沙溪銅礦選礦廠SABC流程智能專家系統建設方案

張仁忠 朱穎舟

（安徽銅冠（廬江）礦業有限公司）

隨著選礦和計算機技術的進步，現在的碎礦、磨礦、篩分、選別、分級等設備基本都已設置有智能控制接口，這為選礦廠的智能化創造了良好條件［1-6］。

國家“十四五規劃”提出了要推動互聯網、大數據、人工智能等與各產業的深度融合，“綠色、安全、和諧、智能、高效”已成為礦業領域高質量發展的時代要求。

為了響應時代的要求，提高企業的經濟效益，沙溪銅礦選礦廠在碎磨系統開展了礦山智能化建設工作。

1 現場SABC流程及其自動化系統

沙溪銅礦選礦廠碎磨系統采用半自磨+頑石破碎+球磨流程，簡稱SABC流程。井下粗碎后的礦石進入選礦廠原礦倉，再經振動給料機和1#膠帶運輸機送至半自磨礦倉。半自磨礦倉下設重型板式給料機，再由2#膠帶輸送機送入半自磨機。半自磨排礦通過振動篩分級，篩上產品（頑石）通過3#膠帶輸送機送至緩沖礦倉，再經振動給料機和5#膠帶輸送機送入圓錐破碎機，圓錐破碎機的產品返回2#膠帶輸送機。振動篩篩下產品進入磨礦分級泵池，通過渣漿泵送水力旋流器進行分級，旋流器溢流自流至選別作業，旋流器沉砂進入溢流型球磨機進行研磨，球磨機排礦也進入磨礦分級泵池，構成閉路磨礦。SABC流程設備聯系圖見圖1。

目前，現場建成了選礦基礎自動化系統，該系統可以實現遠程啟停設備、調整設備運行頻率和給礦給水量［2］、實現連鎖報警等功能。系統主要由人工控制，根據經驗選擇相對穩定的參數進行生產，不同的操作人員水平存在差異，選礦指標波動頻繁，為了提高系統的穩定性和設備效率，實現減員增效目標，急需建設磨礦專家系統來管理生產。

2 建設目標

磨礦專家系統充分利用當前磨礦工藝配置的過程檢測儀表、執行機構和在線分析儀器的數據，通過規則提取形成專家規則庫。根據磨機的負荷和運行狀況自動調整磨礦系統給礦、給水的設定值，實現生產工藝參數的自適應調整，減少人為操作，同時對操作的穩定性、可靠性和生產指標變化情況進行統計監控，以實現磨礦回路自動控制，固化生產操作經驗，解決因操作人員水平不一致導致的流程參數波動問題。

具體建設目標：系統針對流程特點，通過調整半自磨機給礦量和磨礦濃度穩定半自磨機的工作狀態，減少欠載空砸或者過載脹肚等異常工況的出現，從而實現穩定磨礦流程的目的；通過綜合磨礦泵池液位、旋流器給礦和溢流流量、濃度、細度等變量，智能調整泵池補加水和分級砂泵的轉速，在充分利用泵池緩沖作用的基礎上盡可能穩定旋流器的分級狀態，從而穩定磨礦產品的濃度和細度。系統在增加專用檢測設備的基礎上，以恒定給礦、恒定給水控制為基本模塊，同時以磨礦整體平衡模型為指導，實現磨礦循環負荷、磨礦濃度、分級控制的優化，最終通過穩定磨礦生產過程，實現優化整個流程，提高工藝指標的目的。

3 磨礦專家系統方案

3.1 系統總體框架

磨礦過程專家系統在完善檢測設備和給礦、給水、礦漿濃度等基礎控制的前提下，以半自磨負荷穩定控制、球磨機負荷控制、分級過程優化控制、磨礦整體平衡控制為基本模塊，通過提供完善的專家系統應用服務，最終實現穩定磨礦生產過程和關鍵技術指標的目的［3］，其總體框架見圖2。

3.2 磨礦過程基礎提升控制

基礎控制回路的控制精度和穩定性是專家系統控制的前提。磨礦過程控制中涉及到的基礎控制回路，如恒定給水、恒液位控制等，一般采用常規PID實現，其控制效果由PID參數決定。為了保證專家系統控制設定值的執行效果，采用對象特性測試和仿真的方法對常規PID回路參數進行優化。其基本步驟：①根據被控對象的主要特性及影響因素，建立被控對象的開環模型。②手動操作被控對象，得到被控對象的實際開環特性響應曲線。③調整被控對象模型參數，使得仿真曲線與實驗曲線基本吻合，則得到被控對象的開環模型。④增加PID控制模塊得到系統閉環模型，并利用閉環模型擬合優化PID控制參數。

3.3 半自磨負荷優化控制

半自磨負荷優化控制的目標是在保證磨機安全工作的前提下，適應礦石性質的波動，對半自磨的磨礦過程進行精細控制，以提高磨礦效果，穩定磨礦流程。半自磨機的功率、軸壓、負荷特征和頑石量分別反映了其能量消耗、整體負載、填充負荷和磨礦循環效率等情況，所以，其所處區間及變化趨勢的組合可以綜合反映半自磨的工作狀態，判斷出半自磨機諸如過載、過載趨勢、正常、欠載趨勢、欠載等工況。根據工況判斷結果針對性地調整半自磨給礦量及磨礦濃度，從而實現半自磨的優化控制。

3.4 分級過程穩定控制

在旋流器分級模型仿真結果的基礎上，根據物料平衡的原則制定專家規則，根據泵池液位、分級壓力、流量、溢流粒度和濃度的所處區間和趨勢調整渣漿泵的工作頻率和入口濃度，以協同分級控制目標，實現分級指標的優化。旋流器分級的“質”和“量”相互耦合，即在調整分級流量（液位）的過程中，分級粒度會相應變化；同樣在調整分級濃度過程中，即使泵速不變，分級流量也會相應改變。因此，要根據磨礦流程數質量平衡模型和調試經驗，建立分級優化規則，確定泵池液位、分級壓力、流量、溢流粒度和濃度的所處區間和渣漿泵頻率、旋流器進礦濃度等邊界條件參數，尋求“質”和“量”的最佳平衡點。

3.5 磨礦流程協同優化控制

半自磨機控制和分級控制分別針對流程的2個回路進行了生產工況的診斷和操作參數的調整，使2個回路都運行在最佳工作區的范圍內，但是，作為一個整體生產過程，2個回路之間存在很多關聯甚至是制約關系，這就需要更高一層的協同控制，從流程總體工況的角度來分別調整2個回路的設定情況，從而實現流程整體的最優化控制。

磨礦流程協同控制主要基于流程計算結果和半自磨球磨負荷匹配情況，調整半自磨控制和分級控制2個控制模塊的參考值。其主要控制方案是通過安裝在半自磨和球磨上的負荷監測系統和半自磨機、球磨機的功率等參數實時檢測二者的負荷情況，并參考磨礦流程計算結果，通過調整半自磨優化控制模塊和分級優化控制模塊中的半自磨機給礦量、前給水量、補加水量的控制參考值微調球磨機的負荷，實現流程整體負荷的最優匹配。

3.6 硬件及網絡結構

系統整體硬件及網絡結構見圖3。

4 結論

（1）沙溪銅礦在現場原遠程啟停設備、調整設備運行頻率和給礦給水量、實現連鎖報警等功能的基礎上開展了智能化系統建設。

（2）新系統的建設實現了磨礦過程基礎提升控制、半自磨負荷優化控制、分級過程穩定控制和磨礦流程協同優化控制等功能，顯著提高了選礦廠的智能控制水平。