一种磨矿分级流程的仿真系统的制作方法

1.本发明涉及流程工业建模仿真领域，尤其是涉及一种磨矿分级流程的仿真系统。


背景技术：

2.磨矿分级流程在选矿生产全流程中具有举足轻重的作用。保持磨矿分级产品的粒度、浓度在合理区间可有效提高选矿金属回收率，同时磨矿分级流程生产需要消耗大量能源与磨矿介质。因此，优化磨矿分级流程对于提高矿产资源利用效率、节能降耗有着积极且重要的意义。但是，磨矿分级流程本身具有的强非线性、强耦合性、很多重要参数难以在线检测等特点增加了控制难度；同时，磨矿分级流程生产设备昂贵，维护成本高、代价大。磨矿分级流程的稳定有效控制与关键设备故障预警成为了选矿企业与科研机构关注的热点问题。
3.伴随着新一轮技术革命，流程工业建模仿真领域有了以大数据、机器学习为代表的新方法；这些技术的蓬勃发展为传统流程工业的转型升级带来了新的机遇，也为流程工业传统控制方法所遇到的难题与困境带来了新的解决方案。然而，面对发展迅猛的建模方法，现有仿真系统已难以适用。metsim、jksimmet等现有专业磨矿模拟软件主要面向流程优化设计的用户；生产操作用户使用时，凸显了其软件结构设计的如下缺陷：（1）模型库封闭，难以根据实际情况修改模型参数和完善模型；（2）仅可以基于质量平衡原则计算磨矿分级流程的稳定工作状态，而无法仿真计算无时无刻不处于动态之中的实际生产状态；（3）计算结果可视化展示功能较差。
4.综上所述，包含传统机理建模、大数据建模、机器学习建模等在内的磨矿分级流程建模仿真技术是解决精确稳定控制与关键设备故障预警的有效手段，但是现有软件系统难以实现仿真系统预定的实时仿真、超实时仿真功能，且通用性较差。针对上述问题，还未提出有效的解决方案。
5.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种磨矿分级流程的仿真系统，以缓解现有磨矿分级流程仿真系统的通用性较差的技术问题。
7.本发明提供了一种磨矿分级流程的动态仿真系统，包括：数据传输模块、边缘计算模块、仿真模块、数据存储和可视化模块；其中，所述数据传输模块，用于根据预设通信协议，将目标设备的工作参数发送给所述边缘计算模块和所述仿真模块；其中，所述目标设备包括：磨矿分级设备和仪表；所述边缘计算模块，用于利用预设算法对所述仪表的工作参数进行滤波，得到滤波后的工作参数，以及基于所述仪表的工作参数对所述仪表进行故障检测；所述仿真模块，用于利用用户发送的所述磨矿分级流程的组态配置、所述目标模型、所述滤波后的工作参数、所述磨矿分级设备的前一时刻状态值和所述磨矿分级设备的当前时刻状态值，对磨矿分级流程进行仿真，得到仿真结果；其中，所述目标模型包括：预设磨矿分
级设备的动态模型、预设磨矿分级设备的稳态模型和用户自定义模型，所述仿真结果包括：实时仿真结果和/或超时仿真结果；所述数据存储和可视化模块，用于存储和显示目标参数，其中，所述目标参数包括以下至少之一：所述仿真结果，所述目标设备的工作参数，用户操作信息，仿真算法的工况异常和算法故障。
8.进一步地，所述磨矿分级设备包括：碎矿设备、磨矿设备、分级设备和其他设备，其中，所述碎矿设备包括：圆锥破碎机，所述磨矿设备包括：半自磨机、球磨机和棒磨机，所述分级设备包括：旋流器、振动筛、螺旋分级机，所述其他设备包括：泵池和渣浆泵。
9.进一步地，所述仪表的工作参数包括：给矿量、给水量、渣浆泵变频器输出频率、渣浆泵电流、旋流器给矿流量、旋流器压力、旋流器浓度、泵池液位、球磨机振动信号、旋流器溢流粒度。
10.进一步地，所述仿真结果包括：碎矿设备和磨矿设备的填充粒度、浓度、总量，碎矿设备和磨矿设备的排矿粒度、浓度、流量，分级设备的溢流/筛下、沉砂/筛上粒度、浓度、流量。
11.进一步地，所述预设算法包括：双盲去噪自编码算法、统计离群点检测算法、iir低通滤波算法、滑动平均滤波算法、卡尔曼滤波算法、多项式平滑滤波算法和用户自定义算法。
12.进一步地，所述用户自定义算法的普适方程组为，其中，表示时刻的仪表的工作参数，表示时刻预设算法的输出值，表示时刻预设算法的状态值，与表示用户自定义算法函数。
