CN114373352A - 一种选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，属于虚拟现实技术和矿物加工技术领域。所述系统包括：磨矿分级系统数据检测与传输模块，用于将磨矿分级系统实时及历史生产数据传输至数据孪生平台；数据孪生平台，用于对接收到实时及历史生产数据进行分析、建模和模型动态修正，利用修正后的模型生成预测数据；仿真控制器模块，用于根据预测数据进行回路控制，输出控制信号驱动数据孪生平台生成新数据，同时输出控制信号到3D虚拟磨矿分级生产车间；所述3D虚拟磨矿分级生产车间，用于执行控制信号进行运作，进行生产车间3D演示与漫步，模拟真实生产车间运转。采用本发明，能够模拟磨矿分级生产过程的检测与控制流程。

Description

一种选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术和矿物加工技术领域，特别是指一种选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统。

背景技术

在大数据、云服务和新一代人工智能等自动检测、自动控制、计算机技术以及信息处理信技术的飞速发展趋势下，矿山产业正面临升级，矿物加工过程检测与控制相关课程是在“矿物加工工程+”的新工科人才培养的背景下开始，该课程体系庞大、内容繁多，且具有理论性与实践性并重的特点，内容涉及矿物加工、机械、控制、信息与通信等专业和相关知识，学生对该类课程表现出极大的兴趣和求知欲，同时暴露的问题是矿物加工工程同学自动化基础薄弱，存在授课方式单一、对生产现场检测与控制内容理解抽象，学生学习需求难以满足等问题。

但是，现有技术中，并没有相应的矿物加工过程检测与控制的虚拟仿真实训平台，模拟磨矿分级生产过程的检测与控制流程。

发明内容

本发明实施例提供了选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，能够模拟磨矿分级生产过程的检测与控制流程。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，包括：磨矿分级系统数据检测与传输模块、数据孪生平台、仿真控制器模块和人机交互平台；其中，所述人机交互平台包括：虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间；

所述磨矿分级系统数据检测与传输模块，用于将磨矿分级系统实时生产数据及历史生产数据传输至所述数据孪生平台；

所述数据孪生平台，用于对接收到实时及历史生产数据进行数据融合分析、数据建模和模型动态修正，利用修正后的数据模型生成预测数据，并将生成的预测数据传输至所述仿真控制器模块和人机交互平台；

所述仿真控制器模块，用于根据接收到的预测数据进行回路控制，输出控制信号驱动所述数据孪生平台生成新数据，同时输出控制信号到3D虚拟磨矿分级生产车间；

所述3D虚拟磨矿分级生产车间，用于执行控制信号进行运作，进行生产车间3D演示与漫步，模拟真实生产车间运转，并将生产数据传输到所述虚拟磨矿分级检测与控制系统；

所述虚拟磨矿分级检测与控制系统，用于实时显示所述3D虚拟磨矿分级生产车间生产设备、设备联系、检测点及检测仪表、生产设备运行状态、控制过程下生产数据变化趋势。

进一步地，所述磨矿分级系统包括：一段磨矿+水力旋流器分级工艺系统、一段磨矿+螺旋分级机分级工艺系统、两段磨矿+水力旋流器分级工艺系统、两段球磨机+螺旋分级机分级工艺系统中的一种或多种。

进一步地，生产数据包括：矿石物料物性参数、工艺设备运行参数、工艺操作参数、工艺过程生产指标、异常工况中的一种或多种；其中，

所述矿石物料物性参数包括：物料粒度分布、物料硬度、金属品位中的一种或多种；

所述工艺设备运行参数包括：球磨机转速、球磨机功率、球磨机瞬时电流、球磨机电耳信号、球磨机振动信号、球磨机润滑系统信号中的一种或多种；

所述工艺操作参数包括：球磨机进料量、加水量、加球量、补加水量、分级浓度、水力旋流器分级压力中的一种或多种；

所述工艺过程生产指标包括：球磨机处理量、分级溢流粒度、分级溢流流量中的一种或多种；

所述异常工况包括：工艺设备运行参数异常、工艺操作参数异常、工艺过程生产指标异常。

进一步地，所述数据孪生平台包括：数据库和数据处理模块；其中，

所述数据库，用于存储实时生产数据、历史生产数据和生成的预测数据；

所述数据处理模块，用于对接收到实时及历史生产数据进行数据融合分析、数据建模和模型动态修正，利用修正后的数据模型生成预测数据，并将生成的预测数据传输至所述仿真控制器模块和人机交互平台；其中，

