CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

分類(lèi)號(hào)密級(jí)UDC 學(xué)位論文CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)作者姓名:董憲輝指導(dǎo)教師:柴天佑教授信息科學(xué)與工程學(xué)院申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士 學(xué)科類(lèi)別:工科學(xué)科專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：控制理論與控制工程論文提交日期:2010年6月25日論文答辯日期：2010年7月4日學(xué)位授予日期： 甯媵員會(huì)主席：評(píng)閱人：東北大學(xué)

2010年7月AThesisfortheDegreeofMasterinControlTheoryandControlEngineeringDesignandDevelopmentofComputerControlSystemforContinuousCountercurrentDecantationProcessByDongXianhuiSupervisor:ProfessorChaiTianyouNortheasternUniversityJune2010

獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外,不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果,也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示誠(chéng)摯的謝意。學(xué)位論文作者簽名:簽字日期:學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定:即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán),允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。（如作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流,請(qǐng)?jiān)谙路胶灻悍駝t視為不同意）學(xué)位論文作者簽名: 導(dǎo)師簽名：簽字日期簽字日期：簽字日期簽字日期：CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)摘要在現(xiàn)代冶金工業(yè)中,采用濕法冶金工藝所得到的懸浮液中包括礦石浸出后的殘?jiān)徒鲆?。通常懸浮液是不穩(wěn)定的,其中的固體粒子在外力的作用下,能與液相分離。礦石經(jīng)一次或多次浸出之后,又經(jīng)過(guò)液固分離過(guò)程，殘?jiān)殉蔀闊o(wú)可利用與回收價(jià)值的物料時(shí),通常作為廢棄物排出。排出前,通常利用沉降槽或濃密機(jī)采用連續(xù)逆流洗滌的エ藝對(duì)殘?jiān)M(jìn)行洗滌,以達(dá)到洗凈殘?jiān)械挠杏梦镔|(zhì)的目的,使有價(jià)值物質(zhì)回收最大化。對(duì)連續(xù)逆流洗滌流程的合理設(shè)計(jì)與控制能夠有效地提高生產(chǎn)效率。然而該過(guò)程具有設(shè)備之間關(guān)聯(lián)復(fù)雜,關(guān)鍵エ藝參數(shù)關(guān)聯(lián)耦合嚴(yán)重，エ況條件變化大等控制難題。因此，采用先進(jìn)的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制具有重要意義。本文以某大型冶煉廠CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為背景,進(jìn)行了CCD逆流洗滌生產(chǎn)過(guò)程控制策略的研究以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。本文主要內(nèi)容歸納如下:(1)通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題和難點(diǎn)分析,研究了CCD逆流洗滌過(guò)程的控制策略,包括過(guò)程回路控制、設(shè)備連鎖邏輯控制。過(guò)程回路控制包括溢流槽液位控制、濃密機(jī)過(guò)程控制。對(duì)濃密機(jī)過(guò)程進(jìn)行分析提出PID控制器、協(xié)調(diào)控制與解耦控制相結(jié)合的控制策略,并模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模型對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。設(shè)備連鎖邏輯控制主要包括設(shè)備的啟停、連鎖關(guān)系。(2)結(jié)合CCD逆流洗滌過(guò)程的特點(diǎn)和控制要求,提出了包括過(guò)程控制層與過(guò)程監(jiān)控層的CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),進(jìn)行了系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具體物理實(shí)現(xiàn)框架由以太網(wǎng)、控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成,以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的信息集成和功能集成。(3)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了某大型冶煉廠CCD逆流洗滌生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。(4)對(duì)開(kāi)發(fā)的CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和功能測(cè)試。關(guān)鍵詞:連續(xù)逆流洗滌;解耦控制;協(xié)調(diào)控制;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);建模仿真DesignandDevelopmentofComputerControlSystemfor

ContinuousCountercurrentDecantationProcessAbstractInmodemmetallurgyindustry,suspensionobtainedbyusinghydrometallurgicalprocessescontainstheresidueafterleachingtheoreandtheleachingsolution.Usuallysuspensionisunstable,andthesolidparticlesinitcanseparatewiththeliquidunderexternalforce.Oreisleachedafteroneormoretimes,thengonethroughtheliquid-solidseparationprocesses,debrishasbecomethematerialswithnovalueofusingandrecycling,generallyisdischargedasawaste.Beforedischarging,debrisusuallyiscleanedbysedimentationtankorthickeradoptingcontinuouscountercurrentdecantationprocess,inordertoclearusefulmaterial,andmaximizetherecoveryofvaluablesubstances.Thegooddesignandcontrolforthecontinuouscounter-currentdecantationprocessenhancetheproductionefficiencycaneffectively.Buttocontroltheseprocesseshavemanydifficultproblems,suchascomplicatedtechnologyandseriouscouplingandsoon.Therefore,itsautomaticcontrolusingadvancedcontroltechniquesisofgreatsignificance.Wedesignanddevelopthecontrolstrategyandthecomputercontrolsystemonthebackgroundofthecontinuouscounter-currentdecantationprocessofonebigsmelter.Theprimaryworksareasfollowing:Ontheanalysisoftheproblemsanddifficultiesintheactualproductionprocess,thecontrolstrategyforthecontinuouscounter-currentdecantationprocessisresearched,whichincludesprocessloopcontrol,devicelogicinterlockcontrol.Theprocessloopmainlyincludesliquidlevelofthickeneroverflowtankcontrolsystem,thickenerprocesscontrolsystem.Accordingwiththethickenercharacteristic,thecontrolstrategywhichintegratedthePIDcontrolandCoordinationcontrolanddecouplingcontrolwasraised,objectmodelwasbuiltandparameterofcontrollerwasset.Thedevicelogicinterlockcontrolincludesstartandstopdevice,theinterlockrelations.Consideringthecharacteristicsandthecontrolrequirementsofthecontinuouscounter-currentdecantationprocess,thetwo-layerarchitectureofcomputercontrolsystemforredmudseparatingandwashingprocessisresearchedanddeveloped,includingPMS(processmonitoringsystem)andPCS(processcontrolsystem),anddesignthefunctionsandhardware.ThecomputernetworkofthreelayersisindustryEthernet,controlnetworkanddevicenetwork.Informationintegrationandfunctionintegrationofcomputercontrolsystem-HI-isachievedwiththethreelayersnetwork.Thecomputercontrolsystemfbrcontinuouscounter-currentdecantationprocesswasdesignedanddeveloped.Hasconductedtheexperimentalstudyandthefunctiontestingtothedevelopmentofcontinuouscounter-currentdecantationprocesscomputercontrolsystem.Keywords：Continuouscountercurrentdecantation;Decouplingcontrol;Coordinationcontrol;Computercontrolsystem;Modelingandemulating.TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"獨(dú)創(chuàng)性聲明 I\o"CurrentDocument"摘要 II\o"CurrentDocument"Abstract Ill\o"CurrentDocument"第I章緒論 1\o"CurrentDocument"課題研究背景及意義 