13.进一步地，所述用户自定义模型包括：用户自定义稳态模型和用户自定义动态模型，其中，所述用户自定义稳态模型的普适方程组为，其中，表示用户自定义稳态模型的稳态输入值，表示用户自定义稳态模型的稳态输出值，表示用户自定义稳态模型的算法函数；所述用户自定义动态模型的普适方程组为，其中， 表示时刻，表示时刻用户自定义动态模型的算法输出值，表示时刻用户自定义动态模型的算法状态值，与表示用户自定义动态模型的算法函数。
14.进一步地，所述系统还包括：模型参数更新模块，用于对所述目标模型的模型参数进行更新。
15.进一步地，所述系统还包括：授权与管理模块，用于为用户提供授权码，以使用户基于所述授权码使用所述磨矿分级流程的仿真系统，以及用于为用户配置操作权限。
16.进一步地，所述预设通信协议包括：opc ua协议和opc da协议；所述磨矿分级设备
的动态模型包括：所述磨矿分级设备的机理模型，基于监督机器学习算法的数据驱动模型和用户根据系口规则自开发的模型。
17.在本发明实施例中，通过数据传输模块根据预设通信协议，将目标设备的工作参数发送给边缘计算模块和仿真模块，其中，目标设备包括：磨矿分级设备和仪表；边缘计算模块利用预设算法对仪表的工作参数进行滤波，得到滤波后的工作参数，以及基于仪表的工作参数对仪表进行故障检测；仿真模块利用用户发送的磨矿分级流程的组态配置、目标模型、磨矿分级设备的前一时刻状态值和磨矿分级设备的当前时刻状态值，所述滤波后的工作参数、对磨矿分级流程进行仿真，得到仿真结果，其中，目标模型包括：磨矿分级设备的动态模型、磨矿分级设备的稳态模型和用户自定义模型，仿真结果包括：实时仿真结果和/或超时仿真结果；数据存储和可视化模块显示目标参数，其中，目标参数包括以下至少之一：仿真结果，目标设备的工作参数，用户操作信息，仿真算法的工况异常和算法故障，达到了对磨矿分级流程进行实时仿真和超市仿真的目的，进而解决了现有磨矿分级流程的仿真系统的通用性较差的技术问题，从而实现了为磨矿分级流程的精确稳定控制与故障预警提供帮助的技术效果。
18.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的一种磨矿分级流程的仿真系统的示意图；图2为本发明实施例提供的另一种磨矿分级流程的仿真系统的示意图；图3为本发明实施例提供的一种磨矿分级流程的仿真系统的工作流程示意图。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.下面通过一个实施例，进一步说明本发明的实施流程以及实施效果。本发明实施例的一种磨矿分级流程的仿真系统结构示意图如图1所示，该系统包括：数据传输模块10，边缘计算模块20，仿真模块30和数据存储和可视化模块40。
24.所述数据传输模块10，用于根据预设通信协议，将目标设备的工作参数发送给所述边缘计算模块和所述仿真模块，其中，所述目标设备包括：磨矿分级设备和仪表。
25.需要说明的是，数据传输模块用于实时传输目标设备的工作参数。本模块集成了现场数据通信协议，用户可自主选择配置通信协议（预设通信协议）。本模块还可以从dcs（distribution control system，分布式控制系统）服务器中读取在线实时检测目标设备的工作参数，并将实时仿真计算结果写入dcs。
26.另外，还需要说明的是，所述预设通信协议包括opc ua协议、opc da协议。
27.在本技术中，所述磨矿分级设备包括：碎矿设备、磨矿设备、分级设备和其他设备，其中，所述碎矿设备包括：圆锥破碎机，所述磨矿设备包括：半自磨机、球磨机和棒磨机，所述分级设备包括：旋流器、振动筛、螺旋分级机，所述其他设备宝包括：泵池和渣浆泵。
28.所述仪表的工作参数包括：给矿量、给水量、渣浆泵变频器输出频率、渣浆泵电流、旋流器给矿流量、旋流器压力、旋流器浓度、泵池液位、球磨机振动信号、旋流器溢流粒度。
29.所述边缘计算模块20，用于利用预设算法对所述仪表的工作参数进行滤波，得到滤波后的工作参数，以及基于所述仪表的工作参数对所述仪表进行故障检测。
30.需要说明的是，所述预设算法包括：双盲去噪自编码算法、统计离群点检测算法、iir（infinite impulse response，无限脉冲响应）低通滤波算法、滑动平均滤波算法、卡尔曼滤波算法、多项式平滑滤波算法和用户自定义算法。
