给矿控制系统及方法与流程

本发明涉及选矿领域，尤其涉及给矿控制系统及方法。

背景技术：

球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，通常在其筒体内装入一定数量的钢球作为研磨介质。球磨机在使用过程中，如果能保持球磨机的负荷或填充量为一定值或某一范围，则可使球磨机的单位时间产量达到最高，单位电耗也可降至最低，能够使磨机长期稳定运行在最佳工况，防止空磨和饱磨，也间接防止了物料的过磨现象。

目前，通常为球磨机加装磨音测量仪，通过检测球磨机运行过程中所产生的噪声信号，判断球磨机的当前运行状态，确定球磨机的负荷，从而对球磨机的运行过程进行控制。

然而，上述方法中，磨音很大一部分来自钢球对衬板的撞击，受衬板材料的阻尼减振性能影响较大。在相同的转速下，衬板的形状、断面倾角、摩擦系数等不同，对钢球的提升效果不同，钢球冲击力不同，磨音也会不同。对于不同型号的球磨机，其结构、衬板材料、衬板布置方式、钢球系数和转速的不同，导致了其同一负荷状态下的磨音也可能不同，无法实现对球磨机的物料、负荷等的便捷、合理、全面控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种给矿控制系统及一种给矿控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种给矿控制系统，包括：球磨机、给矿控制子系统、给水控制子系统、矿浆粒度控制子系统和加球控制子系统，其中：

所述给矿控制子系统用于控制输入到所述球磨机的矿石的给矿量，所述给水控制子系统用于控制输入到所述球磨机的水的给水量，所述球磨机用于混合所述矿石和所述水并进行研磨，得到矿浆，所述矿浆粒度控制子系统用于控制所述矿浆的粒度，所述加球控制子系统用于获取所述球磨机的振动信号，根据所述振动信号控制所述球磨机内钢球的加球量。

本发明的有益效果是：本发明提供的给矿控制系统，通过给矿控制子系统对给矿量进行控制，通过给水控制子系统对给水量进行控制，通过矿浆粒度控制子系统对矿浆的粒度进行控制，通过加球控制子系统对加球量进行控制，实现了对球磨机的物料、负荷等的便捷、合理、全面控制，使球磨机始终工作在合理的运行状态下，在稳定分级溢流粒度合格率的前提下提高磨机处理量，在稳定给矿量的前提下，提高分级溢流粒度合格率，提高了生产效率。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种给矿控制方法，使用如上述技术方案所述的给矿控制系统对球磨机的给矿量、给水量、加球量和矿浆的粒度进行控制。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明给矿控制系统的实施例提供的结构框架示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

对于磨矿作业而言，通常由多段磨矿回路组成的磨矿系统进行磨矿，以一段磨矿回路，通常由球磨机和旋流器构成，球磨机可以为溢流型球磨机，旋流器可以为水力旋流器。球磨机内填充有用于研磨的小钢球，研磨系统开始工作后，将原矿石和一定比例的水输送进球磨机，通过小钢球对原矿石进行研磨，研磨后得到矿浆，矿浆进入渣浆泵池，同时，在泵池的入口补加一定量的贵液，泵池内的矿浆通过渣浆泵以一定的压力和浓度输送到水力旋流器中，矿浆在旋流器的作用下进行分级，粒度符合要求的细粒级矿浆从溢流口进入二段磨矿回路，粒度不符合要求的粗粒级矿浆由旋流器的沉砂口回流至一段磨矿回路中的球磨机，重新进行研磨。

为了实现对上述研磨过程的自动控制，根据监测数据随时调整给水量、给矿量、加球量等，使磨矿系统始终在理想的状态下运行，提高生产率，降低运行成本，为企业增效，本发明提供了以下可选的实施方式。

如图1所示，为本发明给矿控制系统的实施例提供的结构框架示意图，该系统包括：球磨机1、旋流器2、渣浆泵3、给矿控制子系统4、给水控制子系统5、矿浆粒度控制子系统6和加球控制子系统7，还包括必要的连接管路电力控制线路等。

给矿控制子系统4用于控制输入到球磨机1的矿石的给矿量，给矿控制子系统4可以包括给矿机、控制系统等，给矿机通过传送带将原矿石通过传送带输送到球磨机1的入口，进入球磨机1，应理解，本领域技术人员也可以改进为通过其他机械传动装置将原矿石送入球磨机1，控制系统可以包括电子皮带秤、控制芯片和变频器等，电子皮带秤用于检测传送带上的原矿石重量，控制芯片用于根据原矿石重量及计算机的控制，通过变频器控制传送带的速度，进而控制给矿量。

