一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法技术

本发明专利技术提出一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法，流程包括：对第一层优化模型进行描述，包括：将压力最大值最小化及将浓度最小值最大化；对第二层优化模型进行描述，在安全极限内，使生产能耗成本达到最低；对第三层优化模型进行描述，放宽经济指标，以满足现场操作人员的习惯；本发明专利技术针对某金矿厂选矿车间入料异常工况进行了自愈控制方法的研究，可实现当现场浓密脱水工序出现异常工况时，仍可以继续对后续生产过程进行操作指导，求解出更精准、合理的放矿时间，以协助操作员进行控制，保证浓密脱水过程安全、稳定运行，提高综合经济效益，同时减少压滤机的故障率。

A Self-healing Control Method for Abnormal Feeding Conditions in Dense Dehydration Process

The invention provides a self-healing control method for abnormal feeding conditions in dense dehydration process, which includes: describing the first-level optimization model, including minimizing the maximum pressure and maximizing the minimum concentration; describing the second-level optimization model to minimize the production energy consumption cost within the safety limit; describing the third-level optimization model to relax the economy. The present invention studies the self-healing control method for the abnormal feeding condition of a gold concentrator workshop, realizes that when the abnormal feeding condition occurs in the dense dewatering process on the spot, the following production process can still be guided by operation, and a more accurate and reasonable drawing time can be worked out to assist the operator in controlling and ensuring. The dense dewatering process runs safely and steadily, improves the comprehensive economic benefit, and reduces the failure rate of the filter press.