1\o"CurrentDocument"先進(jìn)控制技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀 2\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題 7CCD逆流洗滌過(guò)程控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 7存在問(wèn)題 8\o"CurrentDocument"本文的主要工作 9\o"CurrentDocument"第2章CCD逆流洗滌過(guò)程描述 10\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程工藝流程 10\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程控制目標(biāo) 12\o"CurrentDocument"影響洗滌效果的因素分析 14\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程控制難點(diǎn)分析 15\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 15\o"CurrentDocument"第3章CCD逆流洗滌過(guò)程控制方法研究 17\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程模型 17\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程控制策略 19\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程回路控制方法 20\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程邏輯控制方法 26\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 28\o"CurrentDocument"第4章CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 29\o"CurrentDocument"計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29\o"CurrentDocument"計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 32系統(tǒng)控制功能設(shè)計(jì) 32系統(tǒng)監(jiān)控和管理功能設(shè)計(jì) 35\o"CurrentDocument"計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì) 38系統(tǒng)硬件平臺(tái) 38系統(tǒng)軟件平臺(tái) 43\o"CurrentDocument"計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 44過(guò)程控制程序的開(kāi)發(fā) 44過(guò)程監(jiān)控和管理功能的開(kāi)發(fā) 51\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 59\o"CurrentDocument"第5章CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和功能測(cè)試 62\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的搭建 62\o"CurrentDocument"過(guò)程特性實(shí)驗(yàn) 63\o"CurrentDocument"控制方法實(shí)驗(yàn) 66\o"CurrentDocument"CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能測(cè)試 68\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 69\o"CurrentDocument"第6章結(jié)論和展望 71\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 72\o"CurrentDocument"致謝 76\o"CurrentDocument"攻讀碩士期間主要工作 77第1章緒論課題研究背景及意義鍥鉆是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的戰(zhàn)略物資,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、軍事、航空航天、石油、化エ、電子和機(jī)械制造業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)銀鉆材料的重視程度越來(lái)越高,保鉆エ業(yè)的發(fā)展備受關(guān)注。20世紀(jì)80年代以來(lái),中國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了高速的發(fā)展,有色金屬消費(fèi)需求旺盛,1993—2003年的10年間,中國(guó)銀制品的消費(fèi)量年平均增長(zhǎng)率高達(dá)12%。近年來(lái)更成為全球銀資源消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家⑺。中國(guó)特鋼協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì)的數(shù)據(jù)顯示,由于我國(guó)太鋼、寶鋼、酒鋼等不銹鋼冶煉項(xiàng)目的擴(kuò)建和新建,預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)對(duì)鍥的需求還會(huì)增加図。世界上可開(kāi)采的銀資源有2類(lèi),ー類(lèi)是硫化鎮(zhèn)礦床,另?類(lèi)是氧化饃礦床。從世界范圍看,目前約有70%的銀是從硫化銀礦中提取的,但是銀貯量的65%-70%賦存于氧化銀礦床中,這是ー個(gè)很大的矛盾。隨著硫化銀資源和高品位紅土銀礦資源的逐漸減少,大量存在的品味在1%左右的紅土銀礦的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)日益為人們所關(guān)注口］。氧化銀礦是含銀橄欖石經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化淋濾變質(zhì)而形成的礦物,由于礦床風(fēng)化后鐵的氧化,礦石呈紅色,所以統(tǒng)稱(chēng)為紅土礦。根據(jù)礦石中鐵和鎂含量的不同,氧化饃礦通常分為2種類(lèi)型,ー種為褐鐵礦類(lèi)型，此種礦石含鐵較高宜采用濕法冶金工藝處理。另ー種為硅鎂銀礦,此種礦石含鎂較高而含鐵較低宜采用火法冶金工藝處理［3］。本文所依托的項(xiàng)目為某國(guó)有大型銀鉆冶煉項(xiàng)目,該項(xiàng)目所采用的冶煉エ藝為硫酸加壓酸浸工藝。在加壓酸浸工藝中,CCD逆流洗滌過(guò)程是其中重要的工序,它直接關(guān)系到浸出漿中有用物質(zhì)的回收率。加壓酸浸后礦漿經(jīng)過(guò)礦漿中和后進(jìn)入CCD逆流洗滌エ序。經(jīng)過(guò)前期進(jìn)行的高壓酸浸處理,礦石中的銀鉆以離子的形式出現(xiàn)在料漿中,渣漿為無(wú)用物質(zhì)。采用連續(xù)逆流洗滌エ藝對(duì)礦漿進(jìn)行洗滌以最大限度減少渣漿中帶走的有用溶液。CCD逆流洗滌過(guò)程可分為完全相同的七臺(tái)串聯(lián)濃密機(jī)的濃密分離過(guò)程,在生產(chǎn)中,需要對(duì)濃密機(jī)的底流濃度、泥層界面高度和泥層靜壓進(jìn)行控制。而濃密機(jī)過(guò)程本身具有多變量強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，輸入輸出眾多,任何一個(gè)輸入的變化都會(huì)引起所有輸出發(fā)生波動(dòng),參數(shù)之間耦合嚴(yán)重。エ藝機(jī)理復(fù)雜,操作環(huán)境惡劣,由于受生產(chǎn)條件的限制和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的改變,系統(tǒng)具有大慣性、非線性,加上來(lái)料性質(zhì)波動(dòng)頻繁，難以及時(shí)準(zhǔn)確的根據(jù)變化的來(lái)料情況和后續(xù)エ序的生產(chǎn)情況進(jìn)行有效控制。旦濃密過(guò)程機(jī)理復(fù)雜,難以建立,輸入、輸出以及干擾之間精確的數(shù)學(xué)模型,從而難以采用基于模型的控制方法和傳統(tǒng)的最優(yōu)控制方法。針對(duì)裸鉆沉淀分離過(guò)程控制中存在的上述問(wèn)題,本文依托東北大學(xué)流程工業(yè)自動(dòng)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和沈陽(yáng)東大自動(dòng)化公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì),通過(guò)某國(guó)有大型冶煉廠銀鉆冶煉項(xiàng)目的工程實(shí)踐,在對(duì)加壓酸浸紅土鍥鉆礦冶煉エ藝全面掌握的基礎(chǔ)上,利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制方式對(duì)CCD逆流洗滌過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和控制。以穩(wěn)定生產(chǎn),降低生產(chǎn)過(guò)程中的資源消耗,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率為目標(biāo),將控制理論與具體工程實(shí)際相結(jié)合,采用智能協(xié)調(diào)控制策略對(duì)CCD逆流洗滌過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制,對(duì)于降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要意義。先進(jìn)控制技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀在現(xiàn)實(shí)生活中,通常把原材料轉(zhuǎn)變成為產(chǎn)品并具有一定生產(chǎn)規(guī)模的過(guò)程叫做生產(chǎn)過(guò)程⑷。按照其中物質(zhì)和能量的流動(dòng)狀態(tài),エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程大致可以分為連續(xù)(或批處理)的生產(chǎn)過(guò)程(如發(fā)電、化工、水處理、冶金、煉油、石油化工、冶金、發(fā)電、石油化エ、造紙、生物化工、輕エ、水處理等)和離散制造過(guò)程(如汽車(chē)制造、機(jī)械加工等)。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制理論、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物ー計(jì)算機(jī)控制在エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。它的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步密不可分⑸。在20世紀(jì)60年代,計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用,只是取代模擬控制器控制過(guò)程變量、顯示、記錄和記錄報(bào)警儀表,實(shí)現(xiàn)所謂直接數(shù)字控制(DDC)。DDC系統(tǒng)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的ー個(gè)重要里程碑,它用計(jì)算機(jī)代替常規(guī)控制器,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,可以較好的發(fā)揮計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快,實(shí)時(shí)性高，計(jì)算能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是計(jì)算機(jī)的價(jià)格仍然太高,可靠性也不能滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)很多部門(mén)和生產(chǎn)過(guò)程控制的要求,所以,模擬儀表控制系統(tǒng)仍舊大量采用。