在選礦中，通過完善現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備和選礦工藝，對提高選礦產(chǎn)品的品位和回收率所起的作用已微乎其微。而減少分級機的溢流濃度、分級水、返砂礦、粒度等諸多因素的影響，克服濃度控制較大的慣性和純滯后特性，可大幅度提高選礦產(chǎn)品的品位和回收率，常規(guī)pid控制+智能控制技術(shù)成為和可行的控制手段。
魯南礦業(yè)公司2#選礦生產(chǎn)線原礦品位33%，主要原料為磁鐵礦石；原礦經(jīng)過兩臺球磨機磨碎和三臺磁選機選別后，進入篩選機篩選，然后進入一段立磁機、二段立磁機精選，再經(jīng)過磁選機選別并過濾后，成為精礦粉進入礦倉儲存。如圖1，根據(jù)工藝及經(jīng)驗輸入流量設(shè)定值，自動跟蹤下游設(shè)備生產(chǎn)節(jié)奏和生產(chǎn)故障信號調(diào)整流量設(shè)定值，設(shè)定值與實際值的偏差通過原礦流量控制單元，調(diào)整變頻器控制給礦機送礦；一段濃度模糊控制模型修正濃度設(shè)定值后，設(shè)定值與實際值的偏差進入濃度控制單元，輸出控制調(diào)節(jié)閥；二段濃度控制采用常規(guī)pid帶偏置的策略控制底流濃度。
圖1 2#選礦生產(chǎn)線控制工藝圖
圖1中：
sl——經(jīng)驗流量設(shè)定值；
l——流量控制補償；
st——調(diào)整后的流量設(shè)定值；
lpv ——流量檢測值；
u——濃度模糊修正值；
sn1——一段濃度設(shè)定值；
s——修正后的濃度設(shè)定值；
npv1——一段濃度檢測值；
sn2——二段濃度設(shè)定值；
npv2——二段濃度檢測值。
系統(tǒng)組成
系統(tǒng)硬件配置采用siemens公司的wincc/s7-300控制系統(tǒng)。采用標(biāo)準(zhǔn)的profibus網(wǎng)絡(luò)通訊，通訊速率為1.5mbps；每個控制器可以控制32個回路，zui大可處理16384個i/o點，其中模擬量i/o點數(shù)為2048個，邏輯掃描速率為1.25mbps。
圖2 系統(tǒng)硬件配置圖
di——數(shù)字量輸入；do——數(shù)字量輸出；ai——模擬量輸入；ao——模擬量輸出。
一段濃度模糊控制
模糊控制器的輸入語言變量為1號、2號、3號磨礦流量平均值偏差及其變化率，輸出語言變量選為一段立磁濃度控制回路設(shè)定值的修正值。如圖3所示。
圖3 濃度模糊控制原理框圖
偏差的變化范圍為{-6，6}，變化率的變化范圍為{-4，4}，輸出語言變量的變化范圍為{-5，5}，它們的模糊子集分別為：
={nl，ns，o，ps，pl}
={nl，ns，o，ps，pl}
={nl，nm，ns，o，ps，pm，pl}
其中n、p、l、m、s、o分別表示“負(fù)”、“正”、“大”、“中”、“小”、“零”。
它們的論域分別為
={-3，-2，-1，0，1，2，3}
={-2，-1，0，1，2}
={-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}
模糊控制規(guī)則由if =pl=ns then
=ps等18條模糊條件語句構(gòu)成，其它生產(chǎn)情況不進行濃度設(shè)定值的修正。表1所示的模糊控制規(guī)則是根據(jù)選礦實際生產(chǎn)過程和操作經(jīng)驗總結(jié)出來的。
表1 模糊控制規(guī)則表
通過模糊控制規(guī)則經(jīng)過zui大隸屬度法判決，并在實際生產(chǎn)調(diào)試多次實踐總結(jié)概括，得到總控制表（表2）。表2構(gòu)成整個模糊控制器的核心，是本系統(tǒng)模糊控制算法的結(jié)果，在實際控制時只要查表即可。將控制表存在計算機內(nèi)存里，并編制一個查詢該控制表的子程序，在每一個控制周期中，將采樣得來的實測偏差及其變化率經(jīng)過量化轉(zhuǎn)移（分別乘以量化因子0.5，0.5），變成查表所需的、值，再與表2相比較，就可以立即得出所需的控制量，將再乘以量化因子（ku=1.0），方可得到真實的控制量u，作為一段立磁濃度控制回路設(shè)定值的修正值。
