浓密过程虚拟对象软件的设计与开发

摘要

浓密过程是选矿过程中的必要工序，其主要作用是对来自上一工序的矿浆进行浓缩，为下一工序提供合格浓度的矿浆。目前，由于浓密机的运行工况变化频繁、机理复杂、多耦合性等各种原因，导致浓密机的控制水平低下。因此，需要研究适合浓密机的控制策略，但若在现场实际环境下进行试验、调试，可能会带来较高的风险和成本。为了降低选矿厂的风险和成本，为了给浓密过程的控制系统分析、设计提供必要的研究平台，本文在对浓密工艺过程深入了解的基础上，建立了浓密过程数学模型，通过系统建模和仿真技术设计并开发了浓密过程虚拟对象软件，并在对象软件上对动态模型进行仿真实验研究。
　　本文主要完成了以下几方面的工作:
　　(1)建立了浓密过程数学模型
　　通过对浓密过程的研究和特性分析，本文根据斯托克斯理论、固体通量理论及质量守恒定理建立了浓密过程的数学模型，包括浓密机内固体颗粒沉降速度、底流流量、固体颗粒浓度、泥层界面及耙机扭矩模型。该模型描述了输入量进料流量、进料浓度、絮凝剂添加量、底流泵转速、溢流液流量和输出量固体颗粒速度、底流流量、固体颗粒浓度、泥层界面高度及耙机扭矩之间的动态关系。
　　(2)设计了浓密过程虚拟对象软件
　　浓密过程虚拟对象软件的设计包括结构设计和功能设计。结构设计主要包括前台人机界面和后台模型程序;功能设计主要包括过程动态模拟、参数设置、模型运行控制、采样周期设定、通讯连接以及趋势显示功能等功能。
　　(3)开发了浓密过程虚拟对象软件
　　浓密过程虚拟对象软件的开发包括后台模型程序的开发、前台人机界面的开发以及通讯接口的开发。后台模型程序的开发是利用数值计算能力较强的MATALB进行开发的，包括通讯模块、初始化模块、模型描述模块、模型求解模块、数据传送模块等;前台人机界面的开发是利用组态软件RSView32进行开发的，包括起始界面、参数设置画面、工艺流程画面和趋势图画面等的开发;前台人机界面和后台模型程序的通讯接口开发通过ActiveX控件和DDE通讯技术实现，首先RSView32利用ActiveX技术调用MATLAB，然后RSView32和MATALB通过DDE通道进行数据交换。
　　(4)在浓密过程虚拟对象软件上进行实验研究
　　首先考察了浓密过程的开环动态特性，根据所建立的浓密机数学模型，改变进料流量、进料浓度、底流泵速度等相关条件，进行了开环实验，从浓密过程机理的角度验证模型的正确性和虚拟对象软件的有效性;然后利用虚拟对象软件与控制系统配合，对底流浓度进行了闭环实验，验证了虚拟对象软件在控制系统研究中的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 工业过程建模和仿真研究现状

1．3 浓密过程建模研究现状

1．4 本文的主要工作

第2章 浓密过程工艺及建模问题描述

2．1 浓密过程工艺描述

2．2 浓密生产过程影响因素分析

2．3 浓密过程建模的目的和难点分析

2．4 本章小结

第3章 浓密过程建模

3．1 浓密过程模型的总体框架

3．2 浓密过程数学模型的建立

3．2．1 固体颗粒沉降速率模型的建立

3．2．2 底流矿浆流量模型的建立

3．2．3 固体颗粒浓度模型的建立

3．2．4 泥层界面高度模型的建立

3．2．5 耙机扭矩模型的建立

3．3 浓密机模型仿真验证

3．4 本章小结

第4章 浓密过程虚拟对象软件的设计

4．1 浓密过程虚拟对象软件的结构设计

4．2 浓密过程虚拟对象软件的功能设计

4．2．1 虚拟对象软件的后台模型设计

4．2．2 虚拟对象软件的人机界面设计

4．2．3 通讯接口的设计

4．3 本章小结

第5章 浓密过程对象虚拟软件的开发

5．1 虚拟对象软件开发环境

5．2 后台模型程序的开发

5．3 虚拟软件人机界面的开发

5．3．1 起始界面的开发

5．3．2 参数设置界面的开发

5．3．3 工艺流程界面的开发

5．3．4 趋势图界面的开发

5．4 通讯接口的开发

5．5 本章小结

第6章 虚拟对象软件的实验研究

6．1 开环阶跃扰动实验及分析

6．1．1 进料流量开环阶跃扰动实验

6．1．2 进料浓度开环阶跃扰动实验

6．1．3 底流泵速度开环阶跃扰动实验

6．1．4 絮凝剂添加量开环阶跃扰动实验

6．2 底流浓度闭环控制实验

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研情况