东北大学硕士学位论文摘要选矿厂矿石处理过程综合自动化系统的研究与开发摘 要目前，我国的钢铁工业已取得了跨越式的发展，其产量 已居于世界第一位。 　　　　 铁矿选矿生产是钢铁工业的基础，是关系钢铁工业发展的重要环节。虽然我国具有丰富的铁矿资源，但其品位较低，采、选、冶难度较大。我国现有选矿厂上千 家，工厂的技术装备水平较低，自 动化程度低， 造成生产成本高，金属回收率低， 资源消耗大，环境污染严重，己 经成为制约我国材料工业发展的瓶颈。解决上述 问题得关键是研究与开发选矿过程综合 自 动化系统。 选厂矿石处理过程是选矿生产过程的关键环节，其生产过程的主要任务是将 　　　　 原矿石经过筛分、焙烧、运输等过程，为选矿厂的磨矿、选矿等后续工作准备原 料。矿石处理过程直接关系到选厂生产的稳定性和生产产量。本文结 　　　　 矿石处 合选厂 理过程的 特点， 采用文［ 〕 的 ２ 提出 生产管 ４ 理系统 程控 和过制系统两层结构组成的选矿生产过程综合 自 动化系统，研究与开发了矿石处理过 程综合自 动化系统，讨论了系统的结构和功能，提出了矿石布料过程智能控制策 略和竖炉焙烧过程智能优化控制策略。结合酒钢选矿厂矿石处理过程得特点，设 计和开发了酒钢选矿厂矿石处理过程综合自 动化系统，并在酒钢选矿厂矿石处理 过程进行工程应用， 取得显著成效。 本文的具体内 容如下：１ ．本文采用文ｔ 」 层结构，结合选厂矿石处理过程的特点， ２ 的两 ４ 提出了 具有过程 管理和过程控制两层结构的选厂矿石处理过程综合自 　　　　 动化系统。 该系统的过程 控制系统由 　　　　 基础自 动化系统、 优化控制系统和多媒体监控系统组成； 过程管理 系统由 　　　　 运行管理和系统管理两部分组成。 该系统具体物理实现框架由 工业以 太 网、 　　　　 动化网、设备层网三层网 控制和自 络结构组成， 实现过程控制和过程管理的信息集成和功能集成。 　　　　 从而实现矿石处理生产过程的优化控制、 优化运行和优化管理。 　　　　２ 由于选厂矿石布料过程生产线长， 运行设备多， 人工操作难度大， 现场生产条 件恶劣， 　　　　 料仓检测料位会出现虚假现象， 采用简单的以 料位为依据的运输和布 料系统的 　　　　 顺序逻辑控制， 不能及时准确的进行运输和对料仓进行布料。 针对这 些问题， 　　　　 本文提出了矿石布料过程智能控制策略， 实现控制运输和布料系统的东北大学硕士学位论文摘要优化运行。针对矿石处理中竖炉焙烧过程具有多变量强祸合、强非线性，关键工艺参数：磁选管回收率不能连续在线测量， 且难以用控制回路的输入与输出的解析式子 来表示， 难以采用常规的优化控制方法进行优化控制等问题 。 本文采用基于综 合生产指标的智能优化控制技术， 通过两层结构： 回路控制层和回路优化设定 层来实现竖炉焙烧过程的优化控制。将提出的系统应用到酒钢选矿厂矿石处理过程， 设计和开发了酒钢选矿厂矿石 处理过程综合 自动化系统， 并在酒钢选矿厂进行工程实施。 该系统已经全线投 入 自动运行，并己经通过验收。实际应用证明，该系统实现了矿石处理过程的 优化控制、 优化运行和优化管理。 提高了竖炉的台时产率减少了资源消耗和操 作人员，提高了设备运转率，最终提高了金属回收率。该综合 自动化系统还可以应用于铜矿、 铝矿、金矿等选矿行业和过程工业的相关过程， 有很高的推广价值 。关键词：矿石处理过程 综合自 动化系统 智能控制 智能优化控制东 北大学硕士学位论文ＡＢＳ ＴＲＡＣＴＲ ｓａｃ ａ ｄ　ｖｌ ｍ ｎ ｏＩｔ ｒｔ Ａ ｔｍ ｔ ｎ　 ｔ ｆｒ ｅｅｒｈ　 Ｄ ｅ ｐ ｅｔ　 ｎｅ ａ ｄ　 ｏ ａ ｏ Ｓｓ ｍ　 ｎ ｅ ｏ ｆ　 ｇ ｅ ｕ ｉ ｙｅ ｏｔｅ　ｅ　 ｐ ｒｔ ｎ　ｏｅｓ　 ｏ ｃｎｒｔ ｎ　 ｎ ｈ Ｏｒ Ｐ ｅ ａａｉ Ｐ ｃｓ ｏ Ｃ ｎ ｅ ｔ ｉ Ｐａ ｔ ｒ ｏ ｒ ｆ　 ａｏ ｌＡＢＳ ＴＲＡＣＴＴｅ　 ＆ｓｅｉ ｕｔ ｉ ｈ ａ　 ｅ　 ｅ　 ｔ　ｇ ｓａｄ　 ｅ　ｏ ｅ　 　　　　 ｔ ｌ　 ｓ 　Ｃ ｉ ｈｖ ｍ ｄ ｇ ａｐｏｒ ｓ　 ｈｖ ｂｃｍ ｔ ｈ ｉｎ ｅ ｎ ｒ ｎ　 ｎ ａ ａ ｒ ｒ ｅ ｎ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｅ ｈ ｅｌ ｇｓｐｏｕｅ ｉ ｔ ｗ ｒ ．　 ｉ ｎ　 ｍ ｎｒｌｐｏｅｓ ｇ　 ｂｓ ｏ ｔ ｉ ｎ ａ ｅｔ　ｄｃｒ　ｈ ｏｌ Ｔ ｅ　 ｏｅ　 ｅ ｓ　ｃｓ ｎ ｉａ　 ｉ ｆ　 ｒ ＆ ｒ ｒ ｎ　 ｅ　 ｄ ｈ ｒ ｒ ｉ ａ ｒ ｉ ｓ　ａ ｓ　 ｈ ｏ ｏ ｅ　ｓｅｉ ｕｔ 　ｄ　 ａ ｉｐｒｎｐｒｔ ｔ　ｒａｏ ｔｔ ｄｖｌ ｍ ｎｏｔ ｉ ｎ ｔ ｌ　 ｓ ａ ｉ ｓ　ｍ ｏ ａｔ　 ｈ 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ｓ　 ｓ ｒ ｇ　 ｐｃ ｎ　 ｉ ｔ ｒ ｒ ｅ ｎ ｓｉ ｕｈ　 ｉ ａ 　　　　ｎ ｉｎ ｐ ｓｅ ｉ ｕｅ　ｏ ｅ ｐ ｃｓ ｉ ｕｔｅ ｓｃ ａ ｍｎｒｓ ｈｗ ａ　ｐ ｉ ｒ ｔ　 ｓ ｎ　 ｓ　 ｓ　 ｒｓ　 ｓ　 ｅ ｌ ｉ ｏ ｈ ｏ ｄ ｐ ｃｓｎ ｆ　ｐｒ ｌ ｉｕ ，　 ｉ ｅ ． 　　　　 ｏ ｃｐｅ ａ ｍｎ ｍ ｇｌｍｎｓ　 ｒ ｅｉ ｏ ｓ ｇ　 ｏ ，　 ｉ ｏ ｕ ｄ　 ｅ ｔ ｃＫ ｙ ｏｄ：　 ｏ ｐ ｐｒｉ ｐ ｃｓ ｔ ｉｅｒｅ ａｔ ａｏ ｓｓｍ ｉｅｉ ｎ ｅｗ ｒｓｔ ｒ ｒ ａ ｔｎ　 ｅ ，　 ｎ ｇ ｔ ｕ ｍ ｔｎ　 ｔ ，　ｌ ｅｔ ｈ ｅ　 ａｏ ｒ ｓ ｈ ｔ ａ ｄ　ｏ ｉ ｙ ｅ ｎ ｌ ｅ　 ｅ ｏ ｅ　 ｔ ｇ ｃｎ ｏ ｉｅｉ ｎｏｔ ａｃｎ ｏ ｏｔ ｌｎ ｌｇ ｔ　ｉ ｌ　ｔ ｌ ｒ ，　 ｌｅ ｐ ｍ ｏ ｒ ｔｖ月匕． 到尸刁０口Ｈ 门本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 　　　　得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中做了明确的说 明并表示致谢。本人签名： ｝ Ａ ｌ ｊ　 ｉ日 期：， 护 ｙａ ， 辛Ｙ Ｑ ｑ　东北大学硕士学位论文第一章 绪 论第一章 绪 论１ ． １流程工业综合自动化系统研究与应用现状流程工业包括了石化、冶金、造纸、电力、轻工、制药、环保等在国民经济 　　　　 中占主导地位的行业，其行业特点是原材料通过一系列的加工装置连续的进行规 定的化学反应和物理变化最终得到要求的产品，生产过程的加工顺序是固定不变的，生产设施按工艺流程布置，生产过程是连续不间断的［ １ ［ １ － ５由于全球性激烈的商业竞争，人们对在制造业中占 　　　　 据着举足轻重地位的流程 工业企业不在仅仅追求大型化、高速化、连续化，而在产品的质量、成本、产量 等方面提出 越来越高的要求，同时还要求降低生产成本、减少资源消耗和环境污 染。为了提高流程工业竞争力，流程工业综合自 动化系统受到发达国家的高度重视，被列入这些国 重点高 家的 技术发展计划［２ 际自 控制界也开始对综合 ６１ － 。国 动 １自 动化系统进行研究。国际上著名的钢铁企业如日本新日 铁、石化企业如美国埃克森公司已 经开始实施全厂综合自 动化系统， 获得了 显著的经济效益［１。我国 １４ ３１ ， 于１ ６ ９ 年在８ 高 技计 ８ ６ 科 划中设立８３ Ｉ Ｓ 题［， ３ ６／ Ｍ 主 １ 研发了 工业Ｃ Ｓ Ｃ ５ ］ 流程 Ｉ 相 Ｍ 关技术及产品，在福建炼油厂、辽宁阜新排山 楼金矿、沧州化工厂等多家企业建成 ＩＳ 范 程 取 显 效 ［１ 了Ｃ 示 工 ， 得 著 益１ ） Ｍ ６ ， ７流程工业综合自 　　　　 动化系统始终成为工业界追求的目 标，吸引着科学家与工程 师不断的研究与开发。但是流程工业综合自 动化系统体系结构至今尚无一种完善 的体系结构［ ０　 １ ８ 年代后期， ９ ０ １ 欧共体Ｅ Ｐ Ｉ 提出了计算机集成制造开放系统体 ＳＲＴ系结构（Ｉ Ｏ Ａ，包含了 （ Ｍ－Ｓ ） Ｃ 组织和人的因素，作为国际标准化的预标准而成为最 受 瞩目 一个［２。 普渡大学的Ｗｌ ｍ 教 的 １０ 美国 ９］ ， ｉａ ｓ 授于 ８ 年 ｉ ０ 代后期提出 现综合 实自 动化系统的体系结构一一普渡企业参考体系结构［ （　ｕ Ｅｔ ｒ Ｅ Ｐ ｄ ｎｒｉ ２ ｕ ｅ　ｅ ｓ １ ｒ １　 ｐｅＲｆｅｃ Ａｃ ｔｔｅＰＲ ） 如图 １ 所示，由 ｅ ｒ ｅ　 ｈｅｕ ，　 Ａ ， ｅ ｎ ｒ ｉｃ ｒ Ｅ ． １ 过程控制、 过程优化、生产调度、企业管理和经营决策五个层次组成。