应理解，本领域技术人员还可以通过其他方式实现给矿控制子系统4，控制输入到球磨机1的矿石的给矿量，例如，还可以通过机械臂向球磨机1内输送原矿石，工人通过计算机控制机械臂，控制机械臂抓取原矿石的多少及抓取次数，控制给矿量。

给水控制子系统5用于控制输入到球磨机1的水的给水量，给水控制子系统5可以包括：流量计、控制系统、电磁阀等，流量计和电磁阀可以设置在球磨机1的加水口处，流量计可以监控加入到球磨机1中的水量，控制系统可以包括控制芯片等，可以根据水量控制电磁阀的开度，实现对输入到球磨机1的水的给水量的控制。

优选地，给水控制子系统5还可以包括设置在球磨机1出口处的浓度计，原矿石和水经过研磨后，编程矿浆，可以通过浓度计检测矿浆的浓度，控制系统自动根据矿浆的浓度控制电磁阀，调整给水量。本领域技术人员可以根据实际情况设置矿浆的浓度与给水量之间的关系，还可以根据给矿控制子系统4的给矿量结合判断给水量，对电磁阀进行自动控制。

应理解，本领域技术人员还可以通过其他方式实现给水控制子系统5，控制输入到球磨机1的水的给水量，例如，可以通过检测给矿控制子系统4的给矿量，根据给矿量确定相应的给水量，然后通过设置在球磨机1给水口处的电磁阀控制给水量。本领域技术人员可以根据实际需求设置给矿量与给水量之间的关系，以保证最佳的配比。

球磨机1用于混合矿石和水并进行研磨，得到矿浆。

应理解，球磨机1内有很多小钢球，球磨机1通过搅动小钢球，实现对矿石和水的研磨。

矿浆粒度控制子系统6用于控制矿浆的粒度，矿浆粒度控制子系统6可以包括：粒度分析仪和控制系统，粒度分析仪可以用于分析液体的粒度，通过将管脚接入到球磨机1的出口管路中，获取矿浆，可以分析出矿浆的粒度，控制系统可以包括控制芯片等，可以根据矿浆的粒度控制泵池的补加水阀门的开度和渣浆泵3的变频，使旋流器2溢流矿浆粒度稳定在工艺所要求的范围内。

应理解，本领域技术人员还可以通过其他方式实现矿浆粒度控制子系统6，控制矿浆的粒度，例如，可以通过设置在泵池中的浓度计、压力计和液位计实时检测旋流器2给矿浓度、给矿压力和泵池液位，利用粒度软测量方法获得当前旋流器2溢流矿浆粒度值，然后根据矿浆的粒度值控制泵池的补加水阀门的开度和渣浆泵3的变频，使旋流器2溢流矿浆粒度稳定在工艺所要求的范围内。

需要说明的是，软测量方法是把自动控制理论与生产工艺过程知识有机结合起来，应用计算机技术，针对一些难以测量或暂时不能测量的重要变量(即主导变量)，选择另外一些与主导变量密切相关的容易测量的变量(即辅助变量)，通过构造某种数学关系来对主导变量进行推断和估计，以软件来代替硬件传感器的测量功能。

具体地，首先，根据磨矿工艺机理确定有关变量，例如，主导变量可以为水力旋流器2溢流矿浆粒度，辅助变量可以为旋流器2给矿流量、给矿浓度和溢流浓度；然后，大量收集主导变量对应时间上的辅助变量的相关过程数据。把过程数据随机分为建模数据和检验数据部分，对于建模数据采用模糊神经网络建模方法确定模型结构和参数，再利用检验数据校验模型；最后，通过人工离线粒度分析数据和磨矿过程综合指标对模型进行评价及优化，根据评价结果是否满足工艺要求，分析原因，判断模型选择、变量选择及该时间段内的工况数据处理是否存在不合理，对不满足工艺要求的子系统进行动态调整。

加球控制子系统7用于获取球磨机1的振动信号，根据振动信号控制球磨机1内钢球的加球量。

应理解，球磨机1内的钢球是否充足，可以通过球磨机1的振动情况反映。加球控制子系统7可以包括：加球装置、控制系统、振动传感器等，控制系统可以包括控制芯片和处理芯片等，通过振动传感器对球磨机1的振动情况进行检测，可以根据实际需求设置振动传感器的位置，例如，可以设置在球磨机1的筒体内，或者轴承上，通过处理器对采集到的振动信号进行处理，判断出当前球磨机1是钢球足量或钢球不足，当判断的结果是钢球不足时，通过控制芯片控制加球装置进行加球。本领域技术人员可以根据实际需求设置球磨机1的振动信号与加球数量之间的对应关系。

