一种浮选槽液位自动控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于液位自动化控制技术领域，具体涉及一种浮选槽液位自动控制装置及 方法。
【背景技术】
[0002] 通常浮选液位控制系统采用传统的PID控制，传统的PID控制本质上属于线性控 制，因此对于一些非线性很强的对象来说，控制效果具有先天的不足。浮选液位控制系统具 有多变量、纯滞后、时变不确定的特点，液位影响因素多(给矿量、充气量和加药量等），采用 常规的PID控制，其效果不理想，系统响应的调节时间较长，造成液位波动大，液位调节不稳 定，气动调节阀调整范围大，在〇-100%之间变化，容易造成气动调节阀严重损坏，使得设备 成本费用高，影响矿浆和药剂反应时间，对提高金属回收率和浮选精矿品位影响很大。
[0003] 目前国内浮选过程控制得到了较快的发展，但还存在一些问题： 1)自动化相关仪表还没有突破性的进展，一些与矿浆相关的检测仪表仍然存在可靠性 能差、测量精度不高、使用寿命短等问题，这些都是影响浮选过程控制应用水平的重要因 素。
[0004] 2)在浮选过程控制算法中，现在用的最多还是简单的PID控制。虽然现在浮选控制 领域结合了很多优化算法，例如模糊控制、神经网络、遗传算法以及专家系统等，但是这些 技术大都处于理论研究探讨阶段，实际应用在浮选过程控制中高性能控制算法还不多。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中浮选采用单一控制造成效果不理想、系统响 应的调节时间较长、液位波动大、液位调节不稳定、气动调节阀调整范围大、容易造成气动 调节阀严重损坏以及影响矿浆和药剂反应时间等的技术问题，提供一种浮选槽液位自动控 制装置。
[0006] 本发明的另一个目的是为了提供一种浮选槽液位自动控制方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:一种浮选槽液位自动控制装置，包 括液位控制装置以及设置在浮选槽上的矿浆液位测量装置和气动调节阀，所述液位控制装 置包括操作触摸屏以及与操作触摸屏相连的PLC模块，所述PLC模块包括集成处理器、电源 模块和I/O模块，所述集成处理器内设有Fuzzy-PID复合控制器，所述I/O模块分别与矿浆液 位测量装置和气动调节阀相连。
[0008] 进一步地，所述矿浆液位测量装置包括固定在浮选槽上的支架以及固定在支架上 的隔离筒，所述隔离筒的上方设有超声波液位计，所述隔离筒内设有浮球和反射盘，所述浮 球通过浮球连杆与反射盘相连，所述隔离筒顶部还设有冲洗水管。
[0009] 进一步地，所述操作触摸屏为威伦人机EB8000 LED操作触摸屏，所述操作触摸屏 上设有液位调节手、自动转换开关、气动调节阀反馈柱状图CV、PID参数、液位设定值SP、液 位反馈值PV、气动调节阀输出0UT、液位设定柱状图和液位反馈柱状图，所述操作触摸屏上 由液位调节手、自动转换开关选择手动、自动模式，手动模式下由气动调节阀输出OUT进行 气动调节阀开度设置，自动模式下设置液位设定值SP、PID参数实现液位自动调节，并显示 液位设定柱状图、液位反馈值PV、液位反馈柱状图和气动调节阀反馈柱状图CV。
[0010] 进一步地，所述集成处理器为西门子6ES7 314-6CG03-0AB0集成处理器。
[0011]进一步地，所述PLC模块位于液位控制仪表箱内，所述液位控制仪表箱内还设有DC 24V电源、端子排和供电空气开关。
[0012] 进一步地，所述气动调节阀包括气动执行机构、连杆和锥阀。
[0013] 进一步地，所述气动调节阀通过法兰和螺栓安装在钢板上，所述钢板固定在浮选 槽上。
[0014] -种浮选槽液位自动控制方法，该方法包括以下步骤： 步骤一、在操作触摸屏上由液位调节手、自动转换开关选择自动模式，对液位设定值 SP、PID参数进行设置； 步骤二、隔离筒内的浮球随着矿浆液面的上下波动上下动作并带动反射盘上下运动， 超声波液位计间接检测到矿浆液位高度变化并将矿浆液面高度通过I/O模块反馈到PLC模 块中； 步骤三、PLC模块计算液位反馈值PV与液位设定值SP之间的差Φ，即Φ =PV-SP; 步骤四、PLC模块中的Fuzzy-PID复合控制器依据Φ值大小选择液位控制方式： Φ | < 10mm，即液位反馈值PV与液位设定值SP相差小于10mm，液位波动相对较小，采用 PID控制调节； Φ | >10mm，即液位反馈值PV与液位设定值SP相差大于10mm，液位波动相对较大，采用 Fuzzy控制调节； 步骤五、PLC模块通过I/O模块输出控制气动执行机构，通过调整气动调节阀开关大小 来控制矿浆液位高低，同时PLC模块将矿浆液面高度反馈到操作触摸屏进行人工监视； 步骤六、完成调节后矿浆液位测量装置重新检测矿浆液位高低，继续通过Fuzzy-PID复 合控制器调节控制，形成闭环控制。
