CN106902988B - 一种浮游选煤过程自动控制系统与方法 - Google Patents
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Abstract
一种浮游选煤过程自动控制系统与方法，系统包括浮选机、矿浆预处理器、胶体磨、捕收剂储存桶、起泡剂储存桶，检测设备和执行设备；胶体磨与浮选机和矿浆预处理器相连，起泡剂储存桶与浮选机和矿浆预处理器相连接，浮选机内设有与执行设备连接的检测设备。利用像机对浮选泡沫和压滤后的浮选尾矿进行实时检测，采集泡沫和压滤后的尾矿图像信息，上传至工控机，提取泡沫图像和尾矿图像的各个实时状态特征参数的值，并与由离线标准实验测定的设定阈值比较，得到富集精煤的泡沫信息和尾矿跑煤量信息；由工控机根据泡沫信息和跑煤量按照控制方法实时调节加药量、清水量、进气量。确保浮选机始终处于较好的工作状态，保障产品质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动控制系统与方法，尤其是一种适用于煤与矿物杂质分选的浮游选煤过程自动控制系统与方法。
背景技术
在浮游选煤的过程中，有许多可变因素需要操作者进行判断，操作员的经验对保证最终产品质量和产率具有重要的影响。浮游选煤过程自动控制可以克服人工操作的不足，保证各个工艺参数处在最佳状态，在保证精煤质量的前提下，提高产量，节省药剂，降低劳动力强度。目前，煤泥浮选效果主要取于浮选操作者的操作经验和精心程度，眼看手调，定性操作。浮选的各项经济指标的实现以及生产过程的稳定和调整，需要操作者能进行符合规律的及时操作，入浮煤浆的浓度的大小，浮选剂的添加，充气量的多少，这些繁多的控制不仅要操作者有极高的专业素养和工作经验，同时要投入大量的精力，劳动强度很大。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种替代人工控制调节各个工艺参数、降低劳动力强度和要求、提高分选生产效率和精煤质量稳定、节省浮选药剂用量的浮游选煤过程自动控制系统与方法。
技术方案：本发明的浮游选煤过程自动控制系统，包括浮选机、矿浆预处理器、胶体磨、捕收剂储存桶、起泡剂储存桶，检测设备和执行设备；所述的捕收剂储存桶设在胶体磨上方，胶体磨经管路分别与浮选机和矿浆预处理器相连接，所述的起泡剂储存桶经管路分别与浮选机和矿浆预处理器相连接，矿浆预处理器一侧设有进水管和煤浆管，另一侧设有与浮选机底部相连通的入浮煤浆管；所述的浮选机一侧设有气源管，另一侧设有尾矿出口管，所述的浮选机的浮选室内设有检测设备，检测设备与执行设备连接。
所述的检测设备包括泡沫检测设备、尾矿检测设备和工控机；所述的泡沫检测设备和尾矿检测设备分别包括遮光罩、相机和光源，所述相机和光源设在遮光罩内，相机和光源受工控机控制，工控机的输出端与执行设备的控制器输入端连接。
所述的执行设备包括控制器和电动阀；所述的电动阀包括设在进水管上的清水补充阀、设在煤浆管上的入选煤浆阀、设在气源管上的进气阀、设在分别进入矿浆预处理器管路上的预处理起泡剂加药阀和预处理捕收剂加药阀、设在分别进入浮选机管路上的浮选起泡剂加药阀和浮选捕收剂加药阀；所述浮选起泡剂加药阀、浮选捕收剂加药阀、清水补充阀和进气阀受控制器控制。
所述的光源为LED光源，布置在摄像机四周并对称安装；在LED光源前端配有毛玻璃罩。
所述遮光罩为采用不透光材质制成的金属骨架。
上述浮游选煤过程自动控制系统的控制方法，包括如下步骤：
(1)将入选煤浆输送进矿浆预处理器内，按常规根据入选煤浆浓度给入药量，矿浆预处理器出料口输出的入浮煤浆进入浮选机，检测设备中的相机检测浮选机浮选室和尾矿经压滤后的尾矿出口，拍摄富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片，并传输到工控机；
(2)工控机对相机拍摄到的富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片进行实时的数字图像处理，获得气泡个数、气泡大小均值、气泡运动速率、尾矿灰度均值这四个特征参数的值，对富集精煤的浮选泡沫图片进行分割处理，提取图像中的气泡个数、气泡大小均值、气泡运动速率；对压滤后的浮选尾矿进行图像处理，提取尾矿灰度均值；
