基于检测与处理技术的信号检测控制优化应用

樊毅

摘 要：随着现代工业技术的高速发展，对生产过程的自动化、智能化的要求日益增强。数字化矿山项目，不仅对设备的先进性提出高标准，还对其运转的自动化系统提出更高的要求，自动化技术在生产过程的各个环节的合理应用的研究势在必行，除了常规自动控制系统逻辑回路外，信号检测与处理的优化控制需求在自动化生产过程中逐渐突显出来。设计以设备PLC和上层DCS控制为基础，通过优化控制器的检测信号与关联工艺控制逻辑，实现更高级的控制。该系统在磨浮工艺重要设备自动检测与控制系统中得到成功应用，使得生产设备运行更加稳定，提高了设备运转率，降低了劳动强度，取得了显著经济效益，在国内数字化矿山等自动化应用领域具有划时代的意义。

关键词：信号检测与处理；优化控制；提高运转率

中图分类号：TN929.4 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）02-0179-02

Application of Signal Detection and Control Optimization Based on Detection and Processing Ttechnology

FAN Yi

（Yunnan Diqing Nonferrous Metal Co.，Ltd.，Shangri-La 674400，China）

Abstract：With the rapid development of modern industrial technology，the requirements for automation and intelligentization of the production process are increasing. The digital mine project，not only advanced equipment of high standard，also put forward higher requirements for the operation of the automation system，reasonable application of automation technology in all aspects of the production process is imperative，in addition to the conventional logic loop automatic control system，optimizing the control requirements of signal detection and processing in the automatic production process gradually highlights. The design is based on the equipment PLC and the upper DCS control. By optimizing the detection signal of the controller and the associated process control logic，a more advanced control is realized. The system has been successfully applied in grinding flotation process important equipment automatic detection and control system，makes the equipment more stable，improve the running efficiency of the equipment，reduces the labor intensity，has achieved remarkable economic benefits in the field of domestic digital mine automation application has epoch-making significance.

Keywords：signal detection and processing；optimization control；improve operation rate

0 引 言

云南迪慶有色金属有限责任公司（以下简称：迪庆有色）地处云南香格里拉藏区海拔3000多米的国家森林公园，年产铜精矿含铜超过5万吨。

迪庆有色生产工艺流程是一个极其复杂而庞大的过程检测与自动控制系统，各重要环节存在干扰因素多等控制难点。以基础信号检测控制回路为主的常规定值控制难以适应复杂工况条件的变化，且工人依靠经验和责任心根据工况的变化去调整各个回路的设定值，既不及时，又难以找到最优的过程参数。另外，常规信号检测应用，抗干扰能力较弱，无滤波等信号检测处理，不稳定，不及时，不准确，难以满足现场复杂环境下设备正常高效地运行。经常导致生产过程出现无故报警，未知故障停车现象，进而导致生产不稳定，造成金属流失，回收率下降，难以实现最大的经济效益。

由于存在以上问题，将采选矿工艺技术、模糊控制技术、信号检测技术、信号分析处理技术与简单控制回路相结合，构建了生产设备优化过程控制系统，实现生产过程参数的优化。该控制系统是在各设备PLC系统和上层DCS系统实现控制的基础上，通过优化控制器实现信号检测准确、及时、稳定等过程参数的优化。该项控制技术已经在磨浮工艺重要设备自动检测与控制系统中得到成功应用，稳定生产，提高效率，经济效益显著。

1 生产过程工艺及控制现状分析

迪庆有色生产过程工艺主要采用：自然崩落法采矿、无人驾驶有轨运输运矿、旋回粗碎、SABC磨矿、混合浮选精选、混合精矿分离浮选、尾矿膏体排放等。虽然各工艺设备实现功能不同，但在信号检测与处理的自动化技术上是一脉相通的，下面将以磨机控制系统为代表进行深度介绍。

磨机作为SABC磨矿工艺的重要设备组成部分，其高效、稳定运行是保障整个生产工艺流程稳定的前提，其磨机润滑和驱动自动检测控制系统扮演着最重要的角色。各重要环节的控制存在较多干扰因素且难以寻找控制规律，以基础信号检测控制回路为主的常规定值控制难以适应复杂工况条件的变化，人工调整各个回路的设定值和常规信号检测应用，其抗干扰能力在自动滤波处理等先进自动化技术方面没有真正体现出来。难以保障在现场复杂环境条件下，磨机润滑和驱动自动检测控制系统正常高效地运行，在生产过程中经常出现无故报警，未知故障停车现象，进而导致生产不稳定，原矿处理能力差，效率低下。

2 生产过程控制优化方法

具体优化控制办法为：首先，将其从源头开始进行一次粗略整形处理，确保源头的可靠性；其次，对传输途径进行抗干扰处理，使其在传输过程中信号不衰减，与检测源头保持一致；再次，对数据信号接收终端进行最终细化滤波处理后，再参与相关逻辑控制和HMI组态，或是其他相关使用。

