一种金属矿充填用深锥浓密机底流浓度控制方法技术

本发明专利技术设计一种金属矿充填用深锥浓密机底流浓度控制方法，涉及金属矿充填工程领域；依次对扭矩、超声波速度、泥层高度和底流流量进行控制，防止压耙事故发生，并提前预警浓度偏离状态；并且还针对四种控制过程中可能出现的互相干扰，给出了四个控制过程相应的权重；高效稳定控制底流浓度，并提前预警浓度偏离状态的各个控制系统协同工作，互不干扰；本发明专利技术基于现实情况进行设计，解决了现有深锥浓密机工作量繁重、经常会出现压耙事故以及处理压耙事故需预先抽空浓密池所出现的耗时问题。事故需预先抽空浓密池所出现的耗时问题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属矿充填用深锥浓密机底流浓度控制方法


[0001]本专利技术涉及金属矿充填工程领域，特别是涉及一种金属矿充填用深锥浓密机底流浓度控制方法。

技术介绍

[0002]一定品位的资源型矿产都需要矿物加工过程提高矿物的含量，以达到后继冶金工艺的需要，其中必然产出大量的矿物加工废弃物，称为尾矿；过去尾矿都采用地表尾矿库存储方法，对绿水青山的环保理念产生严重的挑战。
[0003]充填工艺是采矿工艺的逆过程，主要工艺是将尾矿矿浆浓密，添加不同类型的胶结材料，常用的为水泥，搅拌后泵送或者自流到深部采空区域，形成一定强度的固化充填体后与围岩共同作用，达到稳定地压等目的。为保证充填效率和质量，通常需要矿尾矿矿浆采用深锥浓密机进行浓密，可同时提高沉降效率和提高浓度的目的。浓密机多用于矿物加工、污水处理等需要固液分离的工程领域，为了达到充填工艺的要求，常设计深锥型的金属矿充填浓密机，但是其底流浓度的稳定控制至关重要，低于设计标准后继的充填体强度低，不利于地下矿的安全开采；高于设计标准，对深锥浓密机的底部爬架增加高扭矩工作负荷，更加严重可导致浓密工艺中断。
[0004]为此，需要从协同控制策略入手，监测深锥浓密机的底流状态以及电机传动系统的工作负荷，将多状态参数作为控制策略输入参数，建立稳定浓度协同控制的模型，采用多输出控制参数，达到底流浓度稳定控制目的，浓度偏离设定值时提前预警，达到连续工作和稳定控制底流浓度的目的。
[0005]现存深锥浓密机由于工作量繁重，经常会出现压耙事故，处理压耙事故需预先抽空浓密池，一般耗时48h，再耗时36h进行人工清理，严重影响机械运行。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种金属矿充填用深锥浓密机底流浓度控制方法，分别从扭矩控制系统、超声波速度控制系统、泥层高度控制系统和底流流量控制系统开始优化。针对性的以扭矩传感器和超声波浓度计直接和间接地监测底流浓度状态，用以防止压耙事故发生，并提前预警浓度偏离状态；同时，各个控制系统协同工作，互不干扰。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种金属矿充填用深锥浓密机底流浓度控制方法，包括以下内容：
[0009]所述浓密机在现有矿用浓密机的基础上，将常规喷嘴改为旋转喷嘴；
[0010]首先利用PLC对超声波浓度计进行监测得到浓密机的底流浓度；判断底流浓度是否超过设定的浓度阈值，若是，则通过变频器增大底流变频泵的转速，增大浓密机底流泵的输送量，加大矿浆的排出量；所述底流变频泵，由PID控制器的输出信号驱动；
[0011]PLC接收扭矩传感器检测得到的浓密机连续的扭矩信号，判断所述扭矩信号是否
超过设定的扭矩阈值；若是，则打开水泵向内注水稀释矿浆；所述打开水泵向内注水稀释矿浆，具体为通过超声波浓度计监测得到浓密机的底流浓度控制注水量，直至底流浓度正常，关闭水泵；
[0012]PLC判断电机承载负荷是否超过设定的负荷阈值，所述负荷阈值设定为电机承载负荷上限的百分之五负荷上限；若是，则自动报警，控制耙架提升高度，以调整电机承载负荷；若底流浓度减小，承载负荷下降，耙架将自动下降；如果承载负荷继续升高，耙架将继续提升直至升到最高点浓密机停止工作；在提升过程中判断耙架是否升至设定的警戒高度，若是，打开水泵向内注水冲开泥浆，根据监测的底流浓度调节注水量，直至底流浓度正常，关闭水泵；
[0013]耙架提升至警戒高度之前预先采取修正措施，当减速电机一侧设置的耙子报警装置自动产生声音报警，控制面板显示“危险”黄灯信号时，PLC控制器检测到扭矩传感器的模拟信号后，经过逻辑判断自动打开水泵，水泵收到“求救”信号通过低速旋转的高压喷嘴向内注水冲开泥浆，检测的底流浓度与预先给定浓度值进行比较而得出偏差变化，经内部PID运算，调节变频器输出频率，改变水泵电动机的转速，直至超声波浓度计监测浓度降低到正常范围时高压喷嘴停止注水，浓密机控制系统重新回到稳态；
[0014]如果水泵电机转速过快，导致浓密机内水量加多，超声波浓度计检测到的声波速度过慢，料浆浓度明显低于规定下限时，此时逐渐减小底流泵的转速，使矿浆输出量变少；如果超声波浓度计监测到的超声波速度仍然低于设定值时，采用控制脉冲计量泵来加大絮凝剂的添加量，直至底流浓度由稀变稠，超声波速度趋于正常时，底流浓度偏离状态结束；使底流泵的转速保持不变，将絮凝剂添加量恢复到正常值，控制面板显示绿灯“安全”表示浓密机控制系统处于稳态；
