专利名称：一种浮选槽液位自动控制装置及其补偿控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种选矿生产过程中液位控制装置和方法，尤其涉及的是一种浮选槽液位自动控制装置及其补偿控制方法。
背景技术：
浮选过程是冶金行业选矿生产过程中的关键流程，该过程是磨矿分级过程的继续，其目的是按照矿物表面亲水疏水性质的差异，将有用矿物和脉石进行有效的分离。浮选槽液位是浮选过程中最重要的被控参数之一，直接影响到精矿品质和回收率等浮选指标。 以正浮选工艺为例，如果液位过高，浮选作业刮出的泡沫多，精矿产率较高，但由于刮出泡沫中含脉石成分，导致精矿品质降低；相反如果液位过低，刮出泡沫较少，精矿品质提高，但同时会导致有用矿物的流失，精矿产率降低，因此，浮选槽液位需要严格控制。浮选过程的生产环境恶劣，工艺过程相对复杂，传统的浮选过程各槽液位控制由现场操作工人采用触、听、看等方法，自动化水平低，生产效率低，工艺指标波动大。随着控制理论的发展，基于分散单输入/输出的自动控制方法在浮选过程中得到广泛应用，从一定程度上提高了浮选过程的自动化水平。应该指出目前这些控制器没有针对扰动进行有效地补偿，而浮选槽液位的控制性能恰恰受到各种扰动的严重影响，如上游矿浆流量的波动， 中矿反流矿浆流量的波动及各工艺流程之间的耦合作用，这些因素使得现有的控制算法难以在实际的浮选过程液位控制系统中取得好的效果。
发明内容
发明目的本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种浮选槽液位自动控制装置及其补偿控制方法，对浮选槽液位进行自动调节，提高浮选过程精矿品质，稳定精矿产率。技术方案本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括浮选槽、液位计、闸门驱动器、模拟量输入模块、CPU模块和模拟量输出模块；其中模拟量输入模块和CPU模块相连，CPU模块和模拟量输出模块相连，闸门驱动器和模拟量输出模块相连，液位计和模拟量输入模块相连，液位计和间门驱动器分别设于浮选槽上。所述自动控制装置还包括监控计算机，监控计算机和CPU模块相连，以实现实时监控。所述液位计是超声波液位计，利用超声波进行液位检测。一种浮选槽液位自动控制装置的补偿控制方法，包括以下步骤，(1)设置工作参数，包括浮选槽的设定液位和采样周期；(2)采集工作时的实际值，包括浮选槽的实际液位和闸门的实际开度；(3)比较步骤(1)和步骤O)中的设定液位和实际液位，得出浮选槽的液位偏差值；(4)利用浮选槽的液位偏差值对浮选槽的液位预测值进行校正；
(5)对校正后的浮选槽的液位预测值进行移位以设置当前时刻的浮选槽的预测液位初值；(6)根据浮选槽的预测液位初值和步骤(1)设置的工作参数，得出浮选槽的闸门开度的基值；(7)根据浮选槽的实际液位和闸门的实际开度，得出液位回路的扰动估计值；(8)将浮选槽闸门开度的基值减去对应液位回路的扰动估计值，得出浮选槽闸门开度值；(9)利用浮选槽闸门开度值控制相应的闸门驱动器，以控制实际浮选槽的液位；(10)利用浮选槽的闸门开度的基值得出对应浮选槽的液位预测值，然后返回步骤 ⑵。有益效果本发明采用基于扰动观测器的扰动软测量估计补偿及基于模型预测控制的反馈控制两大关键技术，提高了浮选各流程液位控制系统对过程中存在的上游矿浆流量波动，中矿反流矿浆流量波动及各流程之间耦合等扰动的抑制性能，改善了系统的控制性能，满足了浮选工艺对选别槽液位严格控制的需求，提高了浮选过程的精矿品质，稳定了精矿产率；以可编程逻辑控制器为核心控制器，增强了控制系统的可靠性，扩展了控制系统的应用范围；采用监控计算机进行实时监控，可在线修改可编程逻辑控制器的工作参数和指标参数，提高了控制系统的灵活性。