【技术实现步骤摘要】
一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法
本专利技术属于选冶领域，特别涉及一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法。
技术介绍
矿物加工，是从贫、细、杂的矿石中回收高品位矿物的过程，是典型的流程工业过程，其生产机理复杂，工序环节众多，各个工序相互影响，相互耦合。浓密脱水工序是其中一道非常重要的工序，起到了提高矿浆浓度，固体与液体分离，调节上游工序生产扰动对下游工序影响的作用。浓密脱水工序主要包括两个主要设备，浓密机和压滤机。浓密机是基于重力沉降作用提高矿浆浓度的设备，是该过程的关键设备，压滤机是基于压力进行固液分离，进一步提高矿浆浓度的设备。专利技术中使用的是30m直径的周遭传动浓密机和板框压滤机，浓密脱水过程工艺流程如图14，具体介绍如下：浓密机入料为浮选过程选出的精矿，浮选柱上面刮出精矿流入精矿泵池，再经过渣浆泵送到浓密机内。浓密机中心部位为给料井，浮选出的精矿送入中心给料井缓冲混合，再流到浓密机内，在重力的作用下进行沉降，行走电机由液压系统驱动，沿着浓密机外壁轨道带动耙架围绕中心转动，耙架下方的刮板搅动泥层，促进矿浆浓缩和向中心位置底流出矿口运动；浓密机上层有溢流槽，上层清水经过溢流槽流出返回上游工序，对清水进行重复利用。当底部浓度达到一定值时打开浓密机底流泵，经管道将浓密后的矿浆打到搅拌槽内，当搅拌槽内的矿量达到一定量时，再由压滤机的打矿泵将矿浆打到压滤机内进行压滤，压滤后的滤饼送入下一工序。通过近几年人们对浓密脱水过程优化控制的研究，在一定程度上解决了该工序的优化控制问题，提高了该工序的工艺性能。但是由于现场的复杂性，浓密脱水过程经常出现异常工况，如精矿泵和浮选柱工作状态的不稳定造成的入料异常、浓密机底流设备运行不稳定造成的管道堵塞、底流异常等。此时如果处理不当会使设备出现故障，造成压耙等严重生产事故。本专利技术以某金矿厂选矿车间为背景，针对两种典型的入料异常工况进行研究：1.由浮选柱排气管堵塞，浮选柱须立即排空所有矿浆，导致浓密机入料流量和浓度明显增加，如不及时进行操作调整，有出现压耙的风险；2.由于浮选柱中的矿浆液位降低，入料流量和浓度均下降到较低水平。此时，低浓度的矿浆进入压滤机会增加其故障率，降低生产效率。目前，尚未见有针对浓密脱水过程异常工况下的自愈控制方法的研究。工厂操作员主要依靠各自的经验进行调节，往往存在着能耗高，安全性低等问题，严重地制约浓密脱水过程的工业化进程，进而影响综合经济效益。
技术实现思路
基于上述问题，本申请提出一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法，对浓密脱水过程异常工况下的优化问题进行分层描述，具体步骤包括：步骤1：对第一层优化模型进行描述，当异常工况下，浓密机脱水过程自愈方法如下：步骤1.1：将压力最大值最小化，确定当前柜数是否满足安全限要求：第一层优化模型的目标是通过优化放矿时间尽可能减小压力传感器l在过程运行中的最大值，如果这一值超过压力传感器l的上限值pU，则剩余的柜数N无法满足安全生产的要求，需要增加1柜，以避免浓密机发生压耙；反之，则无需对剩余的柜数N进行调整，如公式(1)所示；其中，N代表当前班剩余需要压滤的柜数，代表压力传感器l在过程运行中取得的最大值，表示当班剩余压滤柜数的底流泵开启时间；公式(1)中s.t.后描述均为第一层优化模型压力最大值最小化的约束条件：为第j柜底流泵关闭时间模型约束，其值与第j柜底流泵开启时间k时刻底流流量quf(k)以及k时刻底流浓度预测值相关，g(·)为第j柜底流泵关闭时间与第j柜底流泵开启时间k时刻底流流量quf(k)以及k时刻底流浓度预测值的相关函数；为放矿时间约束：代表第1柜底流泵开启时间应不小于异常工况的发生时间ka；代表第j柜底流泵开启时间应大于等于前一柜的底流泵关闭时间代表最后一柜底流泵的关闭时间应不超过当前班的结束时间kf去除交接班时间εk；代表在浓密脱水过程中底流浓度预测值需要大于浓度下限值cL，以降低板框压滤机的故障率。步骤1.2：将浓度最小值最大化：第一层优化模型的目标是通过优化放矿时间尽可能增大底流浓度在过程运行中的最小值，如果这一值低于底流浓度的下限值cL，则需要减少1柜，以降低压滤机故障率；反之，则无需对剩余的柜数N进行调整，如公式(2)所示：其中，N代表当前班剩余需要压滤的柜数，cuf代表底流浓度在过程运行中取得的最小值，表示当班剩余需要压滤的柜数；公式(2)中s.t.后描述均为第一层优化问题浓度最小值最大化的约束条件：为第j柜底流泵关闭时间模型约束，为放矿时间约束，其含义与公式(1)相同；pl(k)≤pU代表k时刻在浓密脱水过程中压力传感器l的测得压力值pl需要小于压力上限值pU，以避免浓密机发生压耙；步骤2：对第二层优化模型进行描述，根据第一层优化模型所确定的柜数，在安全极限内，使生产能耗成本达到最低：其中，在公式(3)中包括：底流泵能耗经济指标和打矿泵能耗经济指标；其中，第j柜底流泵能耗经济指标为：其中，Euf为底流泵单位能耗，P(k)为k时刻的阶梯电价；第j柜打矿泵能耗经济指标为：其中，Efp为打矿泵单位能耗，P(k)为k时刻的阶梯电价，δj为第j柜底流泵运行时间，为完成第j柜所需打矿泵运行时间。公式(3)中，N*表示由第一层优化解算出的剩余柜数；公式(3)中s.t.后描述均为第二层优化问题的约束条件：为第j柜底流泵关闭时间模型约束，为放矿时间约束，其含义与公式(1)相同；pl(k)≤pU代表k时刻在浓密脱水过程中压力传感器l的测得压力值pl需要小于压力上限值pU，以避免浓密机发生压耙；代表k时刻在浓密脱水过程中底流浓度预测值需要大于浓度下限cL，以降低板框压滤机的故障率；步骤3：对第三层优化模型进行描述，放宽经济指标，以满足现场操作人员的习惯，分为情况(1)和情况(2)：(1)第一层优化所得剩余柜数N*与参考剩余柜数相等，根据现场操作人员的操作习惯，对放矿时间进行进一步调整，公式如下：公式(6)中，表示正常工况下底流泵的启动时间；公式(6)中s.t.后描述均为第三层优化问题的约束条件：其描述与公式(3)相同；中，E*为第二层优化所得的最优总能耗成本，εE为放宽经济指标参数；(2)第一层优化所得剩余柜数N*与参考剩余柜数不相等，根据现场操作人员的操作习惯，考虑在增加或减少1柜矿的条件下，放矿时间的调整规则，即将优化目标替换为：其中，第三层优化模型情况(2)的约束条件同公式(6)；其中，在步骤2中，计算底流泵运行时间δj，以及计算打矿泵运行时间包括步骤2.1～步骤2.5：步骤2.1：建立l个压力传感器的压力预测模型：当底流泵关闭时，建立压力上升模型：其中，pl(k)为k时刻压力传感器l的压力值，pl(k-1)压力传感器l上一时刻的值，即k-1时刻的值，β1l为回归系数向量，quf(k)为k时刻底流流量，x1l(k-1)为上一时刻，即k-1时刻对应压力传感器l的输入变量，表示如下：x1l(k-1)＝[pl(k-1),qf(k-1),cf(k-1)]T(9)其中,qf(k-1)为k-1时刻的入料流量，cf(k-1)为k-1时刻的入料浓度。当底流泵打开时，建立压力下降模型：其中，pl(k)为k时刻压力传感器l的值，pl(k-1)为k-1时刻压力传感器l的值，β2l为回归系数向量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法，其特征在于，对浓密脱水过程异常工况下的优化问题进行分层描述，具体步骤包括：步骤1：对第一层优化模型进行描述，当异常工况下，浓密机脱水过程自愈方法如下：步骤1.1：将压力最大值最小化，确定当前柜数是否满足安全限要求：第一层优化模型的目标是通过优化放矿时间