直到20世紀(jì)70年代，微處理器和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),消除了長(zhǎng)期阻礙計(jì)算機(jī)控制發(fā)展中計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴和可靠性差的兩大問(wèn)題,從而開(kāi)發(fā)出基于微處理器的集散式控制系統(tǒng)(DCS)。集散控制系統(tǒng)對(duì)測(cè)量和控制回路采用分散結(jié)構(gòu)而信息進(jìn)行集中處理,大大提高了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性,從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)獲得了大規(guī)模的推廣使用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,基于現(xiàn)場(chǎng)總線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(FCS)正在開(kāi)發(fā)并逐步走向?qū)嵱没?。其可靠性更?成本更低，設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、使用維護(hù)更簡(jiǎn)便。隨著計(jì)算機(jī)在企業(yè)管理和控制中的應(yīng)用,過(guò)程自動(dòng)化(PA)、工廠自動(dòng)化(FA)、計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制(CIPS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和企業(yè)資源綜合規(guī)劃(ERP)等，正在成為提高工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵手段,從而形成工廠計(jì)算機(jī)綜合優(yōu)化控制系統(tǒng)⑷。在エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,溫度、壓カ、流量、液位、稱(chēng)重、成分等通常是需要測(cè)量和控制的變量。目前,控制這些變量應(yīng)用較為廣泛的方法是常規(guī)控制方法。所謂常規(guī)控制是指采用經(jīng)典的PID控制算法使エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的被控變量在遭受到外來(lái)擾動(dòng)的情況下,穩(wěn)定的維持在預(yù)先的設(shè)定值上。其理論基礎(chǔ)是經(jīng)典控制理論,主要采用頻域分析方法進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和綜合。由于傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)對(duì)于一般的エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程都能滿(mǎn)足控制要求,再加上這種控制方式容易操作,也比較簡(jiǎn)單,所以受到エ業(yè)界的歡迎。目前,PID控制器仍在廣泛應(yīng)用，即便是在大量采用DCS的最現(xiàn)代化的裝置中,這類(lèi)回路仍占總回路數(shù)的80%以上ゆ，但是,隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和過(guò)程控制變量的波動(dòng)范圍要求越來(lái)越嚴(yán)格,很多系統(tǒng)具有高度的非線性、不確定性、強(qiáng)耦合性和大時(shí)滯性等特性，并存在苛刻的約束條件,使常規(guī)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)了。具體表現(xiàn)在對(duì)于復(fù)雜的エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程,其被控變量波動(dòng)較大,難以實(shí)現(xiàn)卡邊控制。另一方面，常規(guī)控制方法也不能實(shí)現(xiàn)多變量控制。得益于控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,從20世紀(jì)70年代開(kāi)始,基于現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生⑻。其目標(biāo)就是為了解決那些采用常規(guī)控制效果不佳甚至無(wú)法對(duì)付的復(fù)雜エ業(yè)過(guò)程控制問(wèn)題⑼。所謂先進(jìn)控制,是對(duì)那些不同于常規(guī)單回路控制,并具有比常規(guī)控制更好控制效果的控制策略的統(tǒng)稱(chēng),而非專(zhuān)指某種計(jì)算機(jī)控制算法"'ゆ?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展,為過(guò)程控制帶來(lái)了狀態(tài)反饋、輸出反饋、解耦控制、自適應(yīng)控制等ー系列多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。1980年前后,來(lái)自過(guò)程控制界的兩位探索者J.A.Richalet："和C.R.Cutle丿⑵分別報(bào)道了其各自研究的有關(guān)解決實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)環(huán)境下帶約束的多變量耦合系統(tǒng)控制問(wèn)題的成果,這就是著名的模型預(yù)測(cè)啟發(fā)式控制(MPHC)和動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)。這ー一事實(shí)表明，過(guò)程工業(yè)己開(kāi)始接受現(xiàn)代控制概念,從而引發(fā)了以預(yù)測(cè)控制為代表的先進(jìn)控制策略在エ業(yè)過(guò)程控制中的大量應(yīng)用皿⑶。隨后,出現(xiàn)了許多約束模型預(yù)測(cè)控制的工程化軟件包11"。通過(guò)在模型辨識(shí)、優(yōu)化算法、控制器結(jié)構(gòu)分析口"參數(shù)整定‘⑹和有關(guān)穩(wěn)定性"⑻和魯棒性.如研究等方面的?系列工作,基于模型的控制理論體系已基本形成，并成為目前過(guò)程控制中應(yīng)用最成功、也最有前途的先進(jìn)控制策略⑵為。與此同時(shí)，專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)等智能控制策略⑵畫(huà)正在成為最具有潛カ的先進(jìn)過(guò)程控制工具。對(duì)于純滯后系統(tǒng)特性,Smith于1975年提出Smith預(yù)估補(bǔ)償器“3由于Smith預(yù)估補(bǔ)償器對(duì)參數(shù)變化靈敏度極高，又相繼出現(xiàn)了各種補(bǔ)償方法。還有針對(duì)信息不完全性或者很難測(cè)量到的一些參數(shù),人們提出了推斷控制系統(tǒng)和軟測(cè)量技術(shù)ス,0]o實(shí)際エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，先進(jìn)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)合能提高過(guò)程控制水平,給企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益切,并且能實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)信息集成,提供決策依據(jù)。先進(jìn)控制理論按是否需要建立精確的數(shù)學(xué)模型分成兩大類(lèi)。ー類(lèi)是基于模型的先進(jìn)控制技術(shù),如預(yù)測(cè)控制、多變量解耦控制、魯棒控制、變結(jié)構(gòu)控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制，大系統(tǒng)分散控制等;另一-類(lèi)是不依賴(lài)于精確數(shù)學(xué)模型的智能控制技術(shù),如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家系統(tǒng)等。下面就在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用的幾種先進(jìn)控制算法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。1.預(yù)測(cè)控制1978年,在文獻(xiàn)［28］中首次詳細(xì)闡述了這類(lèi)算法產(chǎn)生的動(dòng)因、機(jī)理及其在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用效果。從此,預(yù)測(cè)控制（PredictiveControl）⑵1作為這類(lèi)新型控制算法的統(tǒng)ー名稱(chēng)出現(xiàn)在控制領(lǐng)域中。預(yù)測(cè)就是借助于對(duì)已知、過(guò)去非參數(shù)數(shù)據(jù)模型和現(xiàn)在輸入輸出信息,預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)的輸出狀態(tài)。預(yù)測(cè)控制對(duì)模型的精度要求不高、具有控制效果好、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可以有效的克服過(guò)程的不確定性、非線性和關(guān)聯(lián)性,并能方便的處理工業(yè)過(guò)程被控變量和操縱變量中的各種約束,符合現(xiàn)代流程工業(yè)的實(shí)際要求。2,推斷控制推斷控制是在1978年有美國(guó)的Brosilow和Tong等人提出來(lái)的⑶］。它的基本思想是利用容易獲得的ー些過(guò)程變量（稱(chēng)為輔助變量）,通過(guò)建立某種數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)推斷難以直接測(cè)量或測(cè)量滯后太大的關(guān)鍵過(guò)程變量（稱(chēng)為主導(dǎo)變量）,以軟件來(lái)代替硬件（如傳感器）功能一即阮測(cè)量技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主導(dǎo)變量的控制,改善控制品質(zhì)。近年來(lái),國(guó)際和國(guó)內(nèi)都有不少人將推斷控制的涵義擴(kuò)大,凡是采用推斷變量的控制，即基于軟測(cè)量的控制,統(tǒng)稱(chēng)為推斷控制加。軟測(cè)量結(jié)果的可靠性是這類(lèi)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。.自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制器是一種能修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性的變化控制器。自適應(yīng)控制和常規(guī)反饋控制和最優(yōu)控制ー樣,也是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法,所不同的只是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)比較少。自適應(yīng)控制系統(tǒng)能在對(duì)象運(yùn)行過(guò)程中,通過(guò)不斷地測(cè)量系統(tǒng)輸入、狀態(tài)、輸出或性能指標(biāo)，逐漸辨識(shí)模型參數(shù),然后做出控制決策。