图1是本发明浮选过程的工艺流程图；图2是本发明浮选槽液位自动控制装置的结构框图；图3是本发明模拟量输入模块的结构示意图；图4是本发明模拟量输出模块的结构示意图；图5是本发明补偿控制方法的流程图；图6是本发明浮选槽液位扰动软测量补偿及控制原理图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例的浮选过程采用浮选泡沫为精矿，底流为尾矿的正浮选工艺，共有粗选、第一精选、第二精选、粗扫选和精扫选这五项选别作业。在矿浆搅拌池1中加入浮选药剂对上游磨矿矿浆进行预处理，以创造合适的浮选条件。预处理后的矿浆经溢流口进入粗选槽2进行粗选作业，粗选泡沫经泡沫管道进入第一精选槽3进行一次精选，粗选槽2的底流矿浆进入粗扫选槽4进行扫选作业；第一精选槽3的泡沫进入第二精选槽5进行第二次精选，第一精选槽3的底流矿浆进入精扫选槽6 ；第二精选槽5的泡沫成为最终精矿进入精矿浓缩大井，第二精选槽5的底流矿浆返回到第一精选槽3 ；粗扫选槽4作业的泡沫返回到粗选槽2作业，精扫选槽6作业的泡沫返回到第一精选槽3 ；粗扫选槽4和精扫选槽6底流矿浆混合成最终尾矿送入尾矿浓缩大井。
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如图2所示，本实施例包括第一精选槽3、第二精选槽5、粗选槽2、粗扫选槽4、精扫选槽6、第一超声波液位计7、第二超声波液位计8、第三超声波液位计9、第四超声波液位计10、第五超声波液位计11、第一闸门驱动器12、第二闸门驱动器13、第三闸门驱动器14、 第四间门驱动器15、第五间门驱动器16、监控计算机17和可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器包括CPU模块18、模拟量输出模块19和模拟量输入模块20 ；其中模拟量输入模块20的输出端和CPU模块18相连，CPU模块18和模拟量输出模块19的输入端相连，监控计算机17和CPU模块18相连，第一间门驱动器12、第二间门驱动器13、第三间门驱动器 14、第四闸门驱动器15和第五闸门驱动器16分别与模拟量输出模块19的输出端相连，第一超声波液位计7、第二超声波液位计8、第三超声波液位计9、第四超声波液位计10和第五超声波液位计11分别与模拟量输入模块20的输入端相连，第一超声波液位计7和第一闸门驱动器12分别设于第一精选槽3上，第二超声波液位计8和第二间门驱动器13分别设于第二精选槽5上，第三超声波液位计9和第三间门驱动器14分别设于粗选槽2上，第四超声波液位计10和第四间门驱动器15分别设于粗扫选槽4上，第五超声波液位计11和第五闸门驱动器16分别设于精扫选槽6上，各个浮选槽上超声波液位计分别安装在各个浮选槽的上方以检测浮选槽的实际液位，并将其调理成标准检测电流信号G 20mA)传输至模拟量输入模块20，供CPU模块18处理，各个间门驱动器分别安装在各个浮选槽的出口管道电动闸门旁，其输入端接模拟量输出模块19的输出端，用于控制各个浮选槽的液位。如图3所示，本实施例的模拟量输入模块20中2号和3号通道连接到第一超声波液位计7，4号和5号通道连接到第二超声波液位计8，6号和7号通道连接到第三超声波液位计9，8号和9号通道连接到第四超声波液位计10，12号和13号通道连接到第五超声波液位计11;其余为预留通道。如图4所示，本实施例的模拟量输出模块19中3号和6号通道连接到第一闸门驱动器12，7号和10号通道连接到第二闸门驱动器13，11号和14号通道连接到第三闸门驱动器14，15号和18号通道连接到第四闸门驱动器15，23号和沈号通道连接到第五闸门驱动器16，其余为预留通道。CPU模块18与模拟量输入模块20、模拟量输出模块19通过背板总线连接。如图5所示，一种浮选槽液位自动控制装置的补偿控制方法，包括以下步骤(1)设置工作参数，包括各个浮选槽的设定液位、模型预测控制算法预测时域、控制时域、阶跃模型系数、采样周期、误差加权阵和控制量加权阵，扰动软测量算法的滤波器系数等；(2)采集工作时的实际值，包括各个浮选槽的实际液位和闸门的实际开度；(3)比较步骤⑴和步骤(2)中的设定液位和实际液位，得出各个浮选槽的液位偏