建模方法包括：机理建模、基于数据驱动的人工智能算法的建模和两种方法结合的建模。

进一步地，所述数据孪生平台建立在云平台上，其中，

所述云平台包括：公有云、私有云及混合云平台。

进一步地，所述仿真控制器模块包括：虚拟控制器和半实物控制器；其中，所述虚拟控制器和半实物控制器采用的控制策略与生产现场一致，其中，采用的控制策略通过人机交互平台进行修改。

进一步地，所述人机交互平台安装在上位机上，由组态软件编写；

所述3D虚拟磨矿分级生产车间，还用于显示生产工况，查询、显示和修改生产数据；

所述虚拟磨矿分级检测与控制系统，还用于显示工艺流程，修改控制策略，查询、显示和修改生产数据；

在3D虚拟磨矿分级生产车间中通过点击检测点查看相应位置的生产数据，当出现异常情况，虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间发出预警提示。

进一步地，在虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间中修改生产数据产生生产扰动，扰动传输到所述仿真控制器模块；

所述仿真控制器模块，还用于根据接收到的生产扰动进行回路控制输出控制信号，驱动所述数据孪生平台生成新数据，所述数据孪生平台将生成的新数据传输至人机交互平台更新相应的数据，实现实训功能。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例中，能够模拟磨矿分级生产过程的检测与控制流程，用户通过该系统直接参与生产、控制生产，能够强化用户对抽象的磨矿分级生产过程的检测与控制过程的具象认知，帮助用户了解和认识矿物加工工程专业学生在矿物加工自动控制方面所需要开展的工作，使得用户对矿物加工工程的监测与控制具有更深的认识，该系统还可以服务生产系统建模、磨矿分级系统优化、控制算法优化、极端工况控制试验模拟等创新型科学研究，从而为磨矿分级流程优化提供量化参考依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的附图。

图1为本发明实施例提供的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的选矿厂典型一段磨矿+水力旋流器分级工艺系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，包括：磨矿分级系统数据检测与传输模块、数据孪生平台、仿真控制器模块和人机交互平台；其中，所述人机交互平台包括：虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间；

所述磨矿分级系统数据检测与传输模块，用于将磨矿分级系统实时生产数据及历史生产数据传输至所述数据孪生平台；

所述数据孪生平台，用于对接收到实时及历史生产数据进行数据融合分析、数据建模和模型动态修正，利用修正后的数据模型生成预测数据，并将生成的预测数据传输至所述仿真控制器模块和人机交互平台；

所述仿真控制器模块，用于根据接收到的预测数据进行回路控制，输出控制信号驱动所述数据孪生平台生成新数据(具体指新的预测数据)，同时输出控制信号到3D虚拟磨矿分级生产车间；

所述3D虚拟磨矿分级生产车间，用于执行控制信号进行运作，进行生产车间3D演示与漫步，模拟真实生产车间运转，并将生产数据传输到所述虚拟磨矿分级检测与控制系统；

所述虚拟磨矿分级检测与控制系统，用于实时显示所述3D虚拟磨矿分级生产车间生产设备、设备联系、检测点及检测仪表、生产设备运行状态、控制过程下生产数据变化趋势。

在前述选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的具体实施方式中，进一步地，所述磨矿分级系统包括但不限于：一段磨矿+水力旋流器分级工艺系统(如图2所示)、一段磨矿+螺旋分级机分级工艺系统、两段磨矿+水力旋流器分级工艺系统、两段球磨机+螺旋分级机分级工艺系统中的一种或多种。

在前述选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的具体实施方式中，进一步地，生产数据包括：矿石物料物性参数、工艺设备运行参数、工艺操作参数、工艺过程生产指标、异常工况中的一种或多种；其中，

所述矿石物料物性参数包括：物料粒度分布、物料硬度、金属品位中的一种或多种；

所述工艺设备运行参数包括：球磨机转速、球磨机功率、球磨机瞬时电流、球磨机电耳信号、球磨机振动信号、球磨机润滑系统信号中的一种或多种；

所述工艺操作参数包括：球磨机进料量、加水量、加球量、补加水量、分级浓度、水力旋流器分级压力中的一种或多种；

所述工艺过程生产指标包括：球磨机处理量、分级溢流粒度、分级溢流流量中的一种或多种；

所述异常工况包括：工艺设备运行参数异常、工艺操作参数异常、工艺过程生产指标异常。

在前述选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的具体实施方式中，进一步地，所述数据孪生平台包括：数据库和数据处理模块；其中，

所述数据库，用于存储实时生产数据、历史生产数据和生成的预测数据；

所述数据处理模块，用于对接收到实时及历史生产数据进行数据融合分析、数据建模和模型动态修正，利用修正后的数据模型生成预测数据，并将生成的预测数据传输至所述仿真控制器模块和人机交互平台；其中，