应理解，本领域技术人员还可以通过其他方式实现加球控制子系统7，控制球磨机1内钢球的加球量，例如，加球装置可以为机械臂，通过机械臂抓取钢球，通过球磨机1的加球口放入球磨机1，又例如，还可以通过管道将加球装置和球磨机1的假球口连通，通过设置在加球口处的电磁阀控制加球量。

需要说明的是，以上给矿控制系统，对于磨矿系统包括多段磨矿回路时，仍然可以实用，可以分别地对多段磨矿回路进行分别控制。

本实施例提供的给矿控制系统，通过给矿控制子系统4对给矿量进行控制，通过给水控制子系统5对给水量进行控制，通过矿浆粒度控制子系统6对矿浆的粒度进行控制，通过加球控制子系统7对加球量进行控制，实现了对球磨机1的物料、负荷等的便捷、合理、全面控制，使球磨机1始终工作在合理的运行状态下，在稳定分级溢流粒度合格率的前提下提高磨机处理量，在稳定给矿量的前提下，提高分级溢流粒度合格率，提高了生产效率。

通过调节给矿量来克服给矿粒度和硬度变化的影响，以保证磨矿的运行稳定和提高矿石处理能力；根据给矿量来调节球磨机1入口水量，以保持稳定的磨矿浓度从而提高磨机效率；监测磨机工作功率、振动强度和给矿量，计算出可维持最佳磨矿功率的适宜加球量，实时调节球耗来优化磨矿过程控制；通过调节泵池补加水量来控制旋流器2给矿浓度，保持旋流器2稳定工作，为旋流器2溢流矿浆粒度控制提供有利条件；通过调节渣浆泵3转速，以保持泵池液位稳定，并控制旋流器2给矿压力，优化了旋流器2分级过程以获得所需的粒度值。

可选地，在一些实施例中，给矿控制子系统4包括：电子皮带秤、第一控制器、第一变频器和给矿机，其中：

电子皮带秤用于检测给矿机向球磨机1输送的矿石的质量，第一控制器用于根据质量向第一变频器发出第一控制指令，第一变频器用于根据第一控制指令控制矿机的电机的转速，通过控制电机的转速控制输入到球磨机1的矿石的给矿量。

需要说明的是，电子皮带秤是用于输送系统中对散状物料进行连续计量的理想设备，具有结构简单、计量精确、操作方便、维护量小、便于系统管理等优点。称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带机上的物料重量，通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号。速度传感器装在摩擦轮测速器内，直接放置于皮带上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。皮带秤智能控制器从称重传感器和速度传感器接收信号，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值。第一控制器可提供4～20ma等多种信号类型给计算机系统，在系统上即可完成给料设定及物料瞬时、累积量的查询。

可选地，在一些实施例中，给水控制子系统5包括：流量计、第二控制器和第一电控阀，流量计和第一电控阀均设置在球磨机1的入水口处，其中：

流量计用于检测输入到球磨机1的水的给水量，第二控制器用于根据给矿量和给水量向第一电控阀发出第二控制指令，第一电控阀用于根据第二控制指令控制第一电控阀的开度，通过控制第一电控阀的开度控制输入到球磨机1的水的给水量。

需要说明的是，流量计是一种电磁感应式流量仪表，它由传感器和智能信号转换器组成。它能测量各类导电液体的体积流量，精度高、稳定性好，不受被测液体温度、压力、密度、粘度和导电率变化的影响。传感器结构简单，无节流装置，不堵塞管道不产生压力损失，只要保证测量管内充满液体和没气泡即可。信号输出类型有4～20ma、0～1khz、rs485等，实时输出给计算机系统以显示当前流量。

可选地，在一些实施例中，矿浆粒度控制子系统6包括：浓度计、压力计、液位计、第三控制器、第二电控阀和第二变频器，浓度计和压力机设置在渣浆泵3的出口管路，液位计设置在泵池内，其中：

