自控系统设计方案

给矿压力是旋流器中矿浆产生速度的原因，它直接影响旋流器的处理量和分级粒度。当压力增大时，可以提高分级效率，但是这将增加动力消耗和设备磨损，所以利用增大压力来提高分级效率是不经济的。但在必要的情况下，也可以通过稳定浓度适当调节旋流器给矿压力来提高旋流器的分级效率。
经过这种控制方法得到的控制量是一个连续量。
对于磨机给矿过程来说，这种控制方式实现了“给矿→磨机状态分析→给矿”这样一种连续控制。系统每时每刻都在分析磨机的工作状态，并根据分析得到的结果实时给出控制方案。
磨机给矿模糊控制的实现
再磨机给矿模糊控制中，我们选择了其中的3个主要参数：磨机声音、磨机功率、旋流器沉砂量（由系统分析计算得出），作为模糊控制器的输入，这些参数时刻都在发生变化，而这3个主要参数的变化也恰恰反映出了磨机当前的工作状况。模糊控制器根据这3个主要参数的变化或者变化趋势进行模糊判定，对应每一种变化趋势，模糊控制器都会给出一特定的给矿原则，然后PID控制器会根据这一给矿原则调整气动阀，以达到精确给矿的目的。采用三因素分析判断磨机状态，避免了单因素检测造成的误判断的弊端。给矿控制原理如图：
磨机控制系统中的模糊控制
由于一段球磨机磨矿过程的复杂性和参数的时变性及大滞后特性，无法定量地判断磨机的工作状态和矿石的性质，只能定性地或趋势性地判断，这种判断是无法实现磨机的精确控制的．因此，为了实现磨机的精确控制，必须将磨机的性能，磨矿系统的工艺过程，矿石性质的变化等诸多因素与生产实践结合起来，建立模糊控制规则，进行模糊推理，得出模糊推理结果，反模糊化，与各控制对象的ＰＩＤ控制相结合，组成Ｆuzzy + PID 的控制策略，从而实现磨机的精确控制。控制的目的是稳定磨机生产过程，提高磨机的处理量，稳定旋流器溢流粒度，为下一工序作业提供有利的条件。目前，国内外许多单位都对球磨机自动控制进行了针对性的研究，并大多采用数字PID的控制方案参与磨矿分级过程的控制，而磨矿分级过程是一个参数非线性和时变的复杂系统，采用单纯的PID遇到磨机工况不稳定时，常出现磨机“涨肚”及给矿异常等非正常现象，严重影响了球磨机的正常工作，并有可能造成设备的损坏。
同时国内外研究人员对磨矿分级过程建立了不同的数学模型，因为多以机理分析为主，建模过程相当繁琐，计算量相当大，难以应用于实时过程控制。因此我们通过工艺分析，结合实际测试，优化原有的复杂模型，引入模糊控制理论，选用模糊控制和PID控制相结合的方法，这样既可保持PID控制的无静差、稳定性好的特点，又具有模糊控制对参数的适应性和调节速度快的特点。
实际生产过程中，反映磨矿分级状况的参数很多。其中主要包括：磨机声音、磨机功率、旋流器沉砂量。在控制实施过程中，这些参数作为磨机模糊控制器的输入，而模糊控制器的最后输出是磨机给矿量、排矿水及给矿水。这些输出值经限幅处理后作为PID控制器的输入，PID控制器的输出指导系统中的执行机构进行调节。模糊控制器的控制原理如图：
当旋流器压力一定时，给矿浓度对溢流粒度及分级效率有重要影响。给矿浓度高，矿浆浓度大、含泥量高时，矿浆粘度和密度将增大，矿粒在旋流器中运行的阻力增大，而使分离粒度变粗，分级效率亦将降低。反之，当给矿浓度低时，阻力变小，分离粒度变细，分级效率高。所以对于给矿浓度的控制非常关键。我们选用浓度计实时检测给矿浓度的变化情况，通过调节旋流器矿浆池的补加水来控制给矿浓度，从而保证了旋流器的分级效率。从数质量流程的数据来看，对于一次分级旋流器来讲，其设计给矿浓度为60%左右，也就是说理论上旋流器给矿浓度不能高于60%。
经过一段时间的探讨和磨矿分级现场控制经验的积累，我们摸索到了一种适合这一环节的有效的控制方法：模糊控制。
模糊控制
近年来，将模糊集理论用于自动控制而形成的模糊控制理论得到了迅速的发展。其原因在于对于那些时变的非线性的复杂系统，在无法获得精确数学模型时，利用智能的模糊控制器能给出有效的控制。事实上，有很多过程具有大量的以定性的形式表示的极重要的先验信息，以及仅仅是用语言描述规定的性能指标，同时又要求过程的操作人员是系统的基本组成部分（如依据人的感官或直觉）等，所有这些都是一种不精确性，应用经典控制理论很难对其实施控制，但这类系统由人来控制却往往容易做到，这是因为操作人员的控制方法是建立在直观的和经验的基础上，他凭借实践积累的经验，采取适当的对策完成控制任务。基于这些，我们完全可以把操作人员的控制经验归纳成定性描述的一组语句（例如在磨机操作中，操作人员的控制经验：如果球磨机磨矿声音小而沉闷，说明球磨机趋近于“涨肚”，那么就减少给矿量），然后利用模糊控制理论，使模糊控制系统得以接受人的经验，模仿人的操作策略。
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一段磨矿分级环节是整个磨选工艺流程的入口，其控制效果的好坏直接影响后续工序的作业指标甚至最终产品的质量。由于我国选矿行业在综合配矿方面大都没有较好的措施，所以造成入磨矿石性质变化频繁，这样就给磨矿分级环节的自动控制带来很大难度，况且影响这一环节的因素特别多（磨机衬板状况、钢球充填率、旋流器分级效率等），所以这一环节成了一种时变的非线性的复杂系统。对于这种复杂系统，工程技术人员提出了各种各样的控制模型，其中最常用的就是音频或磨方法对于单一性质的矿石确实很有效果，但矿石性质变化时，由于它考虑的因素比较少，很容易造成失控。例如当矿石变得难磨时，必然会导致分级设备的循环负荷增大，而在一定的时间内单纯使用电耳或磨机功率就不能正确反映出矿石性质的这种变化，这时系统不做任何调整就很容易造成磨机“涨肚”或磨机与分级设备之间的恶性循环，导致台时下降、分级设备溢流粒度不稳定，从而导致后续工序失衡。
一段磨矿分级控制是一个闭环控制系统，不需人工参与。所以系统运行时应尽量避免人为干扰，以免影响控制系统的自平衡、自适应过程。
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旋流器控制的主要目的是保证其溢流粒度、沉砂浓度及其处理量。影响旋流器工作的因素包括结构参数、操作条件和矿石性质等。在结构参数固定及矿石性质不可控的情况下，给矿压力和给矿浓度直接影响旋流器的工作状态。