沙溪銅礦選礦廠SABC流程智能專家系統(tǒng)建設(shè)方案

張仁忠 朱穎舟

（安徽銅冠（廬江）礦業(yè)有限公司）

隨著選礦和計算機技術(shù)的進步，現(xiàn)在的碎礦、磨礦、篩分、選別、分級等設(shè)備基本都已設(shè)置有智能控制接口，這為選礦廠的智能化創(chuàng)造了良好條件［1-6］。

國家“十四五規(guī)劃”提出了要推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等與各產(chǎn)業(yè)的深度融合，“綠色、安全、和諧、智能、高效”已成為礦業(yè)領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展的時代要求。

為了響應(yīng)時代的要求，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，沙溪銅礦選礦廠在碎磨系統(tǒng)開展了礦山智能化建設(shè)工作。

1 現(xiàn)場SABC流程及其自動化系統(tǒng)

沙溪銅礦選礦廠碎磨系統(tǒng)采用半自磨+頑石破碎+球磨流程，簡稱SABC流程。井下粗碎后的礦石進入選礦廠原礦倉，再經(jīng)振動給料機和1#膠帶運輸機送至半自磨礦倉。半自磨礦倉下設(shè)重型板式給料機，再由2#膠帶輸送機送入半自磨機。半自磨排礦通過振動篩分級，篩上產(chǎn)品（頑石）通過3#膠帶輸送機送至緩沖礦倉，再經(jīng)振動給料機和5#膠帶輸送機送入圓錐破碎機，圓錐破碎機的產(chǎn)品返回2#膠帶輸送機。振動篩篩下產(chǎn)品進入磨礦分級泵池，通過渣漿泵送水力旋流器進行分級，旋流器溢流自流至選別作業(yè)，旋流器沉砂進入溢流型球磨機進行研磨，球磨機排礦也進入磨礦分級泵池，構(gòu)成閉路磨礦。SABC流程設(shè)備聯(lián)系圖見圖1。

目前，現(xiàn)場建成了選礦基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程啟停設(shè)備、調(diào)整設(shè)備運行頻率和給礦給水量［2］、實現(xiàn)連鎖報警等功能。系統(tǒng)主要由人工控制，根據(jù)經(jīng)驗選擇相對穩(wěn)定的參數(shù)進行生產(chǎn)，不同的操作人員水平存在差異，選礦指標波動頻繁，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和設(shè)備效率，實現(xiàn)減員增效目標，急需建設(shè)磨礦專家系統(tǒng)來管理生產(chǎn)。

2 建設(shè)目標

磨礦專家系統(tǒng)充分利用當前磨礦工藝配置的過程檢測儀表、執(zhí)行機構(gòu)和在線分析儀器的數(shù)據(jù)，通過規(guī)則提取形成專家規(guī)則庫。根據(jù)磨機的負荷和運行狀況自動調(diào)整磨礦系統(tǒng)給礦、給水的設(shè)定值，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，減少人為操作，同時對操作的穩(wěn)定性、可靠性和生產(chǎn)指標變化情況進行統(tǒng)計監(jiān)控，以實現(xiàn)磨礦回路自動控制，固化生產(chǎn)操作經(jīng)驗，解決因操作人員水平不一致導(dǎo)致的流程參數(shù)波動問題。

具體建設(shè)目標：系統(tǒng)針對流程特點，通過調(diào)整半自磨機給礦量和磨礦濃度穩(wěn)定半自磨機的工作狀態(tài)，減少欠載空砸或者過載脹肚等異常工況的出現(xiàn)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定磨礦流程的目的；通過綜合磨礦泵池液位、旋流器給礦和溢流流量、濃度、細度等變量，智能調(diào)整泵池補加水和分級砂泵的轉(zhuǎn)速，在充分利用泵池緩沖作用的基礎(chǔ)上盡可能穩(wěn)定旋流器的分級狀態(tài)，從而穩(wěn)定磨礦產(chǎn)品的濃度和細度。系統(tǒng)在增加專用檢測設(shè)備的基礎(chǔ)上，以恒定給礦、恒定給水控制為基本模塊，同時以磨礦整體平衡模型為指導(dǎo)，實現(xiàn)磨礦循環(huán)負荷、磨礦濃度、分級控制的優(yōu)化，最終通過穩(wěn)定磨礦生產(chǎn)過程，實現(xiàn)優(yōu)化整個流程，提高工藝指標的目的。

3 磨礦專家系統(tǒng)方案

3.1 系統(tǒng)總體框架

磨礦過程專家系統(tǒng)在完善檢測設(shè)備和給礦、給水、礦漿濃度等基礎(chǔ)控制的前提下，以半自磨負荷穩(wěn)定控制、球磨機負荷控制、分級過程優(yōu)化控制、磨礦整體平衡控制為基本模塊，通過提供完善的專家系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)，最終實現(xiàn)穩(wěn)定磨礦生產(chǎn)過程和關(guān)鍵技術(shù)指標的目的［3］，其總體框架見圖2。

