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该控制系统已成功应用于上海宝钢集团梅山选矿厂磨矿自动化改造中,效益显著。 生产过程中,要实时监控给矿量、给水量以及加球量等诸多因素,才能达到的磨机生产率,而影响磨机生产率的主要操作因素是球磨机的磨矿浓度[1]。 磨矿浓度以磨机中矿石的重量占整个矿浆重量的百分数表示。 矿浆愈浓,它的粘性愈大,流动性较小,通过磨机较慢。 在浓矿浆中,钢球受到的浮力较大,它的有效比重较小,打击效果也较差,但浓矿浆中含的固体矿粒较多,被钢球打着的物料也较多。

所以,在磨矿过程中需严格控制加水量,保证球磨机内合适的磨矿浓度。

对给水量的实时控制,成为磨矿浓度控制的关键所在。

人工操作时,受经验和技术水平所限,难以保证磨矿浓度,甚至会造成磨机“胀肚”(指矿水比例严重失衡,如水过多称“稀胀”,水过少称“干胀”),从而影响最终精矿品位指标。  2控制方案 根据上述工艺及控制需求分析,决定选矿球磨浓度自动控制系统采用串级控制方案[2]。 由流量控制器、电动调节阀、管路和电磁流量计构成串级系统中的副回路,以改善控制系统的动态性能,并提高对水压变化等干扰的抗扰动能力。 由浓度控制器、球磨机和浓度检测环节(电耳)构成主回路,保证浓度这个主被控参数的动态特性和稳态精度。 当磨矿浓度受到扰动而发生变化时,作为主调节器的浓度控制器将及时修改副调节器的给定值,流量闭环及时调节给水量,保证浓度稳定。

作为主调节器的随动环节,副调节器的动静态特性要求相对较低,所以流量控制器采用常规PI控制算法即可满足要求,系统中控制的难点在于浓度的控制。  3浓度的模糊PID控制3.1磨矿浓度控制系统特点 磨矿浓度控制系统具有如下特点: 1)系统具有多变性及随机性。 影响磨矿浓度有很多因素,如给矿量的多少、矿石含水量的变化、分级返砂量的改变以及水压的波动等等。 上述因素的多变性及随机性增加了系统控制的难度。 由于磨机是一个滚动筒体,不具备安装常规浓度计的条件,所以采用电耳来检测浓度,它是基于有经验的操作工可以通过球磨机的声音来判断磨机内当前浓度的机理而设计的。 但电耳输出值只在局部范围内与浓度呈线性关系,浓度过高或过低,输出值均下降。 由于磨机是个大容量生产设备,具有很大的容量滞后,采用常规控制时,如遇突发扰动容易产生较大的超调。 可见,在磨矿浓度控制中,若仅采用常规的控制算法将很难适应系统的变化,必须寻找合适的控制策略。

3.2常规PID控制特点 当前,PID控制仍为工业过程的主流控制算法。

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增量型PID控制算法表达式为: 次采样时刻输入的偏差值; KP、KI、KD为比例、积分和微分系数。

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PID控制具有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等特点,在工业生产中得到广泛应用。 但是,PID控制在参数Kp、KI和KD整定结束后的整个控制过程中固定不变,当系统状态或参数发生变化时,原控制系统往往很难再达到的控制效果。 在系统设计中,为能充分发挥PID控制的上述优点,又可使系统具有良好的动态性能,希望PID的3个参数能根据系统当前的状况来做出相应调整,所以决定采用模糊PID[3]来达到设计要求。  模糊PID已成为智能PID控制的重要组成部分,其原理框图见图2: 模糊PID控制器主要包括模糊参数整定器和变参数PID控制器两部分。 模糊参数整定器以偏差E和偏差变化率EC作为输入量,经模糊推理、解模糊等运算后,输出ΔKP、ΔKI和ΔKD给变参数PID算法。 系统设定偏差和偏差变化率两个输入语言变量的词集,以及参数ΔKP、ΔKI和ΔKD3个输出语言变量的词集均为 PB(正大)、PS(正小),ZO(零),NS(负小)和NB(负大);量化等级为{-3,-2,- 1,0,1,2,3}。

采用归一化论域,隶属度函数采用三角形对称的全交迭函数,上述输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值存放在数据库中,在规则推理的模糊关系方程求解过程中,向推理机提供数据。

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