矿山充填的自动控制研究与应用

论文摘要

随着矿产需求量迅速增加,矿产资源开采利用引发的环境破坏和废料排放,导致矿山环境恶化并造成严重的环境灾害,已成为相当严峻的环境问题与社会问题。为此环境专家依据工业生态学观点,提出把矿山充填作为矿床开采的一道必要工序,并且完全利用矿山固体废料进行充填,最大限度地利用矿产资源和保护远景资源,最大限度地减少矿山废料的产出,从根本上解决矿山环境与生态破坏问题。在矿山充填中,充填质量主要取决于充填料浆的浓度与灰砂配比。传统充填料浆浓度与灰砂配比系统采用常规仪表进行控制,配料成分不稳定,影响充填效果。本论文利用先进的自动化控制技术,设计充填料浆的浓度与灰砂配比系统自动控制方案:针对充填工艺流程及搅拌系统本身存在大滞后、非线性的特点,分析了料浆浓度、料浆配比及水仓液位的现场特性;根据料浆浓度、灰砂比及水仓液位等参数不同的控制需求,设计了符合要求的专家PID控制、双闭环比值控制及带死区的PID控制策略,以保证充填质量符合现场的各项要求;以料浆浓度为被控对象进行专家控制算法的研究并利用Matlab软件对传统PID控制算法与专家控制算法进行仿真与对比,仿真结果表明专家控制算法在动态特性与静态误差方面明显优于传统PID控制算法;通过西门子STEP7软件将专家控制算法在西门子S7-300 PLC中进行实现,采用结构化编程方法对料浆浓度的专家控制规则进行梯形图编程,最终给出料浆浓度的现场运行曲线并达到较为理想的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究动态和发展趋势
• 1.2.1 充填技术简介
• 1.2.2 国内外发展现状
• 1.3 本文完成的工作
• 1.4 本章小结
• 2 矿山充填工艺流程、过程特性及控制要求
• 2.1 充填工艺流程概述
• 2.2 充填控制工艺要求
• 2.3 本章小结
• 3 矿山充填站控制系统设计方案
• 3.1 控制系统的设计准则
• 3.2 控制系统的数据传输、保存及控制模式
• 3.3 控制系统中被控对象的控制设计
• 3.3.1 充填料浆浓度控制设计
• 3.3.2 充填料浆配比控制设计
• 3.3.3 水仓液位、水泥仓料位及搅拌槽料位控制设计
• 3.4 本章小结
• 4 控制算法研究
• 4.1 料浆浓度的模型建立
• 4.2 料浆浓度的PID 控制
• 4.2.1 PID 控制原理
• 4.2.2 PID参数整定
• 4.2.3 料浆浓度的PID 控制及仿真
• 4.3 料浆浓度的专家控制
• 4.3.1 专家控制系统结构
• 4.3.2 专家控制的模型
• 4.3.3 料浆浓度的专家PID 控制及仿真
• 4.4 本章小结
• 5 算法的PLC 实现和工业应用
• 5.1 SIMATIC PLC 简介
• 5.1.1 模块式PLC 的基本结构
• 5.1.2 PLC 的特点和工作原理
• 5.1.3 编程软件STEP7 简介
• 5.2 PLC 系统硬件组态及上下位通信
• 5.2.1 充填系统的硬件组态
• 5.2.2 上下位机通信连接
• 5.3 PLC 程序控制设计
• 5.3.1 程序设计方法
• 5.3.2 料浆浓度控制程序设计
• 5.4 现场调试运行
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的获奖情况