氧化鋁生產(chǎn)中磨礦過程先進(jìn)控制的研究及應(yīng)用

肖宜彬 方運濤 魏迎春

摘 要：氧化鋁生產(chǎn)的磨礦過程是一個非線性、大滯后、強(qiáng)耦合的復(fù)雜生產(chǎn)過程，本文根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)過程中的磨礦特點和磨機(jī)的工作特性，提出了一種具有預(yù)測和解耦功能的先進(jìn)控制方法，該方法通對生產(chǎn)數(shù)據(jù)和磨機(jī)運行狀態(tài)的檢測、分析、處理，實現(xiàn)對磨礦過程的控制，使得磨機(jī)安全、穩(wěn)定的運行在理想的狀態(tài)下，提高磨礦的工作效率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并為后續(xù)的溶出生產(chǎn)提供了合格的礦漿。

關(guān)鍵詞：磨礦過程；先進(jìn)控制；氧化鋁

0 引言

磨礦過程作為氧化鋁生產(chǎn)中的重要工序，承擔(dān)著為溶出生產(chǎn)提供合格氧化鋁礦漿的任務(wù)，其礦漿粒度、礦漿濃度等直接影響氧化鋁生產(chǎn)的溶出效率，是氧化鋁生產(chǎn)過程中重要的指標(biāo)。因此，如何在干擾因素眾多、磨礦粒度難以在線檢測、控制精度不高的前提下，實現(xiàn)氧化鋁磨礦過程的優(yōu)化控制，具有十分重要的意義。

1 磨礦過程描述及控制現(xiàn)狀

我國氧化鋁生產(chǎn)的鋁土礦來源復(fù)雜，品位差異大，大部分鋁土礦屬高鋁、高硅、低鐵難溶的礦石，鋁硅比偏低。由于鋁土礦中的雜質(zhì)礦物較多，礦石的硬度、品位波動頻繁，造成磨礦過程存在很多問題。生產(chǎn)過程控制變量波動大、磨機(jī)運行不穩(wěn)定、磨礦效率低、生產(chǎn)指標(biāo)難以控制等問題都是影響生產(chǎn)的重要因素。

鋁土礦的磨礦過程具有非線性和大滯后等特性，是典型的復(fù)雜工業(yè)過程，具有很強(qiáng)的耦合性。同時磨機(jī)的振動、鋼球磨損、礦石品質(zhì)的時變性大大增加了建模的難度。因此，建立磨礦過程先進(jìn)控制的模型、實現(xiàn)磨礦過程的優(yōu)化控制，對提高磨礦效率、降低成本、提高生產(chǎn)指標(biāo)具有重要意義。

隨著計算機(jī)技術(shù)和過程控制水平的大幅提高，針對非線性、大滯后、強(qiáng)耦合、強(qiáng)擾動等特性，諸多基于不同控制理論的控制算法被應(yīng)用到氧化鋁磨礦生產(chǎn)過程的控制中，其主要控制方法有：PID控制[1]、自適應(yīng)控制[2]、模糊控制[3]、專家控制、先進(jìn)控制等。近年來自適應(yīng)控制、模糊控制、專家控制、先進(jìn)控制等在磨礦過程中都進(jìn)行了較多的應(yīng)用，提高了磨礦過程的質(zhì)量和效率，取得了一定的成果。

2 磨礦過程先進(jìn)控制策略的研究

針對磨機(jī)生產(chǎn)過程中多變量輸入/輸出、非線性、強(qiáng)擾動以及參數(shù)難以在線檢測等特點，提出了具有解耦和預(yù)測功能的氧化鋁磨礦先進(jìn)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)控制策略，建立控制模型，并依據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實時運行數(shù)據(jù)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行校正和優(yōu)化，實現(xiàn)磨礦過程的控制，提高生產(chǎn)指標(biāo)和控制精度。

磨機(jī)先進(jìn)控制系統(tǒng)如圖1所示，磨礦粒度與磨機(jī)給礦量、入口循環(huán)母液流量以及磨機(jī)溢流濃度等密切相關(guān)。生產(chǎn)過程中，建立以磨機(jī)給礦量 u1（k）、磨機(jī)入口循環(huán)母液流量u2（k） 等為輸入變量，以礦漿濃度y1（k）、礦漿粒度y2（k）、磨機(jī)排礦量y3（k）等為輸出變量的先進(jìn)控制模型。通過控制磨機(jī)給礦量和磨機(jī)入口的循環(huán)母液流量，調(diào)整磨機(jī)的礦漿濃度，使磨機(jī)工作在最佳磨礦狀態(tài)。

結(jié)合氧化鋁磨礦過程中無法建立精確數(shù)學(xué)模型的特點，在模型未知的情況下，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)和運行信息的采集、處理，給出預(yù)測和解耦后磨機(jī)給礦量、磨機(jī)入口循環(huán)母液量、干擾量等單個輸入變量對整個磨礦過程的影響和作用趨勢，再經(jīng)過先進(jìn)控制器的優(yōu)化校正，最終得出先進(jìn)控制的模型。該控制模型不僅克服了傳統(tǒng)控制的不足，而且對不同品質(zhì)的礦石具有普遍的適用性，能很好的將磨礦粒度控制在目標(biāo)范圍內(nèi)并盡可能接近目標(biāo)值，實現(xiàn)磨機(jī)的優(yōu)化運行，提高控制精度。

為了解決磨礦過程的強(qiáng)耦合、大干擾等問題，建立多變量耦合系統(tǒng)，將復(fù)雜控制回路的被控對象的耦合程度限制在一定程度內(nèi)，實現(xiàn)磨礦過程的解耦控制。該控制系統(tǒng)能夠很好的實現(xiàn)了對外部擾動的跟蹤和預(yù)測，將預(yù)測控制和解耦控制相結(jié)合，在沒有精確的模型和擾動分析的情況下，很好的解決了強(qiáng)耦合、大干擾等對生產(chǎn)的影響。

該先進(jìn)控制系統(tǒng)可以最大化的滿足生產(chǎn)的需求，以更快的響應(yīng)速度和預(yù)測能力將生產(chǎn)過程的擾動控制在最小程度。采用該控制系統(tǒng)后，生產(chǎn)過程中磨機(jī)的運行更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量、能耗水平等生產(chǎn)指標(biāo)都得到了很大的提升。

3 結(jié)語

本文針對磨礦生產(chǎn)過程的特點，基于大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場試驗，詳細(xì)分析了影響磨礦效率和提高產(chǎn)品質(zhì)量的制約因素，提出了具有預(yù)測和解耦功能的先進(jìn)控制策略，對氧化鋁磨礦過程進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，提高了磨礦過程的控制水平和生產(chǎn)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司））