[发明专利]一种双网环境下浮选工业过程运行控制系统及方法

权利要求书

1.一种双网环境下浮选工业过程运行控制系统，其特征在于：包括PLC系统、运行优化控制计算机与DCS监控计算机；

PLC系统布置在浮选工业现场，用于设定精矿品位目标值与尾矿品位目标值，实时获取浮选机中的泥浆高度、泥浆质量、泡沫质量、给矿矿浆流量和尾矿流量，并采用OPC通讯方式通过工业以太网传输至运行优化控制计算机和DCS监控计算机，根据精矿品位目标值的优化值和尾矿品位目标值的优化值控制浮选工业过程运行；

运行优化控制计算机用于设定双网环境下浮选工业过程的矿物收益、矿物消耗、目标经济指标，根据设定的双网环境下浮选工业过程的矿物收益、矿物消耗、目标经济指标以及获取到的浮选机中的泥浆高度、泥浆质量、泡沫质量、给矿矿浆流量、尾矿流量、矿浆的精矿品位目标值和矿浆的尾矿品位目标值，对精矿品位目标值与尾矿品位目标值进行静态优化，针对工业以太网存在噪声与丢包对精矿品位目标值与尾矿品位目标值进行动态优化，并将精矿品位目标值的动态补偿量与矿浆的尾矿品位目标值的动态补偿量下发至PLC系统；

DCS监控计算机用于以曲线图形式显示当前浮选工业过程的经济指标、精矿品位、尾矿品位，同时在线显示泥浆液位，泥浆质量，泡沫质量，给矿矿浆流量，尾矿流量，并且对以太网传输过程中的丢包报警与显示噪声值。

2.采用权利要求1所述的双网环境下浮选工业过程运行控制系统进行双网环境下浮选工业过程运行的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在运行优化控制计算机中设定双网环境下浮选工业过程的矿物收益、矿物消耗、目标经济指标，并在浮选工业现场的PLC系统中设定精矿品位目标值与尾矿品位目标值；

步骤2：PLC系统实时获取浮选机中的泥浆高度、泥浆质量、泡沫质量、给矿矿浆流量和尾矿流量；

步骤3：PLC系统将浮选机中的泥浆高度、泥浆质量、泡沫质量、给矿矿浆流量、尾矿流量、矿浆的精矿品位目标值、矿浆的尾矿品位目标值，采用OPC通讯方式通过工业以太网传输至运行优化控制计算机和DCS监控计算机；

步骤4：运行优化控制计算机根据设定的双网环境下浮选工业过程的矿物收益、矿物消耗、目标经济指标以及获取到的浮选机中的泥浆高度、泥浆质量、泡沫质量、给矿矿浆流量、尾矿流量、矿浆的精矿品位目标值和矿浆的尾矿品位目标值，对精矿品位目标值与尾矿品位目标值进行静态优化：以设定的精矿品位目标值与精矿品位目标值优化值之间差值最小化和设定的尾矿品位目标值与尾矿品位目标值优化值之间差值最小化为优化目标，计算精矿品位目标值的静态补偿量与矿浆的尾矿品位目标值的静态补偿量以满足目标经济指标，并将精矿品位目标值的静态补偿量与矿浆的尾矿品位目标值的静态补偿量下发至PLC系统；

步骤5：PLC系统根据精矿品位目标值的静态补偿量与矿浆的尾矿品位目标值的静态补偿量对浮选工业过程进行PI控制：以给矿矿浆流量、泥浆高度为控制输入量，以矿浆的精矿品位与矿浆的尾矿品位为控制输出量；

步骤6：当PLC系统控制周期达到25个周期时，运行优化控制计算机针对工业以太网存在噪声与丢包，对精矿品位目标值与尾矿品位目标值进行动态优化：以精矿品位目标值的静态补偿量与精矿品位目标值优化值之间差值最小化和尾矿品位目标值的静态补偿量与尾矿品位目标值优化值之间差值最小化为优化目标，计算精矿品位目标值的动态补偿量与矿浆的尾矿品位目标值的动态补偿量以满足目标经济指标，并将精矿品位目标值的动态补偿量与矿浆的尾矿品位目标值的动态补偿量下发至PLC系统；

步骤7：PLC系统将精矿品位目标值的静态补偿量、精矿品位目标值的动态补偿量与尾矿品位目标值叠加作为精矿品位目标值的优化值，将尾矿品位目标值的静态补偿量、尾矿品位目标值的动态补偿量与尾矿品位目标值叠加作为尾矿品位目标值的优化值，根据精矿品位目标值的优化值和尾矿品位目标值的优化值控制浮选工业过程运行；

步骤8：利用DCS监控计算机以曲线图形式显示当前浮选工业过程的经济指标、精矿品位、尾矿品位，同时在线显示泥浆液位，泥浆质量，泡沫质量，给矿矿浆流量，尾矿流量，对以太网传输过程中的丢包报警与显示噪声值，并返回步骤2。

3.根据权利要求2所述的双网环境下浮选工业过程运行控制方法，其特征在于：所述步骤4中的对精矿品位目标值与尾矿品位目标值进行优化，按以下步骤进行：

步骤4.1：建立用来描述浮选工业过程的状态空间方程，将泥浆质量和泡沫质量作为该方程的状态变量，泥浆高度和泥浆流量作为该方程的输入变量，精矿品位和尾矿品位作为该方程的输出变量；

x·(t)=Ax(t)+Bu(t)y(t)=Cx(t)]]>

其中，状态变量为泥浆质量，i＝1,2分别表示矿物种类1和矿物种类2，为泡沫质量，输入变量u＝(h_p,q_a)即PI控制的输入控制量，h_p为泥浆液位，q_a为给矿矿浆流量，输出变量y(t)＝(L_Cg,L_tg)即PI控制的控制输出量，精矿品位尾矿品位为给矿矿浆中矿物种类i的品位，L_cu为铜矿的含量，A是系统矩阵、B是控制矩阵、C是输出矩阵，t为浮选工业过程的各个时刻；

步骤4.2：利用PI控制器更新状态空间方程；

PI控制器的输入控制量u(t)＝Kx(t)+Ly^*

其中，y^*为设定的精矿品位目标值与尾矿品位目标值，K^*为状态反馈矩阵，L为输出反馈矩阵；

更新后的状态空间方程

其中，系统矩阵A_L＝A+BK，控制矩阵B_L＝BL；

步骤4.3：建立用来描述矿物收益与矿物消耗之差的目标经济指标方程r(t)＝My(t)+Nu(t)，其中M为矿物收益矩阵，N为矿物消耗矩阵；

步骤4.4：利用PI控制器更新目标经济指标方程；

更新后的目标经济指标方程r(t)＝C_Lx(t)+D_Ly^*；

其中，状态输出矩阵C_L＝MC+NK，输出输出矩阵D_L＝NL；

步骤4.5：建立以更新后的状态空间方程和更新后的目标经济指标方程为约束条件，以设定的精矿品位目标值与尾矿品位目标值与它们的优化值之间差值最小为优化目标，建立优化该差值的优化目标函数；

优化目标函数为：minJ=12Δy*TSΔy*]]>

其中，其中S为任意的正定矩阵，△y^*为设定的精矿品位目标值与尾矿品位目标值与它们的优化值之间差值；

步骤4.6：利用拉格朗日乘子方法求解优化目标函数，得到设定的精矿品位目标值与尾矿品位目标值与它们的优化值之间差值；

步骤4.7：将设定的精矿品位目标值与尾矿品位目标值与它们的优化值之间差值传输至PLC系统，对设定的精矿品位目标值与尾矿品位目标值进行静态补偿