CN102221824B

CN102221824B - 球磨机给矿量智能控制装置

Info

Publication number: CN102221824B
Application number: CN2011100624158A
Authority: CN
Inventors: 于代林; 侯治宇; 王汝杰; 马忠利; 回建; 李立男; 马企宏; 王庆彬; 孙承敏; 许国光; 陈浩; 刘福强
Original assignee: Angang Group Mining Co Ltd
Current assignee: Angang Group Mining Co Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: CN102221824A

Abstract

本发明属于球磨机给矿量控制技术领域，具体地说涉及一种球磨机给矿量智能控制装置，由设有PID控制器和模糊控制器的PLC，分别与此PLC的输入接口相连接的输入参数传感器、“手动”/“自动”转换开关、给矿量设定装置所组成，此PLC的输出接口与球磨机给矿圆盘变频器相连接，模糊控制器为给矿模糊控制器，输入参数传感器包括球磨机电耳、球磨机负荷传感器、旋流器压力传感器、旋流器溢流粒度传感器和皮带电子秤，输入参数接口与模糊控制器相连接。本发明解决了因给矿皮带转速控制不一致造成的出矿粒度不同的问题，最大限度的提高球磨机的效率，增加产量。

Description

球磨机给矿量智能控制装置

技术领域

本发明属于球磨机给矿量控制技术领域，具体地说涉及一种球磨机给矿量智能控制装置。

背景技术

球磨机给矿量一直是球磨机磨矿效果的最大影响因素。现有的球磨机给矿量控制方式是利用人的经验来控制球磨机皮带给矿量。这样做局限性大，不容易准确把握给矿量，每个人的经验不同，磨矿的粒度不易控制，不能最大限度的发挥球磨机的作业效率。

现有的奥托昆普ACT磨矿自动控制系统需要一台独立的服务器对现场数据进行采集分析，投资较大；采用VC开发软件独立开发的一套纯软件控制程序，与现场PLC系统通讯是通过OPC方式进行的，全系统只能由熟悉编制程序的计算机技术人员来调试修改。

发明内容

本发明的目的是提供一种球磨机给矿量智能控制装置，从球磨机电动机功率入手，通过计算给球量，旋流器压力等多方面因素，组成一个新型的给矿控制装置。解决了因给矿皮带转速控制不一致造成的出矿粒度不同的问题，最大限度的提高球磨机的效率，增加产量。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明的球磨机给矿量智能控制装置，其特征在于由设有PID控制器和模糊控制器的PLC，分别与此PLC的输入接口相连接的输入参数传感器，“手动”/“自动”转换开关，给矿量设定装置所组成，所述的PLC的输出接口与球磨机给矿圆盘变频器相连接，所述的模糊控制器为给矿模糊控制器，所述的输入参数传感器包括设在球磨机上的球磨机电耳、球磨机功率传感器，设在旋流器上的旋流器压力传感器、旋流器粒度传感器和设在皮带机上的皮带电子秤，所述的输入参数接口与所述的模糊控制器相连接。

所述的给矿量模糊控制器为四维输入、单输出的模糊控制器，此四维输入的四个输入变量是：球磨机电耳、球磨机负荷、旋流器压力和一次旋流器溢流粒度值，此单输出的输出控制量是球磨机给矿量。

所述的给矿模糊控制器的四个输入变量量化到基本论域上，球磨机电耳取其语言变量为MJDE, 球磨机负荷取其语言变量为MJFE、旋流器压力取其语言变量为XLQYL、一次旋流器溢流粒度值取其语言变量为YLLD，输出电流最小为4mA、最大为20mA,得出输出电流的基本论域为[4mA,20mA]，将基本论域通过量化因子量化到[-3，3]区间之上，即偏差的大小分为7档，则论域为｛-3、-2、-1、0、+1、+2、+3｝，取该论域上的模糊子集为Ai（i=1， 2，3，4，5，6 ，7），则相应的语言值为｛负大、负中、负小、零、正小、正中、正大｝，分别对应｛NB、 NM、 NS、 O、PS、 PM、PB｝，量化因子Ke=[3-（-3）]/[20-4]=0.375。

所述的模糊控制器的输出控制量确定其语言变量为MJGK，因为球磨机的给矿量在40t/h至70t/h之间调节，故实际的变化范围是 [45t/h，70t/h]，将控制量的论域也定为[-3，3]，即控制量的大小亦分为7档，分别是{-3、-2、-1、0、+1、+2、+3}，取该论域上的模糊子集为Cj（j=1、 2、3、4、5、6、7），相应的语言值为｛负大、负中、负小、零、正小、正中、正大｝，分别对应｛NB、 NM、 NS、 O、 PS、 PM、 PB｝，输出比例因子= [70-45]/ [3-（-3）] =4.17。

