一种浮选过程运行控制的实验平台制造技术

本发明专利技术提出一种浮选过程运行控制的实验平台，在平台中实现浮选过程的仿真功能，实现浮选过程的监控功能，以达到可以进行浮选过程先进控制算法仿真的目的。该实验平台中过程监控计算机运行有过程监控系统，虚拟对象计算机运行有虚拟对象系统；虚拟对象系统实现浮选过程底层机理模型和运行层模型的实时运行，实现模拟实际浮选过程对象的动态特性；针对不同应用场景选择不同辨识算法，估计浮选过程底层机理模型和运行层模型中的未知参数；过程监控系统利用虚拟对象系统，采用真实的PLC程序和控制器对虚拟对象进行底层回路控制，并实现对经济指标的优化设定值的跟踪，实现对浮选过程的半实物仿真实验，完成不同控制算法的对比试验。

An experimental platform for operation control of flotation process

The invention provides an experimental platform for operation control of flotation process, which realizes the simulation function of flotation process and the monitoring function of flotation process, so as to realize the simulation of advanced control algorithm of flotation process. In this experimental platform, the process monitoring computer runs the process monitoring system, and the virtual object computer runs the virtual object system; the virtual object system realizes the real-time running of the underlying mechanism model and the running layer model of the flotation process, realizes the dynamic characteristics of the simulated actual flotation process object; and chooses not according to different application scenarios. With the same identification algorithm, the unknown parameters in the underlying mechanism model and the operational layer model of the flotation process are estimated; the process monitoring system uses the virtual object system, uses the real PLC program and controller to control the underlying loop of the virtual object, and realizes the tracking of the optimal setting value of the economic indicators, realizes the half of the flotation process. Real simulation experiments are carried out to compare the different control algorithms.

