磨矿分级控制专家系统新技术及生产应用.doc

一、项目基本情况成果登记号：项目名称磨矿分级控制专家系统新技术及生产应用候选人黄宋魏、李宗平、徐士申、孙英、吴锡煌、陈猛胜、童雄、杨建华、曾辉、贾瑞强、饶慧琦、谢琦、李亚候选单位玉溪大红山矿业有限公司，中冶长天国际工程有限责任公司，昆明理工大学推荐单位（盖章）昆明钢铁集团有限责任公司推荐专业(学科)评审委员会电子信息技术项目所属学科1自动化技术及应用项目所属学科2矿物加工工程项目所属学科3已呈交的科技报告编号 所属国民经济行业采矿业任务来源其他计划计划下达单位/部门玉溪大红山矿业有限公司计划名称和编号磨矿分级控制专家系统新技术及生产应用2011年技术合同第15号项目开始时间2010年1月1日项目结束时间2015年12月31日密级/期限（年）定密机构成果应用于生产时间2012年1月成果应用单位数量3个选矿厂成果类别应用技术类授权发明专利（项）17授权的其他知识产权（项）7二、项目简介“十二五”以来，国家对矿产资源的综合利用水平提出更高的要求。国外成功经验证明，智能控制技术可有效提高选矿的产量与质量，提高金属回收率，实现降本增效。由于国内尚无实现智能控制的选矿二级控制专家系统，一些国内矿山企业花费数千万元从国外引进智能设备和系统，但是由于国内原矿条件复杂多变，效果却不甚理想。磨矿分级是选矿厂生产流程中最关键的环节，直接关系到选矿生产的处理能力和磨矿产品的质量，对后续选别作业指标乃至整个选矿厂的技术经济指标产生重要的影响。磨矿分级是一个多输入、多输出的复杂系统，磨矿分级的智能优化控制一直是选矿领域的国际性技术难题。本项目组织产、学、研三家单位联合攻关，针对国内外现有磨矿分级控制技术的问题和不足，综合考虑磨矿分级复杂多变的生产条件，运用控制理论、人工智能理论以及数据挖掘等前沿技术，结合磨矿分级理论和磨矿分级控制经验，从机理研究、智能控制模型和系统结构架构等方面开展了一系列研究，成功解决了磨矿分级控制专家系统的关键技术难题。该技术成果已经成功应用于国内最大的铁选矿企业玉溪大红山矿业有限公司的三个选矿厂，取得了显著的经济效益和社会效益。主要技术创新和技术经济指标如下：（1）该成果针对国内外现有磨矿分级控制系统存在的问題，提出了分布式磨矿分级控制专家系统的思路，研发了基于知识推理和智能闭环控制的磨矿分级过程控制专家系统，实现了磨矿分级工艺参数的自动寻优和生产过程的优化控制。（2）成功研发了一段磨矿分级控制专家子系统、二段磨矿分级控制专家子系统和协同控制子系统，可以自动寻找和跟踪磨矿机的最佳工作点，保持两段磨矿的物料负荷平衡，能自动适应矿石性质的变化，在稳定磨矿产品质量的同时，实现了增产、节能和降耗。 （3）研发了一种磨矿机负荷量检测技术、矿浆浓度检测技术和阵列式电子皮带秤技术，提高了磨矿分级过程关键参数的检测精度；（4）根据磨音状态值、主轴油压和磨机功率及其变化规律，发明了获取磨矿机最佳给矿量以及给矿量精确控制的技术方法，可以及时准确地确定最佳给矿量，并最终提高磨矿机的原矿处理量和效率。（5）发明了一种铁矿自磨系统故障快速检测方法，能够快速、有效地检测出系统故障。（6）以多项发明专利技术为支撑，研发了由基础数据层、数据处理层、专家模型层和人机接口层的多层次、多参数的协同控制成套技术，实现了两段磨矿分级的给矿、磨机负荷、溢流浓细度等参数的优化控制，将磨矿机负荷控制在最佳状态，确保两段磨矿物料负荷平衡，稳定了磨矿产品质量，显著地提高了处理量和实现了节能降耗。（7）该成套技术已在玉溪大红山矿业有限公司的三个选矿厂推广应用，与投运前比较，在确保磨矿产品质量合格的前提下，连续3年生产考核的平均数据为：原矿处理量提高14.31%，电耗降低12.34%，钢耗降低12.63%；三年新增利润17.63亿元，新增税收3.35亿元；铁金属回收率提高了1.01%；实现了铁精矿降硅提质，减少了钢铁冶炼电耗和原材料消耗；选矿生产的自动化装备程度和信息化管理水平大大提升，减轻了工人的劳动强度，提高了选矿的生产效率。（8）获得了17项国内发明专利、4项实国内用新型专利和3项国内软件著作权的授权，出版了相关专著1部；权威机构出据的科技文献查新报告表明有两项技术属国际首创。（9）云南省科学技术奖励办公室组织以中国工程院孙传尧院士为主任的专家组对“磨矿分级控制专家系统新技术与生产应用”项目进行了科技成果鉴定，鉴定结果（云科奖鉴字2016037号）认为：该项目研发并投入实际应用的磨矿分级控制专家系统属于国内首套，整体技术达到了国际先进水平，其中磨矿分级分布式协同控制技术居国际领先水平。三、候选人对项目的贡献情况（推广应用情况）黄宋魏: 项目总负责人，主要承担方案设计、系统结构设计、控制方法研究、关键技术研究、关键参数检测等技术工作。制定项目实施的总体技术方案；根据两段磨矿分级流程的特点，提出了分布控制协同处理的分布式控制专家系统的技术思路和控制方法；设计了一段磨矿分级控制子系统、二段磨矿分级控制子系统和协同控制子系统的架构；提出了多参数协调控制、磨矿机工作点自寻优控制、两段磨矿的物料负荷平衡控制、旋流器多参数优化控制的技术方法；开发了提高球磨机负荷量、矿浆浓度以及给矿量检测精度的新技术。