黄金矿山智能选矿厂建设关键技术研究与应用.pdf
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1、 年第 期 第 卷黄金 矿 业 工 程 黄金矿山智能选矿厂建设关键技术研究与应用收稿日期:;修回日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:王庆凯(),男,正高级工程师,从事选冶过程智能优化制造技术研究及应用工作;:王庆凯,杨天皓,莫雪磊,邹国斌,赵以波,段银联,(矿冶科技集团有限公司;矿冶过程智能优化制造全国重点实验室;山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿)摘要:三山岛金矿在完成选矿设备、工艺、自动化和 的技术集成建设之后,通过数据采集平台、智能操作选矿厂和 选矿厂的技术升级,选矿设备和工艺的可靠性得到了显著提高,黄金选矿更加智能化。实现了稳定和优化生产工艺,达到了减员增效的目的,提
2、高了技术指标和经济效益,建成了世界先进的黄金选矿厂之一。关键词:智能选矿厂;黄金选矿;数字孪生;云服务平台中图分类号:文章编号:()文献标志码:引言黄金行业作为资源开采、加工制造、金融安全、国家战略等多个领域的全面融合,是中国制造业与经济领域中不可或缺的部分 。近年来,中国黄金行业取得了跨越式发展,但同样面临着全球经济放缓、金价低迷、资源环境约束、市场竞争日趋激烈等复杂外部形势的严峻挑战。其中,选矿过程是黄金矿山生产作业的重要一环 。黄金选矿过程作为典型的流程工业,具有生产连续、物料多次循环且难以标记跟踪等特点,生产过程不可分割,各工序间关联复杂,导致全流程解决方案与各工序协同极为重要;选矿过
3、程还伴随着一系列物理化学反应,物质转换和能量转移过程机理复杂,难以精确数字化;选矿过程原料属性变化频繁、工序与操作单元缺乏自感知能力,具有强耦合、非线性和大滞后等特点,导致生产难以稳定运行 。基于上述特点,选矿过程对全流程的自感知、自预测、自决策等能力要求较高,必须通过新一代信息技术中数据驱动的全面深度学习与人机混合增强智能才有可能解决上述问题 ;同时,工序、流程、工厂、企业乃至行业需要基于互联网的群体智能解决更高层面创新问题。大力发展新一代人工智能技术,实现选矿过程智能优化,建设智能选矿厂将是解决选矿过程所存在问题的有效途径。在黄金选矿行业转型升级对新技术的迫切需求与大数据、云服务和新一代人
4、工智能发展趋势的双重驱动下,建设智能选矿厂具有重大意义 。为此,山东黄金集团有限公司(下称“山东黄金”)在深刻分析全球矿业发展趋势、当前技术背景及自身条件基础上,决定以三山岛金矿为试点,联合矿冶科技集团有限公司、东北大学等行业知名研究机构和学术团队,进行“国际一流示范矿山”智能选矿厂建设。作为山东黄金推进新旧动能转换重大工程的首个落地项目,按照全球化视野、开放性思维、国际化标准定位,利用智能制造与现代信息化技术手段,通过建设和提升数据采集平台、智能操作选矿厂、数字孪生选矿厂及云服务系统,进一步实现选矿装备、工艺、自动化与信息化的深度融合,提高选矿生产设备可靠性和过程自动化及操作智能化程度,从而
5、稳定和优化流程,减员增效,提高技术指标和经济效益。建设内容三山岛金矿智能选矿厂中控室见图 。图 三山岛金矿智能选矿厂中控室三山岛金矿智能选矿厂建设框架思路见图 。智能选矿厂建设路线包含 个层次:一是建设数据采集平台与选矿数据中心,建设工 矿 业 工 程黄金图 三山岛金矿智能选矿厂建设框架思路业物联网并实现无线网络覆盖,数据中心不但需要采集选矿生产、能源等生产过程的连续数据,更需要完善采集化验、安全等离散数据,保证数据完整性和数据质量,提升装备可靠性和可维护性。二是建设智能操作选矿厂,针对选矿装备,通过预测性维护提升设备运转率;针对选矿流程,通过完善和提升专家系统性能,稳定技术指标,实现少人、无