【技术实现步骤摘要】
一种浮选过程运行控制的实验平台
本专利技术属于自动控制
，具体涉及一种浮选过程运行控制的实验平台。
技术介绍
浮选过程的目的是希望在安全、稳定和可靠的前提下，在对过程变量进行调节和控制的作用下，获得的生产效果其产量和指标尽可能的高，消耗尽可能的低，获得较高的经济效益。由于该过程具有危险性较高、生产周期较长、物理设备及其实验成本相对较高等特点，同时由于目前浮选生产过程仍处于人工控制，由于受到矿石性质等边界条件的变化和干扰的影响，人工操作不能及时准确的进行调节，难以保证控制目标值在理想范围内，影响精矿品位和金属回收率。由于浮选过程在选矿生产中至关重要的安全地位，决定了先进控制方法的工程化验证不能在现场进行。近年来随着科学技术的快速发展，计算机仿真技术在磁选和磨矿领域已经得到了相当成熟的应用，大大提高了企业的经济效益，而专门针对浮选过程的仿真软件应用还比较少，因此为了实现对先进控制方法的设计与改进，设计一个专门的实验软件平台，以保证先进的控制方法能够在工业现场得到应用显得尤为重要。设计开发浮选过程仿真软件平台的目的是为了在实验室环境下对已经开发的先进控制算法首先进行仿真测试，避免了运行优化算法直接应用到工业现场，因此大大降低了验证风险；同时根据实验验证的结果对开发的算法进行实时的调试和改进，从而提高算法的准确度和精度，降低了设计开发的成本；算法设计开发人员可以利用仿真软件了解并掌握浮选过程的工艺流程以及实际设备的操作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提出一种浮选过程运行控制的实验平台，在平台中实现浮选过程的仿真功能，实现浮选过程的监控功能，实现数据的管理功能，以达到在该平台上可以进行浮选过程先进控制算法仿真的目的。一种浮选过程运行控制的实验平台，包括：过程监控计算机和虚拟对象计算机以及过程监控计算机、虚拟对象计算机之间的网络；过程监控计算机运行有过程监控系统，虚拟对象计算机运行有虚拟对象系统；其中：虚拟对象系统：实现浮选过程底层机理模型和运行层模型的实时运行，用以实现模拟实际浮选过程对象的动态特性；针对不同的应用场景选择不同的辨识算法，估计浮选过程底层机理模型和运行层模型中的未知参数；过程监控系统：利用虚拟对象系统，采用真实的PLC程序和控制器对虚拟对象进行底层回路控制，并实现对经济指标的优化设定值的跟踪，实现对浮选过程的半实物仿真实验，并完成不同控制算法的对比试验。所述虚拟对象系统包括：虚拟对象建模模块、虚拟对象参数辨识模块和虚拟对象仿真模块；虚拟对象建模模块，通过对象模型实现浮选过程底层机理模型和运行层模型的实时运行，实现模拟实际浮选过程对象的动态特性；虚拟对象参数辨识模块，通过辨识算法估计浮选过程底层机理模型和运行层模型中的未知参数；虚拟对象参数辨识模块具有选择功能，用于添加辨识算法的算法库，针对不同的应用场景选择不同的辨识算法，并为其他操作人员的模型仿真开发提供良好的接口；虚拟对象仿真模块，对所建立的浮选过程动态对象模型进行验证，根据运行结果对对象模型进行修改，以提高模型的精度。所述虚拟对象模块还设置数据库，存储仿真运行过程中的各个物流环节的实时数据，并利于历史数据的查询和归档。所述过程监控系统，包括运行控制模块和管理监控模块；运行控制模块，实现对浮选过程的过程控制和监控功能，给定浮选槽矿浆液位和给矿流量的设定值，使矿浆液位和给矿流量的反馈值能够跟踪设定值。管理监控模块，通过人机交互界面直观进行仿真过程参数的设置和选择，并通过物流运行界面实时反映浮选过程各个物料流的具体变化情况。所述的仿真过程参数包括浮选槽矿浆液位、给矿流量、精矿品位和尾矿品位。所述的辨识算法包括交替辨识算法和遗传算法。所述的控制算法包括PID解耦控制、串级控制和卡尔曼滤波算法。采用浮选过程运行控制的实验平台进行实验的方法，包括：选择控制算法，并设置控制步长和仿真周期；根据出矿品位的期望给定精矿品位的设定值和尾矿品位的设定值；根据所选择的过程控制算法，产生的虚拟对象控制量，包括给矿阀门开度、矿浆泵转速、精矿出口阀门开度和尾矿出口阀门开度；根据虚拟对象控制量，运行浮选过程对象模型；选择参数辨识算法求解浮选过程模型，得到给矿流量实际值、矿浆液位实际值、精矿品位实际值和尾矿品位实际值，并发送至控制器；根据精矿品位实际值和尾矿品位实际值进行优化设定，通过目标值以及设定值比较得到偏差，包括精矿品位偏差和尾矿品位偏差；根据所计算出的精矿品位偏差和尾矿品位偏差产生新的控制量，包括矿阀门开度、矿浆泵转速、精矿出口阀门开度和尾矿出口阀门开度，实现对精矿品位实际值和尾矿品位实际值的优化设定；若精矿品位实际值和尾矿品位实际值超出设定误差，则调整控制算法参数，重新根据出矿品位的期望给定精矿品位的设定值和尾矿品位的设定值；否则，实验结束。本专利技术优点：本专利技术是一种浮选过程运行控制的实验平台，其中的过程回路控制器来源于实际的工业现场，并利用新兴的软硬件技术和仿真技术，使开发的过程回路监控模块尽可能的接近实际工业环境并具有良好的可视性和兼容性，还可以直观地在浮选过程仿真时查看过程变量的跟踪值，控制器流程和模型原理等信息，因此本专利技术具有适用性好、兼容性强、不受硬件设备的制约，可以实现对先进控制算法进行仿真实验的优点。附图说明图1为本专利技术一种实例浮选过程工艺流程图；图2为本专利技术浮选槽模型工作原理；其中，1-槽体；2-给矿泵；3-液位测量仪表；4-进气集流器；5-精矿阀门；6-尾矿阀门；7-药剂泵；图3为本专利技术具体实施方式浮选过程运行控制实验平台的硬件结构图；图4为本专利技术具体实施方式浮选过程运行控制实验平台的软件结构图；图5为本专利技术具体实施方式虚拟对象建模模块中的浮选过程两相结构原理图；图6为本专利技术具体实施方式虚拟对象参数辨识模块的交替辨识算法流程图；图7为本专利技术具体实施方式虚拟对象参数辨识模块的遗传算法流程图；图8为本专利技术具体实施方式虚拟对象仿真模块的功能设计图；图9为本专利技术具体实施方式管理监控模块的功能设计图；图10为本专利技术具体实施方式运行模型程序流程图；图11为本专利技术具体实施方式精矿品位跟踪曲线；图12为本专利技术具体实施方式尾矿品位跟踪曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施实例做进一步说明。一种浮选过程运行控制实验平台，该平台用于浮选过程的控制实验，一般的浮选生产过程包括两个流程主流程和辅助流程，即主流程充气浮选过程与浮选生产过程的药剂制备过程辅助流程。主流程充气浮选是将预先调剂好的一定浓度的矿浆输送到浮选机内，通过在浮选机或浮选柱等浮选设备的充气搅拌作用下，会产生大量的弥散的气泡，浮选槽中可浮性好的矿粒会附着于气泡上，形成矿化泡沫，而可浮性差的矿粒不能附着于气泡上，留在槽中，由于矿粒可浮性质的不同达到精矿与尾矿分离的目的。充气浮选过程的工序由粗选、精选、一扫、二扫、三扫、四扫共六个选别作业组成；药剂制备过程是根据药剂的浓度、温度等因素的要求，通过向浮选槽内的矿物进行加水、搅拌、蒸汽加温等操作，进行药剂的制备与输送，并根据药剂性质、矿石性质、工艺技术等要求，选择合适的加药点，通过选择不同的加药方式，以达到保持矿浆中最佳药剂浓度的目的，浮选工艺流程图如图1所示。浮选槽工作原理图如图2所示，本系统以单槽浮选机作为机理模型，浮选槽包括槽体1、给矿泵2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浮选过程运行控制的实验平台，其特征在于，包括：过程监控计算机和虚拟对象计算机以及过程监控计算机、虚拟对象计算机之间的网络；过程监控计算机运行有过程监控系统，虚拟对象计算机运行有虚拟对象系统；其中：虚拟对象系统：实现浮选过程底层机理模型和运行层模型的实时运行，用以实现模拟实际浮选过程对象的动态特性；针对不同的应用场景选择不同的辨识算法，估计浮选过程底层机理模型和运行层模型中的未知参数；过程监控系统：利用虚拟对象系统，采用真实的PLC程序和控制器对虚拟对象进行底层回路控制，并实现对经济指标的优化设定值的跟踪，实现对浮选过程的半实物仿真实验，并完成不同控制算法的对比试验。

