武成瑞等：混合选别过程半实物仿真系统 ·1413· 性强、干扰性大，不利于得到运行指标的最优值5] 发出一个通用性好、经济性高、可视化程度高的半实物 代伟等-]针对再磨过程开发了基于运行优化控制的 仿真控制系统具有非常高的研究意义和实际应用 优化设定软件平台，但底层过程控制认为已达到稳态， 价值2-3 忽略了底层回路动态对于运行优化层的影响，造成仿 真效果受到限制.Radhakrishnan]基于MATLAB设计 1混合选别过程及问题描述 控制器，但虚拟控制器与实际控制器差距较大，且不利 混合选别过程装置包括：浓密机、浓密机底流泵、 于判断控制算法在现场真实环境的适用性.Bartletto] 粗选槽、精选槽、扫选槽、中矿泵、鼓风机等装置.浓密 与刘琳琳四实验系统采用运用PRO/I、METSIM等国 工序接收再磨过程处理后的较低浓度的矿浆，经过高 外比较著名的工业流程模拟软件来模拟实际工业过 效的浓密过程在浓密机底部得到浓度较高的矿浆，由 程，这些软件都比较昂贵，且大部分工艺流程模型都依 底流矿浆泵送入粗选阶段进行首次分选，富集有用矿 据国外的工业流程建立，这些软件内部的模型信息都 物的底流进入精选阶段进一步分选，粗选的泡沫送到 已经封装好，无法查看或修改，这就会出现工艺流程与 扫选工序.粗选底流矿浆通过精选阶段得到合格的产 我国的实际运行的工业流程存在较大差异但我们却无 品作为最终精矿，精选的泡沫返回到粗选工序中.粗 法修改的问题，在很大程度上减小这些实验系统的实 选泡沫通过扫选工序来降低最终尾矿的有用矿物，扫 际应用价值，不利于我国控制理论研究者将研究成果 选泡沫作为最终尾矿排入泡沫收集器中，扫选底流矿 在我国工业界的成功运用.现有的半实物仿真结构多 浆作为浮选中矿送入到浓密机，进行再一次分选，如图1 样，仿真性能参差不齐，仿真成本普遍较高.因此，开 所示. 自入料矿浆 自絮凝剂 加药泵 自药剂制备 静态混合器 澄清区 浮选药剂 沉降区 过度区 压缩区 浓缩大井 泡沫层 底流 数泥浆层 粗选槽 泡沫层 底流泵 泥浆层 精矿 精选槽 泡沫层 进气 尾矿 鼓风机 中矿泵 扫选槽 ← 中矿泵池 图1混合选别过程简要工艺流程 Fig.I Flow chart of the mixed separation process 通过对混合选别过程的深入分析可知，浓密过程 到矿石性质等边界条件的变化和干扰的影响，人工操 底流矿浆浓度、浓密过程底流矿浆流量、矿浆粒度、磁 作不能及时准确的进行调节，难以保证控制目标，影响 选精矿品位、浮选机矿浆液位、浮选机进气流量和浮选 精矿品位和金属回收率 药剂添加量是影响运行指标精矿品位和尾矿品位的主 要因素.混合选别过程具有强非线性、强耦合、参数时 2系统结构 变等综合复杂性，运行指标精矿品位和尾矿品位与各 本实验系统整体设计结构由对象计算机、控制器 影响因素之间具有强非线性、不确定性，难以建立精确 设计计算机、监控计算机、控制系统以及相关支撑网络 的数学模型，难以实现工艺指标的智能运行控制.多 构成，如图2所示 个串联浮选机矿浆液位之间具有强耦合、非线性特性， 其中监控计算机相当于工业现场的操作站，用于 且受入口矿浆流量随机干扰的影响，难以采用三个单 生产过程的运行监控：控制器设计计算机用于回路控 回路传统控制方法实现矿浆液位的自动控制. 