2.1 信号检测分析介绍

现场信号检测有两种：一是数字量信号，俗称开关量，在时间和数值上都是断续变化的离散信号，只代表被测点的状态有无，仅体现被测结果，常用有220VAC、110VAC、24VDC、12VDC等信号；二是模拟量信号，在时间和数值上都是连续变化的信号，测量持续整个过程，实时反映被测点的变化情况，在生产过程稳定、高精度控制中至关重要，常用模拟量信号有：压力、流量、位置、红外温度等的4-20mA或0-10VDC等信号，温度检测常用的是热电阻、热电偶等，通过电阻值随被测点环境变化而获得。

2.2 信号处理技术介绍

信号处理最基本的内容有变换、滤波、调制、解调、检测，以及谱分析和估计等。目前基本上所有仪器仪表的信号检测变送器都有数字信号处理功能，数字信号处理包含三个步骤：模数转换（A/D转换），把模拟信号变成数字信号，是一个对自变量和幅值同时进行离散化的过程，基本的理论保证是采样定理；数字信号处理（DSP），包括变换域分析（如频域变换）、数字滤波、识别、合成等；数模转换（D/A转换），把经过处理的数字信号还原为模拟信号。通常，最后一步并不是必需的。

然而单靠数字信号处理三个步骤是很难满足现场复杂环境的系统要求的，为了满足使用要求，所有检测的信号在使用前，还必须经过处理。例如，电信号弱小时，需要对其进行放大；混有噪声时，需要对其进行滤波；当频率不适应于传输时，需要对其进行调制以及解调；信号遇到失真畸变时，需要对其进行均衡；当信号类型很多时，需要对其进行识别；等等。

2.3 优化控制策略

磨机控制系统模拟量信号有：红外线温度检测、油压力检测、各轴温度检测、气路压力检测、电流电压变送检测等；数字量信号有：油流流量开关、压力检测开关、各泵运行状态、各高低压电气设备合闸状态等。

优化控制策略。首先，源头整形处理：检测仪表，调试准确，根据环境设置合适量、盲点、阻尼、滤波、动作点、报警故障阈值点等，现场实际测试，直到测量信号输出满足需要为止；其次，传输途径处理：根据传输途径的距离长短、电气干扰等情况，选择电流或电压等合适的信号传输方式，选择高等级带屏蔽的控制电缆，并做好仪表接地、远离或垂直于动力电缆等保护工作；再次，终端细化处理使用：当信号达到使用终端时，应该对其进行测试，并与源头数据实时对比，一般情况下，若保持一致、满足要求，则可以使用，对精度要求更高的关键信号进行的检测，终端控制器接收到信号后，还需要对其进行阈值滤波、时间滤波等技术處理，确保每一个信号变化都可靠。避免因现场不可知因素造成的瞬间信号波动，提供给自动化系统失真信号，导致设备系统出现超调、报警、故障停车等对生产不利的现象。整个优化策略不局限于现场设备PLC系统控制器底层，在上层DCS系统服务器也做了相应的技术处理。

3 应用与效果

3.1 稳定磨矿工艺

对磨机润滑检测控制系统的红外线温度、油流、油压、气压等信号进行检测控制优化处理后，磨机抗干扰能力大幅提升，生产工艺过程检测控制系统运行稳定。

3.2 提高原矿处理能力与经济效率

关键测控点经过信号检测与处理技术优化后，不仅减少了磨机故障停车次数，还能及时有效地反映各重要工艺参数，帮助中控人员提高远程综合判断准确性，生产执行力得到加强，提高了原矿处理能力，各生产环节最大限度地避免了不必要的损耗，提高了经济效率。

3.3 公司内其他关键设备的推广应用

该检测控制优化系统在磨矿工艺上的成功应用，只是该优化项目实施的第一步，对公司生产工艺流程的其他关键设备过程检测与自动控制系统进行深入优化处理，将是下一步迫切需要进行的工作。

4 结 论

在比较恶劣的矿山环境中，常规的信号检测应用是无法满足现场实际需要的，即使是先进的自动化设备系统，运行效果也不太理想，甚至严重耽误生产。当在关键设备的关键过程测控点开展实施信号检测与处理技术优化控制后，设备的机械、电气、自动化等方面的优越性能才得以充分发挥出来。尤其在现在极为推崇数字化矿山的时代，此项优化技术的应用势在必行。自动化领域的各种先进技术因各行各业追求高质量、高效率而萌生，该信号检测与处理技术的优化控制策略对其他行业而言，仍然值得推崇，其前景较为广阔。

参考文献：

[1] 高西全，丁玉美.数字信号处理（第三版） [M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[2] 解培中，周波.信号与系统分析 [M].北京：人民邮电出版社，2011.

[3] 向晓汉.西门子PLC完全精通教程 [M].北京：化学工业出版社，2014.