[0015] 本发明相对现有技术具有以下有益效果:本发明的浮选槽液位自动控制装置主要 包括液位控制装置、矿浆液位测量装置和气动调节阀，通过矿浆液位测量装置检测矿浆的 液位高低并将矿浆的液位高度反馈至液位控制装置，液位控制装置计算液位反馈值PV与液 位设定值SP之间的差，并依据差值大小选择液位控制方式调整气动调节阀开关大小来控制 矿浆液位高低。本发明的液位控制装置将Fuzzy控制与PID控制结合起来，采用Fuzzy-PID复 合控制器对浮选槽液位进行自动控制，当液位偏差较大时采用Fuzzy控制，响应速度快、动 态性能好；当液位偏差较小时采用PID控制，静态性能好、控制精度高，满足系统控制精度。 本发明采用Fuzzy-PID复合控制方法，既能发挥Fuzzy控制与PID控制两者的优点，又能克服 两者的不足，加快了调节速度，消除了稳态误差和过大的超调量，能达到较高的控制精度， 实践证明本发明控制效果好，控制精度在±5mm以内，系统响应的调节时间短，液位调节稳 定，气动调节阀调整范围较小，不会对气动调节阀造成严重损坏，稳定矿浆和药剂的反应时 间，满足整个浮选槽液位控制的稳定调节，提高了金属回收率和浮选精矿品位。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的结构示意图； 图2为本发明操作触摸屏的结构示意图； 图3为本发明液位控制仪表箱的布置示意图； 图4为本发明浮选槽液位自动控制的流程示意图； 图5为本发明Fuzzy-PID复合控制示意图； 图6为本发明PID控制原理图； 图7为本发明Fuzzy控制原理图。
[0017] 本发明附图标记含义如下：1、超声波液位计;2、反射盘;3、浮球连杆;4、浮球;5、冲 洗水管;6、支架;7、隔离筒;8、操作触摸屏;9、集成处理器;10、电源模块;11、气动执行机构； 12、连杆；13、锥阀；14、DC 24V电源；15、供电空气开关；16、端子排；17、液位控制装置；18、矿 浆液位测量装置;19、气动调节阀；20、气动调节阀反馈柱状图CV; 21、PID参数;22、液位设定 值SP; 23、液位反馈值PV; 24、气动调节阀输出OUT; 25、液位调节手、自动转换开关;26、液位 设定柱状图；27、液位反馈柱状图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0019] 如图1-3所示，一种浮选槽液位自动控制装置，包括液位控制装置17以及设置在浮 选槽上的矿衆液位测量装置18和气动调节阀19，气动调节阀19包括气动执行机构11、连杆 12和锥阀13，气动执行机构11的型号为ZSLFA-D2-6BS，为直行式长行程执行机构，总长度为 1450_，气动调节阀19以压缩空气为动力源，接收标准电流控制信号(4-20mA)以一定的力 将锥阀13拉动到所需要的开度位置上，气动调节阀19通过法兰和4个M16的螺栓安装在钢 板上，钢板固定在浮选槽上，气动调节阀19气动供气压力：550KPa，基本误差:3% F · S，其具 有气动执行机构11特有的运行平稳、无超调、无扰动的高品质的调节性能;特别适合调节频 繁的场合，因它不须制动，运动惯性小，频率响应高;结构紧凑，出力大、速度快、精度高、灵 敏度好。液位控制装置17包括操作触摸屏8以及与操作触摸屏8相连的PLC模块，操作触摸屏 8为威伦人机EB8000 LED操作触摸屏，操作触摸屏8上设有液位调节手、自动转换开关25、气 动调节阀反馈柱状图CV 20、PID参数21、液位设定值SP 22、液位反馈值PV 23、气动调节阀 输出OUT 24、液位设定柱状图26和液位反馈柱状图27，操作触摸屏8上由液位调节手、自动 转换开关25选择手动模式I、自动模式Π ，手动模式I下由气动调节阀输出OUT 24进行气动 调节阀19开度设置，自动模式Π 下设置液位设定值SP 22、PID参数21实现液位自动调节，并 显示液位设定柱状图26、液位反馈值PV 23、液位反馈柱状图27和气动调节阀反馈柱状图CV 20 WLC模块包括集成处理器9、电源模块10和I/O模块，集成处理器9为西门子6ES7 314-6CG03-0AB0集成处理器