目前,自適應(yīng)控制系統(tǒng)基本分為兩大類(lèi):ー類(lèi)是模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)⑼,另ー類(lèi)是自校正調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)陰。一般來(lái)說(shuō),自適應(yīng)控制在導(dǎo)彈、航空和空間飛行器的控制中很成功，但在工業(yè)過(guò)程控制中,傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制并不能達(dá)到很好的控制要求。.魯棒控制魯棒控制理論是分析和處理具有不確定性系統(tǒng)的控制理論,包括兩大類(lèi)問(wèn)題:魯棒性分析及魯棒性綜合問(wèn)題。魯棒性分析是根據(jù)給定的標(biāo)稱(chēng)系統(tǒng)和不確定性集合，找出保證系統(tǒng)魯棒性所需的條件;而魯棒性綜合（魯棒控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題）就是根據(jù)給定的標(biāo)稱(chēng)模型和不確定性集合,基于魯棒性分析得到的結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)ー個(gè)控制器,使得閉環(huán)系統(tǒng)滿(mǎn)足期望的性能要求。一般來(lái)說(shuō)魯棒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以ー些最差的情況為基礎(chǔ)，因此系統(tǒng)一般并不工作在最優(yōu)狀態(tài)。魯棒控制方法適用于對(duì)穩(wěn)定性和可靠性有較高要求的應(yīng)用,同時(shí)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性已知并且不確定因素的變化范圍可以預(yù)估。在工業(yè)過(guò)程控制中,有些控制系統(tǒng)也可以用魯棒控制方法設(shè)計(jì)。但是,魯棒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般要由高級(jí)專(zhuān)家完成。一旦設(shè)計(jì)成功,就不需要太多的人工干預(yù)。而另ー方面,如果要升級(jí)或作重大調(diào)整,系統(tǒng)就要重新進(jìn)行設(shè)計(jì).。.遺傳算法遺傳算法的是ー類(lèi)借鑒生物界的進(jìn)化規(guī)律(適者生存,優(yōu)勝劣汰遺傳機(jī)制)演化而來(lái)的隨機(jī)化搜索算法。它是由美國(guó)的J.Holland教授于1975年首先提出的。該算法使用群體搜索技術(shù),通過(guò)對(duì)當(dāng)前群體施加選擇、交叉、變異等ー系列遺傳操作,產(chǎn)生出新一代群體,并逐步使群體進(jìn)化到包含最優(yōu)解。遺傳算法不受搜索空間的限制性假設(shè)約束,不存在諸如函數(shù)連續(xù)性、求導(dǎo)和單峰值的條件,具有內(nèi)在的并行性和更好的全局尋優(yōu)能力。該算法已在包括PID控制器參數(shù)整定等各類(lèi)優(yōu)化問(wèn)題的求解中得到應(yīng)用畑,尤其適合那些復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。遺傳算法存在的主要問(wèn)題是:收斂速度慢和易出現(xiàn)早熟收斂[37].智能控制智能控制是人工智能、運(yùn)籌學(xué)和控制理論三種學(xué)科的交叉,是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段。智能控制具有定量與定性相結(jié)合的分析方法和特點(diǎn)。有代表性的智能控制包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制和模糊邏輯控制等耐加。(1)模糊控制模糊控制是基于模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理,模仿人類(lèi)控制知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及決策過(guò)程的一種智能控制.。模糊控制器主要由模糊化、模糊推理、知識(shí)庫(kù)和解模糊化這四部分組成,如圖1.1所示。K1.1模糊控制器的基本框架Basicstructureoffuzzycontroller模糊化功能部分將輸入的精確量變換成模糊量。知識(shí)庫(kù)通常由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)組成,包括了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和控制目標(biāo)。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括各語(yǔ)言變量的尺度變換因子、隸屬度函數(shù)以及模糊空間的分級(jí)數(shù)等。規(guī)則庫(kù)主要包括用模糊語(yǔ)言變量表示的ー系列控制規(guī)則。模糊推理不分用來(lái)模擬人基于模糊概念推理的行為,是模糊控制器的核心。解模糊化的作用是將模糊推理得到的模糊控制量轉(zhuǎn)換為用于控制的精確量。大量的工程實(shí)踐表明,模糊控制主要適用于那些由于非線性強(qiáng)烈和其他建模復(fù)雜的系統(tǒng)。與基于精確數(shù)學(xué)模型的控制方法相比,模糊控制的優(yōu)越性在于處理不精確、控制具有高度不確定性的復(fù)雜性系統(tǒng)。雖然模糊控制已得到了廣泛的應(yīng)用,但模糊控制理論研究遠(yuǎn)未達(dá)到相當(dāng)完善和成熟的地步。因此,在未來(lái)的工作中,有必要繼續(xù)深入研究模糊控制的基本理論問(wèn)題.。(2)專(zhuān)家控制專(zhuān)家系統(tǒng)是應(yīng)用人工智能技術(shù)將專(zhuān)家系統(tǒng)的理論與技術(shù)同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)合,根據(jù)某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的ー個(gè)或多個(gè)人類(lèi)專(zhuān)家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的推理、判斷和決策的控制系統(tǒng)網(wǎng),專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.2所示nセ0001 0(圖1.2專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Structuredrawingofexpertsystem其中,數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)儲(chǔ)存相關(guān)事實(shí)及推理結(jié)果,知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)專(zhuān)家的知識(shí),推理機(jī)用來(lái)模擬專(zhuān)家的推理技巧和方法。專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)接口與用戶(hù)交換信息。知識(shí)獲取的任務(wù)是把知識(shí)輸入到知識(shí)庫(kù)中,并維持知識(shí)的完整性及一致性。推理機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)事實(shí)和知識(shí)庫(kù)中的專(zhuān)家知識(shí)通過(guò)一定的推理方法進(jìn)行推理,并在推理過(guò)程中不斷更新數(shù)據(jù)庫(kù),直到最后得出結(jié)論。解釋機(jī)構(gòu)跟蹤并記錄推理過(guò)程,當(dāng)用戶(hù)提出詢(xún)問(wèn)需要給出解釋時(shí),它將根據(jù)問(wèn)題的要求分別做相應(yīng)的處理,最后把解答用約定的形式通過(guò)人機(jī)接口輸出給用戶(hù)。由此可知,專(zhuān)家系統(tǒng)適用于生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度和故障診斷等決策問(wèn)題,但不使用于解決連續(xù)控制問(wèn)題。(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制20世紀(jì)80年代末期發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)控制領(lǐng)域的前沿學(xué)科之一,是人エ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為模擬基礎(chǔ),來(lái)模擬人的形象思維以及學(xué)習(xí)和獲得知識(shí)的能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是ー種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制方法,適用于具有非線性、不確定性且無(wú)模型可供利用的控制對(duì)象。目前提出的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方案主要包括:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)?？刂坪蜕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)評(píng)判控制等。近年來(lái)在發(fā)展過(guò)程中,DCS控制系統(tǒng)將更多的標(biāo)準(zhǔn)化控制策略和先進(jìn)的控制方法以軟件形式融合進(jìn)來(lái),從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的控制功能。如自適應(yīng)控制、多變量預(yù)估控制、推斷控制、模糊控制、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等控制策略,都能以軟件方式應(yīng)用于DCS系統(tǒng)中,并且趨向于混合控制。如模糊專(zhuān)家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家控制。從而擴(kuò)大了DCS的應(yīng)用領(lǐng)域,解決了現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程的復(fù)雜性、不確定性、高標(biāo)準(zhǔn)的性能要求等問(wèn)題。CCD逆流洗滌過(guò)程控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題在現(xiàn)代冶金工業(yè)中,采用濕法冶金工藝所得到的懸浮液中包括礦石浸出后的殘?jiān)徒鲆航M成的溶液,結(jié)晶析出的晶漿組成的懸浮液,以及其他過(guò)程所產(chǎn)生的懸浮液。通常懸浮液是不穩(wěn)定的,其中的固體粒子在外力的作用下,能與液相分離。這個(gè)外力可以是重力、離心力或壓強(qiáng)差,而與此相應(yīng)的分離設(shè)備分別是沉降槽（濃密機(jī)）、離心機(jī)和壓濾機(jī)等。濕法冶金產(chǎn)出的溶液和固體的一方或兩者都是有價(jià)物質(zhì),所以液固分離通常伴有洗滌過(guò)程,以達(dá)到分離干凈的目的。礦石經(jīng)一次或多次浸出之后,又經(jīng)過(guò)液固分離過(guò)程,殘?jiān)殉蔀闊o(wú)可利用與回收價(jià)值的物料時(shí),通常作為廢棄物排出。排出前,沉降槽（濃密機(jī)）底流要經(jīng)過(guò)多次洗滌,也要反復(fù)用沉降槽（濃密機(jī)）進(jìn)行分離。如果浸出殘?jiān)皇菑U棄物,則需要進(jìn)一步從其中分離有價(jià)物質(zhì),為提高其純度,亦需將第一次浸出液洗滌干凈。洗滌后是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),既涉及到隨附著液造成的原料及金屬的損失，更涉及到環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。