專利名稱：：對泡沫浮選工廠的監視和控制的制作方法
技術領域：
：本發明涉及對泡沫浮選工廠的監視和控制。技術背景在一座礦石浮選工廠中，為了實現礦石組成的最佳分離必須對要處理的礦石混合物流進4于觀察和控制。為此，泡沫速度，氣泡大小和穩定性是重要的因素。因為在浮選早期，處理技術人員已經知道在浮選槽的溢口上回收泡沫的速度對流程的品級和采收率具有非常直接和一致的影響。處理技術人員工作的最重要方面中的一個是保證泡沫在浮選槽的溢口上以希望的和受控制的速度移動。遺憾的是，因為總是有許多其它的問題需要處理，所以處理技術人員不能夠在整個漂移過程中對泡沫進行觀察。為了改善對浮選的控制，例如已經通過自動測量泡沫速度做了大量的工作。于是將這種措施用于簡單的控制器中以便模擬由處理技術人員在對泡沫速度偏離它的希望值進行校正時采取的步驟。許多較早的測量速度的努力都是無效的，因為它們不能夠克服泡沫表面的湍流引起的困難。本發明的目的是提出一種監視和控制裝置，該裝置將導致改善對浮選工廠中的泡沫流的監視和控制。根據本發明，為浮選工廠的泡沫浮選槽提供監視設備，該監視設備包括一個用于數字地觀察一系列圖象，以便提取浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流中的泡沫特征，并進一步用于發射相應的數字圖象信號的光學觀察裝置；一臺用于處理從光學觀察裝置接收的數字圖象信號和用于發射泡沫特征的計算參量的參量信號的計算機；用于將數字圖象信號從光學觀察裝置傳輸到計算機的數字圖象傳輸裝置；用于顯示從計算機接收的參量信號的顯示裝置；和用于將參量信號從計算機傳輸到顯示裝置的參量信號傳輸裝置。根據本發明，也為浮選工廠的泡沫浮選槽提供監視和控制設備，該設備包括一個用于數字地觀察一系列圖象，以便提取浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流中的泡沫特征，并進一步用于發射相應的數字圖象信號的光學觀察裝置；一臺用于處理從光學觀察裝置接收的數字圖象信號和用于發射泡沫特征的計算參量的參量信號，并進一步用于響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的計算機；用于將數字圖象信號從光學觀察裝置傳輸到計算機的數字圖象傳輸裝置；用于控制泡沫浮選槽中的泡沫特征的控制裝置；和用于將控制信號從計算機傳輸到控制裝置以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的控制信號傳輸裝置。進一步根據本發明，用于浮選工廠的泡沫浮選槽的監視和控制設備包括一個用于數字地觀察一系列圖象，以便提取浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流中的特征，并進一步用于發射相應的數字圖象信號的光學觀察裝置；一臺用于處理從光學觀察裝置接收的數字圖象信號和用于發射泡沫特征的計算參量的參量信號，并進一步用于響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的計算機；用于將數字圖象信號從光學觀察裝置傳輸到計算機的數字圖象傳輸裝置；用于顯示從計算機接收的計算參量泡沫特征信號的顯示裝置；用于將參量信號從計算機傳輸到顯示裝置的參量信號傳輸裝置；和用于將控制信號從計算機傳輸到控制裝置以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的控制信號傳輸裝置。再進一步根據本發明，用于對浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流進行監視的方法包括得到從浮選工廠的泡沫浮選槽提取的泡沫特征的一系列數字圖象的步驟；將數字圖象傳輸給計算機以便對它進行處理的步驟；在計算機中將數字圖象處理成數字參量泡沫特征的參量信號的步驟；和將參量信號傳輸給顯示裝置以便顯示得到的數字參量泡沫特征的步驟。進一步根據本發明，用于對浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流進行監視和控制的方法包括得到從浮選工廠的泡沫浮選槽提取的泡沫特征的一系列數字圖象的步驟；將數字圖象發射給計算機以便對它進行處理的步驟；在計算機中將數字圖象處理成數字參量泡沫特征的參量信號的步驟；響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟；和響應控制信號對浮選槽中的泡沫特征進行控制以便使浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟。進一步根據本發明，用于對浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流進行監視和控制的方法包括得到從浮選工廠的泡沫浮選槽提取的泡沫特征的一系列數字圖象的步驟；將數字圖象傳輸給計算機以便對它進行處理的步驟；在計算機中將數字圖象處理成數字參量泡沫特征的參量信號的步驟；用于將參量信號傳輸到顯示裝置以便顯示得到的數字參量泡沫特征的步驟；響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟；和響應控制信號對浮選槽中的泡沫特征進行控制以便使浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟。