基于檢測(cè)與處理技術(shù)的信號(hào)檢測(cè)控制優(yōu)化應(yīng)用

樊毅

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、智能化的要求日益增強(qiáng)。數(shù)字化礦山項(xiàng)目，不僅對(duì)設(shè)備的先進(jìn)性提出高標(biāo)準(zhǔn)，還對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)化系統(tǒng)提出更高的要求，自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)的合理應(yīng)用的研究勢(shì)在必行，除了常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)邏輯回路外，信號(hào)檢測(cè)與處理的優(yōu)化控制需求在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中逐漸突顯出來(lái)。設(shè)計(jì)以設(shè)備PLC和上層DCS控制為基礎(chǔ)，通過(guò)優(yōu)化控制器的檢測(cè)信號(hào)與關(guān)聯(lián)工藝控制邏輯，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的控制。該系統(tǒng)在磨浮工藝重要設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，使得生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)內(nèi)數(shù)字化礦山等自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。

關(guān)鍵詞：信號(hào)檢測(cè)與處理；優(yōu)化控制；提高運(yùn)轉(zhuǎn)率

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：迪慶有色）地處云南香格里拉藏區(qū)海拔3000多米的國(guó)家森林公園，年產(chǎn)銅精礦含銅超過(guò)5萬(wàn)噸。

迪慶有色生產(chǎn)工藝流程是一個(gè)極其復(fù)雜而龐大的過(guò)程檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)，各重要環(huán)節(jié)存在干擾因素多等控制難點(diǎn)。以基礎(chǔ)信號(hào)檢測(cè)控制回路為主的常規(guī)定值控制難以適應(yīng)復(fù)雜工況條件的變化，且工人依靠經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心根據(jù)工況的變化去調(diào)整各個(gè)回路的設(shè)定值，既不及時(shí)，又難以找到最優(yōu)的過(guò)程參數(shù)。另外，常規(guī)信號(hào)檢測(cè)應(yīng)用，抗干擾能力較弱，無(wú)濾波等信號(hào)檢測(cè)處理，不穩(wěn)定，不及時(shí)，不準(zhǔn)確，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下設(shè)備正常高效地運(yùn)行。經(jīng)常導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)無(wú)故報(bào)警，未知故障停車(chē)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，造成金屬流失，回收率下降，難以實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。

由于存在以上問(wèn)題，將采選礦工藝技術(shù)、模糊控制技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)分析處理技術(shù)與簡(jiǎn)單控制回路相結(jié)合，構(gòu)建了生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)化過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化。該控制系統(tǒng)是在各設(shè)備PLC系統(tǒng)和上層DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)準(zhǔn)確、及時(shí)、穩(wěn)定等過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化。該項(xiàng)控制技術(shù)已經(jīng)在磨浮工藝重要設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，穩(wěn)定生產(chǎn)，提高效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 生產(chǎn)過(guò)程工藝及控制現(xiàn)狀分析

迪慶有色生產(chǎn)過(guò)程工藝主要采用：自然崩落法采礦、無(wú)人駕駛有軌運(yùn)輸運(yùn)礦、旋回粗碎、SABC磨礦、混合浮選精選、混合精礦分離浮選、尾礦膏體排放等。雖然各工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能不同，但在信號(hào)檢測(cè)與處理的自動(dòng)化技術(shù)上是一脈相通的，下面將以磨機(jī)控制系統(tǒng)為代表進(jìn)行深度介紹。

磨機(jī)作為SABC磨礦工藝的重要設(shè)備組成部分，其高效、穩(wěn)定運(yùn)行是保障整個(gè)生產(chǎn)工藝流程穩(wěn)定的前提，其磨機(jī)潤(rùn)滑和驅(qū)動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)扮演著最重要的角色。各重要環(huán)節(jié)的控制存在較多干擾因素且難以尋找控制規(guī)律，以基礎(chǔ)信號(hào)檢測(cè)控制回路為主的常規(guī)定值控制難以適應(yīng)復(fù)雜工況條件的變化，人工調(diào)整各個(gè)回路的設(shè)定值和常規(guī)信號(hào)檢測(cè)應(yīng)用，其抗干擾能力在自動(dòng)濾波處理等先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)方面沒(méi)有真正體現(xiàn)出來(lái)。難以保障在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境條件下，磨機(jī)潤(rùn)滑和驅(qū)動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)正常高效地運(yùn)行，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)故報(bào)警，未知故障停車(chē)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，原礦處理能力差，效率低下。

