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1 控制原理
按照结构简单、运行可靠、操作方便的原则，将全流程自动控制引入滞后函数调节整个过程，协调系统稳定地运行。在闭路磨矿循环中引入模糊控制理论，实现了功率、电耳、原矿品位、最终精矿品位等多因素的综合分析判断；在矿浆输送及过滤脱水环节中采用变频控制实现本环节设备平稳运行；在磁选中采用电流检测避免了设备过负荷(切销子)的情况；在线品位分析检测系统能够准确地检测出最终精矿的品位，为快速调整系统状态提供条件，从而保证产品质量。同时，根据北洺河铁矿选矿厂工艺流程的特点，将全流程控制系统拆分为几个环节。每个环节既是一个相对独立的控制单元，同时又是全流程大闭环控制不可分割的一个组成部分。自控系统在实现各个环节自身控制的基础上。最终实现整个工艺流程大闭环优化控制，在保证最终精矿产品质量的前提下，充分发挥各设备效率。
2 应用
全流程自动控制系统的控制范围包括：磨矿分级、选别及脱水控制系统。系统涵盖了主工艺流程各工序的自动化控制。其中包括软件系统、网络系统、主控单元、各种现场仪表及相关控制设备的电气接口等。
控制系统具有两个相对独立的功能：工艺流程顺序和工艺流程过程控制。
2．1 顺序控制
磨选生产过程顺序控制包括一、二段磨矿分级及磁选、过滤生产过程。自动控制系统对磨选分级、过滤脱水及选别设备等实施运行检测、启停控制、开车鸣铃和联锁保护，实现生产过程的集中监视和集中管理。
2．2过程控制
整个工艺过程的控制分为两段-闭路磨矿分级、矿浆池液位变频控制、三段磁选及过滤脱水系统。这些子系统在控制上形成了全流程控制的各个反馈环节．继而实现整个工艺流程的大闭环优化控制。
2．2．1磨矿分级环节闭环控制
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，本环节在常用的PID控制方法基础上引用了一种有效的控制方法：模糊控制。
模糊控制对磨矿系统这种无法获得精确的数学模型、时变的非线性的复杂系统，能给出有效的控制。
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、功率和返砂量。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、排矿浆及给矿水。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1。
本环节将反映磨机工作状态的磨机声音、功率、一次分级机返砂量3个主要参数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3个主要参数的变化或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控制器会根据其给矿原则调整变频器控制给矿机，以达到精确给矿的目的。给矿控制原理见图2。
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，实现了“给矿一磨机状态分析-给矿”这种连续控制。系统时刻都在分析磨机的工作状态，并根据其结果实时给出控制方案。得到的磨机给矿曲线如图3，图中数据来源于该矿选矿厂三系列一段磨机实现模糊控制后的历史数据库。
2．2．2矿浆池液位变频控制
矿浆由胶泵输送给19m水平磁选机，为防止矿浆池被抽空或溢出，保证磁选机给矿量连续平稳，本环节采用 PID控制+变频调速控制电机转速，从而实现矿浆池液位始终保持在1/3～2/3之间。
2．2．3磁选机自动控制
入选矿浆浓度对选别效果及磁选机负荷有很大的影响，系统通过浓度计检测矿浆浓度和对磁选机电流检测，判断磁选机工作状态，调节电动调节阀，电磁流量计向矿浆池补加水，保证合适的矿浆浓度并避免磁选机过负荷情况的发生。达到最好的选别效果及设备良好的运行状态。
2．2．4过滤机变频控制
系统由水分在线检测仪检测滤饼水分含量，通过变频器调节过滤机频率，改变其转速，从而使铁精粉水分含量达标。
2．2．5品位检测及控制
在选矿生产过程中，产量和质量(品位)是体现生产效率的两个缺一不可的指标，生产指导原则是在保证产品质量的前提下，尽可能地提高产量。质量指标体现在精矿和尾矿品位。精矿品位关乎产品是否合格。是否满足输出条件；尾矿品位反映金属回收率，反映出磨选设备的效率。故在控制系统中对精矿(三磁精矿)进行检测，品位检测不合格时，将信号反馈到PLC．系统及时作出调整，把住最终产品质量关。
