基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)在廣西某選礦廠的應(yīng)用

摘 要：根據(jù)廣西某選礦廠的生產(chǎn)工藝情況和要求，本文在分析磨礦分級(jí)原理和影響因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)給定值的算法及其控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。該方案已在廣西某選礦廠成功應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);極限學(xué)習(xí)機(jī);磨礦分級(jí);自動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29-A1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）25-0090-03

在選礦廠，磨礦的上一道工序是破碎，下一道工序是分選，磨礦的目的是既要將礦石中有價(jià)成分單體分離，又要避免過(guò)度研磨，同時(shí)要保證礦漿的粒度、濃度等符合選礦指標(biāo)。磨礦和分級(jí)是兩道密切相關(guān)的生產(chǎn)工序，分級(jí)工序要負(fù)責(zé)將不符合選礦粒度的返砂返回磨機(jī)重磨，也要把符合選礦要求的相應(yīng)粒級(jí)的礦漿及時(shí)分離出來(lái)，供給下一道生產(chǎn)工序。過(guò)磨和欠磨的有價(jià)成分不僅不能被下一道選礦工序篩選出來(lái)，造成有價(jià)礦物跑尾，而且會(huì)增加選礦藥劑消耗等生產(chǎn)成本。

1 磨礦分級(jí)工藝

廣西某選廠粉礦倉(cāng)底部安裝電磁振動(dòng)給礦機(jī)，礦石通過(guò)皮帶入磨礦機(jī)，使用球磨機(jī)與旋流器閉路磨礦分級(jí)，合格礦漿經(jīng)旋流器分級(jí)送入下一道工序浮選環(huán)節(jié)。影響磨礦處理能力及磨礦產(chǎn)品粒度的因素包括給礦量、礦石粒度及硬度、分級(jí)設(shè)備的返砂量、高頻細(xì)篩的給水量、磨礦濃度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速、介質(zhì)充填率、襯板狀況及磨礦介質(zhì)充填率等。這些因素的多變性及隨機(jī)性增加了磨機(jī)過(guò)程控制的難度。

2 磨礦分級(jí)控制方案

2.1 磨礦分級(jí)PID控制的優(yōu)缺點(diǎn)

無(wú)論是從算法還是軟硬件工具來(lái)說(shuō)，PID控制都具有成熟可靠、使用方便等顯著特點(diǎn)，是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的控制方法之一[1]。但是，對(duì)于一些多變量輸入輸出、非線性的控制對(duì)象，單純的PID控制很難滿(mǎn)足要求。

在磨礦分級(jí)控制過(guò)程中，核心控制指標(biāo)礦漿粒度和濃度受給礦量、給水量、返砂量、介質(zhì)充填率等眾多因素影響，是一個(gè)典型的多輸入、多輸出、非線性的復(fù)雜控制系統(tǒng)。PID控制只擅長(zhǎng)單輸入-單輸出控制調(diào)節(jié)[2]。在本文的研究中，即使通過(guò)人工調(diào)節(jié)PID參數(shù)，也很難取得理想的調(diào)節(jié)效果。

2.2 磨礦分級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)缺點(diǎn)

理論證明，2層以上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以無(wú)限逼近任意的非線性曲線。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)、模型建立、數(shù)據(jù)挖掘和人工智能模式識(shí)別等復(fù)雜領(lǐng)域，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[3]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)主要是學(xué)習(xí)效率低，參數(shù)設(shè)置比較煩瑣，需長(zhǎng)期進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)。因此，在研究應(yīng)用中，需要花費(fèi)大量精力和時(shí)間去優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法及進(jìn)行驗(yàn)證。

2.4 基于ELM的磨礦分級(jí)控制應(yīng)用

結(jié)合磨礦分級(jí)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際過(guò)程，研究磨礦分級(jí)單隱層反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由于該工藝各個(gè)參數(shù)存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，因此，單隱層反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量設(shè)置為5個(gè)，分別為：給礦量、給水量、礦漿濃度、配藥量和給藥量。隱層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)初始設(shè)置10個(gè)，根據(jù)黃廣斌教授的理論，無(wú)論輸入權(quán)值和偏置如何設(shè)定，只要增加隱層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n，就能實(shí)現(xiàn)0誤差訓(xùn)練[5，6]，因此，隱層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)在研究中靈活調(diào)整。單隱層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)其初始結(jié)構(gòu)如圖1所示。

礦漿濃度是隨時(shí)變化的，應(yīng)采用高精度在線檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量;給礦量、給水量大小也存在很大的時(shí)變性，但通過(guò)高精度的核子秤、流量計(jì)，依然可獲取良好的檢測(cè)信息;配藥量、加藥量為浮選工段實(shí)時(shí)所需流量，各個(gè)藥劑之間存在嚴(yán)格配比關(guān)系，研究過(guò)程中可將各個(gè)藥劑的流量作為單獨(dú)輸入引進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。根據(jù)以上設(shè)置，激勵(lì)函數(shù)選用S型函數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并對(duì)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行ELM訓(xùn)練。在訓(xùn)練中，通過(guò)在磨礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集100份數(shù)據(jù)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，分成60組進(jìn)行訓(xùn)練，20組進(jìn)行驗(yàn)證，20組進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后，該系統(tǒng)期望方差為0.014 2。經(jīng)過(guò)MATLAB仿真研究，結(jié)果表明，隱層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于15后，自相關(guān)誤差為0，預(yù)測(cè)和實(shí)際數(shù)值間誤差幾乎為0，仿真效果十分理想。

3 結(jié)語(yǔ)

磨礦分級(jí)過(guò)程受眾多外界因素干擾，其本身是一個(gè)多變量輸入-多變量輸出的復(fù)雜控制系統(tǒng)。人工受能力、精力等客觀因素影響，很難及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié);傳統(tǒng)的PID等機(jī)器自動(dòng)控制系統(tǒng)很難勝任多變量控制調(diào)節(jié)任務(wù)。本文針對(duì)磨礦分級(jí)難以控制的問(wèn)題，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)給礦量、給水量等關(guān)鍵算法和控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，該方案已在廣西某選礦廠成功應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

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