3.2 磨礦過程基礎(chǔ)提升控制

基礎(chǔ)控制回路的控制精度和穩(wěn)定性是專家系統(tǒng)控制的前提。磨礦過程控制中涉及到的基礎(chǔ)控制回路，如恒定給水、恒液位控制等，一般采用常規(guī)PID實現(xiàn)，其控制效果由PID參數(shù)決定。為了保證專家系統(tǒng)控制設(shè)定值的執(zhí)行效果，采用對象特性測試和仿真的方法對常規(guī)PID回路參數(shù)進行優(yōu)化。其基本步驟：①根據(jù)被控對象的主要特性及影響因素，建立被控對象的開環(huán)模型。②手動操作被控對象，得到被控對象的實際開環(huán)特性響應(yīng)曲線。③調(diào)整被控對象模型參數(shù)，使得仿真曲線與實驗曲線基本吻合，則得到被控對象的開環(huán)模型。④增加PID控制模塊得到系統(tǒng)閉環(huán)模型，并利用閉環(huán)模型擬合優(yōu)化PID控制參數(shù)。

3.3 半自磨負荷優(yōu)化控制

半自磨負荷優(yōu)化控制的目標是在保證磨機安全工作的前提下，適應(yīng)礦石性質(zhì)的波動，對半自磨的磨礦過程進行精細控制，以提高磨礦效果，穩(wěn)定磨礦流程。半自磨機的功率、軸壓、負荷特征和頑石量分別反映了其能量消耗、整體負載、填充負荷和磨礦循環(huán)效率等情況，所以，其所處區(qū)間及變化趨勢的組合可以綜合反映半自磨的工作狀態(tài)，判斷出半自磨機諸如過載、過載趨勢、正常、欠載趨勢、欠載等工況。根據(jù)工況判斷結(jié)果針對性地調(diào)整半自磨給礦量及磨礦濃度，從而實現(xiàn)半自磨的優(yōu)化控制。

3.4 分級過程穩(wěn)定控制

在旋流器分級模型仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)物料平衡的原則制定專家規(guī)則，根據(jù)泵池液位、分級壓力、流量、溢流粒度和濃度的所處區(qū)間和趨勢調(diào)整渣漿泵的工作頻率和入口濃度，以協(xié)同分級控制目標，實現(xiàn)分級指標的優(yōu)化。旋流器分級的“質(zhì)”和“量”相互耦合，即在調(diào)整分級流量（液位）的過程中，分級粒度會相應(yīng)變化；同樣在調(diào)整分級濃度過程中，即使泵速不變，分級流量也會相應(yīng)改變。因此，要根據(jù)磨礦流程數(shù)質(zhì)量平衡模型和調(diào)試經(jīng)驗，建立分級優(yōu)化規(guī)則，確定泵池液位、分級壓力、流量、溢流粒度和濃度的所處區(qū)間和渣漿泵頻率、旋流器進礦濃度等邊界條件參數(shù)，尋求“質(zhì)”和“量”的最佳平衡點。

3.5 磨礦流程協(xié)同優(yōu)化控制

半自磨機控制和分級控制分別針對流程的2個回路進行了生產(chǎn)工況的診斷和操作參數(shù)的調(diào)整，使2個回路都運行在最佳工作區(qū)的范圍內(nèi)，但是，作為一個整體生產(chǎn)過程，2個回路之間存在很多關(guān)聯(lián)甚至是制約關(guān)系，這就需要更高一層的協(xié)同控制，從流程總體工況的角度來分別調(diào)整2個回路的設(shè)定情況，從而實現(xiàn)流程整體的最優(yōu)化控制。

磨礦流程協(xié)同控制主要基于流程計算結(jié)果和半自磨球磨負荷匹配情況，調(diào)整半自磨控制和分級控制2個控制模塊的參考值。其主要控制方案是通過安裝在半自磨和球磨上的負荷監(jiān)測系統(tǒng)和半自磨機、球磨機的功率等參數(shù)實時檢測二者的負荷情況，并參考磨礦流程計算結(jié)果，通過調(diào)整半自磨優(yōu)化控制模塊和分級優(yōu)化控制模塊中的半自磨機給礦量、前給水量、補加水量的控制參考值微調(diào)球磨機的負荷，實現(xiàn)流程整體負荷的最優(yōu)匹配。

3.6 硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖3。

4 結(jié)論

（1）沙溪銅礦在現(xiàn)場原遠程啟停設(shè)備、調(diào)整設(shè)備運行頻率和給礦給水量、實現(xiàn)連鎖報警等功能的基礎(chǔ)上開展了智能化系統(tǒng)建設(shè)。

（2）新系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了磨礦過程基礎(chǔ)提升控制、半自磨負荷優(yōu)化控制、分級過程穩(wěn)定控制和磨礦流程協(xié)同優(yōu)化控制等功能，顯著提高了選礦廠的智能控制水平。