由以上論述可知,從浸出礦漿中分離出含可溶性組分的浸出液和排出經(jīng)洗滌后的浸出渣,是濕法冶金的一個(gè)很重要的工序,占有很大的投資成本,也在很大程度上影響著整個(gè)流程的回收率網(wǎng)。エ業(yè)應(yīng)用中多采用連續(xù)逆流洗滌的方式,這種方式相比傳統(tǒng)的洗滌方式具有用水量低、浸出渣溶液回收率高的優(yōu)點(diǎn)。CCD逆流洗滌過(guò)程控制技術(shù)研究現(xiàn)狀連續(xù)逆流洗滌方式在工業(yè)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。在文獻(xiàn)［44］中,作者根據(jù)成品液抽出部位、底流液固比、洗滌模數(shù)的不同，將連續(xù)逆流洗滌系統(tǒng)分為恒定洗滌系統(tǒng)和復(fù)雜洗滌系統(tǒng)。并提出了多級(jí)逆流洗滌系統(tǒng)洗滌動(dòng)カ數(shù)的概念、導(dǎo)出多級(jí)不完全混合的洗滌方程式,并著重介紹了洗滌動(dòng)カ數(shù)在エ藝計(jì)算中的應(yīng)用。給出了濕法冶金中多級(jí)常規(guī)以及復(fù)雜逆流洗滌的一般計(jì)算式,同時(shí)對(duì)計(jì)算式中涉及的洗滌級(jí)混合效率提供了經(jīng)驗(yàn)值測(cè)算方法。為了計(jì)算連續(xù)逆流濃密洗滌的效率與洗滌級(jí)數(shù),蘇聯(lián)的學(xué)者E.n.TK）4）THH推出了計(jì)算公式網(wǎng)。在文獻(xiàn)［43］中,作者采用計(jì)算機(jī)中常用的程序,對(duì)濃密機(jī)連續(xù)逆流洗滌過(guò)程各級(jí)溶液濃度組成的“一-次多元聯(lián)立方程組”和直接計(jì)算出洗滌效率及洗滌級(jí)數(shù)的E.n.TQjmiH“公式”進(jìn)行運(yùn)算,得出了完全相同的計(jì)算結(jié)果。而在文獻(xiàn)［46］中,作者提出用簡(jiǎn)潔方便的解析法和圖解法對(duì)洗滌過(guò)程進(jìn)行了分析,并應(yīng)用所提供的方法進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。而連續(xù)逆流洗滌エ藝更是在工業(yè)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。早在20世紀(jì)60年代,陳家鋪院士和牟邦立教授等組團(tuán)赴古巴考察毛阿銀廠后所編寫(xiě)的《古巴毛阿鍥廠考察報(bào)告》ー書(shū)中就有濃密機(jī)逆流洗滌的記載⑼。近年來(lái)更是在金礦冶金、造紙エ業(yè)、稀土冶金以及凈化四溟乙烷中得到應(yīng)用即ー陽(yáng)。連續(xù)逆流洗滌過(guò)程中主要控制設(shè)備是沉降槽或濃密機(jī),兩者的工作原理基本相同。這里僅以介紹濃密機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r。濃密機(jī)是逆流洗滌過(guò)程中的常見(jiàn)設(shè)備ゆえ,主要用來(lái)控制和穩(wěn)定進(jìn)入后繼選礦作業(yè)的礦漿濃度。濃密機(jī)的工作原理就是利用重力作用將固體懸浮液分離為上層清液及下部高濃度的漿液歷的。20世紀(jì)60年代末,國(guó)外開(kāi)始發(fā)展深錐濃密機(jī)和高效濃密機(jī),由英國(guó)煤炭局開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)深錐濃密機(jī)可使底流濃度達(dá)到60%以上,極大提高了濃密效率。國(guó)內(nèi)的科研院所從70年代初オ開(kāi)始相應(yīng)的研究工作。高效濃密機(jī)主要分為Dorr-Olieve高效濃密機(jī)"1、Envior-Clear高效濃密機(jī)函和EIMCO高效濃密機(jī)網(wǎng)一則,它們之間主要差別是給料機(jī)不同。而在濃密機(jī)控制中,文獻(xiàn)［61］中作者針對(duì)鐵礦選礦廠尾礦濃縮應(yīng)用的大型濃密機(jī),提出了檢測(cè)給礦干礦量,根據(jù)濃密機(jī)給礦與排礦動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系控制其底流濃度的濃密機(jī)底流濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)［62-64］中只是提到通過(guò)可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)濃密機(jī)底流的自動(dòng)排放,沒(méi)有設(shè)計(jì)回路參與自動(dòng)控制。針對(duì)濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)理復(fù)雜,具有非線性、大滯后的特點(diǎn),文［65］提出了由過(guò)程控制和過(guò)程管理兩層結(jié)構(gòu)組成的綜合自動(dòng)化系統(tǒng),提出了濃密機(jī)底流濃度智能控制策略,并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中。存在問(wèn)題在エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,一般采用濃密機(jī)或者沉降槽作為連續(xù)逆流洗滌流程的控制設(shè)備,一般為多個(gè)設(shè)備串聯(lián),當(dāng)前設(shè)備的輸入為前一設(shè)備的底流和下ー設(shè)備的溢流。若要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制,必將涉及到單個(gè)濃密機(jī)或沉降槽的控制。而目前,我國(guó)濃密機(jī)控制還不盡如人意,主要存在的問(wèn)題為:(1)檢測(cè)儀表和檢測(cè)手段落后,自動(dòng)化水平比較薄弱目前,我國(guó)大多數(shù)選礦廠的自動(dòng)化水平和檢測(cè)水平還相對(duì)比較落后,濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程主要以現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作為主,自動(dòng)化水平較低。對(duì)于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的濃密機(jī)電刈,由于其操作環(huán)境惡劣，エ藝機(jī)理復(fù)雜，具有非線性、大慣性、來(lái)料性質(zhì)波動(dòng)頻繁及瞬時(shí)底流濃度具有不確定性等特點(diǎn),控制效果不佳。(2)過(guò)程機(jī)理復(fù)雜、難以建立精確的數(shù)學(xué)模型洗滌過(guò)程涉及多個(gè)設(shè)備相互串聯(lián),當(dāng)前設(shè)備的輸入為前一設(shè)備的底流和下ー設(shè)備的溢流,而當(dāng)前設(shè)備的底流又作為下ー設(shè)備的輸入,溢流作為上一設(shè)備的輸入,其中一個(gè)輸入的變化都能引起上下游設(shè)備的輸出波動(dòng)。逆流洗滌過(guò)程是ー個(gè)多變量強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。機(jī)理復(fù)雜,難以建立輸入、輸出及干擾之間精確的數(shù)學(xué)模型,從而難以采用傳統(tǒng)的最優(yōu)控制方法和基于模型的解析控制方法。本文的主要工作本文對(duì)CCD逆流洗滌過(guò)程的工藝流程做了詳細(xì)介紹,并以某大型冶煉廠濕法冶金項(xiàng)目為背景,結(jié)合CCD逆流洗滌過(guò)程生產(chǎn)特點(diǎn)和エ藝流程進(jìn)行了控制策略研究以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作,本文主要內(nèi)容歸納如下:(1)本文介紹了CCD逆流洗滌過(guò)程的工藝流程,同時(shí)說(shuō)明了影響洗滌效果的幾個(gè)主要因素和控制難點(diǎn)。(2)針對(duì)冶煉廠CCD逆流洗滌過(guò)程的控制任務(wù)及控制要求,提出了CCD逆流洗滌生產(chǎn)過(guò)程的控制策略,包括過(guò)程回路控制、設(shè)備連鎖邏輯控制。針對(duì)過(guò)程多變量特性采用智能協(xié)調(diào)和解耦相結(jié)合的控制策略,并進(jìn)行了系統(tǒng)建模與控制器參數(shù)調(diào)節(jié)。(3)結(jié)合CCD逆流洗滌過(guò)程的特點(diǎn)和控制要求,提出了包括過(guò)程控制層與過(guò)程監(jiān)控層的CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),進(jìn)行了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì),包括控制功能設(shè)計(jì)及監(jiān)控管理功能設(shè)計(jì)。(4)在上述工作基礎(chǔ)上,進(jìn)行了CCD逆流洗滌過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)了回路控制程序、設(shè)備的單起單停控制邏輯及設(shè)備之間的連鎖控制程序,同時(shí)開(kāi)發(fā)了與程序相關(guān)的操作界面。通過(guò)這些開(kāi)發(fā)的人機(jī)界面,操作員能夠方便的對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。第2章CCD逆流洗滌過(guò)程描述在現(xiàn)代冶金工業(yè)中,采用濕法冶金工藝所得到的懸浮液中包括礦石浸出后的殘?jiān)徒鲆航M成的溶液,以及其他在過(guò)程中所產(chǎn)生的懸浮液。通常懸浮液是不穩(wěn)定的,其中的固體粒子在外力的作用下，能與液相分離。礦石經(jīng)一次或多次浸出之后,又經(jīng)過(guò)液固分離過(guò)程,殘?jiān)殉蔀闊o(wú)可利用與回收價(jià)值的物料時(shí),通常作為廢棄物排出。排出前,通常利用沉降槽或濃密機(jī)采用連續(xù)逆流洗滌的エ藝對(duì)殘?jiān)M(jìn)行洗滌,以達(dá)到洗凈殘?jiān)械挠杏梦镔|(zhì)的目的,使有價(jià)值物質(zhì)回收最大化。如果浸出殘?jiān)皇菑U棄物,則需要進(jìn)ー步從其中分離有價(jià)物質(zhì),為提高其純度,亦需將第一次浸出液洗滌干凈。洗滌后是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),既涉及到隨附著液造成的原料及金屬的損失,更涉及到環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。由以上論述可知,從浸出礦漿中分離出含可溶性組分的浸出液和排出經(jīng)洗滌后的浸出渣,是濕法冶金的ー個(gè)很重要的工序,占有很大的投資成本,也在很大程度上影響著整個(gè)流程的回收率陰。因此這里有必要對(duì)連續(xù)逆流洗滌過(guò)程工藝流程進(jìn)行詳細(xì)描述。2.1CCD逆流洗滌過(guò)程工藝流程在工業(yè)過(guò)程應(yīng)用中,殘?jiān)腆w顆粒的表面上有看不見(jiàn)的細(xì)小裂縫中還吸附、包裹著溶質(zhì)。因而在這種情況下,對(duì)溶質(zhì)洗滌時(shí),不僅要洗脫顆粒表面附著的溶質(zhì),還必須有充分的接觸時(shí)間,使顆粒細(xì)小縫隙內(nèi)含有的溶質(zhì)也被置換、擴(kuò)散分離出來(lái)。洗滌方式主要分為傳統(tǒng)洗滌方式和連續(xù)逆流洗滌方式兩種。傳統(tǒng)洗滌方法采用在攪拌槽中攪拌后用過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾的洗滌方式。一般來(lái)世這種洗滌方式洗液與固體顆粒的接觸時(shí)間很短,溶質(zhì)沒(méi)有得到充分置換、擴(kuò)散分離的時(shí)間。另ー方面,在這種洗滌方式中,顆粒含溶質(zhì)濃度高的部分由于置換、擴(kuò)散、洗滌出的高濃度溶質(zhì)是靜止?fàn)顟B(tài),即使接觸時(shí)間再長(zhǎng),其擴(kuò)散速度也是很小。而采用連續(xù)逆流洗滌的方式則可以充分的解決此類(lèi)問(wèn)題，這種方式相比傳統(tǒng)的洗滌方式具有用水量低、浸出渣溶液回收率高的優(yōu)點(diǎn),本文所依托課題即采用的連續(xù)逆流洗滌方式。圖2.1即為CCD逆流洗滌過(guò)程的工藝流程。