31.所述仿真模块30，用于利用用户发送的所述磨矿分级流程的组态配置、所述目标模型、所述磨矿分级设备的前一时刻状态值和所述磨矿分级设备的当前时刻状态值，对磨矿分级流程进行仿真，得到仿真结果，其中，所述仿真结果包括：实时仿真结果和/或超时仿真结果；需要说明的是，所述仿真结果包括：碎矿设备和磨矿设备的填充粒度、浓度、总量，碎矿设备和磨矿设备的排矿粒度、浓度、流量，分级设备的溢流/筛下、沉砂/筛上粒度、浓度、流量。
32.仿真模块用于提供人机交互方式，获取用户对流程的组态配置，获取用户的实时、超实时仿真需求，目标模型的调度，并输出仿真结果。
33.在本发明实施例中，所述磨矿分级设备的动态模型包括常见碎矿、磨矿、分级设备和其他设备的动态模型，得到的每个设备输入值（为边缘计算模块输出的去噪仪表值或其他设备仿真模型的输出值）与前一时刻的状态值计算当前时刻的状态值。
34.所述磨矿分级设备的稳态模型包括常见碎矿、磨矿、分级设备和其他设备的稳态模型，可仪表检测得到的每个设备输入值与前一时刻的状态值计算当前时刻的状态值。
35.所述磨矿分级设备的动态模型包括：所述磨矿分级设备的机理模型，基于监督机器学习算法的数据驱动模型和用户根据系口规则自开发的模型。
36.所述数据存储和可视化模块40，用于存储和显示目标参数，其中，所述目标参数包括以下至少之一：所述仿真结果，所述目标设备的工作参数，用户操作信息，仿真算法的工况异常和算法故障。
37.在本发明实施例中，数据存储和可视化模块可以将系统读入或写出的数据存储在实时数据库中，并绘制曲线，反映实时趋势。记录系统在执行用户操作时的一些重要信息、系统的运行仿真算法中的工况异常与算法故障，上述记录会经过加密后存储在服务器的指定位置，便于用户调取调试。
38.在本发明实施例中，通过数据传输模块根据预设通信协议，将目标设备的工作参
数发送给边缘计算模块和仿真模块，其中，目标设备包括：磨矿分级设备和仪表；边缘计算模块利用预设算法对仪表的工作参数进行滤波，得到滤波后的工作参数，以及基于仪表的工作参数对仪表进行故障检测；仿真模块利用用户发送的磨矿分级流程的组态配置、目标模型、磨矿分级设备的前一时刻状态值和磨矿分级设备的当前时刻状态值，所述滤波后的工作参数、对磨矿分级流程进行仿真，得到仿真结果，其中，目标模型包括：磨矿分级设备的动态模型、磨矿分级设备的稳态模型和用户自定义模型，仿真结果包括：实时仿真结果和/或超时仿真结果；数据存储和可视化模块显示目标参数，其中，目标参数包括以下至少之一：仿真结果，目标设备的工作参数，用户操作信息，仿真算法的工况异常和算法故障，达到了对磨矿分级流程进行实时仿真和超市仿真的目的，进而解决了现有磨矿分级流程的仿真系统的通用性较差的技术问题，从而实现了为磨矿分级流程的精确稳定控制与故障预警提供帮助的技术效果。
39.需要说明的是，所述用户自定义算法的普适方程组为，其中，表示时刻的仪表的工作参数，表示时刻预设算法的输出值，表示时刻预设算法的状态值，与表示用户自定义算法函数。
40.所述用户自定义模型包括：用户自定义稳态模型和用户自定义动态模型，其中，所述用户自定义稳态模型的普适方程组为，其中，表示用户自定义稳态模型的稳态输入值，表示用户自定义稳态模型的稳态输出值，表示用户自定义稳态模型的算法函数；所述用户自定义动态模型的普适方程组为，其中， 表示时刻，表示时刻用户自定义动态模型的算法输出值，表示时刻用户自定义动态模型的算法状态值，与表示用户自定义动态模型的算法函数。
41.在本发明实施例中，如图2所示，所述系统还包括：模型参数更新模块50，用于对所述目标模型的模型参数进行更新。
42.在本发明实施例中，模型参数更新模块利用流程考察等手段离线获取流程的状态，并根据模型需求计算待定模型参数；通常情况下，待定模型参数受特定工况影响较多，系统工作一段时间后，受设备磨蚀、矿石性质变化的影响，需重新开展流程考察并更新参数。
43.在本发明实施例中，如图2所示，所述系统还包括：授权与管理模块60，用于为用户提供授权码，以使用户基于所述授权码使用所述磨矿分级流程的仿真系统，以及用于为用户配置操作权限。
44.本模块有两大功能：1）系统授权：用于指定服务器的授权，安装系统时，由系统根据服务器cpu id、网卡物理地址等计算机硬件信息加密生成机器码，用户将机器码反馈给软件提供方，软件提供方利用机器码和授权期限加密生成授权码，用户将授权码输入系统后，系统比对授权码与机器码及系统时间完成授权；2）用户管理：用户共分为三个层级，管理员、工程师、操作员、控制接口，各层级用户权限如下表所示。