该体系结构为当时流程工业实现综合自动化起了 指导作用。随 着信息技术的发展，实现综 合自 动化系统的硬件平台的技 术及产品不断发展，工业界对综合自 动化系统的要求越来越高，这样就刺激着学术界去研究使企业获得更大效益的新的综合 自 动化系统的体系结构。普渡模型显 然将生产过程控制和管理明 显分开，忽视了生产过程中的物流、成本、产品质量东北大学硕士学位论文第一章 绪 论 　　　　　　　　　　　　及设备的在线控制与管理 实现计算机集成制造系统结构复杂、层次多，不便形成平台技术，难于推广，也难以适用于扁平化管理模式。营决 企业管理生产调度 过程优化 过程控制图 １ Ｐ ｒｕ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ． ｕｄｅ模型 １　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ｆｇ１ Ｔ ｅ　 ｄ ｅ　ｄｌ ｉ ． ｈ Ｐ ｒｕ ｍ ｅ ．　 １　 ｕ ｏ１９ 年美国先进制造研究会ＡＲＡｖｎｅ Ｍｎｆｃｕｉｇ　 ｅｒｈ提出了 　　　　 ９０ Ｍ （ ａｃｄ　 ｕａｔｒｎ Ｒｓａｃ） ｄ ａ ｅ 实 现综合自 动化系统的企业资源计划 （Ｒ） 制造执行系统 （Ｅ） 装置控制系 ＥＰ ／ ＭＳ　 ／统 （ Ｓ 的三层结 ２。 构已 Ｄ） Ｃ 构［ 该结 ２ １ 经成功地在半导体、 制品 液晶 业、 石油化学业、药品业、食品业、纺织业、机械电子业、造纸业、钢铁业中应用，取得了显 著经济效益。但是在流程工业综合自动化系统的研究与开发中对 ＭＳ Ｅ 还没有给予 足够的重视。特别是在国内，很多被企业称之为流程工业综合自 动化系统仅仅只 是实现了用计算机网络将生产过程数据传送到管理部门 进行显示和监控的ＭＳ Ｉ系 统，而缺乏中间层对上层管理和下层过程控制系统联结应用的功能。此外，对于 如何通过企业综合自 动化系统实现综合生产指标的优化控制，从而实现降低生产 成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗的研究工作较少。文［ ） 　　　　 １ 结合流程工业的 和我国 ６ 特点 黄金生产行业的实际， 率先提出了 如图１ ． ２ 所示的基于企业资源计划 （Ｒ） 生产执行系统 （Ｅ） 过程控制系统 （Ｃ） ＥＰ ／ ＭＳ ／ Ｐｓ 三图１ 　　　　　　　　 动化系统 ． ２三层结构的 合自 综Ｆ ．　Ｔ ｅ　 ｅ　 ｒ ｉ ｅｒｔ ａｔ ａ ｏ ｓｓ ｍ ｉ １ ｈ ｔｒ ｌ ｅｓ　 ｇａ ｄ　ｏ ｔｎ　ｔ ｇ． ２　 ｈｅ ａ ｙ ｎ ｔ ｅ ｕ ｍ ｉ ｙｅ东北大学硕士学 位论文第一章 绪 论层结构的金矿企业综合自 动化系统。并成功应用于辽宁排山楼金矿，取得了显著的社会经济效益。该系统简化了流程工业综合 自 　　　　 动化系统的结构，使企业经营管理、采、选、 冶生产过程控制和管理实现优化集成，为企业信息化提供了好的模式。针对选矿生产过程， ２］ 　　　　 文［ 提出了由 ３ 过程稳定化、过程优化、 过程管理三层结构组成的选矿生产过程 自动化系统。具体结构如图 １ 所示： ． ３过程管理过程优化过程稳定化图１ 　　　　　　　　　　　　　　 ． ３选矿过程的三层结构 Ｆ ．　 ｈ ｔｒ ｌ ｅｓ　 ｃ ｒｆ ｔｅ　 ｅ ｌｐ ｃ ｓ ｇ ｉ １ Ｔ ｅ　ｅ ａ ｒｓ ｕｔ ｅ　 ｈ ｍｎｒ ｓ　 ｅ ｉ ｇ． ３　 ｈ ｅ　 ｙ ｔ ｕ ｏ ｒ ｒ　 ｉ ａ ｒ ｓｎ ｏ结合我国 　　　　 选矿生产过程的特点， ２］ 文「 提出了如图 １ 所示的由 ４ ． ４ 制造执行系统 ／ 过程控制系统两层结构组成的选矿生产过程综合自 动化系统， 并成功应用于酒钢集团选矿厂，实现了选矿生产过程的优化控制、优化运行和优化管理，取得了显 著的社会经济效益。该系统还可以应用于铜矿、铝矿、金矿等选矿行业，有很高的推广价值 。图１ 　　　　　　　　　　　　 ． ４选矿过程的两层结构Ｆｇ １ Ｔ ｅ　ｏ　 ｅｓ　ｕｔ ｒ ｏ ｔｅ　ｎ ｒｌｐ ｃｓｉｇ ｉ．　 ｈ ｔ ｌｙｒ ｓｒ ｃｕ ｅ　 ｈ ｍｉｅａｓ　 ｅｓ ． ４　 ｗ ａ ｔ ｆ　 ｏ ｒ ｎ东北大学硕士学位论文第一章 绪 论１ ． ２选矿过程自动化系统研究与应用现状铁是世界上发现最早，利用最广，用量也是最多的一种金属，其消耗量约占 　　　　 金属总消耗量的 ９％ ５ 左右。钢铁在国民经济中占有极重要的地位，是社会发展的 重要支柱产业， 是现代化工业最重要和应用最多的金属材料。 所以， 人们常把钢、 钢材的产量、品种、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水 平的重要标志。中国具有丰富的铁矿资源，我国 铁金属储量 ７． 亿吨， ３９ ２ 应在俄罗斯、 澳大利亚、 加拿大、巴 西之后居世界第５ ［ ２ 位［ ８ ２ １ ５ －日前，我国的钢铁工业已取得了跨越式的发展，其产量己居于世界第一位。 　　　　 铁矿选矿生产是钢铁工业的基础，是关系钢铁工业发展的重要环节。由于我国铁矿资源具 布广， 矿多富 有分 贫 矿少， 矿石类型复杂， （ 生组分多等 伴 共） 特点， 造成我国铁矿石采、选、冶难度较大。因而如何提高选别性能，提高铁矿石的利用 率，提高精矿品味和金属回收率是一个必须解决的问题。我国现有选矿厂上千家，工厂的技术装备水平较低，自 　　　　 动化程度低，造成生 产成本高， 资源消耗大， 环境污染严重，己经成为制约中国材料工业发展的瓶颈。 大大削弱了我国铁矿精矿和钢铁行业在当前国际市场竞争力。加上我国铁矿石品味低，因此，要消除选矿生产过程在能耗、成本、质量和劳动生产率上与国外发 达国家的差距，实现我国铁矿精矿提产提质、节能降耗、保护环境，实现可持续 发展，必须走新兴工业化道路，用信息化促进与带动选矿生产的工业化道路，必 须采用以工业自 动化为代表的高技术改造与提升铁矿选矿生产行业，实现铁矿选矿生产行业的综合 自动化和全流程 自动控制系统的优化。１． ．１国外选矿自动化系统研究与应用现状 ２国 　　　　 年代末， ０ 外从 ５ ０ ６ 年代初便将计算机引入了选矿领域，初期主要是简单 的数据采集和处理， 顺序启、 停车， 打印报表等。 ０ 到７ 年代初， 才逐步过渡到对 选矿过程控制— 依据在线自 动检测仪表提供的流程信息，经分析运算，进而对 选矿生产过程实时控制。一般采用一台计算机收集流程信息， 进行数据处理和运 算，根据各类选厂规模大小和要求，对局部或全厂生产过程进行控制和调度管理［。 ２ 例如 ７ 年代末建成的 ９ １ ０ 加拿大 赖特山 选矿厂， 采用一台 计算 就是 大型 机系统的典型代表— 生产过程的各类信息高度集中在中央控制室， 采用Ｆ Ｘ １ Ｏ －型过程控制计算机，进行选厂全部生产过程的自 动控制调 度管理［ ３ ０ １进入 ８ 年代以来， 　　　　 ０ 发展为小型机或微型机为基础， 组成的两级或多级分散控东 北大学 硕士学位论文第一章 绪 论制系统，对选矿生产实行分散控制和集中管理。 这种系统己 经模块化，形成积木 式结构，根据不同的规模和要求，可以灵活的组成不同功能、不同规模的集散控制系统。 例如智利 Ｃ ｌ ｏ ｎ选矿厂是一个 自动化水平较高的选厂， ｏ 该厂于 １８ 年新 ９６增了库里厄一３０　 ｕｅ３０品味分析仪和粒度分析仪，并用Ｔ Ｃ ３０ 集散 ０ （ｏｒｒ０） Ｃ ｉ－ Ｄ － ００ 控制系统破碎， 磨矿分为两个子站进行控制， 浮选拟采用 ＩＭ－ Ｔ计算机与Ｔ Ｃ Ｂ Ａ Ｄ系 联 进行 选前 控制３ 美国Ｃｐｅ ｎ 选矿 统 接， 浮 馈 ［。 ２ １ ｏ ｒ 铜 厂是１ ８ 投 高 ｐｔ ｏ ９ 年 产的 度 ８自 动化的大型选厂（ 万 ｔ） 采用两级 控制系统，它的 （ ｌ， ８ ｄ 集散 过程级的 状态控制 系统实现分析控制， 即可直接实现计算机控制， 也可以 接受监控级计算机的设定值，由 监控级计算机直接 ［３。 控制［ ２ 加拿大高 ３１ １ ， 地谷铜 Ｌｒ ｘ 矿 ｏ ｅ 选矿厂，１ ９ ｎ ９ 年有 ５ ８条生产线投产，日处理量 １．万吨， ３１ 采用 Ｎ Ｔ Ｒ －９ 计算机集散控制系统， Ｅ ＷＯ Ｋ ０代替 １ １ ９ 年安装的Ｍ Ｄ 型过程控制计算机，处理选矿过程的全部数据［ 澳 ８ ＯＩ ３ ２ １大利亚芒特一艾萨选矿厂是最早实现 自 动化的选矿厂，应用自 动化系统成功的提高了 矿石处理能 控制了 矿品味， 选作业的目 力， 尾 使浮 标值最佳［ ３ ２ １进入 ９ 年代以 选矿过程中自 　　　　 ０ 来， 动控制系统的应用越来越多， 差不多每个新 建的选厂或改造过的选厂都装备有计算机控制系统。