2 生產(chǎn)過(guò)程控制優(yōu)化方法

具體優(yōu)化控制辦法為：首先，將其從源頭開(kāi)始進(jìn)行一次粗略整形處理，確保源頭的可靠性；其次，對(duì)傳輸途徑進(jìn)行抗干擾處理，使其在傳輸過(guò)程中信號(hào)不衰減，與檢測(cè)源頭保持一致；再次，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)接收終端進(jìn)行最終細(xì)化濾波處理后，再參與相關(guān)邏輯控制和HMI組態(tài)，或是其他相關(guān)使用。

2.1 信號(hào)檢測(cè)分析介紹

現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)檢測(cè)有兩種：一是數(shù)字量信號(hào)，俗稱(chēng)開(kāi)關(guān)量，在時(shí)間和數(shù)值上都是斷續(xù)變化的離散信號(hào)，只代表被測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)有無(wú)，僅體現(xiàn)被測(cè)結(jié)果，常用有220VAC、110VAC、24VDC、12VDC等信號(hào)；二是模擬量信號(hào)，在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號(hào)，測(cè)量持續(xù)整個(gè)過(guò)程，實(shí)時(shí)反映被測(cè)點(diǎn)的變化情況，在生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、高精度控制中至關(guān)重要，常用模擬量信號(hào)有：壓力、流量、位置、紅外溫度等的4-20mA或0-10VDC等信號(hào)，溫度檢測(cè)常用的是熱電阻、熱電偶等，通過(guò)電阻值隨被測(cè)點(diǎn)環(huán)境變化而獲得。

2.2 信號(hào)處理技術(shù)介紹

信號(hào)處理最基本的內(nèi)容有變換、濾波、調(diào)制、解調(diào)、檢測(cè)，以及譜分析和估計(jì)等。目前基本上所有儀器儀表的信號(hào)檢測(cè)變送器都有數(shù)字信號(hào)處理功能，數(shù)字信號(hào)處理包含三個(gè)步驟：模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換），把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，是一個(gè)對(duì)自變量和幅值同時(shí)進(jìn)行離散化的過(guò)程，基本的理論保證是采樣定理；數(shù)字信號(hào)處理（DSP），包括變換域分析（如頻域變換）、數(shù)字濾波、識(shí)別、合成等；數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換），把經(jīng)過(guò)處理的數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)。通常，最后一步并不是必需的。

然而單靠數(shù)字信號(hào)處理三個(gè)步驟是很難滿足現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境的系統(tǒng)要求的，為了滿足使用要求，所有檢測(cè)的信號(hào)在使用前，還必須經(jīng)過(guò)處理。例如，電信號(hào)弱小時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行放大；混有噪聲時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行濾波；當(dāng)頻率不適應(yīng)于傳輸時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)制以及解調(diào)；信號(hào)遇到失真畸變時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行均衡；當(dāng)信號(hào)類(lèi)型很多時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行識(shí)別；等等。

2.3 優(yōu)化控制策略

磨機(jī)控制系統(tǒng)模擬量信號(hào)有：紅外線溫度檢測(cè)、油壓力檢測(cè)、各軸溫度檢測(cè)、氣路壓力檢測(cè)、電流電壓變送檢測(cè)等；數(shù)字量信號(hào)有：油流流量開(kāi)關(guān)、壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)、各泵運(yùn)行狀態(tài)、各高低壓電氣設(shè)備合閘狀態(tài)等。