所述的球磨机电耳、球磨机负荷、旋流器压力、一次旋流器溢流粒度值、输出控制量的语言变量MJGK的整定规则如下：

1）球磨机电耳：当球磨机内部矿物填充较少时，球磨机磨矿声音大而尖锐，说明球磨机趋近于“空肚”，容易出现“砸膛”事故，那么就增加给矿量，此时电耳输出电流值大，当球磨机内部矿物填充较多时，球磨机磨矿声音小而沉闷，说明球磨机趋近于“胀肚”，那么就减少给矿量，此时电耳输出电流值小，

2）球磨机负荷：球磨机负荷等同于球磨机功率，由专用功率仪表输出标准4-20mA信号，供PLC监控，球磨机功率表输出信号的高低与球磨机内矿物的多少成正相关，装载量越多，标准电流值输出就越高，但在发生“胀肚”情况下，功率表输出信号反而降低，此时需要在编制程序时注意将这种临界情况考虑进去，防止发生错误的给矿设定，造成事故，发生“胀肚”的原因一般是由原矿粒度及硬度的变化所引起，

3）旋流器压力：通过监控旋流器的压力可以间接得到反砂量，当原矿的硬度有变硬的趋势时，会导致反砂量增多，此时要减少球磨机给矿量，防止发生“胀肚”事故，

4）一次旋流器溢流粒度值：旋流器的粒度值可以在磨矿的三个控制环节都起到反馈调节作用，在球磨机给矿量环节中，粒度比设定值增大意味着球磨机给矿量增大，或者矿石硬度增加，需要相应减少球磨机给矿量，或者增大排矿水流量，由此得出模糊控制规则表。

所述的PLC采用西门子S7-400CPU，此西门子S7-400CPU中设有MATLAB工程计算仿真软件，此MATLAB工程计算仿真软件选用加权平均法，实现模糊判决，由计算机辅助计算得出模糊控制关系表，将其存入到PLC的 CPU存储单元中，形成DB块数据列表，供编程时调用。其寻址子程序简介如下：因为这里涉及到寄存器内的间接寻址,需要使用32位指针模式，形成X.x地址，也就是32位地址格式，32位指针格式要求0，1，2位为0，如果不做处理的话，下载后将会造成CPU报错故障，而且这里只能采用STL语言编程，其它编程语言均不支持对地址寄存器的间接访问。然后将检索到的输出量MJGKL乘以输出比例因子，再通过FB41 PID功能模块，比较计算后，通过输出模块，将标准信号送至球磨机给矿变频器，进行实时控制。增加台时量，增加设备的利用率及效率，同时从间接上减小衬板的磨损。用PLC与现场多个传感器相结合，应用PLC的先进控制方式，组成一种通过计算得到最大控制效能的球磨机入矿量的装置。

球磨机给矿量控制方案分为“手动”和“自动”两种模式。在“手动”模式下，给矿量设定由操作人员通过画面直接设定吨/小时，通过PID控制器自动调节给矿圆盘变频器的输出频率，从而达到控制给矿量的目的；在“自动”模式下，控制系统根据给矿模糊控制器输出一个动态计算值，通过FB41 PID控制器计算给矿量设定值与实际值之差，自动调节变频器输出频率，使实际给矿量快速、稳定达到球磨机最大入磨台式量的要求，增加台时量，增加设备的利用率及效率，同时间接地减小衬板的磨损。

本发明的球磨机给矿量智能控制装置是在现场原有的西门子PCS7过程控制系统硬件基础之上，本着节约改造经费，降低通讯误码率，与原系统软、硬件相结合，将主要模糊控制规则表储存于现场PLC的CPU存储器中，将查询算法、输入变量模糊化算法等核心程序由PLC来运算执行，将修改标定程序、输入变量加权系数设计在调度室监控计算机画面上，便于工艺人员随时修改调整，提高了系统的实用性。

此外在软件算法上引入了磨机电耳，利用其来判断球磨机“涨肚”、“砸膛”，将该值检测值引入算法，与球磨机负荷功率共同判断球磨机装载量在工艺曲线的左侧或者右侧，作为球磨机给矿量调整的一项判断依据，在矿浆槽补加水控制中，本系统是以粒度为定值依据，进一步解算出旋流器给矿浓度，进一步与磨机负荷等变量进行模糊判断，并将磨机给水流量值作为前馈引入后级PI控制器，进一步提高了系统的响应速度。这都是奥托昆普ACT磨矿自动控制系统没有的。

本发明的有益效果是：

从球磨机电动机功率入手，通过计算给球量，旋流器压力等多方面因素，组成一个新型的给矿控制装置。解决了因给矿皮带转速控制不一致造成的出矿粒度不同的问题，最大限度的提高球磨机的效率，增加产量。