(3)将提取出的各个特征参数的值与该特征参数的设定阈值进行比较；由工控机控制各个管路上电动阀门开度的增大或者减小；
(4)当气泡个数大于设定阈值上限且气泡大小均值小于设定阈值下限时，减小浮选起泡剂加药阀的开度，当气泡个数小于设定阈值下限且气泡大小均值大于设定阈值上限时，增大浮选起泡剂加药阀的开度；当气泡大小均值大于设定阈值上限且尾矿灰度均值小于设定阈值下限时，增大浮选捕收剂加药阀的开度，当气泡大小均值小于设定阈值下限且气泡运动速度小于设定阈值下限时，减小浮选捕收剂加药阀的开度；当气泡运动速度小于设定阈值下限，缺乏游动性，尾矿灰度均值小于设定阈值下限时，增大清水补充阀的开度；当气泡个数大于2倍设定阈值上限时，减小进气阀的开度。
在投产前进行10次浮选试验，每次试验在浮选结果良好的情况下，每隔1分钟采集1次数据，共选取60组富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片，提取图像中各个特征参数的值，以60组数据的均值作为各个特征参数的该次试验阈值；10次试验的各个特征参数的试验阈值获得后，每个特征参数对应的最大试验阈值称为该特征参数的设定阈值上限，每个特征参数对应的最小试验阈值称为该特征参数的设定阈值下限。
有益效果：由于采用了上述方案，通过在遮光罩内，背景环境统一，利用数字图像处理技术代替人工肉眼识别判断浮选室内的泡沫和压滤后的浮选尾矿，与由离线标准实验确定的阈值比较，由控制器调节电动阀来实现各个参数的实时量，确保浮选过程处在稳定的状态，整个过程是实时，非接触的，不影响物料的传输。能够及时准确的进行浮选药剂的添加，调整入浮煤浆浓度，替代了人工控制调节各个工艺参数，大大降低了劳动力强度和要求，提高分选生产效率和精煤质量稳定，节省浮选药剂用量，保障产品质量稳定，节省人力物力，提高经济效益。
附图说明
图1为本发明检测设备示意图。
图2为本发明执行设备示意图。
图中：1、第一相机；2、第一光源；3、第一遮光罩；4、浮选泡沫；5、第二相机；6、第二光源；7、第二遮光罩；8、浮选尾矿；9、工控机；10、控制器；11、捕收剂储存桶；12、胶体磨；13、矿浆预处理器；14、浮选机；15、清水补充阀；16、入选煤浆阀；17、进气阀；18、预处理起泡剂加药阀；19、预处理捕收剂加药阀；20、浮选起泡剂加药阀；21、浮选捕收剂加药阀；22、起泡剂储存桶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图2所示，本发明的浮游选煤过程自动控制系统，主要由浮选机14、矿浆预处理器13、胶体磨12、捕收剂储存桶11、起泡剂储存桶22，检测设备和执行设备构成；在浮选机14的前段工序设置矿浆预处理器13、捕收剂储存桶11、胶体磨12、起泡剂储存桶22；浮选机14下方设置入浮煤浆管路、进气管路，浮选机14上方设有捕收剂加药管路、起泡剂加药管路；在浮选机14的浮选室内有检测设备，检测设备与工控机9电气连接。所述的捕收剂储存桶11设在胶体磨12的上方，胶体磨12经管路分别与浮选机14和矿浆预处理器13相连接，胶体磨12入口连接捕收剂储存桶11出口管路，胶体磨13出口管路通向捕收剂管路。所述的起泡剂储存桶22经管路分别与浮选机14和矿浆预处理器13相连接，矿浆预处理器13一侧设有进水管和煤浆管，另一侧设有与浮选机底部相连通的入浮煤浆管；所述的浮选机一侧设有气源管，另一侧设有尾矿出口管，所述的浮选机的浮选室内设有检测设备，检测设备与执行设备连接。
所述的检测设备包括泡沫检测设备、尾矿检测设备和工控机9；所述的泡沫检测设备和尾矿检测设备分别包括遮光罩、相机和光源，所述相机和光源设在遮光罩内，相机和光源受工控机控制，工控机的输出端与执行设备的控制器输入端连接；所述的光源为LED光源，布置在摄像机四周并对称安装；在LED光源前端配有毛玻璃罩；所述遮光罩为采用不透光材质制成的金属骨架。
如图1所示，检测设备包括有：设置在第一遮光罩3内的第一相机1、第一光源2，设置在第一遮光罩3内的第一相机1和第二光源2；尾矿检测设备包括有：设置在第二遮光罩3内的第二相机5、第二光源6，设置在第二遮光罩8内的第二相机5、第二光源6。遮光罩采用不透光材质，将系统金属架四周遮住，减少外界光源对图像采集的干扰。光源采用显色性好、发光强度高、光谱范围宽和稳定时间长的LED芯片灯，配有毛玻璃罩，对称布置，形成均匀给光，让光源均匀覆盖整个遮光罩。