優(yōu)化控制策略。首先，源頭整形處理：檢測(cè)儀表，調(diào)試準(zhǔn)確，根據(jù)環(huán)境設(shè)置合適量、盲點(diǎn)、阻尼、濾波、動(dòng)作點(diǎn)、報(bào)警故障閾值點(diǎn)等，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，直到測(cè)量信號(hào)輸出滿足需要為止；其次，傳輸途徑處理：根據(jù)傳輸途徑的距離長(zhǎng)短、電氣干擾等情況，選擇電流或電壓等合適的信號(hào)傳輸方式，選擇高等級(jí)帶屏蔽的控制電纜，并做好儀表接地、遠(yuǎn)離或垂直于動(dòng)力電纜等保護(hù)工作；再次，終端細(xì)化處理使用：當(dāng)信號(hào)達(dá)到使用終端時(shí)，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并與源頭數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)比，一般情況下，若保持一致、滿足要求，則可以使用，對(duì)精度要求更高的關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行的檢測(cè)，終端控制器接收到信號(hào)后，還需要對(duì)其進(jìn)行閾值濾波、時(shí)間濾波等技術(shù)處理，確保每一個(gè)信號(hào)變化都可靠。避免因現(xiàn)場(chǎng)不可知因素造成的瞬間信號(hào)波動(dòng)，提供給自動(dòng)化系統(tǒng)失真信號(hào)，導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)、報(bào)警、故障停車(chē)等對(duì)生產(chǎn)不利的現(xiàn)象。整個(gè)優(yōu)化策略不局限于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備PLC系統(tǒng)控制器底層，在上層DCS系統(tǒng)服務(wù)器也做了相應(yīng)的技術(shù)處理。

3 應(yīng)用與效果

3.1 穩(wěn)定磨礦工藝

對(duì)磨機(jī)潤(rùn)滑檢測(cè)控制系統(tǒng)的紅外線溫度、油流、油壓、氣壓等信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)控制優(yōu)化處理后，磨機(jī)抗干擾能力大幅提升，生產(chǎn)工藝過(guò)程檢測(cè)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 提高原礦處理能力與經(jīng)濟(jì)效率

關(guān)鍵測(cè)控點(diǎn)經(jīng)過(guò)信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)優(yōu)化后，不僅減少了磨機(jī)故障停車(chē)次數(shù)，還能及時(shí)有效地反映各重要工藝參數(shù)，幫助中控人員提高遠(yuǎn)程綜合判斷準(zhǔn)確性，生產(chǎn)執(zhí)行力得到加強(qiáng)，提高了原礦處理能力，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)最大限度地避免了不必要的損耗，提高了經(jīng)濟(jì)效率。

3.3 公司內(nèi)其他關(guān)鍵設(shè)備的推廣應(yīng)用

該檢測(cè)控制優(yōu)化系統(tǒng)在磨礦工藝上的成功應(yīng)用，只是該優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施的第一步，對(duì)公司生產(chǎn)工藝流程的其他關(guān)鍵設(shè)備過(guò)程檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入優(yōu)化處理，將是下一步迫切需要進(jìn)行的工作。

4 結(jié) 論

在比較惡劣的礦山環(huán)境中，常規(guī)的信號(hào)檢測(cè)應(yīng)用是無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要的，即使是先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)，運(yùn)行效果也不太理想，甚至嚴(yán)重耽誤生產(chǎn)。當(dāng)在關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵過(guò)程測(cè)控點(diǎn)開(kāi)展實(shí)施信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)優(yōu)化控制后，設(shè)備的機(jī)械、電氣、自動(dòng)化等方面的優(yōu)越性能才得以充分發(fā)揮出來(lái)。尤其在現(xiàn)在極為推崇數(shù)字化礦山的時(shí)代，此項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)在必行。自動(dòng)化領(lǐng)域的各種先進(jìn)技術(shù)因各行各業(yè)追求高質(zhì)量、高效率而萌生，該信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)的優(yōu)化控制策略對(duì)其他行業(yè)而言，仍然值得推崇，其前景較為廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理（第三版） [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[2] 解培中，周波.信號(hào)與系統(tǒng)分析 [M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3] 向曉漢.西門(mén)子PLC完全精通教程 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.