目 前， 在国外集散控制系统 （Ｃ ） Ｌ 经普遍使用于选矿生产过程中， 着选矿控制技术研究的进展， ＤＳ 和Ｐ Ｃ已 随 国外一些自 动化厂家开始推出 基于专家系统、模糊控制理论和优化技术的软件产 品， 如由贝克工艺（ａｅＰ ｃ ｓ （ ｋｒ　 ｅ ） Ｂ ｒ ｓ技术公司承建的Ｋ ｏ ｌ ｇ Ｓａｅ ｏ ｎｗｅ ｅ　ｐ 系统集团公司 ｄ ｃ 的专家系统已 １ ８ 于 ９ 年安装在澳大利亚的 ９ 新克雷斯 特加迪亚（ｅ Ｃｅ ｔ　 ｉ Ｎｗ　 ｓ Ｃｄ ） ｒｅ ａａ铜金 矿，该 系统与 选矿厂的 分散控制系统（Ｃ） （Ｓ Ｄ 相连， 控制磨矿回 用于 路等［ ３ ３ １近年来，随着人工智能技术、控制技术和信息技术的高速发展，专家系统、 　　　　 神经元网络、模糊控制理论和智能优化技术等在选矿生产过程自 动控制系统中的应用， 越来越广泛， 也 使选矿生 产过程自 动化水 平不断 ［４ 提高３ ０ ４１ －虽然国外在选矿生产自 　　　　 动化方面取得了巨大进展，但是并未完全实现整个生 产过程的综合 自动化系统；未完全实现全流程的基于生产指标的优化控制。选矿过程控制在自 动控制体系，企业优化和系统集成方面遇到前所未有的 挑战［ ４ １ １欧洲钢铁工业技术发展指南指出： “ 　　　　 对于降低生产成本、提高产品质量、减少 环境污染和资 源消耗只能 通过全流程自 制系统的 动控 优化设 计来实 ４， 因 现［ ， ２， １此实现冶金工业的全流程的优化控制是今后研究与开发的方向。１． ．２国内选矿自动化系统研究与应用现状 ２我国电子计算机在选矿生产过程控制的应用起步较晚， 直到 ７ 年代中、 ０ 后期东Ｊ大学硕士学位论文 ｒ第一章 绪 论才开始开发工作。１７ 年， ９６ 北京矿冶研究总院、中南工业大学与铜陵风凰山选矿 厂合作， 用国产 Ｊ－１ 小型工业控制机在磨矿分级过程做直接数字控制试验， Ｓ ０ 结 果表明，计算机控制磨矿分级过程是可行的，有效的，可提高磨矿效率 ５ ％。但 是， 于 Ｊ一１ 计算机质量差， 由 Ｓ ０ 当时连续运行最高记录是 １０ ６ 小时， 生产中不能用３ ［ ４ １１８ １８ 年，马鞍山矿山 　　　　２ ９０ ９ 研究院采用国产 Ｄ Ｓ ３ 小型工业控制机，对 Ｊ－１ ０ 首钢大石河选厂磨矿分级过程，进行模拟和控制试验，也证明计算机控制选矿过程是可行的。 于ＤＳ ３ 机质量差， 由 Ｊ－１ ０ 也未能 用于选 产实 ２。 矿生 践［ 在这期间， ９ １铜陵有色金属公司凤凰山选厂，１７ 年经国家计委批准， ２２ ９０ 花 ２ 万美元，从芬兰 奥托昆普公司引进Ｐ ｓ ｎ０ ０ 计算系统（ ｒ ｃ ２／ ０ ｏｏ ２ 它还包括ＰＭ－ ０ 型超声矿浆粒度 Ｓ ２０分析仪和 Ｃ ｕｅ－３０型在线品味分析仪等在线检测仪表和控制设备等） ｏｒｒ ０ ｉ ，该系统 是一个 集散控制系统， 代表了７ 年代末， ０ 它 ０ ８ 年代初的 世界水平［口 ４ ４ １１８ － ８ 　　　　 ５年，马鞍山矿山研究院采用从美国引进的 Ｐ Ｐ １ ３ ９２ １ ９ Ｄ －１／ 小型工业 ２控制机，在浙江东风萤石公司选厂，进行了磨矿分级过程控制和生产管理试验， 同时用 Ｔ ８１ Ｐ ０ 单板机对磨矿分级过程进行了 Ｄ Ｃ控制试验， Ｄ 取得基本成功，９６ １８年 １月 ０ 通过原冶 金部技术鉴定４ ［ ３ １１８ 　　　　 ９７年，北京矿冶研究总院与辽宁八家子铅锌选矿厂合作，试验研究成功 Ｍ Ｋ ０ Ｄ 一８ 型磨矿控制器， 采用Ｔ ８１ Ｐ０ 单板机， 实现对磨矿分级过程的Ｄ Ｃ稳定 Ｄ 化控制。昆明冶金研究所与云南易门铜矿木奔选矿厂合作，开发了特殊配置的 Ｂ Ｍ－８ 微机与 Ｄ Ｚ １ Ｃ １ Ｄ － 型仪表组成的磨矿分级过程、多参数计算机控制系统 ［。 ２ 磨矿浓度按给矿量比 ９ １ 例给水控制， 给矿量和溢流浓度提高 １ １ ＾３ ２ ．％ ＇９％， ４ ． 金属回收率提高 ０ ％，钢耗降低 １． ． ４ １ ％，全年获经济效益 ３． 万元。马鞍山矿 １ ５８ ７ 山 研究院与梅山铁矿选矿厂合作，完成了国家 “ 七五”攻关项目 — 选厂自 动化 技术研究。该厂两段磨矿分级过程采用数学模型和直接数字控制 〔 Ｄ ） Ｄ Ｃ ，有一 台 Ｔ Ｃ ０计算机实现。磨机负荷用 “ 耳” Ｍ －８ 电 检测，反矿量和磨矿浓度由计算 机得到。二段溢流浓度和粒度未用浓度计和粒度计， 而是把它们的实际值控制在 要求值附近。梅山 选矿厂 ５ 个磨矿系列采用此系统后，每年可获２０ ５ 万元经济效 益。１ ８ １ 月 ９ 年 ２ 通过原冶金部技术鉴定。 ８ 攀枝花选矿厂球磨一 分级机组自 动控 制系统由３ 个回路组成；磨矿负荷是由 给矿皮带和摆式给矿机组成９级调节；磨 ． 矿浓度按给矿量比例给水控制，分级机溢流定值控制。由于矿石性质变化，上 述 ３个回路的设定值应做相应改变，以保证磨矿的最佳效果。为此，预先建立了预 先建立了经验模型和相应的最佳操作表，按实测精矿品味查表得到最佳状况的设 定值，由操作人员置入系统。该选矿厂采用本系统后提高处理量 ３ ％。河东金矿东北大学硕士学位论文第一章 绪 论的磨矿分级机组采用 Ｊ－８２ Ｓ ９ 型磨矿过程计算机分散控制系统，具体执行办法类 似攀枝花情况，也有 ３ 个回路组成； 给矿采用按磨机负荷在过载或欠载时，自 动 改变设定值的定值给矿控制；磨矿浓度采用磨机定值给水或给矿量比例给水或定值加比例给水 ３ 种控制方式；溢流粒度控制采用溢流浓度定值控制或给矿量比例 给水控制或定值加比例给水 ３ 种控制方式； 后来， （ 为了向浮选提供稳定的磨矿产品粒度和体积流程，河东金矿把溢流浓度控制改为溢流流量控制，仍保留上述相 类似的３ 种控制方式） 本系统采用后， 。 浮选操作稳定， 一年多产黄金数百两。 德 兴铜矿Ａ Ｃ Ｂ 工程（７ ｘ　 磨机和ｑ３ ｘ　 Ｄ　 ２ ｍ自 ． ． ５　 ８　 ）　 ６ ｍ球磨机磨矿采用恒功率串 ． ． ６　 ３ 级控制和矿量给定值控制，解决了生产过程不稳定和磨矿机 “ 胀肚 ”问题。原控制系统由 常规仪表单回路控制改为计算机数模控制后，提高了控制质量和效果。进入８ 年代中 来， 　　　　 ０ 期以 在将微机引入到选矿过程后， 取得了一定经验， 使计 算机过程控制水平有了提高， 使过程控制和生产管理密切地结合起来，向控制和管理一体化过渡，从而提高我国选矿 自 动化水平。 １８ 　　　　 ９７年，马鞍山矿山研究院同东风萤石公司合作，开始了以数字调节器与ＩＭ　 Ｂ Ｐ Ｃ系统微型机组成的两级分散控制和集中管理，以及选矿厂微机局部网络系 研究与 统的 开发［ ４ ３ ］集散 控制系统的 控制级 设 分散 — 备控制级， 双回路数 由 字调节器控制，而以 ＩＭ　 Ｃ机作为过程控制机的 Ｂ Ｐ 上位监控管理机。该集散控制系统的主要功能是，对磨矿分级、浮选过程参数进行 自动检测、修改、调节；对过程信息进行收集、处理、显示；对班、日生产报表进行打印以及与管理计算 机网络通信等功能。 该集散控制系统的主要目 标是， 实现磨机给矿量、 磨矿浓度、分级溢流浓度和粒度、 Ｈ值的稳定性控制；实现磨机比 ｐ 例给水、 浮选比 例给药； 实现浮选精矿的分系统计量。 在此基础上， 实现选厂磨浮作业过程的监控和管理。东风选厂微机局部网络系统，采用 ３ｌ 局部网络。它具有 ３个工作站和 １ 　　　　 Ｐｓ ｕ 个共享文件服务器，以实现厂长办公室日 常事务管理和生产调度。网络上各工作 站可使用本站微机管理，处理自己的日 常任务。同时，可通过总线及时查询所需 数据和资料，进行分析、统计、汇报等信息交流。厂部作为一个工作站，一方面 对磨浮、 主厂房和化验室进行管理和指挥 （ 计划将扩展到全厂） 另一方面收集汇 ， 总各 种信息数据，对选厂矿石性质、精矿品味和回收率、生产成本、消耗以及选 厂总经济效益进行综合分析， 然后进行决策或采取有效措施。该厂微机集散控制网 络系统，己于 １９ 年 １月经公司 ９０ １ 验收， 并通过了 原冶金部技术鉴定。自 该系 统投运以来，获得显著经济效益。这一成功之举，为我国选厂实现过程控制与生产管理 自 动化、现代化迈进 了新的一步。 上面介绍我国的选矿过程计算机控制系统，具有的共同特点：一是它们担负 　　　　东 北大学硕士学位论文第一章 绪 论的控制任务相同，只是实现了磨矿分级过程的稳定化控制，目 标都是要求在保证 产品粒度合格的情况下，使磨机处理量达到理想状态；二是计算机配置基本都是 较简单、灵活、可靠性较高的单板机或小容量微机，且为国产，价格便宜。目 国内也有少数采用进口 　　　　 前， 集散控制系统， 对全厂实现综合自 动化的例子。 