CN103984314B - 一种用于多料机的智能给矿控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多料机的智能给矿控制方法及装置，该方法首先设定智能控制的各相关参数；与选矿厂的自动化系统通讯，获取给料过程数据并将相应的控制值传送给所述自动化系统；根据实时参数与预设的倒口规则判断需要切换至其他料口的给料机；若判断需要倒口，则依据权重选择函数选定新的目标料口，定义为Bn，并进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制；根据矿量设定值实时调整所述给料机的输出频率。该控制方法及装置能够实现磨机给矿皮带上的矿料流持续平稳传输，确保磨机高效、稳定的运行。

Description

一种用于多料机的智能给矿控制方法及装置

技术领域

本发明涉及矿冶选矿控制技术领域，尤其涉及一种用于多料机的智能给矿控制方法及装置。

背景技术

目前，磨矿是矿厂在选矿过程中上承破碎下接浮选的重要生产流程，由于破碎过程采用间歇生产方式，而磨矿过程采用连续生产方式，为了保证磨矿过程生产的连续性，需要在破碎与磨矿衔接处增加缓冲环节，工业现场多用粉矿仓和给料机实现。破碎过程产出的矿石进入粉矿仓中进行堆积，再通过给料机输送给磨矿过程，无论破碎过程的生产方式如何，只要保证粉矿仓中一直有矿，就能够通过给料机的持续运行保证磨矿过程生产的连续性。在实际生产过程中，由于产量往往很大，需要大容量的粉矿仓和众多给料机方可满足需求。然而大料仓和多料机也带来了一些问题，由于料仓较大，每台给料机安装在料仓的不同方位，若一直使用某一台给料机进行给料，很快就会出现该给料机处料已给空的情况，此外，如果长时间不使用某台给料机，会出现该给料机处矿料板结的情况，一旦板结，即使开启给料机也无法给料，处理起来十分困难。

鉴于此，实际生产中需要不断地在各给料机之间进行切换，即“倒口”，来避免以上情况的发生，然而如果切换做得不好，会给磨矿过程给矿量带来很大扰动，严重影响磨矿过程工作状态，而现有技术方案中均采用传统的手动切换，不但消耗人力，其带来的扰动也明显不尽如人意，因此保证无扰切换的智能给料控制方法有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多料机的智能给矿控制方法及装置，能够实现磨机给矿皮带上的矿料流持续平稳传输，确保磨机高效、稳定的运行。

一种用于多料机的智能给矿控制方法，所述控制方法包括：

设定智能控制的各相关参数，其中所述相关参数具体包括多料机的第i个给料口的倒口料位L_s(i)(i＝1,...,n)、第i个给料机的倒口电流c_s(i)、给料机倒口运行时限t_L、第i个给料机距离皮带秤的距离d_i、第i个给料机的给矿能力p_i以及传输皮带的速度s；

与选矿厂的自动化系统通讯，获取给料过程数据并将相应的控制值传送给所述自动化系统；

根据实时参数与预设的倒口规则判断需要切换至其他料口的给料机；

若判断需要倒口，则依据权重选择函数选定新的目标料口，定义为B_n，并进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制；

根据矿量设定值实时调整所述给料机的输出频率。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该控制方法及装置能够实现磨机给矿皮带上的矿料流持续平稳传输，确保磨机高效、稳定的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所述用于多料机的智能给矿控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述用于多料机的智能给矿控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所举实例中智能给矿控制的效果示意图；

图4为本发明实施例所举实例中普通倒口控制(纯PID控制)的效果示意图；

图5为本发明实施例所举实例中手动倒口控制的效果示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所述用于多料机的智能给矿控制方法流程示意图，所述控制方法包括：

步骤11：设定智能控制的各相关参数

上述相关参数具体包括多料机的第i个给料口的倒口料位L_s(i)(i＝1,...,n)、第i个给料机的倒口电流c_s(i)、给料机倒口运行时限t_L、第i个给料机距离皮带秤的距离d_i、第i个给料机的给矿能力p_i以及传输皮带的速度s；

其中，第i个给料口的倒口料位Hi应高于料口空料时料位，以实现料口空料前的自动倒口；

第i个给料机的倒口电流Ui应大于该给料机空载时的电流，且小于该给料机正常负载时的电流，以实现对给料口不下料这种情况的侦测；

给料机倒口运行时间限t_L不能太短以避免给料机的频繁切换，又不能太长以使得一天内各给料口均能够轮换到，保证料仓内物料的充分流动以避免板结；

第i个给料机的给矿能力p_i表示该给料机每Hz频率增减的给矿量，单位为t/Hz；

以上参数的设定需结合历史运行记录确定。

步骤12：与选矿厂的自动化系统通讯，获取给料过程数据并将相应的控制值传送给所述自动化系统

在该步骤中，具体是通过OPC方式与选矿厂的自动化系统通讯以交互参数，获取第i个给料口实时料位L_r(i)、第i个给料机运行电流c_r(i)、实时给矿量w_r、给矿设定值w_s；