所述的执行设备包括控制器10和电动阀；所述的电动阀有七个，分别为清水补充阀15、入选煤浆阀16、进气阀17、预处理起泡剂加药阀18、预处理捕收剂加药阀19、浮选起泡剂加药阀20、浮选捕收剂加药阀21；清水补充阀15设在进水管上，设入选煤浆阀16在煤浆管上，进气阀17设在气源管上，预处理起泡剂加药阀18和预处理捕收剂加药阀19设在分别进入矿浆预处理器管路上，浮选起泡剂加药阀20和浮选捕收剂加药阀21设在分别进入浮选机管路上；电动阀安装在各个管道上，浮选起泡剂加药阀20、浮选捕收剂加药阀21、清水补充阀15和进气阀17由控制器10控制。
所述矿浆预处理器13上连接有：安装清水补充阀15的清水管路、入选煤浆阀16的入选煤浆管路、预处理起泡剂加药阀18的起泡剂加药管路、预处理捕收剂加药阀19的捕收剂加药管路、入浮煤浆管路；所述入选煤浆管路设置在矿浆预处理器13下方，入浮煤浆管路设置在上方。
本发明的浮游选煤过程自动控制方法，具体步骤如下：
(1)将入选煤浆输送进矿浆预处理器13内，按常规现有技术根据入选煤浆浓度给入药量，通过预处理捕收剂加药阀18和预处理起泡剂加药阀19根据入选煤浆浓度由人工确定开启程度并保持不变，由矿浆预处理器出料口输出的入浮煤浆进入浮选机14，检测设备中的相机检测浮选机浮选室和尾矿经压滤后的尾矿出口，拍摄富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片，并传输到工控机9；
(2)工控机9对相机拍摄到的富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片进行实时的数字图像处理，获得气泡个数、气泡大小均值、气泡运动速率、尾矿灰度均值这四个特征参数的值，对富集精煤的浮选泡沫图片进行分割处理，提取图像中的气泡个数、气泡大小均值、气泡运动速率；对压滤后的浮选尾矿进行图像处理，提取尾矿灰度均值；
(3)将提取出的各个特征参数的值与该特征参数的设定阈值进行比较；由工控机9控制各个管路上电动阀门开度的增大或者减小；
(4)当气泡个数大于设定阈值的上限且气泡大小均值小于设定阈值的下限时，减小浮选起泡剂加药阀20的开度，当气泡个数小于设定阈值下限且气泡大小均值大于设定阈值上限时，增大浮选起泡剂加药阀20的开度；当气泡大小均值大于设定阈值上限且尾矿灰度均值小于设定阈值下限时，增大浮选捕收剂加药阀21的开度，当气泡大小均值小于设定阈值下限且气泡运动速度小于设定阈值下限时，减小浮选捕收剂加药阀21的开度；当气泡运动速度小于设定阈值下限，缺乏游动性，尾矿灰度均值小于设定阈值下限时，增大清水补充阀15的开度；当气泡个数大于2倍设定阈值上限时，减小进气阀17的开度。
所述的设定阈值的获取：在投产前进行10次浮选试验，每次试验在浮选结果良好的情况下，每隔1分钟采集1次数据，共选取60组富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片，提取图像中各个特征参数的值，以60组数据的均值作为各个特征参数的该次试验阈值；10次试验的各个特征参数的试验阈值获得后，每个特征参数对应的最大试验阈值称为该特征参数的设定阈值上限，每个特征参数对应的最小试验阈值称为该特征参数的设定阈值下限。
实施例1：浮选设备开启工作，入选煤浆管路上的入选煤浆阀门16开启，输入入选煤浆进入矿浆预处理器13，捕收剂储存桶11输送捕收剂进入胶体磨12，预处理起泡剂加药阀18和预处理捕收剂加药阀19根据入选煤浆浓度由人工确定开启程度并保持不变，起泡剂和乳化后的捕收剂与入选煤浆混合均匀，产生入浮煤浆，矿浆预处理器13将入浮煤浆输送进浮选机14，浮选机14开始浮选操作。浮选室中产生富集精煤的浮选泡沫4，浮选尾矿8送去压滤；第一相机1拍摄富集精煤的浮选泡沫4图像，第二相机5拍摄压滤后的浮选尾矿8图像，将图像信息传输至工控机9进行分析。工控机9实时计算富集精煤的浮选泡沫4图像中的气泡个数、气泡大小均值、气泡运动速率，灰度均值；压滤后的浮选尾矿8图像的灰度均值。将各个特征参数的值与工控机中存储的由离线标准实验测定的设定阈值比较。