探析模糊智能控制在磨矿控制系统中的应用

王鹏飞

摘 要：该文介绍了磨矿工艺以及模糊智能控制理论，分析了磨矿工艺的主要特点，最后以磨矿控制系统中磨机给矿量控制子系统为例，较详细的说明了模糊控制系统如何应用于磨矿控制系统，从而进一步证明模糊智能控制系统的巨大潜力。

关键词：模糊控制 磨矿控制系统 应用

中图分类号：TD923 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0098-01

随着科技的飞速进步，“数字化”、“智能化”等高新技术已经大量的应用于工程实际生产中。自动化生产及检测技术的发展和应用，深刻地影响和改变着传统的矿山产业。选矿的工艺流程含有多个环节，这些环节间关系密切，而磨矿作业是整个流程中起着承上启下作用的最关键一步。磨矿过程是一个复杂的物理化学过程，受众多因素影响，且其中许多因素相互作用、相互制约，使得磨矿过程控制的难度较大。因此，若能借助模糊数学理论，实现磨矿效果的提高，对磨矿工艺技术水平的提高有重大意义。

1 磨矿工艺简介及其特点

1.1 磨矿工艺

磨矿是矿石选别前的最后加工，利用介质和矿石间的冲击和磨剥，将矿石处理成满足要求的小颗粒。磨矿的目的是让组成矿石的有用矿物与脉石矿物达到最大限度的分离，以提供粒度上符合下一选矿工序要求的物料，但要避免过磨现象发生。后续工艺所能达到的经济效益很大程度上取决于磨矿作业的产品质量。因此，磨矿是选矿厂中一个极重要的作业。磨矿过程最关键的指标是磨矿粒度的控制，有用矿物的回收率一般会随着磨矿细度的减小而增加，适当减小磨矿细度可有效提高有用矿物的回收率以及产量。矿石通常需磨细至0.1～0.3 mm，甚至更低。从控制角度看保持磨机给矿量的稳定，即使其在小范围内波动，对稳定产品质量都十分重要。

1.2 磨矿工艺特点

磨矿作业是一个影响较多因素的复杂系统，变量多而频繁，加之系统上下料不均、挂料、堵塞等干扰，常常会造成磨矿系统控制失灵。使得现场人员不得不采用降低磨矿速度的方法以求得系统工况正常，但这大大降低了磨矿效率。对选矿厂来说磨矿工艺是全工艺成本最高、耗能最多的环节（约占选矿厂的30%～40%左右）。磨矿设备投资在建设投资中占有很大的比重。因此，有效改善磨矿作业，提高磨矿作业效率，对选矿厂具有重大意义。

2 模糊智能控制

复杂的被控对象，往往会表现出高度的非线性，不确定性，突变性，使其不易建立精确数学模型。对于这种情况，经典控制和现代控制理论等无法达到期望的性能指标。但是，在实际生产操作中，有经验的工人可以凭借自己丰富的工作经验来控制这种复杂的变换过程，比如手摸、眼看，然后依靠经验做出相应调整使系统恢复正常工作状态。所谓模糊智能控制，就是模仿人类大脑的思维对控制器进行设计，使其具有判断和处理模糊现象的能力，从而实现对复杂系统的控制。

模糊智能控制可以利用专家控制处理经验，将与工作过程相关的人类经验和知识转化为控制器的操作，以此来处理分析解决现实生产中的问题。同时，这种系统还具有稳定性好﹑适应性强﹑控制性能高等特点，因此被广泛的应用于诊断故障，控制工业过程等领域，成效显著。对于磨机磨矿这种变量多﹑干扰强﹑非线性强﹑滞后时间长﹑参数随时间而不断变化的过程而言，要提高磨矿作业效果，必须对磨机负荷和给矿性质等因素进行综合分析判断，依靠模糊数学理论实现作业自动化控制，对磨机给矿、磨矿浓度、分级溢流浓度和粒度进行优化控制，使磨矿作业一直在最优的状态下稳定运行。

3 模糊智能控制的应用实例

根据现场操作人员的经验和磨矿运行过程的特点，可将磨矿系统划分为多个串联运行的子系统。每个子系统都承担着相应的任务，有自己的控制要点和调节目标。磨矿系统的子系统包含三部分：磨机给矿量控制子系统，磨机浓度控制子系统，旋流器溢流粒度控制子系统。下面，就以磨机给矿量子系统为例，详细说明模糊智能控制系统在磨机控制系统中应用。

3.1 基于模糊控制的磨机给矿量子系统

选矿厂若想实现生产目标，必须提高磨机处理量，保证磨矿机高效稳定的连续工作，关键在于保持磨机装载量处于最佳工况和磨机给矿量的连续均匀。

1）磨机最佳装载量的模糊判断

由工程经验可知，电流法检测磨机装载量是一种有效成熟的方法。其原理是利用电流变送器，通过检测磨机电流来反应磨机装载量。电流变化过程近似于一条向下开口的抛物线。一般情况下，磨机电流变送器输出信号与机内负荷成正比，即与装载量成正比。开始时，球磨机电机电流随着载量增加明显上升，但达到某一极值后，随着装载量的增加，电流变送器输出信号反而降低。此极值可被认为是球磨机装载量的最佳控制点，应使装载量尽量控制在极值点附近，其附近为磨机最佳工作区。

设球磨机在某时刻的工作点为（Mi，Ii），下一时刻为Mi+1，Ii+1。磨机电流特性曲线为I=f（Q）。（Mi—i时刻给矿量；Ii—i时刻球磨机电流值）

令K=（Ii-Ii+1）/（Mi+1-Mi）

可由K值来判断球磨机运行状况和最佳工作点。方法如下：

（1）当K

（2）当K=O时，磨机工作在极点附近，则可认为i+l时刻就是最佳工作点。记录此时的给矿量为设定值。

（3）当K>O时，增加给矿量，电流增加，运行在上升段。

通过设计模糊控制器对给矿量设定值进行模糊优化即可选出最佳装载量。

2）磨机给矿量的控制

给矿速度在磨矿系统中是一个重要的控制量。排矿产物中合格粒级数量会随着给矿速度的提高而减小，排出的合格粒级数量却增加，磨矿效率明显提高。但是，若给矿速度超过了的某定额，会导致磨矿机发生超负荷，极大的降低了磨矿机的工作效率。因此，必须保证给矿量的续均匀。

以磨机装载量为依据，结合前次给矿量和当前返沙量的数据关系，根据经模糊计算得出的当前给矿量数据变可以此调节变频调速器的输出频率，进而有效快速地调节给矿机的电机转速，改变给矿量，从而实现给矿量的优化控制。

4 结语

磨矿工艺是整个选矿过程中至关重要的中心环节，其效果的好坏对选矿结果起着决定性影响，以此磨矿工艺的科技自动化具有重大意义。但是传统的常规控制方法并不适用于这类过于复杂而难以建立数学模型的工业过程，而模糊智能化控制恰恰避开了这些，利用现有经验知识，结合各种控制相互渗透组合，发挥了巨大作用，具有广大的发展前景。

参考文献

[1] 段希祥.破碎与磨矿[M].冶金工业出版社，2012.

[2] 张文修.模糊控制与系统[M].西安交通大学出版社，1998.

[3] 杨纶标.模糊数学原理及应用[M].华南理工大学出版社，2006.