圖2.1連續(xù)逆流洗滌過(guò)程工藝流程圖Fig.2.1TheflowchartofcontinuouscountercurrentdecantationprocessCCD逆流洗滌系統(tǒng)采用一個(gè)系列,共7級(jí)。中和后的礦漿首先進(jìn)入CCD1濃密機(jī),其底流依次進(jìn)入CCD2-CCD7濃密機(jī)。洗水從CCD7濃密機(jī)加入,CCD2-CCD7濃密機(jī)溢流作為洗水送往上ーー級(jí)洗滌濃密機(jī),從而完成中和渣的逆流洗滌,CCD1濃密機(jī)溢流送到中和除鐵鋁エ序,CCD逆流洗滌的洗水為經(jīng)過(guò)酸化處理的部分貧液。在每一級(jí)濃密機(jī)中,均加入固定濃度的絮凝劑。從CCD7濃密機(jī)排出的底流送往尾渣中和エ序進(jìn)行處理。每臺(tái)濃密機(jī)配置1臺(tái)底流泵,1根底流管,管路上安裝有流量表,每臺(tái)濃密機(jī)底流管路上安裝有一臺(tái)濃度表,其中從CCD1到CCD7底流泵編號(hào)分別為PP0001-PP0007,流量計(jì)編號(hào)分別為FIQ0001-FIQ0007,濃度計(jì)編號(hào)分別為DIT0001-DIT0007。濃度表與流量表配合使用用來(lái)計(jì)算濃密機(jī)出礦量,計(jì)算出來(lái)的值既是濃密機(jī)底流的出礦量,又是下ー級(jí)濃密機(jī)給料的進(jìn)礦量。CCD1濃密機(jī)給料的進(jìn)礦量由上ーエ序的出口獲得，其進(jìn)料管路上安裝有一臺(tái)濃度計(jì)和一臺(tái)流量計(jì),編號(hào)分別為D1T1001和F1Q1001。每臺(tái)濃密機(jī)配攪拌裝置,編號(hào)分別為AG0001-AG0007o每臺(tái)濃密機(jī)配置界面計(jì)和靜壓儀表，其中界面計(jì)安裝于濃密機(jī)頂部,編號(hào)分別為L(zhǎng)IT0001到LIT0007,靜壓儀表編號(hào)分別為PIT0001-PIT0007,安裝于濃密機(jī)底部接近底流管附近。每臺(tái)濃密機(jī)進(jìn)料端配帶攪拌器混合槽?個(gè),攪拌器編號(hào)分別為AG1001-AG1007o每臺(tái)濃密機(jī)配溢流槽ー個(gè),溢流泵ー個(gè),溢流槽液位檢測(cè)儀表?塊,溢流泵編號(hào)為PP1001-PP1007,液位檢測(cè)儀表編號(hào)為L(zhǎng)IT0011-LIT0017o對(duì)應(yīng)每臺(tái)濃密機(jī)均配備一臺(tái)絮凝劑泵，絮凝劑泵在絮凝劑制備輸送東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第2章CCD逆流洗滌過(guò)程描述ェ序,但因?yàn)楗ㄋ囍幸獙?duì)絮凝劑泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,這里也將其列入工藝配置表,其編號(hào)分別為PP0011-PP0017,每條絮凝劑管路上安裝有一臺(tái)流量檢測(cè)儀表,編號(hào)分別為FIQ0011-FIQ0017o以CCD!濃密機(jī)為例介紹設(shè)備配置以及儀表安裝位置，如圖2.2所示:圖2.2設(shè)備及儀表配置安裝圖Fig.2.2Thediagramofequipmentandinstrumentarrangement2.2CCD逆流洗滌過(guò)程控制目標(biāo)通過(guò)上節(jié)中對(duì)連續(xù)逆流洗滌過(guò)程的工藝流程及所用設(shè)備的介紹可以知道,濃密機(jī)是該過(guò)程中的關(guān)鍵控制設(shè)備,它起到了將礦漿中固相和液相進(jìn)行分離的作用。濃密機(jī)主要是利用重力作用使懸浮液分成澄清液和濃密礦渣的ー種液固分離裝置。濃密機(jī)的構(gòu)造主要由工作橋架、刮泥機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置、底部呈圓錐形的槽體、主軸提升裝置、傳動(dòng)主軸、耙架及刮板等組成。濃密機(jī)采用的傳動(dòng)方式為電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)行星擺線針輪減速器,減速器出軸通過(guò)ー對(duì)開(kāi)式齒輪帶動(dòng)渦輪減速器傳至主軸,從而使耙子轉(zhuǎn)動(dòng)翩。傳統(tǒng)濃密機(jī)完全依靠重力作用進(jìn)行懸浮液的液固分離,對(duì)于固體顆粒細(xì)小的礦漿,此種濃密機(jī)沉降速率慢,嚴(yán)重影響工作效率。高效濃密機(jī)以其占地面積小,能耗低,工作效率高，處理量大的特點(diǎn)逐步取代傳統(tǒng)濃密機(jī)設(shè)備而成為主要的礦漿濃縮設(shè)備。其工作原理如圖2.3所示:圖2.3濃密機(jī)工作原理圖Fig.2.3Workschematicdiagramofthickener來(lái)料礦漿（上一級(jí)濃密機(jī)底流）與高分子絮凝劑同時(shí)加入濃密機(jī)的沉降區(qū),在絮凝劑的作用下,懸浮液中的細(xì)礦粒凝結(jié)成較大的顆粒,在重力的作用下迅速向底部沉降。沉降至濃縮區(qū)時(shí),匯集成絮團(tuán)狀組織。繼續(xù)下沉至提耙區(qū),在刮板作用下進(jìn)?步濃縮,高濃度底流經(jīng)底部由底流泵排出,進(jìn)入后續(xù)エ序或進(jìn)入下ー濃密機(jī)繼續(xù)洗滌。澄清液通過(guò)濃密機(jī)頂部作為溢流排出。在沉降區(qū)和濃密區(qū)之間形成ー個(gè)濃度不同的兩相界面。CCD逆流洗滌過(guò)程中的控制設(shè)備主要是濃密機(jī),它的主要作用還是用來(lái)進(jìn)行沉淀分離，因此對(duì)其控制目標(biāo)的要求與普通礦漿沉淀分離過(guò)程相似。在CCD逆流洗滌過(guò)程中,總共有七臺(tái)濃密機(jī)串聯(lián)工作,每個(gè)濃密機(jī)的控制策略均相同,這里僅以其中一臺(tái)進(jìn)行論述。在每臺(tái)濃密機(jī)中的檢測(cè)量為:濃密機(jī)溢流槽液位、溢流流量、濃密機(jī)泥層界面高度、泥層靜壓、底流密度、濃密機(jī)提耙電機(jī)的扭矩、底流流量以及泵的頻率、電流、運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等。其中涉及的被控量為:濃密機(jī)泥層界面的高度、泥層靜壓、底流排放濃度以及濃密機(jī)溢流槽的液位,面控制量為:溢流泵的轉(zhuǎn)速、絮凝劑的流量。濃密機(jī)的控制目標(biāo)是使?jié)饷軝C(jī)正常穩(wěn)定的運(yùn)行,其中要求濃密機(jī)溢流槽的液位控制在エ藝要求的設(shè)定值附近,超過(guò)設(shè)定值太多會(huì)引起溢流水溢出。泥層界面穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi),泥層界面太高可能引起溢流“跑混”的現(xiàn)象，太低則可能引起濃密機(jī)排空,兩種情況均不利于洗滌過(guò)程正常運(yùn)行。泥層靜壓不能太大,否則可能產(chǎn)生“壓耙”現(xiàn)象,使耙子負(fù)荷太大,影響正常工作。底流濃度控制在工藝要求的范圍內(nèi),以便在濃密機(jī)中維持一個(gè)濃縮泥漿床,保持一定的泥漿層有利于壓縮,加強(qiáng)濃密,提高整個(gè)過(guò)程的運(yùn)行效率。綜上所述,濃密機(jī)控制的目標(biāo)是:控制濃密機(jī)溢流槽液位穩(wěn)定、控制濃密機(jī)泥層界面、泥層靜壓和底流濃度穩(wěn)定。影響洗滌效果的因素分析CCD逆流洗滌過(guò)程實(shí)質(zhì)是高濃度礦漿與洗滌水混合稀釋,然后在進(jìn)行液固沉淀分離的過(guò)程。因此對(duì)礦漿沉淀分離的好壞影響著ccd逆流洗滌過(guò)程。進(jìn)入濃密機(jī)渣漿的l/s（液固比）、渣漿中顆粒細(xì)度、絮凝劑添加量、底流L/S（液固比）等。1）進(jìn)入濃密機(jī)渣漿的厶/S（液固比）在進(jìn)入濃密機(jī)的渣漿流量不便的情況下,渣漿的L/S越小,進(jìn)入濃密機(jī)的固相物質(zhì)越多,進(jìn)而影響濃密機(jī)泥層的界面、靜壓以及底流濃度,對(duì)控制過(guò)程產(chǎn)生干擾,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。2）渣漿中顆粒細(xì)度根據(jù)斯托克斯定律,處于重力場(chǎng)中的懸浮液,其中的固體顆粒在液體中的沉降速率方程為:式中〃s為礦漿顆粒沉降速度,單位為m/s；d為礦漿顆粒直徑,單位為か;a為礦漿中固體顆粒密度,單位為Kg/m';タ為液體密度,單位為Kg/m‘；g為重力加速度，單位為m/$2,可取固定值為9.8；4為流體的粘滯系數(shù),單位為Nt/m”67州;由斯托克斯方程可知,礦漿中顆粒的沉降速度與其直徑的平方成正比,與顆粒和周?chē)后w的密度差成正比，與礦漿粘滯系數(shù)成反比胸。礦漿顆粒粒徑越粗，固相液相密度差越大,礦漿沉降速度越快,越易分離網(wǎng)。因此,顆粒過(guò)細(xì),會(huì)使沉降速度降低，影響生產(chǎn)效率。顆粒過(guò)粗，沉降速度過(guò)快,可能造成泥層靜壓過(guò)大,底流濃度過(guò)大,發(fā)生“壓耙”事故,影響濃密機(jī)正常工作。實(shí)際生產(chǎn)中,要避免渣漿中顆粒粒徑過(guò)粗或過(guò)細(xì)。3）絮凝劑添加量絮凝劑是ー類(lèi)可使液體中不易沉降的懸浮顆粒凝聚沉降的物質(zhì)加。選擇合適的絮凝劑加入液體中,能使懸浮液中成膠體狀分散的顆粒凝聚成團(tuán),相當(dāng)于增加了顆粒的直徑,根據(jù)斯托克斯方程可知,能促使其快速沉降,提高生產(chǎn)效率。目前應(yīng)用的絮凝劑可分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑三類(lèi)"「卻。絮凝沉淀法工藝簡(jiǎn)單、效率高、費(fèi)用低,在污水、廢水處理、污泥脫水、冶金、選礦、化工、紡織、醫(yī)藥、食品、造紙等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用“徇。在渣漿沉淀分離過(guò)程中,絮凝劑的作用在于作為礦漿中固體顆粒之間的“架橋”，即使顆粒之間相互碰撞、聚結(jié),以此形成直徑較大卻不太堅(jiān)實(shí)的絮團(tuán)狀顆粒皿,促使其快速沉降,加速固液分離過(guò)程。另一方面,如果絮凝劑的加入量過(guò)大,一部分或大部分顆粒表面被絮凝劑緊緊包圍,顆粒之間的直接碰撞、聚結(jié)受到阻礙,絮凝劑的“架橋”作用減弱,絮凝效果變差,且造成絮凝劑的浪費(fèi).。4）底流厶/S（液固比）CCD逆流洗滌過(guò)程中需控制濃密機(jī)底流濃度以便在濃密機(jī)中維持ー個(gè)合理的泥層界面和泥層靜壓,同時(shí)維持ー個(gè)濃縮沉積層。保持一定的泥漿沉積層有助于壓縮,加強(qiáng)濃密。ー個(gè)較厚的泥漿沉積層可以促進(jìn)底流的濃縮和溢流的澄清，更好的促進(jìn)渣漿固液分離。底流濃度控制過(guò)小,則帶進(jìn)下ー級(jí)濃密機(jī)的溶液過(guò)多,在洗滌次數(shù)和洗滌水量不變的情況下,洗滌后損失的有用溶液就越多;底流濃度控制過(guò)大,可能引起底流堵塞、壓耙事故。CCD逆流洗滌過(guò)程控制難點(diǎn)分析CCD逆流洗滌過(guò)程中,包括多種內(nèi)外因素的交叉變化,不確定性普遍,由于礦漿沉降規(guī)律的復(fù)雜性及礦質(zhì)的多變,エ藝機(jī)理復(fù)雜,操作環(huán)境惡劣等因素的影響,使得對(duì)過(guò)程的控制變得復(fù)雜,其中的控制難點(diǎn)總結(jié)如下:.過(guò)程本身具有多變量強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，輸入輸出眾多,任何ー個(gè)輸入的變化都會(huì)引起所有輸出發(fā)生波動(dòng)。其中濃密機(jī)底流濃度對(duì)象、泥層界面對(duì)象及泥層靜壓對(duì)象之間的耦合關(guān)系為:絮凝劑加入量增大（減少）,引起泥層界面下降（上升）,泥層靜壓增大（減少）,同時(shí)引起底流濃度增加（減小）;底流排量加大（減?。鸬琢鳚舛葴p?。ㄔ黾樱?同時(shí)引起泥層界面下降（上升）以及泥層靜壓減?。ㄔ黾樱?。.エ藝機(jī)理復(fù)雜,操作環(huán)境惡劣，由于受生產(chǎn)條件的限制和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的改變,系統(tǒng)具有大慣性、非線性,加上來(lái)料性質(zhì)波動(dòng)頻繁,難以及時(shí)準(zhǔn)確的根據(jù)變化的來(lái)料情況和后續(xù)エ序的生產(chǎn)情況進(jìn)行有效控制。.