[0015]当深锥浓密机的给、放矿浆速度一定时，固—液相分界面的高决定了其底流浓度高度，如果泥层高度增加，将导致底流浓度和耙架扭矩的升高；通过泥层高度计检测相界面的高度，达到控制底流浓度；深锥浓密机在底流放矿浆之前检测密度，达到设计密度才开始排放底流，在底流泵出口管道进行检测，达不到设计密度值的底流自动循环回浓密机再浓缩，直至达到设计密度值；
[0016]当上述控制过程同时工作且互相干扰时；上述控制过程控制系统作用所占权重重要性依次为：扭矩控制、超声波速度控制、泥层高度控制、底流流量控制，保证各个控制过程协同稳定运行；采用PID复合控制，引入复合控制变量；以扭矩控制为主，其他控制为辅；同等控制状态下，扭矩控制优先级最高，将扭矩传感器的输出信号作为控制目标；
[0017]浓密机系统运行过程中，浓密机内物料反应过慢混合不均导致局部出现呈固体状态的块状泥浆，泥层高度计默认泥层高度达到设定要求，输出底流浓度过低需要添加更多药剂的“伪信号”，此时以扭矩电机转数为第一控制量，需及时采取加大底流放矿浆量或者高压喷嘴注水的措施，直至扭矩电机转数符合设定值时，浓密机系统复位回到稳态；
[0018]在扭矩运行正常时其余控制过程以超声波速度为主，监测到超声波速度过低，但泥层高度计监测到泥层高度符合设定值，此时仍需按照比例加入絮凝剂；在泥层高度控制和底流流量控制中，将泥层高度的控制优先于底流流量控制，底流流量控制系统在本专利技术底流浓度控制策略中起辅助作用；
[0019]最后通过实时分析控制，获取现场充填调试过程中监测的故障数据和运行数据，
并在此基础上建立排障数据库，利用Matlab软件建立人工神经网络对压耙的过程进行学习与预测，以在浓密机底流浓度过高时，控制系统提前做出反应；
[0020]所述人工神经网络模型基于声波速度、电机扭矩和浓度建立，以超声波浓度计和扭矩传感器作为输入信号来调节压耙，浓度作为人工神经网络的输出变量，通过预设的dropout参数值更新所述的人工神经网络模型，以获取最佳耙架转速设定值；
[0021]所述人工神经网络模型，采用可编程的逻辑列阵，包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块RAM，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元；将神经网络预测过程写入FPGA中，从大样本数据中解决深锥浓密机反应过程缓慢，模型大滞后特性问题，达到浓密机控制系统高效稳定。
[0022]本专利技术有益技术效果：
[0023]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属矿充填用深锥浓密机底流浓度控制方法，其特征在于，包括以下内容：首先利用PLC对超声波浓度计进行监测得到浓密机的底流浓度；判断底流浓度是否超过设定的浓度阈值，若是，则通过变频器增大底流变频泵的转速，增大浓密机底流泵的输送量，加大矿浆的排出量；所述底流变频泵，由PID控制器的输出信号驱动；PLC接收扭矩传感器检测得到的浓密机连续的扭矩信号，判断所述扭矩信号是否超过设定的扭矩阈值；若是，则打开水泵向内注水稀释矿浆；PLC判断电机承载负荷是否超过设定的负荷阈值，所述负荷阈值设定为电机承载负荷上限的百分之五负荷上限；若是，则自动报警，控制耙架提升高度，以调整电机承载负荷；若底流浓度减小，承载负荷下降，耙架将自动下降；如果承载负荷继续升高，耙架将继续提升直至升到最高点浓密机停止工作；在提升过程中判断耙架是否升至设定的警戒高度，若是，打开水泵向内注水冲开泥浆，根据监测的底流浓度调节注水量，直至底流浓度正常，关闭水泵；如果水泵电机转速过快，导致浓密机内水量加多，超声波浓度计检测到的声波速度过慢，料浆浓度明显低于规定下限时，此时逐渐减小底流泵的转速，使矿浆输出量变少；如果超声波浓度计监测到的超声波速度仍然低于设定值时，采用控制脉冲计量泵来加大絮凝剂的添加量，直至底流浓度由稀变稠，超声波速度趋于正常时，底流浓度偏离状态结束；使底流泵的转速保持不变，将絮凝剂添加量恢复到正常值，控制面板显示绿灯“安全”表示浓密机控制系统处于稳态；当深锥浓密机的给、放矿浆速度一定时，固—液相分界面的高决定了其底流浓度高度，如果泥层高度增加，将导致底流浓度和耙架扭矩的升高；通过泥层高度计检测相界面的高度，达到控制底流浓度；深锥浓密机在底流放矿浆之前检测密度，达到设计密度才开始排放底流，在底流泵出口管道进行检测，达不到设计密度值的底流自动循环回浓密机再浓缩，直至达到设计密度值；当上述控制过程同时工作且互相干扰时；上述控制过程控制系统作用所占权重重要性依次为：扭矩控制、超声波速度控制、泥层高度控制、底流流量控制，保证各个控制过程协同稳定运行；采用PID复合控制，引入复合控制变量；以扭矩控制为主，其他控制为辅；同等控制状态下，扭矩控制优先级最高，将扭矩传感器的输出信号作为控制目标；浓密机系统运行过程中，浓密机内物料反应过慢混合不均导致局部出现呈固体状态的块状泥浆，泥层高度计默认泥层高度达到设定要求，输出底流浓度过低需要添加更多药剂的“伪信号”，此时以扭矩电机转数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治强，李丹，历佟，张希巍，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：