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旋流器自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究
旋流器是一種應(yīng)用廣泛的離心分級(jí)設(shè)備。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本身無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,操作容易，體積小處理量 大，分級(jí)效果好，占地面積小，礦漿在其內(nèi)停留的數(shù)量和時(shí)間少，維護(hù)方便。
旋流器的缺點(diǎn)是：運(yùn)輸?shù)V漿和礦砂泵消耗動(dòng)力 大，而且泵的進(jìn)口和出口等處磨損嚴(yán)重，維護(hù)頻繁。 工作時(shí)要求給礦粒度、濃度和壓力平衡，否則會(huì)影響分級(jí)質(zhì)量。因此，提高旋流器有關(guān)易損件的使用壽命，嚴(yán)格控制操作條件，是推廣應(yīng)用的重大課題。隨著控制技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)旋流器實(shí)施自動(dòng)控制，大大改善了旋流器的操作條件，為旋流器的推廣應(yīng)用帶來(lái)廣闊的前景。
根據(jù)某選礦廠的工藝流程特點(diǎn),在設(shè)計(jì)時(shí)將整個(gè)工藝過(guò)程的控制劃分為一段磨礦分級(jí)控制系統(tǒng)、 二段磨礦分級(jí)控制系統(tǒng)、粗細(xì)分級(jí)控制系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)都存在對(duì)旋流器的自動(dòng)控制。
旋流器控制：旋流器控制的主要目的是保證其溢流粒度、沉砂濃度及其處理量。在結(jié)構(gòu)參數(shù)固定及礦石性質(zhì)不可控的情況下，控制系統(tǒng)將給礦壓力和給礦濃度作 為控制旋流器旋的主要控制對(duì)象。
旋流器給礦濃度控制：當(dāng)旋流器壓力一定時(shí)，給礦濃度對(duì)溢流粒度及分級(jí)效率有重要影響。給礦濃度髙，礦漿濃度大、含泥量髙時(shí)，礦漿粘度和密度將加大，礦粒在旋流器中運(yùn)行的阻力加大,而使分離粒度變粗，分級(jí)效率亦將降低。反之，當(dāng)給礦濃度低時(shí)，阻力變小，分離粒度變細(xì)，分級(jí)效率髙。所以對(duì)于給礦濃度的控制非常關(guān)鍵。選用濃度計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)給礦濃度的變化情況， 通過(guò)調(diào)節(jié)旋流器礦漿池的補(bǔ)加水來(lái)控制給礦濃度， 從而保證了旋流器的分級(jí)效率。
旋流器給礦壓力控制：給礦壓力是旋流器中礦漿產(chǎn)生速度的原因，它直接影響旋流器的處理量和分級(jí)粒度。當(dāng)壓力加大時(shí)，可以提髙分級(jí)效率，但是這將增加動(dòng)力消耗和設(shè)備磨損，所以利用加大壓力來(lái)提高分級(jí)效率是不經(jīng)濟(jì)的。但在必要的情況下，也可以通過(guò)穩(wěn)定濃度適 當(dāng)調(diào)節(jié)旋流器給礦壓力來(lái)提高旋流器的分級(jí)效率。
旋流器沉砂濃度控制：旋流器沉砂濃度的大小直接影響磨機(jī)的磨礦效 率,當(dāng)濃度一定時(shí)，通過(guò)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)旋流器給礦壓力，使旋流器的沉砂濃度保證在工藝要求范圍內(nèi)。否則就會(huì)出現(xiàn)磨礦分級(jí)過(guò)程“死循環(huán)”的現(xiàn)象。 從這個(gè)意義上講，旋流器的控制又定要將旋流器沉砂濃度的控制作為旋流器控制的核心之一。
旋流器給礦量控制：在旋流器給礦管道上安裝流量計(jì)來(lái)檢測(cè)旋流器給礦量，根據(jù)工藝流程中旋流器的處理能力,當(dāng)旋流 器的給礦量加大時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)流量和旋流器的處理量進(jìn)行分析、判斷，增加旋流器組的開(kāi)啟數(shù)量，反之減少旋流器組的開(kāi)啟數(shù)量。
旋流器的控制是一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面:①泵池液位、給礦濃度、給礦壓力任 一因素發(fā)生變化，均會(huì)導(dǎo)致旋流器原有控制平衡被破壞;②給礦濃度、給礦壓力均影響旋流器溢流粒度指標(biāo)，當(dāng)溢流粒度指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，無(wú)論調(diào)節(jié)給礦濃度還是調(diào)節(jié)給礦壓力(往往是同時(shí)調(diào)節(jié))，調(diào)節(jié)幅度 均無(wú)法詳細(xì)定義,并且要考慮泵池液位、球磨機(jī)負(fù)荷的變化;③由于磨礦生產(chǎn)工藝過(guò)程的時(shí)變性和不確 定性，也導(dǎo)致旋流器各工藝參數(shù)的時(shí)變性和不確定性。