比如：东大自 动化和排山楼金矿合作开发的排山楼金矿综合自 动化系统全面采用 了计算机、自动化技术，建成了选厂综合自 动化系统，成为我国目 前自动化水平 最高的黄金矿山。 排山楼金矿综合自 动化系统于 １９ 年 ７ ９７ 月正式投入运行， 至今 系统运行稳定可靠，各项工艺指标达到设计要求，黄金回收率提高了 １ ％以上， 生产能力由 １０Ｖ 提高到 ２０ｔ ２０ 日 ００ 日，同时降低了生产成本， ／ 大幅度减少了人员 编制， 改善了操作工人的劳动条件， 人均劳动生产率 ７ 万元， ５ 是同类企业的平均水平的１ 倍， ７ 为采用高新技术改 造传统产业树立了 成功范例［ １ ６ １ 计算机用于选矿过程控制是计算机在选矿领域中应用的主要内容之一。选矿 　　　　 过程控制的发展， 取决于在线检测仪表、 计算机和控制策略３ 个主要因素。目前， 世界技术发达国家，大、中型选矿厂都在不同程度上实现了计算机控制。一个明显的趋势，是计算机控制向多级集散系统发展，其中也包括了对选矿生产全面管理的功能。比较普遍的发展前景是选矿生产过程全流程的综合自 动化，实现对选 矿生产过程的分散控制和集中管理，实现选矿生产过程的优化控制、优化运行和优化管理。１． ． ２ ３矿石处理过程自 动化现状通过上述文献资料分析和对我国选矿厂现场实际情况调查研究后，发现 目 　　　　 前 我国选矿生产过程包括矿石处理过程 自动化的现状和主要问题是： Ａ 　　　　 ．自 动化程度低国内大多数选矿厂自 　　　　 动化水平很低。由于各种原因， 选矿厂的改造并未得到 重视。大部分设备还是处于手动操作，人工启停状态。比如：矿石布料运输过程 基本是操作工在现场操作箱手工操作。矿石焙烧炉操作工通过肉眼检查看火孔的 火苗颜色来控制燃烧室的温度等。这些操作全部是手动，没有实现自 动控制。 部分选矿厂实现了自 　　　　 动控制，其自 动化水平也很低，只实现对单个设备的联 锁控制、对基础回路实现闭环控制。对于整个选矿厂来说，大多只是对磨矿分级 过程进行控制，虽然有的达到了比 较好的控制效果，但是却没有实现整个生产过 程的全流程自 动化。因此， 不能保证全流程最终综合生产指标的 优化。Ｂ 　　　　 ．对于生产线提出了 综合自 动化的思想，但没有形成完善的体系结构东 北大学硕士学位论文第一章 绪 论随着微机的引入，计算机过程控制水平有了提高，过程控制和管理相结合， 　　　　 向管控一体化过渡，对生产过程实施分散控制和集中管理。 但其主要是对过程信 息进行采集和汇总、 显示。 也有比较先进的系统， 对总的经济效益进行综合分析，然后进行辅助决策。比 排山 如： 楼金矿实现了综合自 动化， 经济效益明显［ 。因 １ ６ １此，综合自 动化系统具有很大的发展潜力，需要进一步研究，将综合自 动化系统 的体系结构进 一 步提炼和完善，从而指导全流程综合自 动化系统的设计和开发。Ｃ 　　　　 ．未能实现基于综合生产指标的优化控制 我国选矿自 　　　　 动化有了长足的进步，也取得了一定的经济效益，但是我国 选矿厂 自动化总体情况还是比较落后。随着我国加入 ＷＴ Ｏ，金属市场将逐步形成国内外一体化的新格局，国内金属矿山 企业在与国外同行的直接竞争中面临着严峻 的挑战。而选矿过程控制在稳定生产、节能降耗、提高生产工艺指标和劳动生产 率等方面均发挥重要的作用，因此，选矿过程垂待进一步提高自 动化水平。我国 　　　　 ０ 早在 ８ 年代末， 就开始了出 磨矿过程优化设定控制的思想， 现了 但是在 应用并没有实现实时控制，而是人工根据经验和工艺要求，将设定值设定在某一范围之内。这种思想与恒定控制系统的设定值思想很容易混淆，但是两者是不同的。不足之处是没有和最终综合生产指标相结合。部分选矿厂引进了国外的先进的控制设备进行尝试，但却不能适合我国的国 　　　　 情， 没有充分发挥其功能。其原因是国外的控制系统在设计时是严格按照国外的 工艺条件设计的，它对生产边界条件要求苛刻，而我国的选矿生产是粗放型的， 生产条件和运行工况经常出现大的波动。因此，国外的控制系统难以适应我国的选矿生 产过程的 实际国 比 情， 如有色金属行业江西 铜矿大山 德兴 选矿厂４ 铁 １和钢 ５ ］ 行 鞍山 业的 调军台 选矿厂［。 兴铜 控制 ４ 德 矿的 系统是从美国Ｆ Ｈ Ｒ ６ １ Ｉ Ｅ 公司引 Ｓ 进的，其控制设备很先进， 但只实现对单个设备的联锁控制、 对基础回路实现闭环控制。 虽然引进了粒度仪，但只是进行在线检测，却没有实现磨矿粒度的优化控制。鞍山调军台选矿厂引进国外全套的生产设备和控制设备、仪表。该厂的控制系统和 仪表都是一流的，基础级控制很先进，单机、单回路的控制的效果很好，但是其整体优势却没有发挥出来，没有实现全厂的优化运行，某些生产环节出现问题， 比如：水的平衡出现问题，就影响全厂的生产状况。１ ． ３本文的主要工作本文在通过查阅文献资料的基础上，对流程工业综合 自 　　　　 动化系统研究与应用 现状和选矿过程自 动化系统的研究与应用现状进行了综述。对我国选矿厂现场工东北大学硕士学位论文第一章 绪 论艺和实际自 动化水平进行调查研究基础上 分析总结了目 前我国选矿厂矿石处理 过程自 动化现状的一些主要问题。并针对这些问题，结合酒钢 （ 集团）公司选矿 厂矿石处理过程的实际情况，主要开展了如 下 工作：Ａ ．从全流程综合自 动化的角度出发， 采用文［ ］ ２ 的两层结构， ４ 结合选厂矿石处理过程的特点，研究由过程控制系统和过程管理系统两层构成的选厂矿石处理 　　　　 过程综合 动化系统， 　　　　自 研究矿石处理过程综合自 动化系统的体系结构和功能。Ｂ ．针对选厂矿石布料过程生产线长， 运行设备多，生产设备陈旧，现场生产条 件恶劣，料仓检测料位会出现虚假现象等，采用简单的以料位为依据的运输 　　　　 和布料系统的顺序逻辑控制不能及时准确的运输和对料仓进行布料的问题， 　　　　 本文提出了矿石布料过程智能控制策略，来实现控制运输和布料系统的优化 　　　　运行 。 　　　　Ｃ ．选厂矿石处理过程中的竖炉焙烧过程具有多变量强藕合、强非线性，关键工 艺参数：磁选管回收率不能连续在线测量，而且，难以用控制回路的输入与 　　　　 输出的解析式子来表示。因此，难以采用常规的优化控制方法进行优化控制。 　　　　 针对上述问题，本文采用基于综合生产指标的智能优化控制技术，通过两层 　　　　 结构：回路控制层和回路优化设定层来实现竖炉焙烧过程的优化控制。 Ｄ，应用本文所提出的选厂矿石处理过程综合 自 动化系统，设计和开发了酒钢选 矿厂矿石处理过程综合 自 　　　　 动化系统。设计和开发了相应的控制软件，并将其应用于酒钢选矿厂实际生产过程中。通过实际工程应用证明，该系统实现了 　　矿石处理过程的优化控制、优化运行和优化管理。 　　　　东北大学硕士学位论文第二章 选厂矿石处理过程综合 自 动化系统第二章 选厂矿石处理过程综合 自动化系统２ ． １选厂矿石处理过程简介２． ．１选矿生产过程简介 １铁矿选矿生产过程分为原矿生产、 　　　　 竖炉焙烧、磨矿与磁选、 精矿生产和尾矿处 理五个作业流程，如图 ２ 所示。 ． １原矿废石图２ 选矿生产过程工艺流程简图 ． １ Ｆｇ２ Ｆｏ ｃａｔ　 ｉ ｒｌｐｏｅ ｉ ｉ ． ｌ ｈ ｒｏ ｍｎ ａ ｒｃｓ ｎ ．　 ｗ　 １　 ｆ　 ｅ ｓ　 ｓ ｇ原矿生产流程是将原矿矿石筛分为０１ ｍ粒级的粉矿和大于 １ｍ －５ ｍ ５ ｍ粒级的块 矿。粉矿由皮带输送系统给入强磁圆筒矿仓，作为强磁选别生产的原料。块矿经东 北大学硕士学 位论文第二章 选厂矿石处理过程综合自 动化系 统过二 次筛分为 １－ ｍ ０ ０ ｍ粒级和大于 ５ｍ ５ ０ ｍ粒级矿石分别存入炉前矿槽内， 作为焙烧炉的原料 。竖炉焙烧作业流程将块矿送入竖炉进行焙烧。焙烧后的矿石 由磁滑轮进行磁 　　　　 选分为废石和有用矿石，废石 由皮带运输及卷扬系统运往废石山堆砌，有用的矿石再经干选机干选。焙烧好的矿石送往弱磁圆筒矿仓作为弱磁选别生产的原料。 磨矿与磁选作业流程分为强磁选别和弱磁选别，其磨矿系统一段为球磨机与 　　　　 分级机形成闭路；二段为球磨机与水利旋流器形成闭路。粉矿或者焙烧好的矿石 由 球磨机磨矿后由分级机进行分级，返砂返回球磨机再磨，分级机溢流进入旋流 器分级，旋流器沉砂部分进入二次球磨机再磨。旋流器溢流进入强磁机或弱磁机 选别，选别出的精矿进入浓缩脱水系统内 浓缩，脱水后的精矿进入精矿库。尾矿经浓缩后送至尾矿坝。２． ．２矿石处理过程介绍 １在选矿生产过程中，磨矿之前首先对矿石进行筛分，小块直接进行磨矿，大 　　　　 块要经过焙烧之后再进行磨矿。本文所涉及的范围为矿石处理过程包括原矿生产 过程和竖炉焙烧生产过程。矿石处理过程的工艺流程如图２ 所示。 ． ２图２ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ． ２矿石处理过程工艺流程简图Ｆｇ２ Ｔ ｅ　 ｃａｔ　ｈ ｏｅ　 ｐ ａｏ ｐｏｅ 　　　　　　　　　　　　　　　　ｒｔ ｎ　 ｃｓ ｉ ． ｈ ｆ ｗ　 ｒｏ ｔｅ　 ｐｅａ ｉ ｒ ｓ ．　 ２　 ｌ ｈ ｆ　 ｒ ｒ ｏ考虑到生产过程的相似性和连续性，为了方便控制系统的划分，将矿石处理 　　　　过程从控制的角度重新分为矿石布料生产过程和竖炉焙烧生产过程。下面对这两 个过程的工艺流程分别进行描述。 ２ ．１矿石布料过程 ．２ １． 由图２ 所示， ． ２ 首先原矿石筛分为０１ｍ －５ ｍ粒级的粉矿和大于 １ｍ ５ ｍ粒级的块 矿。粉矿由皮带输送系统和布料系统给入强磁矿仓，作为强磁选别生产的原料。