6、人控制。三是建设虚拟选矿厂,实现数据的透明化和部分数据软测量功能,并通过超实时仿真功能,对特殊工况进行快速决策,引导实际选矿厂快速响应,实现选矿厂技术指标最优。四是建设协同云服务平台,通过对全矿海量历史数据进行大数据分析,从而挖掘出长周期数据的价值,实现选矿厂资产监管优化、全流程及采选协同,综合效益最优。数据采集平台与选矿数据中心建设三山岛金矿数据中心设备见图 。选矿厂级数据中心是为选矿过程数据提供安全、可靠的集中存储空间,并且为数据采集平台、移动巡检、数据存储系统及未来可能新增的各类服务提供可伸缩和高可用的部署载体。图 三山岛金矿数据中心设备建设一套工业物联网框架,涵盖工业协议解析、灵活的数
7、据采集、存储和转发、设备通信等功能。建设数据采集平台和小型选矿数据中心,包括覆盖全厂的工业物联网络及无线巡检系统,实现选矿厂数据采集和存储的全覆盖,对在线监测数据进行 实时采集并存储,对离线化检验数据、移动巡检等数据进行定时采集并存储。保证各类数据的完备、安全、可靠,为智能操作选矿厂、虚拟选矿厂的建设提供基础条件。智能操作选矿厂建设选矿全流程智能化操作系统包括破碎过程智能化操作控制系统、磨矿过程智能化生产运行控制系统、浮选过程智能化生产操作控制系统、浓缩脱水过程生产操作控制系统等部分。其建设目标为通过智能化系统感知选矿厂生产条件变化,自主决策基础控制回路的设定值,实现流程运行指标的智能优化控制
8、,并能及时预测、诊断异常工况,通过自愈控制,实现安全生产运行。软件设计基于软件模块化设计的思想,为了增加软件运行的稳定性并保证控制规则拥有更高的运行优先级,软件整体采用 (端 客户端 服务器)架构客户端作为用户的 接口,实现过程控制的实时状态显示、报警信息提示、历史数据和操作记录查询、统计报表曲线生成、软件与控制参数配置、用户权限和软件授权管理等功能。服务端是运行在系统后台的控制模块,采用系统服务的形式随操作系统自动启动,没有图形界面,主要实现数据的总线通信、数据库操作、数据预处理和控制算法的运算执行等功能。作为整个系统运算和控制的核心,服务端内部包括通信接口、实时数据库、数据预处理、模糊控制
9、、专家控制和软测量技术等模块。系统的生产状态数据和监测设备的测量结果通过通信接口读入到实时数据库中;软测量技术模块通过与实时数据库通信获得实时数据,并将软测量计算的结果返回到实时数据库中;数据预处理模块对实时数据库中的数据进行有效性验证,并根据后续运算的需要进行适当的滤波和统计等计算,并将结果保存到实时数据库中;模糊控制模块根据控制需要对实时数据库的数据进行模糊化处理,然后依据专家规则进行模糊推理,再将推理结果清晰化后得到控制参数,最后将控制参数写入实时数据库;控制参数从实时数据库中通过通信接口发送到 系统,执行控制操作。三山岛金矿优化控制数据库结构框架见图 。磨矿智能控制磨机电流、负荷特征、
10、分级循环量分别反映了其能量消耗、整体负载、分级循环效率等情况,所以,其 年第 期 第 卷矿 业 工 程 图 三山岛金矿优化控制数据库结构框架所处区间及变化趋势的组合可以综合反映磨矿分级系统的工作状态,判断出磨机诸如过载、过载趋势、正常、欠载趋势、欠载及分级系统循环负荷大、适中、小等工况。根据工况判断结果针对性地调整磨机磨矿浓度、分级浓度和泵速,从而实现磨矿分级的优化控制。实际实施时,首先基于对工艺和设备特点的总结,结合历史数据的分析,提炼基本控制规则。在建立磨矿过程优化控制知识库和通过人工智能方法对磨矿过程进行分析的基础上,开发部署专用的磨矿智能操作系统,实现基于专家规则、模糊控制和人工智能等
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