当气泡个数大于设定阈值上限且气泡大小均值小于设定阈值下限，将浮选起泡剂加药阀20开度减小10％，当气泡个数小于设定阈值下限且气泡大小均值大于设定阈值上限，将浮选起泡剂加药阀20开度增大10％；当气泡大小均值大于设定阈值上限且尾矿灰度均值小于设定阈值下限，将浮选捕收剂加药阀21开度增大10％，当气泡大小均值小于设定阈值下限且气泡运动速度小于设定阈值下限，将浮选捕收剂加药阀21开度减小10％；当气泡运动速度小于设定阈值下限，缺乏游动性，尾矿灰度均值小于设定阈值下限，将清水补充阀15开度增大10％；当气泡个数大于2倍设定阈值上限，将进气阀16开度减小30％。
Claims (5)
1.一种浮游选煤过程自动控制系统，包括浮选机、其特征是：还包括矿浆预处理器、胶体磨、捕收剂储存桶、起泡剂储存桶，检测设备和执行设备；所述的捕收剂储存桶设在胶体磨上方，胶体磨经管路分别与浮选机和矿浆预处理器相连接，所述的起泡剂储存桶经管路分别与浮选机和矿浆预处理器相连接，矿浆预处理器一侧设有进水管和煤浆管，另一侧设有与浮选机底部相连通的入浮煤浆管；所述的浮选机一侧设有气源管，另一侧设有尾矿出口管，所述的浮选机的浮选室内设有检测设备，检测设备与执行设备连接；
所述的检测设备包括泡沫检测设备、尾矿检测设备和工控机；所述的泡沫检测设备和尾矿检测设备分别包括遮光罩、相机和光源，所述相机和光源设在遮光罩内，相机和光源受工控机控制，工控机的输出端与执行设备的控制器输入端连接；
所述的执行设备包括控制器和电动阀；所述的电动阀包括设在进水管上的清水补充阀、设在煤浆管上的入选煤浆阀、设在气源管上的进气阀、设在分别进入矿浆预处理器管路上预处理起泡剂加药阀和预处理捕收剂加药阀、设在分别进入浮选机管路上的浮选起泡剂加药阀和浮选捕收剂加药阀；所述浮选起泡剂加药阀、浮选捕收剂加药阀、清水补充阀和进气阀受控制器控制。
2.根据权利要求1所述的浮游选煤过程自动控制系统，其特征是：所述的光源为LED光源，布置在摄像机四周并对称安装；在LED光源前端配有毛玻璃罩。
3.根据权利要求1所述的浮游选煤过程自动控制系统，其特征是：所述遮光罩为采用不透光材质制成的金属骨架。
4.根据权利要求1所述浮游选煤过程自动控制系统的控制方法，其特征是包括如下步骤：
（1）将入选煤浆输送进矿浆预处理器内，按常规根据入选煤浆浓度给入药量，矿浆预处理器出料口输出的入浮煤浆进入浮选机，检测设备中的相机检测浮选机浮选室和尾矿经压滤后的尾矿出口，拍摄富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片，并传输到工控机；
（2）工控机对相机拍摄到的富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片进行实时的数字图像处理，获得气泡个数、气泡大小均值、气泡运动速率、尾矿灰度均值这四个特征参数的值，对富集精煤的浮选泡沫图片进行分割处理，提取图像中的气泡个数、气泡大小均值、气泡运动速率；对压滤后的浮选尾矿进行图像处理，提取尾矿灰度均值；
（3）将提取出的各个特征参数的值与该特征参数的设定阈值进行比较；由工控机控制各个管路上电动阀门开度的增大或者减小；
（4）当气泡个数大于设定阈值上限，气泡大小均值小于设定阈值下限时，减小浮选起泡剂加药阀的开度，反之增大；当气泡大小均值大于设定阈值上限，尾矿灰度均值小于设定阈值下限时，增大浮选捕收剂加药阀开度，反之减小；当气泡运动速度小于设定阈值下限，缺乏游动性，尾矿灰度均值小于设定阈值下限时，增大清水补充阀的开度；当气泡个数大于2倍设定阈值上限时，减小进气阀的开度。
5.根据权利要求4所述的浮游选煤过程自动控制方法，其特征是：所述的设定阈值的获取：在投产前进行10次浮选试验，每次试验在浮选结果良好的情况下，每隔1分钟采集1次数据，共选取60组富集精煤的浮选泡沫图片和压滤后的浮选尾矿图片，提取图像中各个特征参数的值，以60组数据的均值作为各个特征参数的该次试验阈值；10次试验的各个特征参数的试验阈值获得后，每个特征参数对应的最大试验阈值称为该特征参数的设定阈值上限，每个特征参数对应的最小试验阈值称为该特征参数的设定阈值下限。
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