东北大学硕士学位论文第二章 选厂矿石处理过程综合 自 动化系 统２１ ． ．３ ．２竖炉焙烧过程竖炉焙烧过程的主要目 　　　　 的是将弱磁性的赤铁矿（ ｚ 还原成强磁性的磁铁矿 Ｆ 咙） ｅ （ｅ ４ Ｆ３ ） ０ ，使它能在选别强磁性矿物的低磁场强度的磁选机上进行选别，以达到提高金属回收率的目的。焙烧过程大体分为预热、加热、还原和冷却四个阶段。焙烧炉构造如前所述。影响焙烧矿质量的主要因素有： 　　　　 焙烧温度 （ 抽烟机抽出的废气 １０ ０℃左右、 燃 烧室 １０℃左右、炉中部加热带 ７０ ５＇ １０ ０－８０ Ｃ、炉底还原带 ５０ ０ ＇ ：还原煤 ５－６０ Ｃ） 气成份；矿石粒度和气孔率：矿石的成份和水份；搬出制度。另外水封池密封状 态及抽烟机工作状态是否良 好也是影响焙烧矿质量的重要因素。从控制角度看焙 烧过程控制中的技术难点有以下几点： Ａ 　　　　 ．回路级的被控变量难以测量；Ｂ 过程本身具有多变量强藕合的特点， 　　　　 ． 输入输出众多。 输入有空气量， 加热 煤气量，还原煤气量和搬出机的搬出时间等，输出量有燃烧室温度，加热带温度， 还原带温度等，任何一个输入的变化都可能引起所有的输出发生波动； Ｃ 　　　　 ．过程本身又具有强非线性，欠还原和过还原都使得还原质量下降；Ｄ 　　　　 ．机理复杂， 有物料的进出、热量的传递， 还有化学反应，难以 对燃烧室的 温度对象建立准确的数学模型，使得基于模型的精确控制理论难以发挥其长处；Ｅ 不确定性因素多， 　　　　 ． 如矿石的种类、 性质、粒度等经常改变，加热煤气成分 的波动等，这些不确定因素均会影响关键工艺参数的稳定性。导致运行工况变化频繁；Ｆ 被控变量（ 　　　　 燃烧室温度、 ． 加热带温度、 还原带 温度、 炉膛负压） 与生产目 还 标（ 原质量） 之间的关系不明 其设定值靠人工经验给定； 确，Ｇ 　　　　 标无法直接测量，靠化验室人工化验，检测周期长。 ．生产目 以上月 说明了竖炉焙烧过程实现 自 　　　　 点 动控制的难点。说明了该过程难以用控 制回路的输入与输出的解析式子来表示，因此，难以采用常规的基于模型的控制 理论与技术实现竖炉焙烧复杂的控制，也 难以 用优化控制方法进行优化控制。东 北大学 硕士学 位论文第二章 选厂矿石处理过程综合自 动化系 统２ ． ２矿石处理过程综合自动化系统结构２． ．１引 言 ２在 １ 节中对流程工业综合自 　　　　 ． １ 动化系统体系结构的发展进行了总结和分析， 对 于企业级的综合自动化系统，有企业资源计划 （Ｒ） 生产执行系统 （Ｅ）／ ＥＰ ／ ＭＳ 过 程控制系统 （Ｃ ）三层结构的综合自 Ｐｓ 动化系统 （ １ ）：对于生产过程级的综 图 ． ２ 合自 动化系统有制造执行系统 （Ｅ ）／ ＭＳ 过程控制系统 （Ｃ ）两层结构组成的选矿 Ｐｓ 生产过程综合 自 动化系统 （ １ ） 图 ． 。本文所设计和开发的是针对一条生产线的综 ４ 合自 动化系统，是基于上述两种体系结构的过程控制系统级的综合 自 动化系统。２． ．２矿石处理过程综合自动化系统的构成 ２考虑各种综合 自 　　　　 动化系统结构的特点和本文所涉及的范围，从综合自动化系 统的功能角度， 采用过程管理系统／ 过程控制系统两层结构，结合矿石处理生产过 程的特点， 提出了如图２ 所示的矿石处理过程综合自 ． ４ 动化系统。 该系统由过程管 理系统、过程系统系统所组成。其中，过程控制系统包括基础自 动化系统、优化 控制系统和多媒体监控系统．过程管理系统过程控制系统 　　　　　　　　　　途９｝　 ｝１ ｒ｝ ．　 ｝ ｃ 　　　　优化控制系统 多媒体监控基础 自动化系统系统图２ 　　　　　　　　　　　　　　 ． ４矿石处理过程综合自 动化系统构成框图Ｆｇ２ Ｔ ｅ　ｕｔｒ ｏｔｅ　ｅｒｔ ａ ｔｍ ｔ ｎ　ｔ ｆｒ　 ｏｅ　ｐ ｒｔ ｎ ｉ ． ｈ ｓ ｃ ｅ　 ｈ ｉｔ ａｅ ｕｏ ａ ｏ ｓｓ ｍ　 ｔｅ　 ｐｅａａｉ ．　 ４　 ｔ ｕ ｆ　 ｎ ｇ ｄ　 ｒ ｉ ｙｅ ｏ ｈ ｒ ｒ ｏ２． ．３矿石处理过程综合自动化系统体系结构 ２矿石处理过程综合 自 动化系统的体系结构如图２ 所示。 ． ５东北大学 硕士学位论文第二章 选厂矿石处理过程综 自 合 动化系 统运行管理系统 故障 设备 生产安全 报表 监侧 诊 断 管 理系统管理生成 系统 操作 系统通讯 指 导 安全用户 系统管理导航管理 　　与打印计算机网络和实时数据库原矿筛分 竖炉炉顶 炉后干选 与输送控制 　　废石矿槽布料 控制 　　 子系统与输送 控制 　　子系统输送 控制子系统竖炉优化 控制系统骆 炉供 徽子系统过程控制 子系统图２ 矿石处理过程综合自 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ． ５ 动化系统体系结构Ｆｇ２ Ｔ ｅ　 ｉｃ ｒｏｔ ｎ ｇａ ｄ　 ｏ ｔｎ　ｔ ｆ ｈ ｏ ｐ ｐｒｔｎ 　　　　　　 ｈ ｅ ｕｅ　ｈ ｉ ｅｒｔ ａｔ ａ ｏ ｓｓ ｍ　 ｔｅ　 　ｅａａｏ ｉ ． ｈ ａｃ ｔ ｔ ｆ　 ｔ ｅ ｕ ｍ ｉ ｙ ｅ ｏ ．　 ５　 ｒ ｅ　 ｒ　 ｒ ｒ ｅ ｉ该系统由过程控制系统、过程管理系统两层结构组成。其中，过程控制系统 　　　　 由原矿筛分与输送控制子系统、竖炉炉顶矿槽布料控制子系统、炉后干选与输送 控制子系统、废石输送控制子系统、竖炉焙烧过程控制子系统、多媒体监控系统 和竖炉优化控制系统组成。 过程管理系统由运行管理和系统管理两部分组成。运行管理包括系统监测、 　　　　 故障诊断、设备管理、生产安全管理、报表生成与打印、系统通讯和操作指导。 系统管理包括系统安全、用户管理和系统导航。 过程控制系统和过程管理系统通过信息层网即以太网、控制和 自动化网、设 　　　　 备层网等计算机网络和实时数据库实现两层和各个子系统之间的信息集成，从而 实现矿石处理生产过程的综合自动化。 下面详细叙述各个部分的结构： 　　　　２ ．１过程控制系统 ．３ ２．矿石处理过程控制系统的结构如图２ 所示。 　　　　 ． ６ 过程控制系统包括基础 自 动化系 统、多媒体监控系统和优化控制系统。基础自 动化系统包括原矿筛分与输送过程东北大学硕士学位论文第二章 选厂矿石处理过程综 自 合 动化系 统子系统、竖炉炉项矿槽布料过程子系统、炉后干选与输送过程子系统、废石输送 过程子系统和竖炉焙烧过程子系统。多媒体监控系统包括原矿筛分与输送过程子 系统、竖炉炉顶矿槽布料过程子系统、炉后干选与输送过程子系统和废石输送过 程子系统。优化控制系统包括竖炉焙烧过程优化控制系统原矿筛分与输送过程子系统 竖炉炉顶矿槽布料过程子系统多媒体监控系统炉后干选与输送过程子系统 　　 废石输送过程子系统 竖炉焙烧过程优化控制系统过程控制系统优化控制系统基础自 动化系统废石输送过程子系统竖炉焙烧过程子系统 　　　　图２ 　　　　　　　　　　　　　　 ． ６矿石处理过程控制系统结构图 Ｆｇ２ Ｔ ｅ　 ｃ ｒｏｔ ｐ ｃｓｃｎｒ ｓｓ ｍ　 ｔｅ　 ｐｅａａｏ ｉ ． ｈ ｓ ｕｔ ｅ　ｈ ｒ ｅ ｏｔ ｌ　ｅ ｆ ｈ ｏｅ　ｐｒｔ ｎ ．　 ６　 ｔ ｕ ｆ　 ｏ ｓ　 ｏ ｙｔ ｏ ｒ ｅ　 ｒ　 ｒ ｒ ｉ２ ．２过程管理系统 ．３ ２．矿石处理过程管理系统结构如图２ 所示。 ． ７ 过程管理系统包括运行管理和系统图２ ． ７矿石处理过程管理结构图 Ｆ ．　Ｔ ｅ　 ｃ ｒｏｔ ｐｏｅ ｍ ｎｇｍ ｎ ｓ ｔ ｆ ｔｅ　 ｐｅａａ ｏ ｉ ２ ｈ ｓ ｕｔ ｅ　ｈ ｒｃｓ ａａｅ ｅｔ　ｅ ｏ ｈ ｏｅ　ｐｒｔ ｎ ｇ． ７　 ｔ ｕ ｆ　 ｒ ｅ　 ｓ　 ｙ ｍ　 ｓ ｒ　 ｒ ｒ ｉ东 北大学 硕士学 位论文第二章 选厂矿石处理过程综合自 动化系 统管理两部分。