浓度计用于检测矿浆的浓度，压力计用于检测矿浆的压力，液位计用于检测泵池内矿浆的液位，第三控制用于根据浓度、压力、液位和预设的粒度检测模型计算得到矿浆的粒度值，并根据粒度值向第二电控阀和第二变频器发出第三控制指令，第二电控阀用于根据第三控制指令控制泵池的补水阀门的开度，通过控制泵池的补水阀门的开度控制矿浆的粒度，第二变频器用于根据第三控制指令控制渣浆泵3的转速，通过控制渣浆泵3的转速控制矿浆的粒度。

应理解，泵池液位高低对渣浆泵3工作有较大的影响，泵池液位过高会造成浆液溢出。渣浆泵3的运行速度直接影响旋流器2的给矿量和旋流器2的分级效果。泵池液位控制不仅有利于磨矿分级效率，而且也为后续作业创造有利条件。

需要说明的是，浓度计用于检测矿浆浓度，并以4～20ma信号输出给主控计算机系统，系统将与内部的设定数据进行对比，按照设定的浓度值给出4～20ma信号。

优选地，当液位上升时，第三控制器还用于通过矿浆流量给定值和流量实测值比较，其偏差经过第三控制器输出控制量，调节变频器，提高渣浆泵3转速，使旋流器2的给矿量增加，以保持泵池液位的相对高度。

可选地，在一些实施例中，矿浆粒度控制子系统6还包括：粒度分析仪和第一处理器，其中：

粒度分析仪用于获取经旋流器2分级后的溢流矿浆，对溢流矿浆进行检测，得到溢流矿浆粒度，第一处理器用于将溢流矿浆粒度作为主导变量，将浓度、压力和液位作为辅助变量，采用模糊神经网络建模方法进行建模，得到粒度检测模型。

可选地，在一些实施例中，加球控制子系统7包括：振动传感器组、第二处理器，第四控制器和自动加球装置，其中：

振动传感器组用于采集球磨机1运行时的振动信号，第二处理器用于对振动信号进行处理，得到球磨机1的负荷与振动能量之间的关系，第四控制器用于根据关系计算球磨机1在当前负荷状态下钢球的加球量，并根据钢球数量向自动加球装置发出第四控制指令，自动加球装置用于根据第四控制指令向球磨机1内加球。

可选地，在一些实施例中，第二处理器具体用于对振动信号进行频谱分析，建立球磨机1的负荷振动模型，根据负荷振动模型得到不同负荷状态对应的频谱分布，得到球磨机1的负荷与振动幅值与振动频谱之间的关系。

可选地，在一些实施例中，振动传感器组具体用于采集球磨机1的筒体的振动信号和轴承的振动信号。

应理解，可以通过筒体振动法对筒体的振动信号进行处理，通过轴承振动法对轴承的振动信号进行处理。

具体地，筒体振动法指的是直接采集球磨机1筒体的振动信号判断磨机负荷。例如，可以采用双阵列加速度振动传感器采集球磨机1筒体振动信号，经快速傅里叶变换处理，变换为频谱信号后，以射频方式传输，以不同时刻的频谱信号和其他关键参数建立神经网络软测量模型，根据软测量模型预测筒体内的料位。

对于轴承振动法，较为常见的控制策略有以轴承振动信号融合球磨机1功率和球磨机1出口温度等信号的自寻优采样控制，还可以在轴承振动单回路控制系统的基础上加入差压补偿器，将振动信号和差压信号相结合，在压差控制的基础上辅以振动信号控制进行校正，提高检测精度。

通过对球磨机1进行功率谱分析，基于此建立磨机负荷的振动模型，并根据振动模型测出球磨机1在不同运行状态下频谱的分布，找出磨机负荷与振动幅值、振动频谱之间的关系，为磨机负荷的软测量提供了理论依据，并通过系统工程的观点分析了球磨机1运行过程稳定、失稳和漂移等状态特性，找出了磨机负荷与其影响因素间的内在联系，建立了反映球磨机1处理能力、填充率、能耗、产品粒度、球料比和振动等个系统输出和状态特性的数学模型组，实现了自动准确的智能加球，具有加球量合理、效率高的优点。

可选地，在一些实施例中，第二处理器还用于通过遗传算法-偏最小二乘法对筒体的振动信号的频谱进行特征变量选择，并将选择的特征谱变量与时域内的球磨机1的电流信号进行融合，根据融合数据对负荷振动模型进行优化。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

在本发明的其他实施例中，还提供一种给矿控制方法，使用如上述实施例中任一项的给矿控制系统对球磨机的给矿量、给水量、加球量和矿浆的粒度进行控制。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。