磨矿过程运行控制实验系统及方法

摘要

本发明一种磨矿过程运行控制实验系统及方法，属于自动控制技术领域，该系统包括运行优化控制器、过程回路控制器和三维虚拟磨矿过程运行器，所述的三维虚拟磨矿过程运行器中包括虚拟对象运行器和三维可视化运行器，其中的过程回路控制器利用新兴的软硬件技术和仿真技术，使开发的过程回路控制器和三维虚拟磨矿过程运行器尽可能的接近实际工业环境并具有良好的可视性和兼容性，该系统还集成了运行优化控制器，有效解决实际工业过程中回路设定值依赖人工经验，随意性强，决策不合理的问题，因此本发明具有通用性好、兼容性强、具有三维视觉效果、不受硬件设备的制约，并可以实现优化控制算法和物理设备模型算法的动态替换，开放性好的优点。

主权项

一种磨矿过程运行控制实验系统，该系统用于两段闭路磨矿装置的运行控制实验，所述的两段闭路磨矿装置包括一段球磨机、螺旋分级机、二段球磨机、泵池、水力旋流器、泵、电机和加水阀门；其特征在于：磨矿过程运行控制实验系统包括运行优化控制器、过程回路控制器和三维虚拟磨矿过程运行器，所述的三维虚拟磨矿过程运行器中包括虚拟对象运行器和三维可视化运行器，其中，(1)运行优化控制器：是接收粒度期望指标、优化设定关键决策变量、监控过程数据的装置；运行优化控制器通过使用OPC通讯技术与过程回路控制器进行通讯，获得实时的过程数据，然后根据输入的产品粒度期望指标以及边界条件信息启动磨矿优化控制算法，从而决策出控制回路设定值，并实时监控控制回路设定值和实际值，通过运行优化控制器的数据监控界面对控制回路设定值进行修正，并将修正值下载到过程回路控制器中；(2)过程回路控制器：是利用控制回路设定值和实际值的偏差，通过过程控制算法进行闭环跟踪控制的装置；该装置通过OPC通讯技术获取运行优化控制器的回路设定值和三维虚拟磨矿过程运行器的控制回路实际值，利用过程控制算法产生控制虚拟对象运行器的输入控制量，以跟踪运行优化控制器计算出的回路设定值；(3)三维虚拟磨矿过程运行器：是利用对象模型算法来模拟磨矿工业现场的生产过程，采用虚拟对象运行器的虚拟传感器获取生产过程中的物理量实际值，并具有三维视觉效果的装置；虚拟对象运行器是具有模型算法封装、工艺过程组态、模型算法运行的装置，通过接收过程回路控制器的控制量来产生磨矿过程的过程数据；三维可视化运行器是利用三维建模的方式构建三维视觉效果、动态展示磨矿过程的装置；所述的磨矿优化控制算法包括案例推理算法、专家规则推理算法、实时优化算法和模型预测控制算法；所述的过程控制算法包括PID算法、自适应控制算法、解耦控制算法和模糊控制算法；所述运行优化控制器包括系统管理模块、变量库管理模块、外部算法模块、算法接口模块、算法库管理模块、算法组态模块、算法运行模块、数据通讯模块、数据监控模块、趋势显示模块、数据存储模块和日志记录模块，其中，系统管理模块：用于已有用户的登陆、管理其创建的磨矿过程运行控制项目、控制策略、优化控制算法，以及新建用户和修改密码，并对用户进行权限设置；外部算法模块：用于存放磨矿过程优化控制算法；算法接口模块：起到连通作用，用于将外部算法模块中的磨矿过程优化控制算法定义成为运行优化控制器识别的格式；算法库管理模块：用于将多种磨矿优化控制算法进行分组管理、注册封装和维护；算法组态模块：利用已注册到算法库管理模块中的磨矿过程优化控制算法，为搭建磨矿过程控制策略提供一个组态化的编辑功能，利用拖放、连线操作完成整个控制策略流程的组态；变量库管理模块：将与磨矿过程优化控制算法有关的所有变量保存在变量库管理模块中，该模块的功能是：用于添加、删除、修改变量，对系统中所用到的变量进行统一管理，并根据变量属性进行分类查询和修改；充当第三方软件或控制器的数据访问接口，形成变量与磨矿过程标签的映射；充当实时数据库存储优化控制算法数据，并定期将数据根据归档配置保存到历史数据库，提供结果查询与分析的数据源；算法运行模块：分为手动运行模式，顺序运行模式和定时运行模式；其中，手动运行模式支持鼠标操作，算法的运行完全人工控制，由人来触发算法模块的运行指令；顺序运行模式下，算法模块的执行顺序由软件根据模块的连接关系，利用图形解析算法自动得出计算顺序并自动执行；定时运行模式下，运行前需要为每个模块设置运算周期，运行时平台支持多线程并行处理算法，无需手动干预；数据通讯模块：基于OPC协议，通过配置的OPC服务器和数据标签，以异步方式读取过程回路控制器中的过程数据，并下载计算出的回路优化设定值；数据监控模块：用以对数据进行查看与维护；趋势显示模块：用于以图表形式对数据进行查看；数据存储模块：用于将系统所有过程变量的数据存储下来；日志记录模块：用于系统在执行用户操作时记录信息；所述虚拟对象运行器包括变量库管理模块、模型库管理模块、模型组态模块、模型运行模块和通讯管理模块；其中，变量库管理模块用于：管理虚拟对象模型中使用到的所有变量；模型库管理模块用于：实现虚拟对象的分组管理，同时提供对设备模型注册封装与维护的功能；模型组态模块用于：按照实际过程中各个对象设备的关系，将所建立的虚拟对象按照这个顺序进行组态，从而形成虚拟的工艺流程；模型运行模块用于：按照模型组态的顺序，即物流顺序，运行各个模型；通讯管理模块用于：保证三维可视化运行器与虚拟对象运行器之间通过OPC进行通讯，实现两者的协同。