建模方法包括但不限于：机理建模、基于数据驱动的人工智能算法的建模和两种方法结合的建模。

本实施例中，主要设备电子皮带秤、渣浆泵采用机理建模，球磨机采用基于数据驱动的人工智能算法建模，分级旋流器采用机理建模和人工智能算法相结合的建模方法。

在前述选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的具体实施方式中，进一步地，所述数据孪生平台建立在云平台上，其中，

所述云平台包括：公有云、私有云及混合云平台。

在前述选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的具体实施方式中，进一步地，所述仿真控制器模块包括：虚拟控制器和半实物控制器；其中，所述虚拟控制器和半实物控制器采用的控制策略与生产现场一致，其中，采用的控制策略通过人机交互平台进行修改。

本实施例中，给矿量、给水量、加球量、磨机负荷、泵池液位、分级旋流器给矿压力、渣浆泵泵速所采用的控制策略与生产现场一致，可以通过人机交互平台对控制策略进行修改。

在前述选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的具体实施方式中，进一步地，所述人机交互平台安装在上位机上，由组态软件编写；

所述3D虚拟磨矿分级生产车间，还用于显示生产工况，查询、显示和修改生产数据；

所述虚拟磨矿分级检测与控制系统，还用于显示工艺流程，修改控制策略，查询、显示和修改生产数据；

在3D虚拟磨矿分级生产车间中通过点击检测点查看相应位置的生产数据，当出现异常情况，虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间发出预警提示。

本实施例中，打开人机交互平台可以选择进入虚拟磨矿分级检测与控制系统或3D虚拟磨矿分级生产车间模式，具有查询、显示和修改生产数据、修改控制策略等功能，是人机交互界面。

在前述选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统的具体实施方式中，进一步地，在虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间中修改生产数据产生生产扰动，扰动传输到所述仿真控制器模块；

所述仿真控制器模块，还用于根据接收到的生产扰动进行回路控制输出控制信号，驱动所述数据孪生平台生成新数据，所述数据孪生平台将生成的新数据传输至人机交互平台更新相应的数据，实现实训功能。

在具体应用中，用户(例如，学生)可以在数据孪生平台生成预测数据，预测数据传输至仿真控制器模块，该仿真控制器模块输出控制信号到3D虚拟磨矿分级生产车间，3D虚拟磨矿分级生产车间模拟真实生产车间运转，并将生产数据传输到虚拟磨矿分级检测与控制系统，用户点击生产车间生产设备及检测点等可以看到相关数据，在虚拟磨矿分级检测与控制系统界面和3D虚拟磨矿分级生产车间界面都可以修改检测数据产生生产扰动，扰动通过仿真控制器来驱动数据孪生平台更新数据。

本实施例中，以两段磨矿+水力旋流器分级工艺系统为例，用户打开上位机的人机交互平台软件，选择进行3D虚拟磨矿分级生产车间，在3D虚拟磨矿分级生产车间进行漫步，认识两段磨矿+水力旋流器磨矿分级系统的2台球磨机、旋流器组、皮带机、泵池、渣浆泵生产设备、生产设备之间的连接方式和关系、生产数据检测点及检测仪表、生产设备运行状态，通过点击检测点可以看到相应位置的生产数据，可以查看各个检测点的报警情况，还可对生产数据进行查询，通过更改生产数据可制造异常工况，观察该系统的控制过程，观察控制过程下检测数据变化趋势，可通过修改控制策略优化控制过程。

本实施例提供的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，可以强化用户，尤其是学生，对抽象的检测与控制过程的具象认知，在课堂讲授过程中演示矿物加工过程工艺参数的自动检测系统，介绍工业生产中矿物加工工艺过程、特点，讲解典型工艺参数的检测原理及仪表，掌握工艺参数自动控制基本原理，自动控制过程，以及矿物加工领域先进检测与过程控制的最新技术进展，贯彻以学生为主体的素质教学理念，形成讲授、课堂演示、参与运行与优化，互动讨论等多种相辅相成的授课模式，帮助学生了解和认识矿物加工工程专业学生在矿物加工自动控制方面所需要开展的工作，培养学生的科学精神和创新意识，并针对专业选修课程探索一种基于开放融合实训检测与控制平台的学生主动探究、教师协作学习的教学模式，学有余力的同学可在该实训平台上进行开发创新。

本发明实施例所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，能够模拟磨矿分级生产过程的检测与控制流程，用户通过该系统直接参与生产、控制生产，能够强化用户对抽象的磨矿分级生产过程的检测与控制过程的具象认知，帮助用户了解和认识矿物加工工程专业学生在矿物加工自动控制方面所需要开展的工作，使得用户对矿物加工工程的监测与控制具有更深的认识，该系统还可以服务生产系统建模、磨矿分级系统优化、控制算法优化、极端工况控制试验模拟等创新型科学研究，从而为磨矿分级流程优化提供量化参考依据。