差值；(4)利用各个浮选槽的液位偏差值分别对各个浮选槽的液位预测值进行校正；(5)对校正后的各个浮选槽的液位预测值进行移位以设置当前时刻的各个浮选槽的预测液位初值；(6)根据各个浮选槽的预测液位初值和步骤(1)设置的工作参数，得出各个浮选槽的闸门开度的基值；(7)根据各个浮选槽的实际液位和闸门的实际开度，得出各个液位回路的扰动估计值；(8)将各个浮选槽间门开度的基值减去对应液位回路的扰动估计值，得出各个浮选槽闸门开度值；(9)利用各个浮选槽闸门开度值控制相应的闸门驱动器，以控制实际浮选槽的液位；(10)利用各个浮选槽的闸门开度的基值得出对应浮选槽的液位预测值，然后返回步骤(2)。如图6所示，以精扫选槽6的液位扰动软测量补偿及控制为例阐述算法机理，具体各槽的液位控制可参考该图。由本图可知，精扫选槽6的液位受到外部扰动、模型不确定性、各槽及前续工艺耦合的影响，液位值通过第五超声波液位计11测得，CPU模块18通过第五闸门驱动器16调节精扫选槽6上的电动闸门的开度来控制精扫选槽6的液位。算法部分包括两个模块模型预测控制器模块和扰动软测量模块，模型预测控制器模块通过测得的实际液位及液位设定值计算间门开度基值，扰动软测量模块根据测得的实际液位值和闸门开度值估计出该液位系统中的扰动值。将上述计算所得的闸门开度基值减去软测量得到的扰动估计值得到最终的闸门开度控制值。
权利要求
1.一种浮选槽液位自动控制装置，其特征在于，包括浮选槽、液位计、间门驱动器、模拟量输入模块00)、CPU模块(18)和模拟量输出模块(19)；其中模拟量输入模块00)和 CPU模块(18)相连，CPU模块(18)和模拟量输出模块(19)相连，闸门驱动器和模拟量输出模块(19)相连，液位计和模拟量输入模块OO)相连，液位计和间门驱动器分别设于浮选槽上。
2.根据权利要求1所述的浮选槽液位自动控制装置，其特征在于所述液位计是超声波液位计。
3.根据权利要求1所述的浮选槽液位自动控制装置，其特征在于所述自动控制装置还包括监控计算机，所述监控计算机和CPU模块(18)相连。
4.根据权利要求1所述的浮选槽液位自动控制装置的补偿控制方法，其特征在于包括以下步骤，(1)设置工作参数，包括浮选槽的设定液位和采样周期；(2)采集工作时的实际值，包括浮选槽的实际液位和闸门的实际开度；(3)比较步骤⑴和步骤(2)中的设定液位和实际液位，得出浮选槽的液位偏差值；(4)利用浮选槽的液位偏差值对浮选槽的液位预测值进行校正；(5)对校正后的浮选槽的液位预测值进行移位以设置当前时刻的浮选槽的预测液位初值；(6)根据浮选槽的预测液位初值和步骤(1)设置的工作参数，得出浮选槽的闸门开度的基值；(7)根据浮选槽的实际液位和闸门的实际开度，得出液位回路的扰动估计值；(8)将浮选槽间门开度的基值减去对应液位回路的扰动估计值，得出浮选槽间门开度值；(9)利用浮选槽闸门开度值控制相应的闸门驱动器，以控制实际浮选槽的液位；(10)利用浮选槽的闸门开度的基值得出对应浮选槽的液位预测值，然后返回步骤⑵。
全文摘要
本发明公开了一种浮选槽液位自动控制装置及其补偿控制方法，包括浮选槽、液位计、闸门驱动器、模拟量输入模块、CPU模块和模拟量输出模块；模拟量输入模块和CPU模块相连，CPU模块和模拟量输出模块相连，闸门驱动器和模拟量输出模块相连，液位计和模拟量输入模块相连，液位计和闸门驱动器分别设于浮选槽上。本发明采用基于扰动观测器的扰动软测量估计补偿及基于模型预测控制的反馈控制两大关键技术，提高了浮选各流程液位控制系统对过程中存在的上游矿浆流量波动，中矿反流矿浆流量波动及各流程之间耦合等扰动的抑制性能，改善了系统的控制性能，满足了浮选工艺对选别槽液位严格控制的需求，提高了浮选过程的精矿品质，稳定了精矿产率。
文档编号G05D9/12GK102176170SQ201110007369
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者李世华, 李奇, 杨俊 , 郭聪, 陈夕松 申请人:东南大学