在選礦中，通過(guò)完善現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備和選礦工藝，對(duì)提高選礦產(chǎn)品的品位和回收率所起的作用已微乎其微。而減少分級(jí)機(jī)的溢流濃度、分級(jí)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(chǎn)品的品位和回收率，常規(guī)pid控制+智能控制技術(shù)成為和可行的控制手段。
魯南礦業(yè)公司2#選礦生產(chǎn)線原礦品位33%，主要原料為磁鐵礦石；原礦經(jīng)過(guò)兩臺(tái)球磨機(jī)磨碎和三臺(tái)磁選機(jī)選別后，進(jìn)入篩選機(jī)篩選，然后進(jìn)入一段立磁機(jī)、二段立磁機(jī)精選，再經(jīng)過(guò)磁選機(jī)選別并過(guò)濾后，成為精礦粉進(jìn)入礦倉(cāng)儲(chǔ)存。如圖1，根據(jù)工藝及經(jīng)驗(yàn)輸入流量設(shè)定值，自動(dòng)跟蹤下游設(shè)備生產(chǎn)節(jié)奏和生產(chǎn)故障信號(hào)調(diào)整流量設(shè)定值，設(shè)定值與實(shí)際值的偏差通過(guò)原礦流量控制單元，調(diào)整變頻器控制給礦機(jī)送礦；一段濃度模糊控制模型修正濃度設(shè)定值后，設(shè)定值與實(shí)際值的偏差進(jìn)入濃度控制單元，輸出控制調(diào)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(chǎn)線控制工藝圖
圖1中：
sl——經(jīng)驗(yàn)流量設(shè)定值；
l——流量控制補(bǔ)償；
st——調(diào)整后的流量設(shè)定值；
lpv ——流量檢測(cè)值；
u——濃度模糊修正值；
sn1——一段濃度設(shè)定值；
s——修正后的濃度設(shè)定值；
npv1——一段濃度檢測(cè)值；
sn2——二段濃度設(shè)定值；
npv2——二段濃度檢測(cè)值。
系統(tǒng)組成
系統(tǒng)硬件配置采用siemens公司的wincc/s7-300控制系統(tǒng)。采用標(biāo)準(zhǔn)的profibus網(wǎng)絡(luò)通訊，通訊速率為1.5mbps；每個(gè)控制器可以控制32個(gè)回路，zui大可處理16384個(gè)i/o點(diǎn)，其中模擬量i/o點(diǎn)數(shù)為2048個(gè)，邏輯掃描速率為1.25mbps。
圖2 系統(tǒng)硬件配置圖
di——數(shù)字量輸入；do——數(shù)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(yǔ)言變量為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)磨礦流量平均值偏差及其變化率，輸出語(yǔ)言變量選為一段立磁濃度控制回路設(shè)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(yǔ)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(fù)”、“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=ns then
=ps等18條模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成，其它生產(chǎn)情況不進(jìn)行濃度設(shè)定值的修正。表1所示的模糊控制規(guī)則是根據(jù)選礦實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程和操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。
表1 模糊控制規(guī)則表
通過(guò)模糊控制規(guī)則經(jīng)過(guò)zui大隸屬度法判決，并在實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試多次實(shí)踐總結(jié)概括，得到總控制表（表2）。表2構(gòu)成整個(gè)模糊控制器的核心，是本系統(tǒng)模糊控制算法的結(jié)果，在實(shí)際控制時(shí)只要查表即可。將控制表存在計(jì)算機(jī)內(nèi)存里，并編制一個(gè)查詢(xún)?cè)摽刂票淼淖映绦颍诿恳粋€(gè)控制周期中，將采樣得來(lái)的實(shí)測(cè)偏差及其變化率經(jīng)過(guò)量化轉(zhuǎn)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(shí)的控制量u，作為一段立磁濃度控制回路設(shè)定值的修正值。
表2 總控制表
根據(jù)濃度—品位關(guān)系，通過(guò)控制底流濃度，間接控制溢流品位。底流濃度設(shè)定值sp與模型輸出修正值進(jìn)行運(yùn)算，作為回路控制的設(shè)定值sp’；設(shè)定值sp’與實(shí)際底流濃度pv進(jìn)行比較，形成偏差進(jìn)入pid控制模塊，輸出調(diào)節(jié)濃度調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，控制底流濃度。