运行管理包括系统监测、故障诊断、设备管理、生产安全管理、报 表生产与打印、系统通讯和操作指导等。系统管理包括系统安全、用户管理、系统 导航等 。２． ．４矿石处理过程综合自动化系统的物理实现 ２近年来，随着微电子学、信息科学与控制、计算机网络通讯等技术在工业领 　　　　 域的深入应用， Ｃ ，　 、 Ｄ Ｓ Ｐ Ｃ 现场总线控制系统之间渗透融合， Ｌ 也趋向于形成数字 化、 模块化、网 络化的分布式控制系统。尤其是现场总线技术，以 其灵活的控制 方式、信息共享和低成本等特点，被广泛的用于复杂的控制系统中，构成多层的开 放的自 动化系 构４ 统结 ［ ８ １本文采用信息层网即以太网、控制和 自 　　　　 动化网、设备层网组成的三层网络结 构来实现矿石处理过程综合 自 动化系统。系统网络结构的具体实现如图２ 所示。 ． ８企业 主干 网壑０ 　　图２ ． ８矿石处理过程综合自 动化系统网络结构图 Ｆ ．　Ｔ ｅ　ｗ ｒ ｓ ｕｔｒ ｏｔ ｉ ｅｒｔ ａｔ ａｏ ｓｓ ｍ　 ｔ ｏｅ　ｐｒｔ ｎ ｉ ２ ｈ ｎｔｏｋ　 ｃ ｅ　ｈ ｎ ｇａ ｄ　ｏ ｔｎ　ｔ ｆ ｈ ｒｐｅａａ ｏ ｇ． ８　 ｅ ｔ ｕ ｆ　 ｔ ｅ ｕ ｍ ｉ ｙ ｅ ｏ ｅ　 ｒ ｒ ｅ　 ｒ　 ｉ东 学硕士学 北大 位论文第二章 选厂矿石处理过程综合 自 化系 动 统该系统由三层网络结构组成，包括现场设备、控制站、上位监控机、多媒体 　　　　 监控机、模型机和打印机等部分。各部分通过三层网络实现信息和功能的集成，各部分与网络的联接关系如图所示，它们通过三层网络实现数据信息的通讯和共旱 。２ ． ３矿石处理过程综合自动化系统功能矿石处理过程综合自 　　　　 动化系统的结构如图２６ ． 和图２７ ． 所示。 矿石处理过程综合自动化系统包括过程控制系统、过程管理系统。过程控制系统包括基础 自动化系统、优化控制系统和生产过程多媒体监控系统。过程管理系统包括运行管理和 系统管理。多媒体监控系统对原矿筛分与 输送过程、竖炉炉顶矿槽布料过程、炉 后干选与输送过程、废石输送过程进行监控。基础自 动化系统包括原矿筛分与输 送过程、竖炉炉顶矿槽布料过程、炉后干选与输送过程、废石输送过程和竖炉焙 烧过程的控制子系统。下面研究各个系统的功能。２ ． 过程控制系统功能 ．１ ３由图 ２６可以看出，过程控制系统包括三个系统：基础自 　　　　 ． 动化系统、优化控制系统和多媒体监控系统。其功能如下：２ ．１基础自 ．１ ３． 动化系统的 功能基础 自 　　　　 动化系统的功能如图 ２９功能树所示。系统具有控制方式切换、设备 ． 逻辑控制、 基础回路控制、生产状态显示、关键参数趋势、 人工信息设定等功能。 系统的控制方式分为手动控制和自 　　　　 动控制，手动控制是在现场操作箱进行手 动操作；自 动控制方式即计算机控制，在中央控制室通过监控机人机界面进行操 作。控制方式切换就是在这两种方式之间切换。设备逻辑控制包括单动控制方式 和联动控制方式。在自 动控制方式下还有两种方式即单动和联动， 单动又称软手 动，模拟现场手动操作；联动即各相关联的设备根据生产状况按一定顺序和时间 间隔自 动起停。单动控制方式下包括设备单起单停和设备前后之间的联锁等功能。 基础回路控制包括燃烧室稳定、加热煤气、加热空气和还原煤气等生产过程关键 工艺参数的回路控制。 生产状态显示功能能够显示生产过程中工艺参数的信息〔 如 皮带矿量、温度、流量和压力等）、设备运行情况等状态和料仓料位等关键信息。 关键工艺参数趋势对工艺过程参数的实时或历史曲线进行监控，能够观测参数的东北大学硕士学位论文第二章 选厂矿石处理过程综合 自 动化系 统基 础 自 动 化 系 统 的 功 能图２ 　　　　　　　　　　 ． ９基础自 动化系统功能树Ｆｇ ２ Ｔ ｅ　ｃｉ ｔ ｅ　 ｈ ｂｓ ａｔｍ ｔ ｎ　ｔ ｉ ． ｈ ｆｎｔ ｎ　 ｏ ｔｅ　 ｉ ｕｏ ａ ｏ ｓｓ ｍ ．　 ９　 ｕ ｏ ｒ ｆ　 ａ ｃ　 ｅ ｉ ｙｅ变化趋势和走向，从而保证生产过程的稳定运行。该系统还具有人工信息设定接 口，对料位的高／ 低限、设备检修状态、设备允许运行与否等进行设定，从而保证系统在任何工况下可靠稳定运行 。２． ．１ ３． ２多媒体监控系统功能多媒体监控系统以计算机为核心、结合多媒体技术、计算机网络技术和数字 　　　　 图 像处理及图像传输最新技术的新一代监视系统。它融视频处理、系统信息管理、 监视系统控制及网络通信于一体， 代表了监视系统的发展潮流，且正逐步取代闭 路电视监视系统。 矿石处理生产过程多媒体监控系统通过现场摄像实现对原矿筛分与输送过 　　　　 程、竖炉炉顶矿槽布料过程、炉后干选与 输送过程、 废石输送过程进行实时监控， 并将监控图象通过以太网与其他系统进行信息共享。同时，还能对生产过程活动 图像进行存储和回放，对图像画面进行锁定和解锁，防止无关人员操作，还可以 直接利用视频图像上的变化进行报警以及设置使用权限等功能，以便于系统维护、 使用、 管理。多媒体监控系统功能如图２１功能树所示。 ．　 ０东北大学硕士学位论文第 二章 选厂矿石处理过程综合自 动化系统多 媒 体 监 控 系 娇权 限设置 ：设置使用权图２ ０矿石处理过程多媒体监控系统功能树 　　　　　　　　 ． １ Ｆｇ２ ０　ｅ　ｃｏ ｔ ｅ　ｈ ｍ ｌ ｍ ｄ ｍ ｎ ｏｉ ｓｓ ｍ ｉ ． Ｔ ｆｎｔｎ　 ｏｔｅ　 ｔ ｅｉ ｏｉｒ ｇ　ｔ ．　 ｈ ｕ ｉ ｒ ｆ　 ｕ ｉ ａ　 ｔ ｎ ｙ ｅ １ ｅ －具体功能如下： 　　　　Ａ 　　　　 ．工况实景监控现场摄像部分是监控系统的前沿部分，是整个系统的 “ 　　　　 眼睛” 。它布置在被监 视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。采用可变焦距 （ 　　 变倍）镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚，同时还把摄像机安装在 电动云台上，通过控制器的控制，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的 旋转，从而使摄像机能覆盖到的角度、面积更大。 矿石处理生产过程多媒体监控系统通过现场摄像实现对原矿筛分与输送过 　　　　 程、竖炉炉顶矿槽布料过程、 炉后干选与输送过程、废石输送过程的实际场景以 及设备运行状态和突发异常状况 （ 如设备故障、断料等）等进行实时监视。 Ｂ 　　　　 ．图象存储和回放生 过 多 监 系 的 象 号 过 输 统 输 制中 即 央 　　　　 体 控 统 图 信 通 传 系 传 控 心， 中 控 产 程 媒制室的多媒体监控机上。图像信号经过传输系统后，要求不产生明显的噪声、失 真（ 色度信号与亮度信号均不产生明显的失真） 保证原始图像信号 （ ， 从摄像机输 出的图像信号）的清晰度和灰度等级没有明显下降。这些图像信号可以 保存在多 媒体监控机硬盘＿ 可以选择任意保存的时段进行回放，以备事后查寻。 匕Ｃ 　　　　 ．系统的控制生产过程多媒体监控系统的控制部分是整个系统的 ｔ 脏” 　　　　 ’ 合 ，是实现整个系统 功能的指挥中心。控制部分主要由总控制台 （ 数字监控系统主机）组成。总控制 台中主要的功能有：对摄像机、电动变焦镜头、云台等进行遥控，以完成对被监 视场所全面、详细的监视或跟踪监视。还包括对静态图像的锁定和解锁等功能， 以防止发生误操作或无关人员进行操作。Ｄ 　　　　 ．视频报警功能东北大学 硕士学位论文第二章 选厂矿石处理过程综合自 化系 动 统在当前监视的视频画面中，如果有异常的视频改变，要进行报警，并启动视 　　　　 频存储 〔 时间可以设置） ，并将有关镜头号、地点、时间等信息进行记录，以便查 询。同时及时准确的记录突发事故的全过程以备事后进行事故鉴定有了充足的证据。Ｅ ．权限设置多媒体监控系统允许管理人员设置各类使用权限，便于系统的维护、使用、管理。２ ．３智能优化控制系统功能 ．１ ３． 智能优化控制系统的功能如图２ １ ． 功能树所示。 １一￣ 一 卿孺毓育一一 一 ， 飞 脚 一一 一 Ｉ Ｗ Ｒ ９ Ｍ图２１智能 控制系统功能 　　　　　　　　　　　　 ． １ 优化 树Ｆ ．． Ｔ ｅ　ｃｏ ｔ ｅ　ｈ ｉ ｅｉ ｎ ｏｔ ａｃｎｒｌ　ｅ 咭 ２ １　 ｆｎｔｎ　 ｏｔ ｎ ｌｇ ｔ　 ｍ ｌ　ｔ ｓｓ ｍ １ ｈ ｕ ｉ ｒ ｆ　 ｔｌｅ ｐ ｅ ｅ　 ｉ ｏ ｏ ｙｔ智能优化控制通过基于案例推理的关键工艺参数设定模型，产生关键工艺参 　　　　数 优 值。 过 能 化 定 型 生 制 路 优 设 值， 过 路 馈 的 化 通 智 优 设 模 产 控 回 的 化 定 通 回 反控制使生产过程的过程变量稳定跟随优化设定值。 