并将控制结果第i个给料机启停命令字R_s(i)和运行频率设定f_s(i)值传送给所述自动化系统。

步骤13：根据实时参数与预设的倒口规则判断需要切换至其他料口的给料机

具体是根据实时参数与倒口规则，判断是否需要倒口，若判断需要倒口，则定义该料口为B_u，并跳至步骤14，否则跳至步骤16；

具体判断过程为：遍历各运行中的给料机，根据倒口规则判断需要停止的给料机：①若运行中的第i个给料机对应的料位L_r(i)低于倒口料位L_s(i)，则B_u＝i；②若运行中的第i个给料机的实际电流c_r(i)低于倒口电流c_s(i),则B_u＝i；③若第i个给料口连续运行时间超过倒口运行时间限t_L，则B_u＝i；④若实际给矿量w_r明显小于第i个给料机运行频率与给矿能力之积，则B_u＝i；⑤以上规则是冗余的，只要判断出一个需要停止的给料机，则跳至步骤14。

步骤14：依据权重选择函数选定新的目标料口

具体是根据料仓选择逻辑规则确定新料口，定义为B_n，并跳至步骤15，若无备选料仓，则给出报警提示，并跳至步骤16；

举例来说，这里可以采用选择系数加权算法确定新的目标料口，具体考虑的加权项及系数规则包括：

①料仓料位加权项 $f_l\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}{c}_l(L_r\left(i\right)-L_s\left(i\right)),& \mathrm{if}{L}_r\left(i\right)\&GreaterEqual;L_s\left(i\right)\\ -\&infin;,& \mathrm{if}{L}_r\left(i\right)<L_s\left(i\right)\end{array}\right.,$ 其中f_l(i)为第i个料仓料位加权项，c_l为常系数，L_r(i)与L_s(i)同前定义；②运行时间加权项 $f_k\left(1\right)=\left\{\begin{array}{cc}{c}_t(t\left(1\right)-t_L),& \mathrm{ift}\left(1\right)\&GreaterEqual;t_L\\ 0,& \mathrm{ift}\left(1\right)<t_L\end{array}\right.,$ 其中f_ε(1)为第i个料仓运行时间加权项，c_t为常数，t(i)为第i个料口的运行时间，t_L同前定义；③人为因素加权项 $f_m\left(1\right)=\left\{\begin{array}{cc}+\&infin;,& 1f{m}_a=1\\ 0,& \mathrm{if}{m}_a-0\\ -\&infin;,& 1f{m}_a=-1\end{array},,\right.$ 其中f_m(1)为第i个料仓认为因素加权项，ma为选择标志位，ma＝1表示优先选择该料口，-1表示禁用该料口，0表示不进行人为干扰；④新料仓选择系数F(1)=f_l(1)+f_l(i)+f_m(i)，其中F(i)为第i个料仓的选择系数；⑤在所有F(i),i＝1,...,n中选出使F(i)取最大值的序号i(若有多个料仓系数相同，选择序号更小的)，记为m，则备选料仓B_n＝m，跳至步骤15，若所有料仓的选择系数均小于等于0，则所有料仓均不可选，给出报警，跳至步骤16。