穩(wěn)定水流量，根據(jù)磨礦流量通過(guò)模糊控制模型調(diào)節(jié)使得預(yù)先判斷出濃度的變化趨勢(shì)，并根據(jù)這一趨勢(shì)調(diào)節(jié)閥門(mén)，當(dāng)濃度的變化反應(yīng)到濃度檢測(cè)值上時(shí)，閥門(mén)正好調(diào)到合適的位置，克服了濃度調(diào)節(jié)滯后時(shí)間長(zhǎng)、易超調(diào)、反應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。
主要技術(shù)應(yīng)用
1 濃度信號(hào)處理
dfm系列智能工業(yè)密度計(jì)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)濃度值，作為濃度控制的檢測(cè)值；當(dāng)一束γ射線穿過(guò)待測(cè)料液時(shí)，一部分射線因和料液的原子發(fā)生相互作用而被吸收，當(dāng)液層厚度固定時(shí)，通過(guò)透射射線的計(jì)數(shù)率算出料液的密度值di，并按下式算出濃度測(cè)量值（%）。
式中：
d0——低濃度參比點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)液）的密度值；
d1——高濃度參比點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)液）的密度值；
di——儀表測(cè)出的密度值；
c0——低濃度參比點(diǎn)的深度值（%）；
c1——高濃度參比點(diǎn)的深度值（%）；
ci——濃度測(cè)量值（%）。
2 流量產(chǎn)量自協(xié)調(diào)
根據(jù)選礦生產(chǎn)節(jié)奏和現(xiàn)場(chǎng)故障情況，把現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)分為三種情況：正常，慢，故障；不同生產(chǎn)情況分別設(shè)定不同的流量修正值，并與流量設(shè)定值進(jìn)行運(yùn)算作為回路調(diào)節(jié)的實(shí)際設(shè)定值。從而減少了生產(chǎn)節(jié)奏慢和半小時(shí)內(nèi)故障引起的不必要的停機(jī)等待，減少了設(shè)備啟停次數(shù)，提高了產(chǎn)量。
3 流量無(wú)擾運(yùn)算
為防止瞬間斷流引起系統(tǒng)不必要的波動(dòng)，小于一定值的流量不參與控制，不作為計(jì)算的平均流量的采樣值；采用一定時(shí)間的平均流量作為流量的檢測(cè)值，減少了外部干擾，實(shí)現(xiàn)了流量自動(dòng)平均采集，增大了系統(tǒng)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(shè)定值sp與實(shí)際流量pv比較,形成偏差,增加隨流量偏差值變化的動(dòng)態(tài)偏置量f（x），動(dòng)態(tài)偏置f（x）與pid輸出進(jìn)行運(yùn)算，通過(guò)頻率限幅模塊調(diào)節(jié)變頻器，控制擺式給礦機(jī)按某一頻率擺動(dòng)，使皮帶運(yùn)輸機(jī)上的料流達(dá)到所需流量設(shè)定值。
2 二段立磁濃度控制
底流濃度采用帶偏置補(bǔ)償?shù)膒id的控制回路。底流濃度設(shè)定值sp與實(shí)際底流濃度pv進(jìn)行比較，形成偏差并進(jìn)入pid模塊；當(dāng)?shù)琢鳚舛却笥谠O(shè)定值時(shí)，增大底流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，減小底流濃度；當(dāng)?shù)琢鳚舛刃∮谠O(shè)定值時(shí)，減小底流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，增大底流濃度。并在回路中增加偏置補(bǔ)償：當(dāng)設(shè)定值與實(shí)際的pv值相差較大時(shí)，在pid的輸出上加上一個(gè)偏置值，加快調(diào)節(jié)速度，當(dāng)設(shè)定值與實(shí)際的pv值相差較小時(shí)，去掉補(bǔ)償值，使pid較的調(diào)節(jié)，減小誤差，減少控制超調(diào)。
結(jié)束語(yǔ)
系統(tǒng)自2002年7月投入運(yùn)行以來(lái)，取得良好的控制效果：流量控制在設(shè)定值的±0.4噸/小時(shí)內(nèi)，濃度控制在設(shè)定值的±1.8%內(nèi)，精礦品位從原來(lái)的64.3%上升到64.9%，回收率提高0.8%，全自動(dòng)運(yùn)行率99%以上，提高精礦產(chǎn)量2.2%以上；減少了環(huán)境污染，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。