动,一方面避免控制器在误差较小时频繁调节,另一方面有利于发挥泵池液位自平衡功能。建立基于智能推理技术的协调功能模块,对相关控制参数进行自动设置。为了实现精细化控制,对泵池液位进行分段控制,设置上限、上上限、下限、下下限,如图2所示。对液位控制器准备2套参数,当液位处于上限和上上限之间时(在2区内),采用较弱参数控制泵池液位,当液位高于上上限时(在1区内),采用较强参数控制泵池液位。分段控制综合了平稳调节和快速响应的优点,避免每次超限都采用较强作用对砂泵进行调速,有利于系统平稳运行。各控制器的相关参数计算方法如下:(2)液位死区(4)控制器输出计算由于在实际应用过程中,控制器的输出值有3个来源,当控制器处于手动控制时,输出值为操作员手动设定的输出值,当控制器处于自动控制时,智能决策模块根据系统相关参数决定当前输出值为液位控制器的输出值还是压力控制器的输出值。为了防止切换过程中出现扰动,实现无扰动切换,处于任意一种输出状态时,另外两路输出均跟踪当前输出值,这样可以有效保证各输出之间平稳切换。最终形成的整个控制系统结构图如图3所示。确定压力专业规则在实际运行过程中,由于泵池液位的自平衡功能和进出料不平衡等因素,导致旋流器压力的合理工作范围也是在不断调整的,因此恒定一种压力设定值很难满足实际生产需求。当泵池进料偏多时,需要渣浆泵将更多矿浆打到旋流器上才能满足泵池进出料平衡,相应的旋流器压力也会适当偏高些;当泵池进料偏少时,需要渣浆泵将较少的矿浆打到旋流器上才能满足泵池进出料平衡,相应的旋流器压力也会适当偏低些。以上情况是在泵池进出料不平衡超过一定范围时才需要进行调整,否则系统将会一直维持在一个稳定的工作压力下运行。以上情况具体表现为,当泵池进料偏多时,液位会逐渐上涨,并多次触及液位上限,虽然每次被液位控制器的保护作用拉回安全区,但由于进出料能力不平衡现象没有消除,因此液位还会不断触及上限,在这种情况下,通常现场操作人员会适当手动增加压力设定值,由压力控制器适当增加泵速,满足泵池进出料平衡要求。不过这种调节需要人工手动干预,不确定性很多,如果现场操作人员没有及时发现这种情况,会导致液位频繁超限,系统工作不稳定,给浮选生产带来波动影响。因此,为了提高系统稳定性,减少人工干预影响的不确定性,总结系统运行规律和操作规律,确定专家规则如下:每次液位超过上限后开始计时,一旦超限时间超过允许值,则自动对压力设定值增加固定步长的值,该动作只执行一次,直到下次满足条件再执行,增加到设定值上限后即不再增加;每次液位超过下限后开始计时,一旦超限时间超过允许值,则自动对压力设定值减少固定步长的值,该动作只执行一次,直到下次满足条件再执行,减小到设定值下限后即不再减小。将上述压力设定经验整理成专家规则:以上是采用“原型分析”方法,结合生产过程运行专家经验,提取压力设定的“原型”,利用产生式专家规则方法建立过程运行专家规则存储在知识库中。以后在工况发生变化时,搜索相应的规则,从而给出压力设定值。工业应用砂泵控制器文中所述方法在工业现场应用时,该系统结构及软/硬件配置如下:采用超声波液位计检测泵池液位,采用压力变送器检测旋流器顶部压力,采用液力耦合器对砂泵进行调速。通过硬接线的方式采集现场传感器信号,并传输到控制系统。控制层采用西门子S7系列控制器,下位机编程软件为STEP7,用于实现回路控制,逻辑判断等功能。上位机组态软件采用西门子WINCC,用于画面组态,实现友好人机界面,历史数据保存等功能。控制模块参数设定面板如图4所示,操作员可通过该参数面板和下位机进行沟通,实时修改控制参数。稳定旋流器工作压力使用原有的液位恒定控制算法和新算法的旋流器压力控制效果如图5和图6所示。现场实际应用结果证明,采用新算法的旋流器压力的标准差为1043Pa,采用老算法的标准差为4555Pa,