1問題描述

精礦流量是浮選流程中重要的變量，但由于礦石性質(zhì)、浮選粒度、浮選狀態(tài)及精礦泵特性等多方面因素的影響，精礦流量有時會出現(xiàn)異常變化，不但難以進行準確計量，而且無論是手動控制還是自動控制均無法做出判斷，異常情況如圖1所示。文獻[1]在分析鋅精礦礦漿特性參數(shù)和粒度分布的基礎(chǔ)上，介紹了臨界流速的確定及計算方法，輸送設(shè)備選型以及輸送系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，從硬件角度解決穩(wěn)定輸送高濃度鋅精礦的問題[1]，但鑒于實際遇到的異?，F(xiàn)象并非一直出現(xiàn)，不同性質(zhì)的礦漿蠕動泵運行效果并不一致以及設(shè)備更換周期等多方面因素，因此本文選擇從檢測和軟件方面著手。

2實例分析

隨著處理量和設(shè)備狀態(tài)等因素的變化，精礦流量開始異常，且持續(xù)的時間長度不固定，難以從根本上消除該異常情況，經(jīng)過分析確定的整體處理流程如圖2所示。

程序以1s為周期循環(huán)執(zhí)行，精礦流量是否正常通過精礦流量變化趨勢判斷，變化趨勢超過上限即為異常。若正常則按照固定周期進行滑動平均即可；若異常，處理方法如下。

2.1體積守恒補償

經(jīng)過較長時間觀察，發(fā)現(xiàn)泵池體積約2m3，當精礦流量異常變化時，泵池液位也會隨之發(fā)生肉眼可見的變化，而同時進入泵池的流量則沒有同樣顯著的變化。常溫常壓下，精礦可被認為是不可壓縮流體，因此，建立體積守恒模型進行補償。加裝磁翻板液位計測量的液位及精礦流量如圖3所示。

由圖3可以看出，液位及精礦流量呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)關(guān)系，因此有：

Fr=Fc+kΔV/Δt（1）

式中：Fr為精礦泵池入口流量；Fc為精礦泵出口流量計測量數(shù)值；k為單位換算系數(shù)；ΔV/Δt為精礦泵池單位時間內(nèi)體積變化量，ΔV=（Lt-Lt-1）×S，為當前液位滑動平均值，S為泵池橫截面積。

補償后的流量如圖4所示?？梢钥闯觯V流量波動幅度顯著減小，但有較多跳變，尤其是在精礦流量快速變化時。

2.2簡化卡爾曼

在測量裝置性能、測量原理及泵池緩沖等因素影響下，體積守恒補償法在精礦流量拐點處會出現(xiàn)明顯不合理的跳變。

因此，使用文獻[2]中的簡化卡爾曼濾波法，即根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果以及流量正常變化幅度的估計，選取適當標尺濾除幅度過大的跳變，迭代公式如下所示：

式中：Ft|t-1表示利用t-1時刻測量值Fc對t時刻狀態(tài)Ft的估計，t為當前時刻從1開始自增，sign為取符號運算，閾值0.5m3/h是根據(jù)流量變化統(tǒng)計結(jié)果選出，對補償結(jié)果的濾波效果如圖5所示。

2.3測量周期

經(jīng)過體積補償和簡化卡爾曼兩次濾波之后，精礦流量波動幅度有所減小，但仍然有較明顯周期性波動。由于，精礦流量波動周期會有隨機性的變化，因此使用固定的濾波長度濾波，效果也不穩(wěn)定，如圖6所示；對其進行全頻域分析又過于復(fù)雜。

因此，使用文獻[3]中的定義和方法：將兩次向上越過基準，且有1次向下越過基準視為1個完整的正弦狀周期；將兩次向下越過基準且有1次向上越過基準視為1個完整的負正弦狀周期；然后通過計數(shù)法測量主要波動周期。此處略作修改，只測量zui近1個測量值波動周期的長度，流程如圖7所示。同時由于精礦流量波動范圍有變化，所以需要一個浮動的基準值，此處選取較長時間的滑動平均值作為判斷基準，即可滿足要求。

為避免測量值在基準值附近波動造成的周期快速變化，當測量周期小于180s時，則周期循環(huán)×2，直至測量周期大于180s。因為2的8次方為256，所以循環(huán)次數(shù)不超過8次，計算負荷較小。得出zui近一個周期長度之后，以此作為滑動平均的窗口長度，對簡化卡爾曼濾波之后的結(jié)果再做滑動平均濾除周期性波動，zui終濾波效果如圖6虛線所示，方框處對應(yīng)圖5所示部分。

以上所述方法共有3處固定長度的滑動平均，分別為：120s滑動平均、體積補償時的液位滑動平均、計算基準值3處固定長度的滑動平均。對此可采用文獻[4]中所述FMFT算法優(yōu)化計算效率，即采用一個長度與窗口寬度相等的xianjin先出線性隊列，用原有隊列和值減去出列數(shù)據(jù)，加上入列數(shù)據(jù)，再除以隊列長度，即可完成滑動平均的更新，減少了加法次數(shù)。另外，還有1處異常時的變長度滑動平均，其余均根據(jù)當前時刻及上一時刻的數(shù)據(jù)進行計算。

存儲使用方面，緩存數(shù)量zui大為計算基準值所用數(shù)列，此處取600s，正常時的120s滑動平均可共用此緩存節(jié)省部分存儲資源。

如圖6所示，濾波后精礦流量變化波動幅度顯著減小，且能隨著測量值的變化給出比較及時的反應(yīng)，從完全無法使用的測量值中得出較準確的估計值。

3結(jié)語

本文提出了對異常識別、體積守恒補償、簡化卡爾曼濾波和變長度滑動平均4種方法的綜合應(yīng)用，zui終得出濾波結(jié)果。其中，異常識別目的是兼顧速度與平穩(wěn)的需求，即正常時濾波速度要快，異常時可犧牲部分濾波速度，追求平穩(wěn)性。體積守恒補償和簡化卡爾曼濾波，則是從機理上大幅度壓縮精礦流量波動范圍。zui后的變長度滑動平均，是將1個類正弦波動作為一個濾波窗口，進一步平抑周期性波動的影響，且半個周期即可更新一次，刷新速度較快，雖然在切換時會有一定的階躍變化，但經(jīng)過前面的處理影響較小，并可再加入一個簡化卡爾曼濾波做平滑處理。經(jīng)過以上處理之后，zui終可從異常波動無法使用的精礦流量中得到一個比較可靠的估計值。