以第一完成人获得发明专利授权1项、实用新型专利授权4项、软著授权1项，出版学术专著1部。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的80%以上。李宗平: 项目负责人之一，承担方案设计、软件开发、控制规则研究、关键技术研究、核心技术架构开发、关键控制模型研发、系统调试等技术工作。制定项目实施的具体技术方案；开发了给矿量控制、磨矿机负荷控制、旋流器溢流浓细度控制等多项具有完全自主知识产权的重要技术；提出了多参数协同控制、磨矿机工作点的自寻优以及保持两段磨矿的物料负荷平衡的智能化控制方法；提出了磨矿分级过程数据自动挖掘的技术方法；设计开发了控制专家系统架构和智能控制模型；开发了控制专家软件系统；完成了控制专家系统的现场调试。以第一完成人获得发明专利授权14项。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的80%以上。徐士申: 项目负责人之一，承担项目策划、方案审查、组织管理等工作。提出了项目的总体实施方案和总体实施计划，审查了项目组提出的总体技术方案、经济预算方案、组织实施方案等，组织三方技术人员分工协作按计划推进，为本项目的顺利完成做出了重要的贡献。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的70%以上。孙英: 项目主要完成人之一，负责项目策划、组织管理、方案审查等。提出了项目的实施方案和实施计划，组织该公司有关技术人员进行项目的研究开发，审查了项目组提出的技术方案以及协作方案，在多项专利技术方面提出了重要的技术思路。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的60%以上。吴锡煌: 项目主要完成人之一，负责多参数作用机理试验研究等。进行了二段磨矿分级作业生产过程多参数作用机理的研究，明确了磨矿分级过程多参数的相互作用关系，为二段磨矿分级控制子系统的数据库与规则库的构建提供重要的技术资料。在本项目研究中投入的工作量占到本人全部工作量的60%以上。陈猛胜: 项目主要完成人之一，负责项目策划、组织管理、方案审查等。提出了项目的软件系统开发方案和软件系统应用计划，组织该公司相关技术开发人员进行软件系统的研发，审查了项目组提出的硬件构架、软件构架方案。在本项目研究中投入的工作量占到本人全部工作量的50%以上。童雄: 项目主要完成人之一，负责项目研究方法、磨矿分级多参数作用机理及运行特性研究。提出了磨矿分级的理论分析与生产数据分析相结合的综合研究方法，明确了磨矿分级生产过程多参数的作用机理和运行特性，提出了给矿量、磨机负荷、磨矿浓度、两段物料负荷平衡作用关系以及旋流器的入流参数与溢流浓细度的特征关系，为控制专家系统的数据库及控制规则库的构建提供重要的数据和技术方法。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的50%以上。杨建华: 项目主要完成人之一，负责现场应用实施策划与实施组织管理。在项目现场实施过程中，制定了不影响选矿厂生产的分步实施方案，提出了两级控制系统对接和联动调试的技术方法，组织人员进行项目现场安装与调试。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的60%以上。曾辉: 项目主要完成人之一，负责控制专家系统软件开发与调试。进行控制专家系统监控界面程序编写以及软件系统的调试。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的50%以上。贾瑞强: 项目主要完成人之一，负责多参数作用机理及应用研究。对一段半自磨分级作业进行生产试验研究，明确给矿量、半自磨机负荷、磨矿浓度、钢球负荷等参数的相互作用关系，提出了一段半自磨分级作业的控制方法，为构建一段控制子系统提供重要的试验数据。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的50%以上。饶慧琦: 项目主要完成人之一，负责现场应用与系统维护。在本项目现场应用实施过程中提供了控制专家系统与基础自动化系统对接以及参数设置所需要的基本信息，共同完成了控制专家系统的联动调试，负责两级控制系统的操作管理与运行维护工作。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的80%以上。谢琦: 项目主要完成人之一，负责控制回路对接和控制规则研究。提出控制专家系统控制输出与基础自动化系统控制回路的对接方法以及控制规则的程序化实现方法。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的50%以上。李亚: 项目主要完成人之一，负责两级控制系统对接。提出两级控制系统的通信方法，进行了OPC多参数的组态，实现了一级控制系统与二级控制系统的准确信息交换。