制算法和设备逻辑设计：控制系统在硬件选型和软件 目前混合选别生产过程仍处于人工控制，由于受 开发上与实际工业现场一致：对象计算机用于建立虚武成瑞等: 混合选别过程半实物仿真系统 性强、干扰性大,不利于得到运行指标的最优值[5鄄鄄6] . 代伟等[7鄄鄄8]针对再磨过程开发了基于运行优化控制的 优化设定软件平台,但底层过程控制认为已达到稳态, 忽略了底层回路动态对于运行优化层的影响,造成仿 真效果受到限制. Radhakrishnan [9]基于 MATLAB 设计 控制器,但虚拟控制器与实际控制器差距较大,且不利 于判断控制算法在现场真实环境的适用性. Bartlett [10] 与刘琳琳[11]实验系统采用运用 PRO/ II、METSIM 等国 外比较著名的工业流程模拟软件来模拟实际工业过 程,这些软件都比较昂贵,且大部分工艺流程模型都依 据国外的工业流程建立,这些软件内部的模型信息都 已经封装好,无法查看或修改,这就会出现工艺流程与 我国的实际运行的工业流程存在较大差异但我们却无 法修改的问题,在很大程度上减小这些实验系统的实 际应用价值,不利于我国控制理论研究者将研究成果 在我国工业界的成功运用. 现有的半实物仿真结构多 样,仿真性能参差不齐,仿真成本普遍较高. 因此,开 发出一个通用性好、经济性高、可视化程度高的半实物 仿真控制系统具有非常高的研究意义和实际应用 价值[12鄄鄄13] . 1 混合选别过程及问题描述 混合选别过程装置包括:浓密机、浓密机底流泵、 粗选槽、精选槽、扫选槽、中矿泵、鼓风机等装置. 浓密 工序接收再磨过程处理后的较低浓度的矿浆,经过高 效的浓密过程在浓密机底部得到浓度较高的矿浆,由 底流矿浆泵送入粗选阶段进行首次分选,富集有用矿 物的底流进入精选阶段进一步分选,粗选的泡沫送到 扫选工序. 粗选底流矿浆通过精选阶段得到合格的产 品作为最终精矿,精选的泡沫返回到粗选工序中. 粗 选泡沫通过扫选工序来降低最终尾矿的有用矿物,扫 选泡沫作为最终尾矿排入泡沫收集器中,扫选底流矿 浆作为浮选中矿送入到浓密机,进行再一次分选,如图 1 所示. 图 1 混合选别过程简要工艺流程 Fig. 1 Flow chart of the mixed separation process 通过对混合选别过程的深入分析可知,浓密过程 底流矿浆浓度、浓密过程底流矿浆流量、矿浆粒度、磁 选精矿品位、浮选机矿浆液位、浮选机进气流量和浮选 药剂添加量是影响运行指标精矿品位和尾矿品位的主 要因素. 混合选别过程具有强非线性、强耦合、参数时 变等综合复杂性,运行指标精矿品位和尾矿品位与各 影响因素之间具有强非线性、不确定性,难以建立精确 的数学模型,难以实现工艺指标的智能运行控制. 多 个串联浮选机矿浆液位之间具有强耦合、非线性特性, 且受入口矿浆流量随机干扰的影响,难以采用三个单 回路传统控制方法实现矿浆液位的自动控制. 目前混合选别生产过程仍处于人工控制,由于受 到矿石性质等边界条件的变化和干扰的影响,人工操 作不能及时准确的进行调节,难以保证控制目标,影响 精矿品位和金属回收率. 2 系统结构 本实验系统整体设计结构由对象计算机、控制器 设计计算机、监控计算机、控制系统以及相关支撑网络 构成,如图 2 所示. 其中监控计算机相当于工业现场的操作站,用于 生产过程的运行监控;控制器设计计算机用于回路控 制算法和设备逻辑设计;控制系统在硬件选型和软件 开发上与实际工业现场一致;对象计算机用于建立虚 ·1413·