2．2．6 大闭环控制的实现
整个工艺过程的优化控制与平衡。涉及到几个小闭环系统的协调运作，当最终精矿指标发生波动时，整个控制系统会自动跟踪其变化趋势。积极调整各控制环节的工艺参数，直到精矿指标稳定。具体调节过程为：当发现三磁精矿品位偏低时，系统首先分析磨矿分级子闭环系统，检查其控制过程是否稳定，分级机溢流粒度是否满足工艺参数指标要求。若一、二段磨矿分级闭环子系统各工艺参数指标均稳定且满足工艺要求，则系统首先通过给矿浓度调节磁选，依工艺流程逆向推移，提高二段磨矿分级(分级机)溢流粒度合格率，直至提高一段磨矿排矿浓度合格率。最终达到精矿指标稳定，工艺流程负荷平衡。反之，可顺工艺流程反向调节。
全流程控制的实施使最终精矿指标的稳定性及系统处理能力大大增加。全流程控制系统的实现框图及几个小闭环系统的关系框图如图4(当精粉中硫含量超标时，启动反浮选设备)。
3 系统特点
3．1 多因素检测磨机的工作状态
采用磨机电耳、磨机功率、分级机返砂量和溢流粒度等多因素的变化来综合判断磨机工作状态，不仅准确测量出磨机负荷、分析磨机状况的变化趋势。同时也使系统的自诊断、自动校正得到可靠的保证，为系统磨矿效率的检测提供基础数据。并在其中之一发生故障时，系统仍能正常工作，起到相互保护作用。
3．2 PID+模糊控制
模糊控制将磨机的性能、磨矿系统的工艺过程和矿石性质的变化等诸多因素与生产实践相结合，建立模糊控制规则，进行模糊推理，得出推理结果。反模糊化与各控制对象的PID结合，组成Fuzzy+PID的控制闭环，从而实现磨机的精确控制。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。从而更有利于稳定磨机生产过程，提高磨机的处理量，稳定分级溢流粒度，并为下一工序作业提供有利的条件。
3．3系统可靠性高
系统核心设备采用平均无故障时间较长、易于维护的设备，辅助设备采用先进的通用设备，便于现场人员的使用与维护。
自动控制系统中所有设备均采用二级连锁保护，即控制系统在原有电气连锁系统基础上，增加PLC连锁控制，其中包括轴瓦温度报警、油路阻断报警、上下工序的启动停止信号、磨选环节设备启动停止信号、紧急停车信号、集矿胶带启动停止、给矿胶带启动停止、变频器启动停止、各种指示及报警等信号的检测和输出以及其相应的逻辑顺序关系控制。二级连锁保护保证了各种设备在条件复杂、恶劣生产现场环境中安全运行。
控制系统与现场设备的模拟量和开关量输入输出均实现隔离，提高了系统的可靠性；设备通过接地处理、传输信号屏蔽等措施实现防雷、防干扰、防静电等问题，保护设备和人身安全。
4效果
自动控制系统采用磨机电耳、功率、分级机返砂量和分级机溢流粒度等多因素的变化来综合判断磨机工作状态，避免了仅采用电耳或磨机功率单因素检测、阶梯值给矿这一简单的控制方法，容易造成系统失控，致使磨机“涨肚”或导致台时效率下降、分级设备溢流粒度不稳定，形成磨机与分级设备之间的恶性循环，从而导致后续工序失衡的现象。
采用PID+模糊控制，避免了采用单纯的PID控制系统遇到磨机工况不稳定时，常出现磨机过负荷及给矿异常等，严重影响磨机的正常工作。并有可能造成设备损坏的不良后果。
磨矿全流程自动控制系统启用以来，3个系列磨机均没有发生过“涨肚”现象，且提高了系统台时效率、分级机溢流粒度合格率及回收率，降低球耗、电耗及衬板等消耗，避免和减少了故障的发生。精矿品位一直保持在66．5％～66．8％之间稳定生产，同时大大提高了人均劳效．与同等规模的选厂相比减少1/3员工。整个系统使用效果较为显著，具体指标对比见表1。
5 结语
磨选全流程自动控制系统是直接应用于选矿生产的一项新技术。它能为提高选矿厂生产效率、产品质量、节能降耗、提高选厂现代化科学和数字化管理发挥重要作用，获得显著的经济与社会效益。为企业管理提供了准确的数据。提高企业的管理水平。真正实现节能降耗，挖掘设备潜力，减少设备故障停机时间，提高设备作业率，降低岗位工人劳动强度，提高劳动生产率。北铭河选矿厂磨选全流程自动控制系统使用比较成功，是一项应用价值较高的技术项目。
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