在某选矿厂实际应用中取得了良好的效果，稳定了输出粒度值，提高了球磨机台时效率，为下级工艺创造了良好的技术条件。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的模糊控制模型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的球磨机给矿量智能控制装置，其特征在于由设有PID控制器和模糊控制器的PLC，分别与此PLC的输入接口相连接的输入参数传感器，“手动”/“自动”转换开关，给矿量设定装置所组成，此PLC的输出接口与球磨机给矿圆盘变频器相连接，所述的模糊控制器为给矿模糊控制器，所述的输入参数传感器包括设在球磨机上的球磨机电耳、球磨机功率传感器，设在旋流器上的旋流器压力传感器、旋流器粒度传感器和设在皮带机上的皮带电子秤，所述的输入参数接口与所述的模糊控制器相连接。

如图2所示，所述的给矿量模糊控制器为四维输入，单输出的模糊控制器，此四维输入的四个输入变量是：球磨机电耳、球磨机负荷、旋流器压力和一次旋流器溢流粒度值，此单输出的输出控制量是球磨机给矿量。

所述的给矿模糊控制器的四个输入变量量化到基本论域上，球磨机电耳取其语言变量为MJDE, 球磨机负荷取其语言变量为MJFE、旋流器压力取其语言变量为XLQYL、一次旋流器溢流粒度值取其语言变量为YLLD，输出电流最小为4mA、最大为20mA,得出输出电流的基本论域为[4mA,20mA]，将基本论域通过量化因子量化到[-3，3]区间之上，即偏差的大小分为7档，则论域为｛-3、-2、-1、0、+1、+2、+3｝，取该论域上的模糊子集为Ai（i=1、 2、3、4、5、6 、7），则相应的语言值为｛负大、负中、负小、零、正小、正中、正大｝，分别对应｛NB、 NM、 NS、 O、PS、 PM、PB｝，量化因子Ke=[3-（-3）]/[20-4]=0.375。

所述的模糊控制器的输出控制量确定其语言变量为MJGK，因为球磨机的给矿量在40t/h至70t/h之间调节，故实际的变化范围是 [45t/h，70t/h]，将控制量的论域也定为[-3，3]，即控制量的大小亦分为7档，分别是{-3、-2、-1、0、+1、+2、+3}，取该论域上的模糊子集为Cj（j=1、 2、3、4、5、6 、7），相应的语言值为｛负大、负中、负小、零、正小、正中、正大｝，分别对应｛NB、 NM、 NS、 O、 PS、 PM、 PB｝，输出比例因子= [70-45]/ [3-（-3）] =4.17。

所述的PLC采用西门子S7-400CPU，此西门子S7-400CPU中设有MATLAB工程计算仿真软件中，选用加权平均法，实现模糊判决，由计算机辅助计算得出模糊控制关系表，将其存入到PLC CPU的存储单元中，形成DB块数据列表，供编程时调用。其寻址子程序简介如下：因为这里涉及到寄存器内的间接寻址,需要使用32位指针模式，形成X.x地址，也就是32位地址格式，32位指针格式要求0，1，2位为0，如果不做处理的话，下载后将会造成CPU报错故障，而且这里只能采用STL语言编程，其它编程语言均不支持对地址寄存器的间接访问。然后将检索到的输出量MJGKL乘以输出比例因子，再通过FB41 PID功能模块，比较计算后，通过输出模块，将标准信号送至磨机给矿变频器，进行实时控制。增加台时量，增加设备的利用率及效率，同时从间接上减小衬板的磨损。用PLC与现场多个传感器相结合，应用PLC的先进控制方式，组成一种通过计算得到最大控制效能的球磨机入矿量的装置。

球磨机给矿量控制方案分为“手动”和“自动”两种模式。在“手动”模式下，给矿量设定由操作人员通过画面直接设定吨/小时，通过PID控制器自动调节给矿圆盘变频器的输出频率，从而达到控制给矿量的目的；在“自动”模式下，控制系统根据给矿模糊控制器输出一个动态计算值，通过FB41 PID控制器计算给矿量设定值与实际值之差，自动调节变频器输出频率，使实际给矿量快速、稳定达到球磨机最大入磨台式量的要求，