如果采用單純的控制方式（濃度不合適就 控制濃度，壓力不合適就控制壓力）來(lái)控制旋流器， 不僅達(dá)不到控制效果，還會(huì)造成生產(chǎn)混亂。
控制系統(tǒng)將檢測(cè)到的旋流器給礦濃度、給礦壓力及礦漿池液位的信號(hào)作為旋流器模糊控制器輸 入，模糊控制器經(jīng)過(guò)模糊運(yùn)算和模糊推理,并根據(jù)推 理結(jié)果，給出一種適合此時(shí)旋流器工作的控制方案。
模糊控制器的控制原理：模糊控制特別適合參數(shù)難以詳細(xì)表達(dá)的物理對(duì)象,對(duì)解決不能直接檢測(cè)，但入為可以粗略判斷的事件尤其突出。
在旋流器的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，選擇旋流器的給礦壓力、給礦濃度、泵池液位作為模糊控制器的輸 入。模糊控制器的后輸出是礦漿泵轉(zhuǎn)速和泵池補(bǔ)加水。這些輸出值經(jīng)限幅處理后作為PID控制器的輸入、PID控制器的輸出控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)。
詳細(xì)輸入量的模糊化：輸入量的模糊化首先需確定詳細(xì)輸入量的基本論域，基本論域確定后可以由事先決定的隸屬函數(shù)計(jì)算輸入值的隸屬度。根據(jù)以上確定的隸屬函數(shù)，就可以在程序中計(jì)算每個(gè)輸入量對(duì)應(yīng)的隸屬度，這樣就完成了對(duì)詳細(xì)輸入量的模糊化。
模糊規(guī)則及模糊推理：模糊規(guī)則的確定是基于現(xiàn)場(chǎng)操作工入的經(jīng)驗(yàn)和 控制工程師的專業(yè)知識(shí)。一般應(yīng)考慮以下幾方面的問(wèn)題。
選擇描述輸入量模糊狀態(tài)的語(yǔ)言變量。顯 然選擇較多的詞匯，對(duì)每個(gè)變量用較多的狀態(tài)來(lái)描 述，制訂規(guī)則時(shí)就比較靈活，控制精度也比較髙。但規(guī)則多就會(huì)大大增加程序量及計(jì)算量，控制系統(tǒng)的 響應(yīng)時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)，從而會(huì)造成系統(tǒng)的滯后響 應(yīng)。一般每個(gè)變量宜選用10個(gè)狀態(tài)來(lái)描述。這里選用5個(gè)狀態(tài):很低、較低、一般、高、很高。
定義代表各模糊狀態(tài)的模糊集。確定了各變量的模糊狀態(tài)就可以定義此狀態(tài)的模糊集。在確定描述某一變量的模糊集時(shí)，要考慮它們對(duì)論域的覆蓋程度。在定義這些模糊集時(shí)應(yīng)使論域中的任何 一點(diǎn)對(duì)這些模糊集的隸屬度的大值都不能太小， 否則在這樣的點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)“空檔”，從而引起失控。
確定模糊控制規(guī)則。在模糊控制中，模糊控制規(guī)則通常是由模糊條件語(yǔ)句來(lái)描述的。制訂模糊規(guī)則以后就可以根據(jù)這些規(guī)則進(jìn)行模糊推理。
解模糊判決：模糊控制器的輸出是模糊量，它包含了控制量 的各種信息，需要把這些模糊量轉(zhuǎn)變成被控對(duì)象能夠接受的詳細(xì)的控制量。為了充分利用控制器輸出模糊集的所有信息，可以采用加權(quán)平均判決方法，其 中的加權(quán)系數(shù)選擇隸屬函數(shù)。
該控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的閉環(huán)負(fù)反饋PID控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，引入對(duì)動(dòng)態(tài)的、隨機(jī)的因素適應(yīng)性更強(qiáng)的模糊控制器，起到自適應(yīng)PID控制器參數(shù)自校正的作用。這樣既可保持 PID控制的無(wú)靜差、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，又具有模糊控制對(duì)參數(shù)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)速度快的特點(diǎn)。實(shí)踐證明，該控制方法應(yīng)用于旋流器的控制，結(jié)果是令人滿意的。
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