面向磨矿过程仿真平台的模型软件研发

论文摘要

磨矿过程是选矿过程中的关键工序,其主要任务是将矿石经过研磨和分级作用,来实现将矿物和脉石解离,使矿石颗粒由大变小,满足生产指标的要求,为后续的选别工序创造条件。该过程具有多变量、强耦合、强非线性、运行工况时变、关键参数无法在线测量等综合复杂性,其控制、优化和软测量技术的研究具有重要意义。为了降低现场调试的成本和风险,在实验室中建立磨矿过程仿真实验系统具有重要的现实意义。本文在东北大学流程工业综合自动化研究中心国家973计划项目《复杂生产制造过程一体化控制理论与技术基础研究》课题的支持下,进行了面向磨矿过程仿真平台的模型软件的设计与开发。本文主要完成了如下工作：(1)本文采用序贯模块法实现磨矿过程的仿真模拟。对磨矿过程一段球磨机和分级机之间,二段球磨机和泵池之间存在的循环回路进行切割,从而确定了单元模块模型的求解顺序。基于磨矿动力学和物料平衡原理建立了主体设备模型和辅助过程模型等单元模块模型。其中,主体设备模型包括：一段球磨机模型、螺旋分级机模型、泵池模型、二段球磨机模型以及旋流器模型,辅助过程模型包括：球磨机给矿模型、球磨机给水模型、分级机补加水模型、泵池补加水模型以及旋流器给矿模型。(2)本文选用自动化中心自主研发的面向一体化控制理论与技术研究的磨矿过程仿真平台软件作为开发平台,在磨矿过程单元模块模型的基础上,设计并开发了磨矿过程仿真模型软件,主要内容包括单元模型模块、模型解算算法模块、收敛模块以及主程序模块的设计与开发,人机界面设计与开发以及通讯接口的设计与开发。该软件具有过程动态仿真、参数设置、仿真进程控制、趋势显示、外部通讯、控制方式选择以及超实时仿真等功能。(3)在磨矿过程仿真模型软件上进行正常工况和异常工况下的开环动态特性实验研究,从磨矿过程机理角度验证了模型的正确性。通过以上实验以及模型软件通讯模块功能测试实验,验证了磨矿过程模型软件的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 磨矿过程仿真研究现状
• 1.2.1 工业过程模型软件的研究现状
• 1.2.2 磨矿过程模型软件的研究现状
• 1.3 存在问题及本文的主要工作
• 第2章 面向磨矿过程仿真平台的对象模型建立
• 2.1 磨矿过程工艺流程及主要设备
• 2.1.1 磨矿工艺流程简介
• 2.1.2 磨矿过程中的主要设备
• 2.2 磨矿过程仿真平台软件简介及其对仿真模型的要求
• 2.2.1 磨矿过程仿真平台软件简介
• 2.2.2 磨矿过程仿真平台对模型的要求
• 2.3 基于序贯模块法的磨矿过程工艺流程切割
• 2.4 磨矿过程单元模块模型的建立
• 2.5 本章小结
• 第3章 磨矿过程模型软件的设计
• 3.1 模型软件总体框架设计
• 3.2 模型软件功能设计
• 3.3 模型软件模型仿真模块的设计
• 3.3.1 单元模型模块的设计
• 3.3.2 模型解算算法模块的设计
• 3.3.3 序贯模块法收敛模块的设计
• 3.3.4 序贯模块法主程序模块运行机制设计
• 3.4 模型软件界面设计
• 3.5 模型软件外部通讯接口设计
• 3.6 模型软件超实时仿真设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 磨矿过程模型软件的开发
• 4.1 模型软件模型仿真模块的开发
• 4.1.1 单元模型模块的开发
• 4.1.2 模型解算算法模块的开发
• 4.1.3 序贯模块法收敛模块的开发
• 4.1.4 序贯模块法主程序模块运行机制的开发
• 4.2 模型软件界面的开发
• 4.2.1 主界面的开发
• 4.2.2 电机启停画面的开发
• 4.2.3 结构参数画面的开发
• 4.2.4 给矿边界条件画面的开发
• 4.2.5 模型内部运行状态趋势画面的开发
• 4.3 模型软件外部通讯接口的开发
• 4.4 模型软件超实时仿真的开发
• 4.5 本章小结
• 第5章 磨矿过程模型软件实验研究
• 实验对象
• 实验目的
• 实验原理
• 5.1 磨矿过程开环动态特性实验研究
• 5.1.1 正常工况下的仿真实验研究
• 5.1.2 异常工况下的仿真实验研究
• 5.2 模型软件通讯功能模块测试实验研究
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文的结论
• 6.2 下一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研工作