综上，本发明实施例所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，可以完成磨矿分级工艺流程、检测与控制过程的演示、实训的教学目的，同时扩展了授课方式，让学生对此类课程有更大的兴趣和求知欲。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，包括：磨矿分级系统数据检测与传输模块、数据孪生平台、仿真控制器模块和人机交互平台；其中，所述人机交互平台包括：虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间；

所述磨矿分级系统数据检测与传输模块，用于将磨矿分级系统实时生产数据及历史生产数据传输至所述数据孪生平台；

所述数据孪生平台，用于对接收到实时及历史生产数据进行数据融合分析、数据建模和模型动态修正，利用修正后的数据模型生成预测数据，并将生成的预测数据传输至所述仿真控制器模块和人机交互平台；

所述仿真控制器模块，用于根据接收到的预测数据进行回路控制，输出控制信号驱动所述数据孪生平台生成新数据，同时输出控制信号到3D虚拟磨矿分级生产车间；

所述3D虚拟磨矿分级生产车间，用于执行控制信号进行运作，进行生产车间3D演示与漫步，模拟真实生产车间运转，并将生产数据传输到所述虚拟磨矿分级检测与控制系统；

所述虚拟磨矿分级检测与控制系统，用于实时显示所述3D虚拟磨矿分级生产车间生产设备、设备联系、检测点及检测仪表、生产设备运行状态、控制过程下生产数据变化趋势。

2.根据权利要求1所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，所述磨矿分级系统包括：一段磨矿+水力旋流器分级工艺系统、一段磨矿+螺旋分级机分级工艺系统、两段磨矿+水力旋流器分级工艺系统、两段球磨机+螺旋分级机分级工艺系统中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，生产数据包括：矿石物料物性参数、工艺设备运行参数、工艺操作参数、工艺过程生产指标、异常工况中的一种或多种；其中，

所述矿石物料物性参数包括：物料粒度分布、物料硬度、金属品位中的一种或多种；

所述工艺设备运行参数包括：球磨机转速、球磨机功率、球磨机瞬时电流、球磨机电耳信号、球磨机振动信号、球磨机润滑系统信号中的一种或多种；

所述工艺操作参数包括：球磨机进料量、加水量、加球量、补加水量、分级浓度、水力旋流器分级压力中的一种或多种；

所述工艺过程生产指标包括：球磨机处理量、分级溢流粒度、分级溢流流量中的一种或多种；

所述异常工况包括：工艺设备运行参数异常、工艺操作参数异常、工艺过程生产指标异常。

4.根据权利要求1所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，所述数据孪生平台包括：数据库和数据处理模块；其中，

所述数据库，用于存储实时生产数据、历史生产数据和生成的预测数据；

所述数据处理模块，用于对接收到实时及历史生产数据进行数据融合分析、数据建模和模型动态修正，利用修正后的数据模型生成预测数据，并将生成的预测数据传输至所述仿真控制器模块和人机交互平台；其中，

建模方法包括：机理建模、基于数据驱动的人工智能算法的建模和两种方法结合的建模。

5.根据权利要求1所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，所述数据孪生平台建立在云平台上，其中，

所述云平台包括：公有云、私有云及混合云平台。

6.根据权利要求1所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，所述仿真控制器模块包括：虚拟控制器和半实物控制器；其中，所述虚拟控制器和半实物控制器采用的控制策略与生产现场一致，其中，采用的控制策略通过人机交互平台进行修改。

7.根据权利要求1所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，所述人机交互平台安装在上位机上，由组态软件编写；

所述3D虚拟磨矿分级生产车间，还用于显示生产工况，查询、显示和修改生产数据；

所述虚拟磨矿分级检测与控制系统，还用于显示工艺流程，修改控制策略，查询、显示和修改生产数据；

在3D虚拟磨矿分级生产车间中通过点击检测点查看相应位置的生产数据，当出现异常情况，虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间发出预警提示。

8.根据权利要求1所述的选矿厂磨矿分级系统检测与控制虚拟仿真实训系统，其特征在于，在虚拟磨矿分级检测与控制系统和3D虚拟磨矿分级生产车间中修改生产数据产生生产扰动，扰动传输到所述仿真控制器模块；

所述仿真控制器模块，还用于根据接收到的生产扰动进行回路控制输出控制信号，驱动所述数据孪生平台生成新数据，所述数据孪生平台将生成的新数据传输至人机交互平台更新相应的数据，实现实训功能。

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