【技术特征摘要】
1.一种浮选过程运行控制的实验平台，其特征在于，包括：过程监控计算机和虚拟对象计算机以及过程监控计算机、虚拟对象计算机之间的网络；过程监控计算机运行有过程监控系统，虚拟对象计算机运行有虚拟对象系统；其中：虚拟对象系统：实现浮选过程底层机理模型和运行层模型的实时运行，用以实现模拟实际浮选过程对象的动态特性；针对不同的应用场景选择不同的辨识算法，估计浮选过程底层机理模型和运行层模型中的未知参数；过程监控系统：利用虚拟对象系统，采用真实的PLC程序和控制器对虚拟对象进行底层回路控制，并实现对经济指标的优化设定值的跟踪，实现对浮选过程的半实物仿真实验，并完成不同控制算法的对比试验。2.根据权利要求1所述的浮选过程运行控制的实验平台，其特征在于，所述虚拟对象系统包括：虚拟对象建模模块、虚拟对象参数辨识模块和虚拟对象仿真模块；虚拟对象建模模块，通过浮选过程动态对象模型实现浮选过程底层机理模型和运行层模型的实时运行，实现模拟实际浮选过程对象的动态特性；虚拟对象参数辨识模块，通过辨识算法估计浮选过程底层机理模型和运行层模型中的未知参数；虚拟对象参数辨识模块具有选择功能，用于添加辨识算法的算法库，针对不同的应用场景选择不同的辨识算法，并为其他操作人员的模型仿真开发提供良好的接口；虚拟对象仿真模块，对所建立的浮选过程动态对象模型进行验证，根据运行结果对对象模型进行修改，以提高模型的精度。3.根据权利要求2所述的浮选过程运行控制的实验平台，其特征在于，所述虚拟对象模块还设置数据库，存储仿真运行过程中的各个物流环节的实时数据，并利于历史数据的查询和归档。4.根据权利要求1所述的浮选过程运行控制的实验平台，其特征在于，所述过程监控系统，包括运行控制模块和管理监控模块；运行控制模块，实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：范家璐，冯文宽，姜艺，贾瑶，柴天佑，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21