利用生产过程的输入、 输出量， 通过关键工艺参数的预报模型，产生关键工艺参数的预报值，并与其优化值进行 比较，产生的误差经过前馈补偿来校正回路优化设定值，并通过化验过程产生相 关工艺参数的化验值与其优化值进行反馈校正回路设定值，通过回路控制使生产 过程实现优化。包括生产过程关键工艺参数优化模块、智能优化设定模块、前馈 补偿模块、反馈补偿模块、关键工艺参数预报模块、系统管理模块、数据录入模 块、优化结果模块、预测模块和人机操作模块等。２． ．２过程管理系统功能 ３矿石布料过程管理系统的功能如图２１ 功能树所示。 ．　 ２ 过程管理系统包括运行东北大学 硕士学 位论文第 二章 选厂矿石处理过程综 自 合 动化系 统管理和系统管理，对矿石布料生产过程和综合自 动化系统进行管理。 运行管理具有系统监测、故障诊断、设备管理、生产安全管理和系统通讯等功能。系统监测 功能对数据进行采集、处理以及生产过程实景的监视；故障诊断功能对故障进行 实时预测、及时发现生产故障。设备管理功能对设备故障进行报警，对设备的维 护进行管理，对设备维修计划进行预测，帮助制定维修计划，保证设备的安全运 行。生产安全管理功能包括设备间的连锁保护，关键操作执行前确认 ，现场设备 起停前打铃，以保证生产安全。报表生成与打印是对关键工艺参数进行数据记录， 产生报表，以供查询或按年、月、日进行打印输出。系统通讯功能实现各个控制 子 系统和各级计算机网络之间的通讯。操作指导功能是系统根据采集的数据和人 工输入、设定信息判断当前的生产状况和操作条件，由基于案例推理的专家系统 给出操作指导。系统管理具有系统安全管理、用户管理和系统导航等功能。系统 安全管理保证系统不被恶意破坏和记录所发生过的事件和所进行的操作，系统的 进入需要用户和密码，同时对运行中的活动和报警进行记录。用户管理用来增加 和删除用户，对用户的权限进行设定和用户密码进行修改。系统导航实现系统内 部导航功能，实现监控画面之间的切换和各个子系统间的切换。竺 还 哪翼行 管 理过 程 管 理设备管理功能：设备故障报签：设备维修计划的建议灌图２ ２ 矿石处理过程管理功能树 　　　　　　　　　　 ． １Ｆｇ２ ２　ｅ　 ｃｏ ｔ ｅ　ｈ ｐ ｃｓｍ ｎｇｍｅｔ　ｔ ｉ ． Ｔ ｆｎｔ ｎ　 ｏ ｔｅ　 ｅｓ　 ａｅ ｎ ｓｓ ｍ ．　 ｈ ｕ ｉ ｒ ｆ　 ｒ １ ｅ ｏ ａ ｙｅ矿石处理过程的过程控制系统、过程管理系统通过控制网和以太网实现功能 　　　　 集成，从而实现生产过程管理和过程控制的一体化，保证矿石处理过程的优化控制、优化运行和优化管理。东北大学硕士学位论文第二章 选厂矿石处理过程综合 自 动化 系 统２ ． ４小 结本章主要介绍了选矿厂矿石处理过程的生产流程，分析了矿石处理过程控制 　　　　的难点。针对矿石处理过程的特点，提出了由过程控制系统和过程管理系统两层 结构构成的矿石处理过程综合 自动化系统，并详细阐述了该系统结构和功能。东北大学硕士学位论文第三章 矿石处理过程控制策略第三章 矿石处理过程控制策略３１引 言 ．矿石处理过程是原矿石经过筛分后，分为粉矿和块矿，粉块直接经运输系统 　　　　 和布料系统送往强磁圆筒矿仓，作为强磁选的原料；块矿由 运输系统运往竖炉焙 烧、干选后，选出有用矿石和废石，有用矿石由运输系统和布料系统送往弱磁圆 筒矿仓，作为弱磁选的原料，废石运往废石山堆砌。生产过程主要由矿石筛分、 运输、布料组成的布料过程和竖炉焙烧过程。第 ２章分析了矿石布料过程和竖炉焙烧过程的控制难点，提出了矿石处理过 　　　　程综合自 动化系统。本章将详细讨论综合 自动化系统中过程控制系统的主要控制 策略。根据生产过程的特点， 对布料过程和竖炉焙烧过程分别进行讨论。３ ． ２矿石布料过程的控制策略矿石布料过程主要包括筛分、运输系统和布料系统等过程，这些过程中设备 　　　　 的控制，包括起、停、联锁等，通过顺序逻辑控制就可以实现。但由于矿石布料 过程本身的复杂性，为了满足生产过程的要求，必须对整个过程进行智能决策，保证生产过程的连续、稳定、可靠。３． ．１顺序逻辑控制 ２顺序控制是指生产设备及生产过程根据工艺要求，按照逻辑运算、顺序操作、 　　　　定时和１数等规则，通过预先编制的程序，在现场输入信号作用下，使执行机构 卜 按顶定程序动作，实现以开关量为主的自 动控制［ ５。 ４ １ 顺序控制是工业电 ９］ － 气控制 中最基本、最普通的一种控制方式。由于顺序逻辑控制的特点，大量的顺序控制 主要用于辅机的启、停操作， 并不直接参与生产过程的 连续闭 环控制， 其重要性 未引起足够的重视。但在工业控制方面， 顺序控制是量大面广的一个领域。矿石布料过程的工艺特点就是在满足设备操作要求的条件下，需要进行顺序 　　　　 控制的过程。该过程包括筛分、运输系统和布料系统等，其电气设备主要有电振、 振动筛、皮带机、布料小车、布料皮带等口这些设备的起停都是按照逻辑顺序进东北大学硕士学位论文第三章 矿石处理过程拉制策略行 作 ［３ 操 的，。 ５］ ， ５下面就 一典型的布料过程进行说明。该过程包括料源电振，三条运输皮带，布料小车和布料皮带，料仓。其设备联系图如图３ 所示。 ． １噩卧 卧带 ３皮图３ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ． １典型布料过程的 设备联系图Ｆｇ３ Ｔ ｅ　 ｉ ｅｔｒｌ ｉ ｏｔｅ　 ｒ ｅｔ ｉ ｏｅ　ｔ ｂ ｔ ｇ　 ｃｓ ｉ ． ｈ ｅｕｐ ｎｓ　 ｔ ｎ　 ｈ ｒｐ ｓｎａ ｖ ｒ ｄ ｒ ｕｉ ｐｏｅ ．　 １　 ｑ ｍ ｅ ｏ ｆ　 ｅｅ ａ ｔ ｅ　 ｉ ｉ ｎ ｒ ｓ ｓ针对上述的典型布料过程，下面详细说明顺序逻辑控制的过程。、启动过程典型布料过程的启动流程图如图３ 所示。 ． ２ 当该系统收到运行指令 （ 运行指令图３ ． ２典型布料过程启动过程流程图 Ｆｇ３ Ｔ ｅ　 ｔ ｆｗ　ａｔ　ｈ ｒ ｒ ｅｔ ｉ ｏ 　 ｔｂｔ ｇ　 ｃ ｓ ｉ ． ｈ ｓ ｒ ｐ　 ｃ ｒｏｔ ｅｅ ｎａｖ ｒｄ ｒ ｕ ｎ ｐｏｅ ．　 ２　 ｔ ｕ ｌ ｈ ｆ　 ｐ ｓ ｔｅ　 ｉ ｉ ｉ ｒ ｓ ａ ｏ ｅ　 ｅ ｓ东北大 学硕士学 位论文第三章 矿石处理过程控制策略足料仓料位低信号或系统给出的运行信号等） 后，首先检测各个设备是否有故障，若存在设备 故障，则返回故障状态；若没有故障，则系统从尾到头顺序启动各设 备。首先定位布料小车到要布料的料仓 口，定位完毕后，启动布料皮带。布料皮 带运行后启动皮带 ３ ，皮带 ３ 运行后启动皮带 ２ ，以此类推直到电振运行，矿石从料源运往料仓，进入到上料过程中。二、停止过程在上料过程中，系统判断是否有停止指令 （ 　　　　 料仓料位满或系统其他情况给出 停止指令） ，若有，则以与启动相反的顺序 〔 即从电振以此停到布料小车）按规定 的时间间隔停止运行。 布料过程的设备停车顺序如图３ 所示。 ． ３ 停车时间间隔保证 皮带 上 的料全部都运送到料仓，避免皮带带料停车，使下次皮带不能正常运行。 停车时间间隔的长短取决于皮带的长短，皮带越长间隔时间则长；反之，间隔时间则短 。停 车 指 令停 间 车 隔 完 时 毕 间一图３ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ． ３典型布料过程设备停车顺序图Ｆｇ３ Ｔ ｅ　 ｉｍｅｔｓ ｐ　 ｕｎｅ　ｈ ｒｐｅｅｔｔ ｅ　 ｄｓ ｉ ｔ ｇ　 ｃ ｓ ｉ ． ｈ ｅｕｐ ｎ ｔ ｓｑ ｅｃ ｏ ｔｅ　 ｒｓ ａｖ ｏｅ　ｔ ｂ ｉ ｐｏｅ ．　 ３　 ｑ ｓ　 ｅ ｏ ｆ　 ｅ ｎ ｉ ｒ ｉｒ ｕ ｎ ｒ ｓ三、紧急停车若在运行过程中，出 　　　　 现意外情况，比如设备故障，料槽堵塞，划皮带，皮带 跑偏打滑等，为保证人员和生产过程的安全，防止矿石堆砌，布料系统必须紧急 停车。在某整条布料过程生产线上，若中间某一点出现故障， 则该故障点至料源 的设备，必须无条件同时停车。而故障点至料仓的设备按照图所示的正常的停车 操作进行停车。比如图中皮带２出现故障， 那么皮带３ 布料皮带、布料小车正常 、 停车，而皮带 １ 和电振则无条件同时紧停。东北大学硕士学位论文第三章 矿石处理过程控制策略３． ．２智能控制 ２由于矿石布料过程的连续性及稳定性对于全厂的生产稳定和产量有直接的影 　　　　 响，运输系统和各个料仓的布料情况是根本的影响因素。因此，矿石运输和料仓布料及时性、稳定性是检验矿石布料过程的标准。及时性要求系统判断运输系统 的状况和料源情况， 将矿石及时运往相应料仓。稳定性要求系统考虑后续工序矿 石处理量和设备运行情况，即，处理量大的且设备运行 良 好的，要多给料；处理量小的或设备停运的，要少给料或不给料 。