礦漿沉降規(guī)律復(fù)雜及礦質(zhì)的多變使?jié)饷苓^(guò)程表現(xiàn)出很強(qiáng)的不確定性。構(gòu)成濃密過(guò)程擾動(dòng)的進(jìn)礦量以及礦質(zhì)的（主要為礦石密度）的變化,增加了濃密機(jī)操作與控制的復(fù)雜性。.機(jī)理復(fù)雜,難以建立,輸入、輸出以及干擾之間精確的數(shù)學(xué)模型,從而難以采用基于模型的控制方法和傳統(tǒng)的最優(yōu)控制方法,而常規(guī)的解耦控制方法也主要建立在模型準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,因此也難以進(jìn)行應(yīng)用。本章小結(jié)本章首先介紹了エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行礦漿洗滌的目的,對(duì)常用洗滌方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單敘述,并比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn),重點(diǎn)對(duì)CCD逆流洗滌過(guò)程的工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)描述,介紹了該過(guò)程中工藝設(shè)備和檢測(cè)儀表的配置情況,詳述了CCD逆流洗滌過(guò)程的控制目標(biāo),然后從エ藝角度分析了影響洗滌效果的重要因素,并在最后分析了CCD逆流洗滌-15-過(guò)程的控制難點(diǎn)。第3章CCD逆流洗滌過(guò)程控制方法研究在エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,CCD逆流洗滌過(guò)程是一段重要工序,針對(duì)上一章中介紹的過(guò)程控制目標(biāo)、影響因素以及控制難點(diǎn),在本章中設(shè)計(jì)控制策略,使過(guò)程得到較好的控制,以進(jìn)行穩(wěn)定、安全的生產(chǎn)。CCD逆流洗滌過(guò)程模型ェ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程模型的建立有利于我們進(jìn)行控制策略的設(shè)計(jì),所以我們有必要對(duì)CCD逆流洗滌過(guò)程的模型進(jìn)行研究。CCD逆流洗滌過(guò)程由七段同樣的濃密機(jī)串聯(lián)構(gòu)成,因此,對(duì)CCD逆流洗滌過(guò)程模型的研究可以簡(jiǎn)化為對(duì)濃密機(jī)過(guò)程模型的研究。在工業(yè)過(guò)程中建立數(shù)學(xué)模型的方法有多種,如系統(tǒng)辨識(shí)、機(jī)理建模等。但由于濃密機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性、不確定性、非線性等,很難建立精確的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。另ー方面^■■型有較大的普，性,但是由于?業(yè)過(guò)程的機(jī)理較為復(fù)雜,在建模過(guò)程中難免做?些近似和假設(shè),但畢竟不能完全反應(yīng)過(guò)程的實(shí)際情況,有時(shí)，:至可能帶來(lái)估計(jì)不到的影響因此,在?程應(yīng)用中,I。前采用試驗(yàn)建模的方法’.在濃密過(guò)程中,影響礦漿液固沉淀分離的主要因素有:進(jìn)入濃密機(jī)渣漿的厶/S（液固比）、渣漿中顆粒細(xì)度、絮凝劑添加量、底流厶/s（液固比）等。此這里確定一個(gè)以底流泵的頻率、絮凝劑的添加量和進(jìn)礦量為輸入,以底流濃度、泥層界面和泥層靜壓三個(gè)參數(shù)為輸出量的矩陣模型。其中,進(jìn)礦量為不可控量,其余兩個(gè)為可控量。矩陣模型為式（3.1）的形式:〇G2為—g21G22G?3V(3.1)。3ノG32^33>宀ノ式中^^^^^^^^^^^^^^^^^“、ハ?分別為濃密機(jī)底流泵的頻率、絮凝劑添加量以及進(jìn)入濃密機(jī)的進(jìn)礦量三個(gè)輸入量。G"、52、63、G21、G22、G23、G31、G32、G33分別為各輸入量和各輸出量之間的傳遞函數(shù)。建立濃密過(guò)程模型的關(guān)鍵是確定G”、62、G3、G21、G及、G23,G31、G32、G33的具體表達(dá)式。由于濃密過(guò)程的復(fù)雜性,因此很難確定精確的反映機(jī)理的表達(dá)式。但在文獻(xiàn)［82］中,作者使用試驗(yàn)的方法,在系統(tǒng)穩(wěn)定工作區(qū)附近給頻率ー個(gè)階躍變化,根據(jù)得出的濃度輸出曲線，進(jìn)行理論分析,確定頻率和底流濃度之間、頻率與泥層

界面高度之間、頻率與泥層靜壓カ之間均可用ー階慣性環(huán)節(jié)近似表示,經(jīng)過(guò)驗(yàn)證,模型動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)誤差均能滿(mǎn)足要求,因此可用ー階慣性環(huán)節(jié)表示頻率與底流濃度、泥層界面高度、泥層靜壓之間傳遞函數(shù)。同理,通過(guò)相同的試驗(yàn)方法,可以得出絮凝劑加入量、進(jìn)礦量與濃密機(jī)底流濃度、泥層界面高度、泥層靜壓之間也均可用一階慣性環(huán)節(jié)近似得出。文獻(xiàn)［83］中也得出了與此相同的結(jié)論。因此，輸出量與輸入量之間的關(guān)系可以用式(3.2)表示:K%金K%金］(yヽい科+1厶2s+17]3s+1K*K,,K23/2一エバ+1T22s+1+1V“丿儲(chǔ)1K32K33【卬丿15+1T32s+1n3S+1ノ(3.2)上式中,ア為系統(tǒng)時(shí)間常數(shù),不同輸入輸出之間的時(shí)間常數(shù)不同。下面分析式中的K,參數(shù)K的值等于輸出與輸入的變化量之比。在系統(tǒng)穩(wěn)定工作區(qū)附近給頻率ー個(gè)階躍變化,根據(jù)文獻(xiàn)［82］和文獻(xiàn)［83］中的結(jié)論以及根據(jù)工藝分析得出,濃密機(jī)的底流流量變大,底流濃度變小、泥層界面高度下降、泥層靜壓カ減少,因此得出K”、K”、く|均小于零。同理,在系統(tǒng)穩(wěn)定工作區(qū)附近給絮凝劑加入量一個(gè)階躍變化，濃密機(jī)底流濃度變大、泥層界面高度下降、泥層靜壓カ增大,因此得出Kに、ムユ大于零,K22小于零。假設(shè)礦漿濃度一定,在系統(tǒng)穩(wěn)定工作區(qū)附近給礦漿加入量一個(gè)階躍變化,濃密機(jī)底流濃度變大、泥層界面高度上升、泥層靜壓カ增大,因此得出K”、ム3、ム3均大于零。其中,進(jìn)礦量為可測(cè)但不可控量,可以把它認(rèn)為是對(duì)系統(tǒng)的干擾量,而濃密機(jī)底流泵的頻率、絮凝劑加入量為可測(cè)可控量,因此可以把濃密機(jī)底流泵的頻率和絮凝劑的加入量作為濃密過(guò)程的控制量,面濃密機(jī)底流濃度、泥層界面高度、泥層靜壓カ為被控量。輸入變量和輸出變量之間的關(guān)系可以用圖3.1所示的傳遞函數(shù)框圖表示

圖3.!傳遞函數(shù)框圖Fig.3.1ThetransferfunctiondiagramCCD逆流洗滌過(guò)程控制策略在エ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,ccd逆流洗滌過(guò)程是一段重要工序,對(duì)其控制的好壞關(guān)系著有用物質(zhì)的浪費(fèi)量和資源的使用率,因此有必要對(duì)其控制策略進(jìn)行研究。一般來(lái)講,エ邏輯控制策略主要研究設(shè)備的啟?？刂?、設(shè)備之間的連鎖關(guān)系、啟停順序、設(shè)備自身的保護(hù)等內(nèi)容?；芈房刂撇呗灾饕芯吭O(shè)計(jì)合適的控制器通過(guò)控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)使關(guān)鍵エ藝參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值附近。?由上一章中介紹的過(guò)程控制目標(biāo)、影響因素以及控制難點(diǎn),結(jié)合圖3.1所示傳遞函數(shù)框圖可知,進(jìn)礦量對(duì)三個(gè)被控量均有影響,且進(jìn)礦量為不可控量,因此可以將其認(rèn)為是對(duì)系統(tǒng)的干擾量處理。這就涉及到底流泵頻率和絮凝劑加入量?jī)蓚€(gè)控制量控制三個(gè)被控量的難題,且這兩個(gè)控制量之間如第二章中分析,具有耦合關(guān)系,這種特性.本文提出了濃密機(jī)過(guò)程智能協(xié)調(diào)和解耦相結(jié)合的控制方法采用協(xié)調(diào)?和普通冋路捽制層的兩レ:捽制結(jié)構(gòu):住普通回路，制層將過(guò)科分成兩個(gè)控制回路,底流濃度

調(diào)節(jié)冋路和泥層界面高度調(diào)節(jié)回路,且設(shè)計(jì)解耦環(huán)節(jié),消除兩個(gè)冋路之間的耦合作用,使兩個(gè)相互影響的控制回路轉(zhuǎn)化為兩個(gè)彼此獨(dú)立的回路;在協(xié)調(diào)層中,根據(jù)各工藝參數(shù)期望值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值,智能協(xié)調(diào)兩個(gè)普通控制回路的設(shè)定值,以達(dá)到控制泥層壓カ在安■■■?同時(shí),由于對(duì)濃密機(jī)溢流槽液位的控制要求不高,允許在設(shè)定值上下不大的范圍內(nèi)波動(dòng)，采用普通冋路就能得到滿(mǎn)意的控制效果,因此也設(shè)計(jì)了濃密機(jī)溢流槽液位的P!控制回路。CCD逆流洗滌過(guò)程的控制結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示:圖3.2CCD逆流洗滌過(guò)程控制結(jié)構(gòu)圖Fig.3.2ThecontrolstructuredrawingofcontinuouscountercurrentdecantationprocessCCD逆流洗滌過(guò)程回路控制方法CCD逆流洗滌過(guò)程包括:濃密機(jī)溢流槽液位回路控制,濃密機(jī)過(guò)程中底流濃度、泥層界面高度和泥層靜壓的控制。因?yàn)榭刂齐y度和復(fù)雜度的不同,下面對(duì)溢流槽液位和濃密機(jī)過(guò)程分別進(jìn)行回路控制方法的研究。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章CCD逆流洗滌過(guò)程控制方法研究(1)濃密機(jī)溢流槽液位的控制方法可認(rèn)為CCD逆流洗滌過(guò)程由七段相同的工序組成,每段エ序配備設(shè)備相同,均由一臺(tái)濃密機(jī)及其相關(guān)設(shè)備組成。每臺(tái)濃密機(jī)溢流槽接收濃密機(jī)的溢流清液,均通過(guò)溢流泵向外抽水。從設(shè)備角度出發(fā),起個(gè)溢流槽液位控制原來(lái)完全相同,因此,我們以其中一臺(tái)溢流槽為例進(jìn)行控制方法的研究。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b檢測(cè)儀表用來(lái)檢測(cè)實(shí)際液位,選用PID控制器并適當(dāng)整定PID參數(shù)，通過(guò)控制溢流泵轉(zhuǎn)速就能得到較好的控制效果。所以我們選擇PID控制器控制濃密機(jī)溢流槽液位?？刂圃韴D如圖3.3所示:圖3.3濃密機(jī)溢流槽液位控制回路原理圖Fig.3.3Thecontrolloopschematicdiagramofthickeneroverflowtankliquidlevel原理圖中控制模式切換為控制器控制模式的切換,控制器有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種模式,控制器為自動(dòng)模式時(shí),意味著整個(gè)控制冋路由控制器控制,控制器根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際值的偏差進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算出的結(jié)果作為輸出調(diào)節(jié)變頻泵轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到控制液位的目的?？