增加台时量，增加设备的利用率及效率，同时从间接上减小衬板的磨损。

由此可得出模糊控制规则表（共计56条模糊控制规则），并采用逻辑语句来表示如下：

IF MJDE is NB AND MJFH IS NB AND XLQYL IS ZO AND YLLD IS NB THEN MJGK IS NB

根据以上逻辑语句求出MJDE、MJFE、XLQYL、YLLD与MJGK的模糊规则表。

MATLAB工程计算仿真软件中，选用加权平均法，实现模糊判决，由计算机辅助计算得出模糊控制关系表，将其存入到PLC CPU的存储单元中，形成DB块数据列表，供编程时调用，其寻址子程序简介如下：因为这里涉及到寄存器内的间接寻址,需要使用32位指针模式，形成X.x地址，也就是32位地址格式，32位指针格式要求0，1，2位为0，如果不做处理的话，下载后将会造成CPU报错故障，而且这里只能采用STL语言编程，其它编程语言均不支持对地址寄存器的间接访问。然后将检索到的输出量MJGKL乘以输出比例因子，再通过FB41 PID功能模块，比较计算后，通过输出模块，将标准信号送至磨机给矿变频器，进行实时控制。

模糊控制规则表

Claims

1. 一种球磨机给矿量智能控制装置，其特征在于由设有PID一种控制器和模糊控制器的PLC，分别与此PLC的输入接口相连接的输入参数传感器、“手动”/“自动”转换开关和给矿量设定装置所组成，所述的PLC的输出接口与球磨机给矿圆盘变频器相连接，所述的模糊控制器为给矿模糊控制器，所述的输入参数传感器包括设在球磨机上的球磨机电耳、球磨机功率传感器，设在旋流器上的旋流器压力传感器、旋流器粒度传感器和设在皮带机上的皮带电子秤，所述的输入参数传感器接口与所述的模糊控制器相连接，

球磨机电耳、球磨机负荷、旋流器压力、一次旋流器溢流粒度值、输出控制量的语言变量MJGK的整定规则如下：

1）球磨机电耳：当球磨机内部矿物填充较少时，球磨机磨矿声音大而尖锐，说明球磨机趋近于“空肚”，容易出现“砸膛”事故，那么就增加给矿量，此时球磨机电耳输出电流值大，当球磨机内部矿物填充较多时，球磨机磨矿声音小而沉闷，说明球磨机趋近于“胀肚”，那么就减少给矿量，此时电耳输出电流值小，

3）旋流器压力：通过监控旋流器的压力可以间接得到返砂量，当原矿的硬度有变硬的趋势时，会导致返砂量增多，此时要减少球磨机给矿量，防止发生“胀肚”事故，

2.根据权利要求1所述的球磨机给矿量智能控制装置，其特征在于所述的给矿模糊控制器为四维输入、单输出的模糊控制器，此四维输入的四个输入变量是：球磨机电耳、球磨机负荷、旋流器压力和一次旋流器溢流粒度值，此单输出的输出控制量是球磨机给矿量。

3.根据权利要求2所述的球磨机给矿量智能控制装置，其特征在于所述的给矿模糊控制器的四个输入变量量化到基本论域上，球磨机电耳取其语言变量为MJDE, 球磨机负荷取其语言变量为MJFE、旋流器压力取其语言变量为XLQYL、一次旋流器溢流粒度值取其语言变量为YLLD，输出电流最小为4ma、最大为20ma,得出输出电流的基本论域为[4ma,20ma]，将基本论域通过量化因子量化到[-3，3]区间之上，即偏差的大小分为7档，则论域为｛-3、-2、-1、0、+1、+2、+3｝，取该论域上的模糊子集为Ai（i=1、 2、3、4、5、6、7），则相应的语言值为｛负大、负中、负小、零、正小、正中、正大｝，分别对应｛NB、 NM、 NS、 O、PS、 PM、PB｝，量化因子Ke=[3-（-3）]/[20-4]=0.375。

4.根据权利要求2所述的球磨机给矿量智能控制装置，其特征在于所述的模糊控制器的输出控制量确定其语言变量为MJGK，因为球磨机的给矿量在40t/h至70t/h之间调节，故实际的变化范围是 [45t/h，70t/h]，将控制量的论域也定为[-3，3]，即控制量的大小亦分为7档，分别是{-3、-2、-1、0、+1、+2、+3}，取该论域上的模糊子集为Cj（j=1、 2、3、4、5、6 、7），相应的语言值为｛负大、负中、负小、零、正小、正中、正大｝，分别对应｛NB、 NM、 NS、 O、 PS、 PM、 PB｝，输出比例因子= [70-45]/ [3-（-3）] =4.17。

5.根据权利要求1所述的球磨机给矿量智能控制装置，其特征在于所述的PLC采用西门子S7-400CPU，此西门子S7-400CPU中设有MATLAB工程计算仿真软件，此MATLAB工程计算仿真软件选用加权平均法，实现模糊判决，由计算机辅助计算得出模糊控制关系表，将其存入到PLC的 CPU存储单元中，形成DB块数据列表，供编程时调用。