在实际生产过程中，仅仅采用简单的顺序逻辑控制，还不能满足布料生产过 　　　　程连续性及稳定性的要求，主要是因为布料过程的复杂性所致。其复杂性主要体 现在如下几个方面： Ａ 料源矿槽之间的切换：对于一段布料系统来说，其料源储矿槽可能有多 　　　　 ． 个。而在布料过程中，考虑到皮带的负荷，不能全部打开。这种情况下， 　　　　　　　　 会出现料源的某个储矿槽缺料或某储矿槽的电振出现故障，不能正常下 　　　　　　　　 料，而其他料槽能够正常工作，这时候，需要及时切换料源矿槽。 　　　　　　　　 Ｂ 备用设备之间的切换：对于一些关键环节的皮带，都有备用皮带，当该 　　　　 ． 皮带出现故障时， 　　　　　　　　 要及时切换到备用皮带。 如图３ 所示。同时， ． ４ 还有应 急料场供紧急卸料用。如图３ 所示。 　　　　　　　　 ． ５图３ 　　　　　　 ． ４备用情况之一 Ｆ ．　 ｎ ｓｕｔｎ　ｈ ｓａ ｉ ３ Ｏ ｅ　 ａ ｏ ｏｔ ｐｒ ｇ． ４　 ｉ ｉ ｆ　 ｅ ｔ ｅ　图３ 　　　　　　　　 ． ５备用情况之二 Ｆｇ３ Ｔ ｅ　ｅ ｓｕ ｔｎ　ｔｅ　 ｒ ｉ ． ｈ ｏｈｒ　 ａ ｏ ｏ ｈ ｓａ ．　 ５　 ｔ ｉ ｉ ｆ　 ｐ ｅ ｔ东 北大学 硕士学位论文第三章 矿石处理过程控制策略ｃ 多料仓共用同一布料系统：后续磨矿工序有多个系列，每个系列对应一 　　　　 ． 个料仓。为了保证后续工序的生产的连续和稳定，必须保证每个料仓都 　　　　　　　　 有料，避免发生有的料仓缺料，而有的料仓满仓的情况。因此，各个料 　　　　　　　　 仓的料位设定应该是动态变化的。 　　　　　　　　 Ｄ 虚假料位：由于焙烧后的矿石要经水封池的冷却水冷却，增加了矿石的 　　　　 ． 湿度，这样矿石送往矿仓后，容易粘连在仓壁上，导致料位计检测的料 　　　　　　　　 位不能真实反映矿仓料位，出现虚假料位。导致下游工序缺料的情况， 　　　　　　　　 不能保证生产的连续和稳定。 　　　　　　　　因此，采用简单的根据料仓料位来布料的顺序逻辑控制难以满足系统要求。 　　　　人工操作经验是很重要的如何进行控制的参考依据，本文根据现场操作人员的操 作经验， 引入智能决策的思想， 采用图３ 所示智能控制技术对矿石布料过程进行 ． ６控制 。起停时间图３ 矿石布料过程智能控制策略结构图 ． ６ Ｆ ．　 ｈ ｉ ｅｉ ｎ ｃｎ ｌ　ｔ ｙ　 ｒ ｄ ｔｂｔｇ　 ｃ ｓ ｉ ３ Ｔ ｅ　 ｌ ｅｔ　ｔ ｓ ａ ｇ ｏｏｅ　 ｒ ｕｉ ｐ ｅ ｇ ． ６　 ｎ ｌ ｔ ｇ ｏ ｒ ｔ ｅ ｆ　 ｉ ｉ ｎ ｒ ｓ ｏ ｒ ｓ ｏ矿石布料过程智能控制系统包括料仓料位设定模型、智能决策、反馈补偿、 　　　　 检测料位修正模型四个主要部分。其中，料位设定模型根据后续工序矿石处理量、相关设备状态和料仓高度等信息对各个料仓料位进行设定，同时设定料位的高低 限等相关信息。智能决策根据前后相关料仓料位、后续工序矿石处理量、相关设 备 状态、已上 料时间、设备允许运行与否和皮带称信号等信息采用基于案例推理 的专家系统进行决策，给出 矿石布料过程运行指令， 包括皮带和小车的起停顺序、 起停时间和小车定位位置。顺序控制是常规控制模块，即执行运行指令，起停相 关设备和小车定位等。检测料位修正模型用来修正仪表检测的料位值，料位检测东北大学硕士学位论文第三章 矿石处理过程拉制策略值要考虑到现场环境恶劣， 根据前后工序的矿石处理量、后续工序设备运行情况、 料仓料位的高低限设定值、已上料时间、皮带称信号等信息进行修正，避免料位 检测仪表检测假料位值。通过料位设定与反馈之间的料位差和起停时间和小车定 位位置的反馈 （ 人通过监控画面监视，通过人机接口输入控制系统）对皮带和小 车起停顺序、时间和小车定位位置的设定值进行修正。首先，由料位设定模型给出各个料仓的料位，智能决策根据相关料仓料位、后续工序矿石处理量、相关设备 状态、料位高低限、己上料时间和皮带称信号等信息进行决策给出运行指令， 由顺序控制器执行运行指令，料位设定和料位检测值经修正模块修正后的修正值 之差和起停时间和小车位置的反馈来修正皮带和小车起停顺序、时间和小车定位 位置，从而实现矿石布料过程的智能控制。３ ． ３竖炉焙烧过程的控制策略竖炉焙烧过程控制系统不仅要实现竖炉焙烧过程生产设备的启动、停止等逻 　　　　 辑控制，如抽烟机、鼓风机、搬出机和排矿机等，要具有设备安全保护和故障诊 断功能，同时，要实现了生产过程工艺参数，如竖炉温度 （ 燃烧室、加热带、还原带等） 、压力 （ 加热煤气压力、还原煤气压力、炉膛负压等） 、流量 （ 煤气、空气等）的闭环控制，保证生产过程的稳定运行。在此基础之上，还要考虑竖炉焙烧过程的生产指标即磁选管回收率的优化。磁选管回收率是检验焙烧质量的重要指标 。因此，对于竖炉焙烧过程的控制不仅包括基础回路的控制，还要考虑基于竖 　　　　 炉生产指标的优化控制，使竖炉焙烧过程的生产指标得到优化，提高竖炉焙烧过程的效益。３． ．１基础回路控制 ３、设备控制方案竖炉包含如下的电气设备：鼓风机、抽烟机、搬出机、排矿辊。这些电气设 　　　　 备采用顺序逻辑控制，实现电气设备的自动控制。开炉、停炉具有一定的顺序逻辑关系： 　　　　 Ａ 　　　　 ．开炉逻辑关系抽烟机（ ０ 　　　　 １分钟后） 转 一鼓风机一加热煤气烧嘴点火（ 燃烧室温度达到７０８０ ０－０东北大学硕士学位论文第三章 矿石处理过程控制策略℃）一搬出 机一排矿辊 （ 矿石温度 ３０３０ ）一还原煤气￣自 ０－５｀ Ｃ 动搬出Ｂ 　　　　 ．停炉逻辑关系还原煤气￣加热煤气 （０ 　　　　 １ 分钟后）、鼓风机、抽烟机 （０ １ 分钟后）＊排矿辊￣搬 出机二、搬出制度控制 搬出机搬出制度直接影响竖炉的矿石处理量和焙烧质量。搬出的越快越多， 　　　　 则矿石处理量越大，而搬出太快，焙烧质量就会下降。因此，二者是矛盾的，必 须ｒ ３ 找最佳的搬出时间。系统对搬出机运行时间和搬出机停止时间进行设定。 搬出机搬出制度时序图如图 ３ 所示。 ． ７ 其中：Ｓ 一一搬出机运行时间，Ｔ 一一搬出机停止时间Ｓ　．　 ， Ｓ ：Ｔ　 Ｓ ?Ｔ Ｉ　 ：Ｔ ； Ｓ ； Ｔ ； Ｓ 一Ｔ 　　 Ｔ 　　　　 　　　 Ｓ图３ 搬出 ． ７ 机搬出制度时 序图 Ｆ ．　Ｔ ｅ　ｅｓ ｕｎｅ　ｇａ ｏｔ ｍ ｖ ｏｔ　ｅ ｉ ３ ｈ ｔ －　 ｅｃ ｄ ｒｍ　 ｈ ｏｅ　 ｓ ｔ ｇ． ７　 ｉ ｅ ｍ ｑ ｉ ａ ｆ　 ｅ　 ｕ ｙ ｍ ｓ搬出制度的控制为开环控制，两台搬出机根据搬出制度时序进行启停。搬制度的设定值必须考虑竖炉矿石处理量和焙烧质量两方面的因素。三、工艺过程参数控制 Ａ ．燃烧室温度控制 竖炉燃烧室的温度直接影响竖炉加热带的温度，影响矿石的加热温度， 燃 室的温度需要稳定控制。影响燃烧室温度的可控变量为加热煤气流量和加热空气流量。 燃烧室温度的基本回路控制采用串级双回路控制方案， 如图３ 所示： ． ８其中，燃烧室温度设定值可以按照生产工艺要求，根据人工操作的经验，由 　　　　人工进行设定 （００ １ ０ １５ 工 摄氏度） 还可以之间由 ５ ； 智能优化控制系统优化给出符 合最佳生产目标的燃烧室温度设定值。加热空气量由加热煤气量和最佳空燃比来东北大学硕士学位论文第三章 矿石处理过程控制策略确定。最佳空燃比可以由人工根据经验设定或由智能优化控制系统给出空燃比的最优值。加热煤气流温度 控制器加热煤气压力量设 值 ｛加热煤气流 定量控制器燃烧室温 度设定值流量检测｝ 　　　　　　　　 ｝竖 一 －－ －』｝炉加空流十 热气量设定值加 空压 ｝ 热气 力 烧 一 Ｉ　 Ｉ 室 　加热空气流量控制器燃烧室温度 ！燃 　　　　　　　　　　流量检测图３ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ． ８燃烧室温度控制方框图 Ｆ ．　 ｈ ｃｎｒｌ　 ｋ　ｇａ ｏｔｅ　 ｐｒｔｒｏｃｍ ｕｔｎ　 ｍ ｅ ｉ ３ Ｔ ｅ　ｔ ｂ ｃ ｄ ｒｍ　 ｈ ｔ ｅａ ｅ　ｏ ｂｓｏ ｃａ ｂｒ ｇ． ８　 ｏ ｏ ｌ ｉ ｏ ａ ｆ　 ｅ ｍ ｕ ｆ　 ｉ ｈＢ 　　　　 ，还原煤气流量控制竖炉焙烧过程还原煤气的用量直接影响焙烧矿还原的质量，充分还原将提高 　　　　矿石的磁性利于后续选别工序的选别， 提高金属回收率。 控制结构图如图 ３ 所示： ． ９其中， 　　　　 还原煤气 流量设定值可以 根据生产工艺人工设定 （３０ ２ ０ｍ１ ； ２０－ ８０ ３ ） ｈ 还可以之间由智能优化控制系统优化给出符合最佳生产目 标的还原煤气流量设定值。 还原煤气压力还原煤气流 量 设