在本项目研究中投入的工作量占本人全部工作量的50%以上。四、候选单位对项目的贡献情况（推广应用情况）1. 玉溪大红山矿业有限公司玉溪大红山矿业有限公司是本项目的主要组织、研发和生产应用单位，对“磨矿分级控制专家系统新技术及生产应用”项目做出如下创造性贡献：（1）主要完成了磨矿分级控制专家系统的生产应用；（2）完成了磨矿分级作业多参数作用机理的试验研究，明确了操作参数与目标参数的作用关系，为关键技术的应用开发提供重要的依据；（3）完成了磨矿分级控制专家系统的生产验证，为以关键技术为支撑的控制专家系统技术改进提供重要的基础数据和控制经验；（4）实现了控制专家系统的长期正常运行，在磨矿分级作业智能化控制的前提下，保持磨矿产品质量稳定和取得了显著的增产节能降耗效果，经济效益和社会效益显著，为国内外矿山企业做出了重要的示范作用。2. 中冶长天国际工程有限责任公司中冶长天国际工程有限责任公司是本项目的主要技术创新和关键技术研发单位，为项目研究成果的推广应用提供了重要的技术支撑，主要贡献如下：（1）解决了项目的关键技术难题，成功构建了磨矿分级控制专家系统；（2）发明了给矿量控制、磨矿机负荷控制、旋流器溢流浓细度控制等多项具有完全自主知识产权的重要技术；（3）共同提出了多参数协同控制、磨矿机工作点的自寻优以及保持两段磨矿的物料负荷平衡的智能化控制方法；（4）提出了磨矿分级过程数据自动挖掘的技术方法；（5）设计开发了控制专家系统架构和智能控制模型；（6）开发了控制专家系统软件；（7）完成了控制专家系统的现场调试。3. 昆明理工大学昆明理工大学是本项目的主要技术创新和关键技术研发单位，为项目研究成果的生产应用提供了重要的技术支撑，主要贡献如下：（1）提出了两段磨矿分级流程的分布控制协同处理的分布式控制专家系统的技术思路和控制方法；（2）提出了多参数协同控制、磨矿机工作点自寻优控制、两段磨矿的物料负荷平衡控制、旋流器多参数优化控制的技术方法（3）设计了一段磨矿分级控制子系统、二段磨矿分级控制子系统和协同控制子系统的架构；（4）发明了提高球磨机负荷量、矿浆浓度以及给矿量检测精度的重要技术； （5）提出了分布计算与协同计算相结合的多控制量加权叠代算法，为一级控制系统的控制回路提供最佳的给定值。五、获得知识产权情况知识产权类别知识产权具体名称授权号授权日期授权名称证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利一种球磨机负荷参数检测方法及装置ZL201310377730.92015.11.18一种球磨机负荷参数检测方法及装置1841718昆明理工大学黄宋魏童 雄有效专利发明专利一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法ZL201410543949.62015.12.23一种管道式矿浆浓度自动检测系统及方法1896109昆明理工大学于桂明黄宋魏有效专利发明专利一种磨矿分级过程中矿浆泵池液位控制的方法和装置ZL201310722091.52016.02.03一种磨矿分级过程中矿浆泵池液位控制的方法和装置1940540中冶长天国际工程有限责任公司李宗平有效专利发明专利一种磨矿机控制中调节钢球填充率的方法和装置ZL201310487476.82016.01.06一种磨矿机控制中调节钢球填充率的方法和装置1913316中冶长天国际工程有限责任公司李宗平孙 英有效专利发明专利一种磨矿机控制中调节钢球填充率的方法和装置ZL201310673699.32015.08.19一种磨矿机控制中调节钢球填充率的方法和装置1761867中冶长天国际工程有限责任公司玉溪大红山矿业有限公司李宗平孙 英有效专利发明专利一种磨矿机给矿量控制的方法和装置ZL201310674944.22015.10.14一种磨矿机给矿量控制的方法和装置1813404中冶长天国际工程有限责任公司玉溪大红山矿业有限公司李宗平孙 英有效专利发明专利一种磨矿机给矿量控制的方法和装置ZL201310487185.92015.08.05一种磨矿机给矿量控制的方法和装置1746410中冶长天国际工程有限责任公司李宗平孙 英陈猛胜曾 辉有效专利发明专利一种磨矿机控制中调节钢球填充率的方法和装置ZL201310673699.32015.08.19一种磨矿机控制中调节钢球填充率的方法和装置1761867中冶长天国际工程有限责任公司玉溪大红山矿业有限公司李宗平孙 英有效专利发明专利一种获取磨矿机最佳给矿量的方法和装置ZL201310604186.72015.10.21一种获取磨矿机最佳给矿量的方法和装置1819406中冶长天国际工程有限责任公司李宗平有效专利发明专利一种获取磨矿机最佳给矿量的方法和装置ZL201310606680.72015.08.05一种获取磨矿机最佳给矿量的方法和装置1744963中冶长天国际工程有限责任公司李宗平孙 英有效专利发明专利一种磨矿过程中磨矿仓下料受阻控制的方法和装置ZL201310381611