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磨矿分级过程控制策略的研究及进展

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关键词：磨矿分级；因素；控制策略

磨矿分级作业是整个矿厂生产流程中最关键的环节，起着承上启下的作用。磨矿作业在矿厂基建投资及生产成本中占很大比重。同时，磨矿作业是整个矿厂的“瓶颈”作业，直接关系到选矿生产的处理能力，磨矿产品质量对后续作业指标乃至整个矿厂经济技术指标也有很大影响，因此，磨矿分级过程一直受到选矿工作者的高度重视。

一、磨矿分级控制系统组成

磨矿分级控制系统是非线性、大滞后、随机因素干扰大的系统。影响磨矿分级的因素有很多，属于物料性质的有矿石黏度、矿石可磨度、给矿粒度、溢流粒度；属于设备参数的有磨机结构参数、分级设备种类及结构参数，还包括给矿泵的处理量。磨矿分级过程控制系统一般由三个基本控制环节组成，即给矿量控制、磨矿浓度控制、分级溢流浓度(粒度)控制。基本控制系统由系统输入量、系统输出量和核心控制单元组成。

系统输入量主要依靠磨矿分级过程仪表进行检测，目前在选厂应用的有给矿量、矿浆流量、矿浆浓度、矿浆粒度、矿仓料位、磨机负荷量等仪表。

系统输出量控制主要集中在给矿量控制、磨矿浓度控制、磨机溢流浓度控制等方面。主要通过调节给矿皮带速度、磨矿给水阀门开度、给矿泵转速等手段来控制。

二、影响磨矿分级过程控制的因素

1、物料性质、磨机结构和转速、操作条件。物料性质可通过矿石的可磨性系数来反映。矿石愈硬，可磨性愈小，磨细它所耗的能量较多，磨机处理能力也较低。给矿粒度愈粗，因需要的磨矿时间较长，将它磨到规定细度的功耗较多，生产率较小。磨矿产品粒度直接影响着选别指标。磨矿产品粒度过粗，有用矿物和脉石未获得充分解离，若太细又引起较严重的过粉碎，两种情况都会使选别指标降低。

另外，磨机的直径和长度、转速、衬板类型也会对控制效果产生影响。

操作条件影响也很大，包括装球制度、磨矿浓度和给矿速度等。钢球大小要和矿粒粗细相适宜。磨矿浓度是用磨机中矿石重量占整个矿浆重量的百分数来表示。只有磨矿浓度适当，产出率才会高，它随被磨物料性质及工艺条件而定。给矿速度是单位时间内通过磨机矿石量，过高或过低都对磨机有不利影响。

2、检测和控制设备、技术手段和控制方法。自动控制是检测技术、自动化技术、计算机技术与工艺相结合的产物。检测和控制设备的质量不仅影响到过程检测质量，而且也制约着以过程检测为基础的过程控制质量。此外，对于随机干扰因素多、滞后大、需控制参数多且相关性强的磨矿分级复杂控制系统，采用先进技术手段和可靠控制方法，能克服人工操作的盲目性和不确定性，对实现控制目标有着重要作用。

3、应用条件。企业对磨矿分级过程检测和自动控制的重视度，也会影响磨矿分级过程控制效果。虽然自动控制对生产的重要意义日益显著，但在实际应用中，并未受到应有的重视。当前，一般国内大型选厂对计算机硬件系统的要求较高，而对检测和控制设备的重视还不够。另外，先进过程自动控制系统的投运，需改变操作工传统操作方式和习惯，而且要求操作工具有更高的理论知识和操作水平。

三、传统控制策略

通常把PID控制、Smith控制、解耦控制等称为传统控制策略。

以经典控制理论为基础的PID控制具有算法简单、适应性好的特点。20世纪70年代,我国选矿厂磨矿分级回路大多采用单回路的PID控制来实现定值控制目的,并且至今仍有一些选矿厂使用。将PID控制与新型控制策略联合研发成复合控制策略,目前在实际生产应用中取得一定效果的有模糊PID控制和专家PID控制等。但PID控制并不适合参数变化较为剧烈的生产工艺或大时间滞后的控制对象,因此其对保证磨矿分级工艺处于最优状态有一定的困难。

从设计理论上讲,Smith控制能使被控制对象的时间滞后现象得到充分补偿,在设计控制器时,完全可忽略被控制对象因时间滞后而产生的影响。在生产实践中,通过一些合理的近似处理,也可得到较好的补偿效果。

磨矿分级系统是一个受多因素影响的多变量输入输出系统,并且各变量间受耦合关联机制的影响,某个变量发生改变能引起其他输出变量的变化。例如,磨机给矿量的改变,影响磨矿浓度,进而改变分级机的入料粒度和矿浆浓度,最终改变磨矿分级系统产品指标(分级溢流粒度和浓度)。针对这一问题,必须采用以解耦控制为核心的多变量控制技术来削弱过程控制中的相互作用。解耦控制思路是通过一个解耦补偿器来降低甚至消除多变量系统中各输入输出变量间的关联机制,将复杂且相互影响的多变量系统转化为几个单变量系统,其中单变量系统的一个控制输入变量只作用于其对应的输出变量,而且对其他输出变量不产生影响。在已解耦的控制回路中,各控制器采用相应的单变量控制策略,只对其对应的被控变量产生相应的控制影响。

传统控制策略受控制理念的限制,不能完全适应大滞后、非线性、干扰因素多且