步骤15：进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制

在该步骤中，进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制的过程具体为：

将恒定给矿控制暂时切换至手动状态，根据第B_u号料仓与第B_n号料仓之间的物理位置和所述传输皮带速度s，确定开关料机的先后顺序及延时时间；

根据第B_u号料仓与第B_n号料仓的给矿能力及原始给矿频率得到新开给矿机的给矿频率初始设定值，并在等待一定时间T后，将恒定给矿控制切换至自动状态。

举例来说，①首先将恒定给矿控制暂时切换至手动状态，避免切换过程中恒定给矿控制对给料机频率进行调整；

②然后计算新开给料机初始设定频率，按照如下公式

$f_s\left(B_n\right)=\frac{f_r\left(B_u\right)\&times;p_{B_u}}{p_{B_u}}$

其中f_s(B_n)为新料口的频率设定值，f_r(B_u)为旧料口的实际频率，p_Bu为旧料口的给矿能力，p_Bn为新料口的给矿能力；

③判断旧给料口与新给料口之间的空间位置，若d_Bu>d_Bn，则新给料口比旧给料口近，先关闭旧的给料机，否则新给料口比旧给料口远，先开启新的给料机；

④等待延时时间t=|d_Bu-d_Bn|/s，开启新给料机或关闭旧给料机；

⑤等待延时时间T后，将恒定给矿控制切换至自动状态，T应大于最远给料口物料至皮带秤处的传输时间。

步骤16：根据矿量设定值实时调整给料机的输出频率

具体来说，若恒定给矿控制为手动状态，则维持给料机输出频率不变；否则，根据给矿实际值w与给矿设定值w_s之差对给矿设定频率进行调整。

举例来说，①若恒定给矿控制为手动状态，则维持给料机频率不变；

②若恒定给矿控制为自动状态，且|w-w_s|≤Z，其中Z为恒定给矿控制死区，即给矿误差在死区范围内，维持给料机频率不变；

③若恒定给矿控制为自动状态，且|w-w_s|＞Z，即给矿误差超出死区范围，则将给料机频率进行调整，按照公式

$f_s\left(u\right)=f_s(u-1)+\frac{w_s-w}{p_t}$

其中fs(u)为本周期设定频率，fs(u-1)为上一周期设定频率；

④频率调整后等待延时时间T后再进行下一次判断和调整；

⑤若给矿设定值发生改变，则立刻将给料机频率调整，具体按照如下公式

$f_s\left(u\right)=\frac{w_s}{p_t}$

另外，在具体实现中，若上述控制方法继续进行，则可以继续跳至步骤12，否则结束过程。

基于上述的方法实施例，本发明还提供了一种用于多料机的智能给矿控制装置，如图2所示为本发明实施例所述用于多料机的智能给矿控制装置结构示意图，所述装置包括：

初始化模块，用于设定智能控制的各相关参数，其中所述相关参数具体包括多料机的第i个给料口的倒口料位L_s(i)(i＝1,...,n)、第i个给料机的倒口电流c_s(i)、给料机倒口运行时限t_L、第i个给料机距离皮带秤的距离d_i、第i个给料机的给矿能力p_i以及传输皮带的速度s；

通讯模块，用于与选矿厂的自动化系统通讯，获取给料过程数据并将相应的控制值传送给所述自动化系统；

倒口判断模块，用于根据实时参数与预设的倒口规则判断需要切换至其他料口的给料机；

料仓选择模块，用于判断是否需要倒口，若判断需要倒口，则依据权重选择函数选定新的目标料口，定义为B_n；

无扰切换模块，用于进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制；

恒定给矿控制模块，用于根据矿量设定值实时调整所述给料机的输出频率。

下面以具体实例进行说明，以某金矿多料机的磨矿过程智能给矿为例，其实施包括以下步骤：

步骤1：首先由初始化模块设定各控制参数，参数值结合历史运行记录及实际工况确定；某金矿共有给料机8个，各给料口空料前的料位分别为{1.5m,1.8m,1.7m,2.1m,2.2m,2.5m,1.9m,1.4m}，取裕量为0.5m，得到倒口料位分别为{2.0m,2.3m,2.2m,2.6m,2.7m,3.0m,2.4m,1.9m}；各给料机最小正常负荷电流分别为{6.5A,5.9A,6.1A,5.4A,5.7A,5.9A,6.1A,6.7A}，取裕量为0.5A，得到倒口电流分别为{7.0A,6.4A,6.6A,5.9A,6.2A,6.4A,6.6A,7.2A}，以各给料机单独工作时的给矿量除以实际频率并多次求平均得到给料机的给矿能力分别为{10.1t/Hz,9.8t/Hz,9.9t/Hz,10.3t/Hz,9.5t/Hz,10.5t/Hz,9.9t/Hz,10.2t/Hz}；根据实际情况设定各给料机距离皮带秤的距离{24m,29m,33m,37m,24m,29m,33m,37m}以及传输皮带速度1.0m/s，给料机倒口运行时间限tL设定为3小时。

步骤2：然后由通讯模块通过OPC方式与选矿自动化系统通讯，交互参数；根据自动化系统的变量表及通讯规则建立读数据变量列表，包括第i个给料口实时料位l_r(i)、第i个给料机运行电流c_r(i)，实时给矿量w，给矿设定值w_s；根据自动化系统的变量表及通讯规则建立写数据变量列表，包括给料机启停命令R_s(i)和运行频率设定f_s(i)；数据读写周期为1秒。