【技术特征摘要】
1.一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法，其特征在于，对浓密脱水过程异常工况下的优化问题进行分层描述，具体步骤包括：步骤1：对第一层优化模型进行描述，当异常工况下，浓密机脱水过程自愈方法如下：步骤1.1：将压力最大值最小化，确定当前柜数是否满足安全限要求：第一层优化模型的目标是通过优化放矿时间减小压力传感器l在过程运行中的最大值，如果这一值超过压力传感器l的上限值pU，则剩余的柜数N无法满足安全生产的要求，需要增加1柜；反之，则无需对剩余的柜数N进行调整，如公式(1)所示；其中，N代表当前班剩余需要压滤的柜数，代表压力传感器l在过程运行中取得的最大值，表示当班剩余压滤柜数的底流泵开启时间；公式(1)中s.t.后描述均为第一层优化模型压力最大值最小化的约束条件：为第j柜底流泵关闭时间模型约束，其值与第j柜底流泵开启时间k时刻底流流量quf(k)以及k时刻底流浓度预测值相关，g(·)为第j柜底流泵关闭时间与第j柜底流泵开启时间k时刻底流流量quf(k)以及k时刻底流浓度预测值的相关函数；为放矿时间约束：代表第1柜底流泵开启时间应不小于异常工况的发生时间ka；代表第j柜底流泵开启时间应大于等于前一柜的底流泵关闭时间代表最后一柜底流泵的关闭时间应不超过当前班的结束时间kf去除交接班时间εk；代表在浓密脱水过程中底流浓度预测值需要大于浓度下限值；步骤1.2：将浓度最小值最大化：第一层优化模型的目标是通过优化放矿时间尽可能增大底流浓度在过程运行中的最小值，如果这一值低于底流浓度的下限值cL，则需要减少1柜；反之，则无需对剩余的柜数N进行调整，如公式(2)所示：其中，N代表当前班剩余需要压滤的柜数，cuf代表底流浓度在过程运行中取得的最小值，表示当班剩余需要压滤的柜数；公式(1)中s.t.后描述均为第一层优化问题浓度最小值最大化的约束条件：为第j柜底流泵关闭时间模型约束，为放矿时间约束，其含义与公式(1)相同；pl(k)≤pU代表k时刻在浓密脱水过程中压力传感器l的测得压力值pl需要小于压力上限值pU；步骤2：对第二层优化模型进行描述，根据第一层优化模型所确定的柜数，在安全极限内，使生产能耗成本达到最低：其中，在公式(3)中包括：底流泵能耗经济指标和打矿泵能耗经济指标；其中，第j柜底流泵能耗经济指标为：其中，Euf为底流泵单位能耗，P(k)为k时刻的阶梯电价；第j柜打矿泵能耗经济指标为：其中，Efp为打矿泵单位能耗，P(k)为k时刻的阶梯电价，δj为第j柜底流泵运行时间，为完成第j柜所需打矿泵运行时间；公式(3)中，N*表示由第一层优化解算出的剩余柜数；公式(3)中s.t.后描述均为第二层优化问题的约束条件：为第j柜底流泵关闭时间模型约束，为放矿时间约束，其含义与公式(1)相同；pl(k)≤pU代表k时刻在浓密脱水过程中压力传感器l的测得压力值pl需要小于压力上限值pU；代表k时刻在浓密脱水过程中底流浓度预测值需要大于浓度下限cL；步骤3：对第三层优化模型进行描述，放宽经济指标，以满足现场操作人员的习惯，分为情况(1)和情况(2)：(1)第一层优化所得剩余柜数N*与参考剩余柜数相等，根据现场操作人员的操作习惯，对放矿时间进行进一步调整，公式如下：公式(6)中，表示正常工况下底流泵的启动时间；公式(6)中s.t.后描述均为第三层优化模型的约束条件：其描述与公式(3)相同；中，E*为第二层优化所得的最优总能耗成本，εE为放宽经济指标参数；(2)第一层优化所得剩余柜数N*与参考剩余柜数不相等，根据现场操作人员的操作习惯，考虑在增加或减少1柜矿的条件下，放矿时间的调整规则，即将优化目标替换为：其中，第三层优化模型情况(2)的约束条件同公式(6)。2.根据权利要求1所述一种浓密脱水过程入料异常工况的自愈控制方法，其特征在于，所述在步骤2中，计算底流泵运行时间δj，以及计算打矿泵运行时间包括步骤2.1～步骤2.5：步骤2.1：建立l个压力传感器的压力预测模型：当底流泵关闭时，建立压力上升模型：其中，pl(k)为k时刻压力传感器l的压力值，pl(k-1)压力传感器l上一时刻的值，即k...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾润达，张斌，张华鲁，张树磊，张卫敏，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21