探析模糊智能控制在磨礦控制系統中的應用

王鵬飛

摘 要：該文介紹了磨礦工藝以及模糊智能控制理論，分析了磨礦工藝的主要特點，最后以磨礦控制系統中磨機給礦量控制子系統為例，較詳細的說明了模糊控制系統如何應用于磨礦控制系統，從而進一步證明模糊智能控制系統的巨大潛力。

關鍵詞：模糊控制 磨礦控制系統 應用

中圖分類號：TD923 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0098-01

隨著科技的飛速進步，“數字化”、“智能化”等高新技術已經大量的應用于工程實際生產中。自動化生產及檢測技術的發展和應用，深刻地影響和改變著傳統的礦山產業。選礦的工藝流程含有多個環節，這些環節間關系密切，而磨礦作業是整個流程中起著承上啟下作用的最關鍵一步。磨礦過程是一個復雜的物理化學過程，受眾多因素影響，且其中許多因素相互作用、相互制約，使得磨礦過程控制的難度較大。因此，若能借助模糊數學理論，實現磨礦效果的提高，對磨礦工藝技術水平的提高有重大意義。

1 磨礦工藝簡介及其特點

1.1 磨礦工藝

磨礦是礦石選別前的最后加工，利用介質和礦石間的沖擊和磨剝，將礦石處理成滿足要求的小顆粒。磨礦的目的是讓組成礦石的有用礦物與脈石礦物達到最大限度的分離，以提供粒度上符合下一選礦工序要求的物料，但要避免過磨現象發生。后續工藝所能達到的經濟效益很大程度上取決于磨礦作業的產品質量。因此，磨礦是選礦廠中一個極重要的作業。磨礦過程最關鍵的指標是磨礦粒度的控制，有用礦物的回收率一般會隨著磨礦細度的減小而增加，適當減小磨礦細度可有效提高有用礦物的回收率以及產量。礦石通常需磨細至0.1～0.3 mm，甚至更低。從控制角度看保持磨機給礦量的穩定，即使其在小范圍內波動，對穩定產品質量都十分重要。

1.2 磨礦工藝特點

磨礦作業是一個影響較多因素的復雜系統，變量多而頻繁，加之系統上下料不均、掛料、堵塞等干擾，常常會造成磨礦系統控制失靈。使得現場人員不得不采用降低磨礦速度的方法以求得系統工況正常，但這大大降低了磨礦效率。對選礦廠來說磨礦工藝是全工藝成本最高、耗能最多的環節（約占選礦廠的30%～40%左右）。磨礦設備投資在建設投資中占有很大的比重。因此，有效改善磨礦作業，提高磨礦作業效率，對選礦廠具有重大意義。

2 模糊智能控制

復雜的被控對象，往往會表現出高度的非線性，不確定性，突變性，使其不易建立精確數學模型。對于這種情況，經典控制和現代控制理論等無法達到期望的性能指標。但是，在實際生產操作中，有經驗的工人可以憑借自己豐富的工作經驗來控制這種復雜的變換過程，比如手摸、眼看，然后依靠經驗做出相應調整使系統恢復正常工作狀態。所謂模糊智能控制，就是模仿人類大腦的思維對控制器進行設計，使其具有判斷和處理模糊現象的能力，從而實現對復雜系統的控制。

模糊智能控制可以利用專家控制處理經驗，將與工作過程相關的人類經驗和知識轉化為控制器的操作，以此來處理分析解決現實生產中的問題。同時，這種系統還具有穩定性好﹑適應性強﹑控制性能高等特點，因此被廣泛的應用于診斷故障，控制工業過程等領域，成效顯著。對于磨機磨礦這種變量多﹑干擾強﹑非線性強﹑滯后時間長﹑參數隨時間而不斷變化的過程而言，要提高磨礦作業效果，必須對磨機負荷和給礦性質等因素進行綜合分析判斷，依靠模糊數學理論實現作業自動化控制，對磨機給礦、磨礦濃度、分級溢流濃度和粒度進行優化控制，使磨礦作業一直在最優的狀態下穩定運行。

3 模糊智能控制的應用實例

根據現場操作人員的經驗和磨礦運行過程的特點，可將磨礦系統劃分為多個串聯運行的子系統。每個子系統都承擔著相應的任務，有自己的控制要點和調節目標。磨礦系統的子系統包含三部分：磨機給礦量控制子系統，磨機濃度控制子系統，旋流器溢流粒度控制子系統。下面，就以磨機給礦量子系統為例，詳細說明模糊智能控制系統在磨機控制系統中應用。

3.1 基于模糊控制的磨機給礦量子系統

選礦廠若想實現生產目標，必須提高磨機處理量，保證磨礦機高效穩定的連續工作，關鍵在于保持磨機裝載量處于最佳工況和磨機給礦量的連續均勻。

1）磨機最佳裝載量的模糊判斷

由工程經驗可知，電流法檢測磨機裝載量是一種有效成熟的方法。其原理是利用電流變送器，通過檢測磨機電流來反應磨機裝載量。電流變化過程近似于一條向下開口的拋物線。一般情況下，磨機電流變送器輸出信號與機內負荷成正比，即與裝載量成正比。開始時，球磨機電機電流隨著載量增加明顯上升，但達到某一極值后，隨著裝載量的增加，電流變送器輸出信號反而降低。此極值可被認為是球磨機裝載量的最佳控制點，應使裝載量盡量控制在極值點附近，其附近為磨機最佳工作區。

設球磨機在某時刻的工作點為（Mi，Ii），下一時刻為Mi+1，Ii+1。磨機電流特性曲線為I=f（Q）。（Mi—i時刻給礦量；Ii—i時刻球磨機電流值）

令K=（Ii-Ii+1）/（Mi+1-Mi）

可由K值來判斷球磨機運行狀況和最佳工作點。方法如下：

（1）當K

（2）當K=O時，磨機工作在極點附近，則可認為i+l時刻就是最佳工作點。記錄此時的給礦量為設定值。

（3）當K>O時，增加給礦量，電流增加，運行在上升段。

通過設計模糊控制器對給礦量設定值進行模糊優化即可選出最佳裝載量。

2）磨機給礦量的控制

給礦速度在磨礦系統中是一個重要的控制量。排礦產物中合格粒級數量會隨著給礦速度的提高而減小，排出的合格粒級數量卻增加，磨礦效率明顯提高。但是，若給礦速度超過了的某定額，會導致磨礦機發生超負荷，極大的降低了磨礦機的工作效率。因此，必須保證給礦量的續均勻。

以磨機裝載量為依據，結合前次給礦量和當前返沙量的數據關系，根據經模糊計算得出的當前給礦量數據變可以此調節變頻調速器的輸出頻率，進而有效快速地調節給礦機的電機轉速，改變給礦量，從而實現給礦量的優化控制。

4 結語

磨礦工藝是整個選礦過程中至關重要的中心環節，其效果的好壞對選礦結果起著決定性影響，以此磨礦工藝的科技自動化具有重大意義。但是傳統的常規控制方法并不適用于這類過于復雜而難以建立數學模型的工業過程，而模糊智能化控制恰恰避開了這些，利用現有經驗知識，結合各種控制相互滲透組合，發揮了巨大作用，具有廣大的發展前景。

參考文獻

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[2] 張文修.模糊控制與系統[M].西安交通大學出版社，1998.

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