步骤3：由倒口判断模块遍历各运行中的给料机，根据倒口规则判断需要停止的给料机，其判断步骤包括：

①若运行中的第i个给料机对应的料位L_r(i)低于倒口料位L_s(i)，则该料口即将空料，需将给料倒至其他口，B_u＝i，跳至步骤4)；

②若运行中的第i个给料机的实际电流低于负载电流下限c_s(i),则该给料机已经处于空载状态，需将给料倒至其他口，B_u＝i，跳至步骤4)；

③若第i个给料口连续运行时间超过倒口运行时间限t_L，则需将给料倒至其他口，B_u＝i，跳至步骤4)；

④若实际给矿量w明显小于第i个给料机运行频率与给矿能力之积，则说明该给料口已经无法下料，需将给料倒至其他口，B_u＝i，跳至步骤4)。

步骤4：由料仓选择模块采用选择系数加权算法确定新料口，根据实时参数计算各备选料口的选择系数：

①料仓料位加权项 $f_l\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}{c}_l(L_r\left(i\right)-L_s\left(i\right)),& \mathrm{if}{L}_r\left(i\right)\&GreaterEqual;L_s\left(i\right)\\ -\&infin;,& \mathrm{if}{L}_r\left(i\right)<L_s\left(i\right)\end{array}\right.,$ 其中c_l设置为1，∞设定为999；②运行时间加权项 $f_k\left(1\right)=\left\{\begin{array}{cc}{c}_t(t\left(1\right)-t_L),& \mathrm{ift}\left(1\right)\&GreaterEqual;t_L\\ 0,& \mathrm{ift}\left(1\right)<t_L\end{array}\right.,$ 其中c_t设置为2；③人为因素加权项 $f_m\left(1\right)=\left\{\begin{array}{cc}+\&infin;,& 1f{m}_a=1\\ 0,& \mathrm{if}{m}_a-0\\ -\&infin;,& 1f{m}_a=-1\end{array},,\right.$ 对正在检修或者堵塞的料仓，可将ma设定为-1，对计划优先排空的料仓，m_a可设定为-1，否则m_a设定为0；④新料仓选择系数F(1)=f_l(1)+f_t(i)+f_m(i)；⑤在所有F(i),i＝1,...,n中选出使F(i)取最大值的序号i(若有多个料仓系数相同，选择序号更小的)，记为m，则备选料仓B_n＝m，跳至步骤5)，若所有料仓的选择系数均小于等于0，则所有料仓均不可选，给出报警，跳至步骤6)。

步骤5：由无扰切换模块控制给矿机的启停时序控制及初始频率设置，以实现倒口过程的矿量无扰，其步骤包括：

①将恒定给矿控制暂时切换至手动状态，避免切换过程中恒定给矿控制对给料机频率进行调整；

②计算新开给料机初始设定频率，按照公式

$f_s\left(B_n\right)=\frac{f_r\left(B_u\right)\&times;p_{B_u}}{p_{B_u}}$

其中f_s(B_n)为新料口的频率设定值，f_r(B_u)为旧料口的实际频率，p_Bu为旧料口的给矿能力，p_Bn为新料口的给矿能力；

③判断旧给料口与新给料口之间的空间位置，若d_Bu>d_Bn，则新给料口比旧给料口近，先关闭旧的给料机，否则新给料口比旧给料口远，先开启新的给料机；

④等待延时时间t=|d_Bu-d_Bn|/s，开启新给料机或关闭旧给料机；

⑤等待延时时间T后，将恒定给矿控制切换至自动状态，T应大于最远给料口物料至皮带秤处的传输时间。

步骤6：由恒定给矿控制模块调整给料机的运行频率，实现给矿量跟随设定值的控制功能，具体包括：

①若恒定给矿控制为手动状态，则维持给料机频率不变；

②若恒定给矿控制为自动状态，且|w-w_s|≤Z，其中Z为恒定给矿控制死区，即给矿误差在死区范围内，维持给料机频率不变；

③若恒定给矿控制为自动状态，且|w-w_s|＞Z，即给矿误差超出死区范围，则将给料机频率进行调整，按照公式

$f_s\left(u\right)=f_s(u-1)+\frac{w_s-w}{p_t}$

其中f_s(u)为本周期设定频率，f_s(u-1)为上一周期设定频率；

④频率调整后等待延时时间T后再进行下一次判断和调整；

⑤若给矿设定值发生改变，则立刻将给料机频率调整，按照如下公式

$f_s\left(u\right)=\frac{w_s}{p_t}$

通过上述在某选矿厂的应用，如图3为本发明实施例所举实例中智能给矿控制的效果示意图，如图4为本发明实施例所举实例中普通倒口控制(纯PID控制)的效果示意图，如图5为本发明实施例所举实例中手动倒口控制的效果示意图，图中实线方框内即为切换料仓时矿量的数据曲线，通过图3-5的效果对比可知：长时间统计数据表明，智能给矿控制系统的应用可将倒口时的矿量波动减少80％以上。