刂破鳛槭謩?dòng)模式時(shí),變頻泵接收操作人員在控制面板上設(shè)定的變頻泵頻率。控制原理圖中的控制方式切換,則因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備自帶的控制臺(tái)、柜的原有控制功能,獨(dú)立于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)將設(shè)備切換到現(xiàn)場(chǎng)控制方式時(shí)，操作人員可以在現(xiàn)場(chǎng)低壓配電柜或現(xiàn)場(chǎng)操作箱上,通過(guò)操作按鈕或手柄開(kāi)關(guān)直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作。當(dāng)切換到計(jì)算機(jī)控制方式時(shí),變頻泵接收控制器的計(jì)算結(jié)果或操作員通過(guò)操作面板設(shè)定的頻率。當(dāng)選擇設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)控制方式時(shí),此時(shí)不接收計(jì)算機(jī)的任何指令,因此應(yīng)將控制器切換到手動(dòng)模式。(2)濃密機(jī)過(guò)程的控制方法濃密機(jī)過(guò)程涉及進(jìn)料進(jìn)礦量、絮凝劑加入量以及濃密機(jī)底流泵頻率三個(gè)輸入量，其中絮凝劑加入量和濃密機(jī)底流泵頻率為控制量,同時(shí)涉及濃密機(jī)底流濃度、濃密機(jī)泥層界面高度、泥層靜壓力三個(gè)被控變量,是典型的多變量系統(tǒng),針對(duì)濃密機(jī)的這種特性,本文提出了在普通回路控制層將過(guò)程分成兩個(gè)控制回路,

東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章CCD逆流洗滌過(guò)程控制方法研究戻界而高度調(diào)節(jié)冋路,且設(shè)計(jì)解耦環(huán)節(jié),消除兩個(gè)冋路之間的耦合作用,使兩個(gè)相，.影在協(xié)調(diào)層中,根據(jù)各個(gè)エ藝參數(shù)期望值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值,智能協(xié)調(diào)兩個(gè)普通控制回路的設(shè)定值,以控制濃密機(jī)泥層靜壓力在安全的范圍內(nèi),防止“壓耙”現(xiàn)象發(fā)生。其控制原理圖如圖3.4所示:圖3.4濃密機(jī)過(guò)程控制回路原理圖Fig.3.4Thecontrolloopschematicdiagramofthickenerprocess?在濃密機(jī)控制回路控制模式中設(shè)計(jì)為協(xié)調(diào)、自動(dòng)、手動(dòng)三種控制模式,在自動(dòng)和手動(dòng)模式下,兩個(gè)普通PID回路接收操作員的設(shè)定值,屏蔽協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)的輸出,此時(shí)可認(rèn)為將濃密及過(guò)程控制設(shè)計(jì)為兩個(gè)單回路控制方式,每個(gè)單回路與溢流槽液位回路相同。僅在協(xié)調(diào)控制模式下，兩個(gè)單回路的設(shè)定值接收協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)的輸出作為設(shè)定值,通過(guò)協(xié)環(huán)節(jié)達(dá)到協(xié)調(diào)控制濃密過(guò)程的目的。在圖3.4中,在協(xié)調(diào)模式下,普通回路的設(shè)定值由協(xié)調(diào)控制器根據(jù)操作員設(shè)定值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際エ礦計(jì)算后的結(jié)果給出。在自動(dòng)和手動(dòng)模式下,兩個(gè)普通回路的設(shè)定值為操作員在操作面板上給出。另外,同濃密機(jī)溢流槽液位控制ー樣,當(dāng)選擇任何一臺(tái)設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)控制方式時(shí),應(yīng)將控制器切換到手動(dòng)模式。下面詳細(xì)介紹ー下協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)和解耦環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。由于濃密機(jī)被控變量之間存在耦合關(guān)系,其中任何ー個(gè)改變都會(huì)引起其余的變化,解決這類(lèi)問(wèn)題的較好的辦法是^^^^^^^^^^^^?常規(guī)的解耦環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)方法主要包括:前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)方法、對(duì)角矩陣解耦設(shè)計(jì)方法和單位矩陣解耦設(shè)計(jì)方法。三種設(shè)計(jì)方法在介紹過(guò)程控制的書(shū)中均有詳細(xì)介紹,這里不再進(jìn)行贅述。三種解耦設(shè)計(jì)方法中的前饋補(bǔ)償解耦是最早用于多變量控制系統(tǒng)解耦的方法,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),與普通前饋控制器的設(shè)計(jì)方法完全ー樣。本文即采用前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)濃密機(jī)底流濃度回路和泥層界面高度冋路的解耦環(huán)節(jié)。其解耦系統(tǒng)框圖如圖3.5所小:圖3.5前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖Fig.3.5Thediagramofforwardfeedcompensationdecoupledsystem圖中N21"）、N|2（s）為前饋解耦環(huán)節(jié)。G（s）為控制器G“（s）的輸出,4"）為控制器g,2（s）的輸出,在本文中,q（s）為底流濃度回路p/?？刂破鞯妮敵?，u式s）為泥層界面高度冋路P/O控制器的輸出,u“（s）為經(jīng)過(guò)解耦環(huán)節(jié)后的輸出給現(xiàn)場(chǎng)底流泵的頻率值,U,2（s）為經(jīng)過(guò)解耦環(huán)節(jié)后的輸出給現(xiàn)場(chǎng)絮凝劑泵的頻率值。在圖3.5中要實(shí)現(xiàn)q（s）與%、び2（5）與メ之間的解耦,根據(jù)不變性原理可得:q（5）G21（5）+t/,（^21（5）G22（5）=0 （3.3）U式s）G式s）+リ式s）M式s）GG）=0 （3.4）由式3.3和式3.4可求得前饋解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，即：

(3.5)N曲）=-(3.5)N曲）=-凡(s)G：(s)(3.6)結(jié)合前面分析的各傳遞函數(shù)的形式,可進(jìn)ー步得出前饋解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為:(3.7)N($)= G21G)=ム1(厶25+1)(3.7)G22") 《2(&S+1)いーいー務(wù)一田(3.8)通過(guò)圖3.5可知,雖然通過(guò)設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦環(huán)節(jié),將濃密機(jī)過(guò)程分解為底流濃度回路和泥層界面高度回路兩個(gè)相互獨(dú)立的單變量控制系統(tǒng),但前文分析中指出,進(jìn)入濃密過(guò)程的進(jìn)礦量的多少對(duì)濃密機(jī)底流濃度、泥層界面高度和泥層靜壓カ均有影響，旦進(jìn)入濃密過(guò)程的進(jìn)礦量為不可捽量。通過(guò)設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦環(huán)節(jié),消除了底流濃度和泥層界面高度兩個(gè)回路之間的關(guān)聯(lián),能夠?qū)崿F(xiàn)控制濃密機(jī)底流濃度和泥層界面的目的,但是濃密機(jī)泥層靜壓則沒(méi)有相應(yīng)控制。CCD逆流洗滌過(guò)程中的濃密機(jī)部分控制目標(biāo)是在泥層靜壓在安全范圍內(nèi),盡可能使底流濃度和泥層界面高度穩(wěn)定在設(shè)定值附近,若泥層靜壓過(guò)大則可能出現(xiàn)“壓耙”現(xiàn)象,濃密機(jī)不能正常工作,此時(shí)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)操作,將泥層靜壓調(diào)回安全范圍內(nèi),如提高底流泵頻率、調(diào)高泥層界面高度等。在實(shí)際過(guò)程中,對(duì)泥層壓カ的調(diào)節(jié)首先考慮采用提高底流泵頻率的方法,當(dāng)不能達(dá)到控制目的時(shí),在調(diào)節(jié)泥層界面高度,以達(dá)到調(diào)節(jié)泥層靜壓的目的。提高濃密機(jī)底流泵頻率有兩種方式:ー種是直接調(diào)節(jié)頻率的輸出值,另ー種方式是調(diào)低濃密機(jī)底流濃度的設(shè)定值,通過(guò)控制器根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際值的差值計(jì)算調(diào)節(jié)底流泵的頻率。而調(diào)節(jié)泥層界面高度回路的設(shè)定值可以調(diào)節(jié)絮凝劑泵的頻率,控制絮凝劑的加入量，而絮凝劑的加入量對(duì)泥層靜壓也有影響,因此調(diào)節(jié)泥層界面設(shè)定值也能達(dá)到調(diào)節(jié)泥層靜壓的目的。本文根據(jù)上述思想，提出了濃密機(jī)泥層靜壓智能協(xié)調(diào)控制方法。將泥層靜壓向逐次田 P變大的方向設(shè)置三條界限,分別表示為《、￡、ん，泥層靜壓實(shí)際值標(biāo)記為,pu。泥層靜壓的變化趨勢(shì)標(biāo)記為NP,NP為ー1代表泥層靜壓處于下降趨勢(shì),NP為〇代表泥層靜壓處于穩(wěn)定狀態(tài),NP為1代表泥層靜壓處于上升趨勢(shì)。根據(jù)Ppv處于的范圍和Ppv的變化趨勢(shì)利用條件語(yǔ)句表示的^^^^^^■IfPpv<AndNPホ、,Then協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)輸出底流密度設(shè)定值A(chǔ)nd泥層界面設(shè)定值;IfPpv<P}AndNP=1,Then協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)輸出底流密度設(shè)定值ー1And泥層界面設(shè)定值;IfP,<Ppv<P2AndNP=—1,Then協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)輸出底流密度設(shè)定值A(chǔ)nd泥層界面設(shè)定值;IfPx<Ppv<P2AndNP=O,Then協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)輸出底流密度設(shè)定值ー1And泥層界面設(shè)定值；IfPx<Ppv<PzAndNP=1,Then協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)輸出底流密度設(shè)定值ー2And泥層界面設(shè)定值；IfP2<Ppv<P3AndNP=-1,Then協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)輸出底流密度設(shè)定值ー1And泥層界面設(shè)定值；IfP2<Ppv<P.AndNP=O,Then協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)輸出底流密度設(shè)定值ー2And泥層界面設(shè)定值；IfP2<Ppv<P3AndNP=1,Then協(xié)