表2 總控制表
根據(jù)濃度—品位關(guān)系，通過控制底流濃度，間接控制溢流品位。底流濃度設(shè)定值sp與模型輸出修正值進行運算，作為回路控制的設(shè)定值sp’；設(shè)定值sp’與實際底流濃度pv進行比較，形成偏差進入pid控制模塊，輸出調(diào)節(jié)濃度調(diào)節(jié)閥開度，控制底流濃度。
穩(wěn)定水流量，根據(jù)磨礦流量通過模糊控制模型調(diào)節(jié)使得預(yù)先判斷出濃度的變化趨勢，并根據(jù)這一趨勢調(diào)節(jié)閥門，當(dāng)濃度的變化反應(yīng)到濃度檢測值上時，閥門正好調(diào)到合適的位置，克服了濃度調(diào)節(jié)滯后時間長、易超調(diào)、反應(yīng)速度慢的缺點。
主要技術(shù)應(yīng)用
1 濃度信號處理
dfm系列智能工業(yè)密度計檢測現(xiàn)場濃度值，作為濃度控制的檢測值；當(dāng)一束γ射線穿過待測料液時，一部分射線因和料液的原子發(fā)生相互作用而被吸收，當(dāng)液層厚度固定時，通過透射射線的計數(shù)率算出料液的密度值di，并按下式算出濃度測量值（%）。
式中：
d0——低濃度參比點（標(biāo)準(zhǔn)液）的密度值；
d1——高濃度參比點（標(biāo)準(zhǔn)液）的密度值；
di——儀表測出的密度值；
c0——低濃度參比點的深度值（%）；
c1——高濃度參比點的深度值（%）；
ci——濃度測量值（%）。
2 流量產(chǎn)量自協(xié)調(diào)
根據(jù)選礦生產(chǎn)節(jié)奏和現(xiàn)場故障情況，把現(xiàn)場生產(chǎn)分為三種情況：正常，慢，故障；不同生產(chǎn)情況分別設(shè)定不同的流量修正值，并與流量設(shè)定值進行運算作為回路調(diào)節(jié)的實際設(shè)定值。從而減少了生產(chǎn)節(jié)奏慢和半小時內(nèi)故障引起的不必要的停機等待，減少了設(shè)備啟停次數(shù)，提高了產(chǎn)量。
3 流量無擾運算
為防止瞬間斷流引起系統(tǒng)不必要的波動，小于一定值的流量不參與控制，不作為計算的平均流量的采樣值；采用一定時間的平均流量作為流量的檢測值，減少了外部干擾，實現(xiàn)了流量自動平均采集，增大了系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。
其它控制功能
1 磨礦恒定給礦控制
磨礦恒定給礦控制回路采用帶偏置的單回路控制。流量設(shè)定值sp與實際流量pv比較,形成偏差,增加隨流量偏差值變化的動態(tài)偏置量f（x），動態(tài)偏置f（x）與pid輸出進行運算，通過頻率限幅模塊調(diào)節(jié)變頻器，控制擺式給礦機按某一頻率擺動，使皮帶運輸機上的料流達到所需流量設(shè)定值。
2 二段立磁濃度控制
底流濃度采用帶偏置補償?shù)膒id的控制回路。底流濃度設(shè)定值sp與實際底流濃度pv進行比較，形成偏差并進入pid模塊；當(dāng)?shù)琢鳚舛却笥谠O(shè)定值時，增大底流調(diào)節(jié)閥開度，減小底流濃度；當(dāng)?shù)琢鳚舛刃∮谠O(shè)定值時，減小底流調(diào)節(jié)閥開度，增大底流濃度。并在回路中增加偏置補償：當(dāng)設(shè)定值與實際的pv值相差較大時，在pid的輸出上加上一個偏置值，加快調(diào)節(jié)速度，當(dāng)設(shè)定值與實際的pv值相差較小時，去掉補償值，使pid較的調(diào)節(jié)，減小誤差，減少控制超調(diào)。
結(jié)束語
系統(tǒng)自2002年7月投入運行以來，取得良好的控制效果：流量控制在設(shè)定值的±0.4噸/小時內(nèi)，濃度控制在設(shè)定值的±1.8%內(nèi)，精礦品位從原來的64.3%上升到64.9%，回收率提高0.8%，全自動運行率99%以上，提高精礦產(chǎn)量2.2%以上；減少了環(huán)境污染，具有較好的經(jīng)濟效益和推廣價值。