综上所述，本发明实施例所述方法具有以下优点：

1、通过给矿口物理位置和传输皮带速度测定，精确控制各料口给矿机切换顺序与时间，并且对不同给矿机给矿能力差异性进行匹配，从而实现磨机给矿皮带上的矿料流持续平稳传输，确保磨机高效、稳定的运行；

2、确保对给料口切换过程的智能判断和优化选择，不仅降低了切换频率，而且可以平衡多给矿机的运行时间，有利于设备的运行维护，避免矿仓内物料板结；

3、能够有效侦测给料口堵塞等工况，保证了流程异常情况下产能的尽快恢复。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于多料机的智能给矿控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

设定智能控制的各相关参数，其中所述相关参数具体包括多料机的第i个给料口的倒口料位L_s(i)、第i个给料机的倒口电流c_s(i)、给料机倒口运行时限t_L、第i个给料机距离皮带秤的距离d_i、第i个给料机的给矿能力p_i以及传输皮带的速度s；其中,i＝1,...,n；

与选矿厂的自动化系统通讯，获取给料过程数据并将相应的控制值传送给所述自动化系统；

根据实时参数与预设的倒口规则判断需要切换至其他料口的给料机；

若判断需要倒口，则依据权重选择函数选定新的目标料口，定义为B_n，并进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制；

根据矿量设定值实时调整所述给料机的输出频率。

2.根据权利要求1所述用于多料机的智能给矿控制方法，其特征在于，

所述第i个给料口的倒口料位高于料口空料时的料位；

所述第i个给料机的倒口电流大于该给料机空载时的电流，且小于该给料机正常负载时的电流；

所述第i个给料机的给矿能力p_i表示该给料机每Hz频率增减的给矿量，单位为t/Hz。

3.根据权利要求1所述用于多料机的智能给矿控制方法，其特征在于，所述与选矿厂的自动化系统通讯，获取给料过程数据并将相应的控制值传送给自动化系统，具体包括：

通过OPC方式与选矿厂的自动化系统通讯以交互参数，获取第i个给料口实时料位L_r(i)、第i个给料机运行电流c_r(i)、实时给矿量w_r、给矿设定值w_s；

并将第i个给料机启停命令字R_s(i)和运行频率设定f_s(i)值传送给所述自动化系统。

4.根据权利要求1所述用于多料机的智能给矿控制方法，其特征在于，所述进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制的过程具体为：

将恒定给矿控制暂时切换至手动状态，根据第B_u号料仓与第B_n号料仓之间的物理位置和所述传输皮带速度s，确定开关给料机的先后顺序及延时时间；B_u定义为需要倒口的料口；

根据第B_u号料仓与第B_n号料仓的给矿能力及原始给矿频率得到新开给料机的给矿频率初始设定值，并在等待一定时间T后，将恒定给矿控制切换至自动状态。

5.根据权利要求1所述用于多料机的智能给矿控制方法，其特征在于，所述根据矿量设定值实时调整所述给料机的输出频率，具体包括：

若恒定给矿控制为手动状态，则维持给料机输出频率不变；

否则，根据给矿实际值w与给矿设定值w_s之差对给矿设定频率进行调整。

6.一种用于多料机的智能给矿控制装置，其特征在于，所述装置包括：

初始化模块，用于设定智能控制的各相关参数，其中所述相关参数具体包括多料机的第i个给料口的倒口料位L_s(i)、第i个给料机的倒口电流c_s(i)、给料机倒口运行时限t_L、第i个给料机距离皮带秤的距离d_i、第i个给料机的给矿能力p_i以及传输皮带的速度s；其中,i＝1,...,n；

通讯模块，用于与选矿厂的自动化系统通讯，获取给料过程数据并将相应的控制值传送给所述自动化系统；

倒口判断模块，用于根据实时参数与预设的倒口规则判断需要切换至其他料口的给料机；

料仓选择模块，用于判断是否需要倒口，若判断需要倒口，则依据权重选择函数选定新的目标料口，定义为B_n；

无扰切换模块，用于进行所述目标料口切换过程的启停与频率设定控制；

恒定给矿控制模块，用于根据矿量设定值实时调整所述给料机的输出频率。