45.其中，管理员为系统提供方人员，可操作软件全部功能；工程师可为软件使用方或软件提供方人员，负责配置流程组态、通讯协议，维护模型参数，查看模型计算结果，可操作上述职责相关功能；操作人员为软件使用方人员，可使用启停仿真计算、查看模型计算结果等相关功能；控制接口为控制软件提供仿真接口，可使用超实时仿真、查看模型计算结果等相关功能。
46.图3为磨矿分级流程的仿真系统的工作流程示意图。下面结合图3，分别以对上述磨矿分级流程的仿真系统的工作流程进行说明：情况一：仪表通过各类现场总线将在线检测数据传输给plc（programmable logic controller，可编程逻辑控制器）；plc与dcs通过以太网连接，利用opc da通讯技术将在线数据传输给dcs服务器。
47.磨矿分级流程仿真服务器部署在该选矿厂工业局域网上。
48.在安装时按照如下步骤完成授权：（1）设置管理员用户名、登录密码；（2）获取由系统根据计算机硬件信息生成的机器码，将用户名、机器码提供给软件
提供方；（3）用户从软件提供方处获取注册码，注册码为包含用户名、授权期限、计算机硬件信息的加密文本；（4）将注册码输入系统，完成授权。
49.进一步地，由管理员按照需要设置工程师用户、操作员用户；进一步地，由管理员或工程师用户输入用户名、密码完成登录；进一步地，由管理员或工程师用户构建边缘计算算法、关键设备动态或稳态模型，完成依据系统接口规范的编程，添加进系统中；进一步地，由管理员或工程师用户或操作员用户开展流程考察，完成参数校正与更新；进一步地，由管理员或工程师用户根据需要开展如下仿真：（1）利用超实时仿真功能测试特定控制算法；由管理员或工程师用户或操作员用户根据需要开展如下仿真：（1）利用超实时仿真测试人工操作习惯；（2）运行稳态仿真；（3）运行实时动态仿真。
50.情况二：选矿厂磨浮工段dcs部署通过opc da与plc实现数据交互。磨矿分级流程仿真服务器部署在该选矿厂磨浮工段工业局域网上。
51.在安装时按照如下步骤完成授权：（1）设置管理员用户名、登录密码；（2）获取由系统根据计算机硬件信息生成的机器码，将用户名、机器码提供给软件提供方；（3）用户从软件提供方处获取注册码，注册码为包含用户名、授权期限、计算机硬件信息的加密文本；（4）将注册码输入系统，完成授权。
52.进一步地，由管理员按照需要设置工程师用户、操作员用户；进一步地，由管理员或工程师用户输入用户名、密码完成登录；进一步地，由管理员或工程师用户构建边缘计算算法、关键设备动态或稳态模型，完成依据系统接口规范的编程，添加进系统中；进一步地，由管理员或工程师用户或操作员用户开展流程考察，完成参数校正与更新。
53.由控制软件根据仿真系统提供的控制接口进行仿真操作：（1）通过控制接口验证用户、密码完成登录；（2）通过控制接口传输稳态仿真指令和驱动稳态仿真所需数据；并获取稳态仿真计算结果；（3）通过控制接口传输实时仿真指令；并获取实时仿真计算结果。
54.（4）通过控制接口传输超实时仿真指令和驱动超实时仿真所需数据；并获取超实时仿真计算结果。
55.另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、
ꢀ“
连接”、“接口”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
56.在本发明的描述中，需要说明的是，术语定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
57.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所表述的系统可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
58.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
59.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
60.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。