可以從一組包括泡沫速度，泡沫穩定性和氣泡大小的特征中選出泡沫特征。可以將從計算機傳輸過來的參量信號變換成模擬工業標準信號或數字工業標準信號。可以將從計算機傳輸過來的計算參量信號變換成模擬或字工業標準信號，如4-20mA,0-10V，或Fieldbus(例如Profibus或Modbus)。現在我們用例子并參照所附的概圖描述本發明，其中圖l是根據本發明的監視設備的方框圖；圖2是根據本發明的位于浮選槽上方的攝像機的立體視圖；圖3是表示在用根據本發明的監視和控制設備進行控制前在4天期間中2個浮選槽中的泡沫速度(具有移動的平均傾向線)的圖；圖4是在浮選槽上級聯的PID(PropotionalIntegralDerivative(正比積分導數)速度控制器的結果；圖5是表示在24小時期間中用于2個浮選槽的控制器的性能的圖；圖6是表示在另一個不同的24小時期間中用于2個浮選槽的控制器的性能的圖；圖7是表示在24小時期間中濃度控制器的性能的圖；圖8是表示濃度控制與設定值濃度關系的圖；和圖9是表示在10天期間中銅采收率結果的圖。具體實施方式根據本發明采用的方法是以這樣一個前提為基礎的，即用機器視覺改善浮選操作性能的目的應該是提供對常規的人的視覺和人的解決問題的能力的良好的替代物。這樣，本發明力圖模仿受到信賴的人的觀察能力和聰明才智。這個方法的優點是使處理技術人員和工廠職工理解對于工廠職工來說是新的技術變得簡單。本發明更改常規的"使泡沫特征化"以便"測量泡沫特征"的方法。由于每個浮選工廠為了達到希望的浮選狀態都具有不同的所需的泡沫特征和對不同偏離的不同校正作用這樣一個事實，所以舊的泡沫特征化方法在工廠職工中遭到大量的反對。對于剛剛接受委托的新工處理操作從工廠職工收集到足夠的知識。這使得開發基于規則的專家系統型的解決方法幾乎是不可能的。然而，本發明的公開，透明和相當簡單的系統。例如，在整套泡沫設備中應用下列規則速度控制1.如果(速度高于希望的速度設定值)則(減少空氣)或(降低礦漿水平面)或(減少起沫劑的劑量)。2.如果(速度低于希望的速度設定值)則(增加空氣)或(提高礦漿水平面)或(增加起沫劑的劑量)。濃度控制l.如果(濃度太低)則(減少速度設定值)。l.如果(濃度太高)則(增加速度設定值)。根據本發明通過簡單的常規的控制技術能夠實施這些規則。根據本發明的設備以非常高的取樣速率(>2Hz)測量泡沫速度，氣泡大小和泡沫穩定性。在已有的"泡沫特征化"的系統和本發明的"測量泡沫特征"的系統中采用的方法中差異可以總結如下(表l):已有的泡沫特征化方法本發明的創造性的泡沫測量方法許多參量很少的參量復雜的分類算法簡單的測量技術對于控制作用的過分注意細節的語義規則基礎可以進行簡單的常規控制非常依賴于深刻的操作知識利用簡單的操作知識對于每個新的地點都需要進行冗長的系統設計系統^殳計方法接近普遍成熟表l:在2種基于視覺的浮選控制的方法之間的差異在圖1中畫出了根據本發明的監視和控制設備的方框圖。該設備，一般由參考數字10表示，包括位于外殼12中的部件，具有一個通過導體16與外部電源連接的電源裝置14，一臺攝像機18,一臺計算機20和一個輸出電路22。通過導體24，26，28使攝像機18，計算機20和輸出電路22與電源裝置14連接起來。通過導體30，32使計算機20分別與攝像機18和輸出電路22連接起來。用攝像機18拍攝在浮選槽中的礦石泡沫的一系列圖象，將這些圖象傳輸到計算機20,在那里對這些圖象進行數字處理并計算參量值，參量值包括泡沫速度，泡沫穩定性和氣泡大小。然后將參量值信號傳輸給輸出電路22，輸出電路22將參量信號變才灸成才莫擬或數字工業標準信號，如4-20mA,0-10V，或Fieldbus(例如Profibus或Modbus)。然后分別將這些信號作為輸出值34，36傳輸給顯示器38和控制裝置40以便使浮選槽中的泡沫特征發生所需的變化。圖2表示位于泡沫浮選槽44上方的攝像機18和光源42的立體視圖。也畫出了一個攪拌器軸46。在使用中，設備10具有外部光源42(如果需要的話)并安裝在泡沫浮選槽44的泡沫水平面上方的固定高度上。設備10與主電源輸入端和一個模擬輸出端連接。對于設備10不一定要進行聚焦或光照調節。當安裝時，可以用一個對準框保證正確的距離和正確的設備監視區域。如下4吏用輸出值34，36:l.在具有一個OSA(On-StreamAnalyser(流上分析儀))的情形中按照由工廠產生的希望的濃度確定速度設定值。如果沒有OSA，則處理技術人員根據他/她的對工廠性能的估計輸入速度設定值。2.通過常規的4-20mA模擬電纜從在PLC(ProgrammableLogicController(可編程的邏輯控制器))或DCS(DistributedControlSystem(分布控制系統))中的正在工作的裝置接收泡沫特征的測量值。3.比較測量值與泡沫特征(速度，氣泡大小和穩定性)的希望的設定值。4.根據從設定值的偏離，控制器計算水平面，空氣和試劑劑量的新的設定值。5.工廠對這些被操縱的變量的新的設定值作出反應，泡沫特征再次達到它們希望的程度。當泡沫從礦石漿的表面移動到回收區域時根據本發明的設備產生泡沫速度，泡沫中的氣泡大小和泡沫穩定性的測量值。然后將這些參量用作泡沫表觀從而處理性能的指示。因為這些測量沒有人為的錯誤，所以它們在一天24小時，一周7天內都是一致的，能夠提高操作人員的工作，使他們去從事工廠中的更緊急的任務。在用根據本發明的設備進行試驗時觀察到下列情況控制泡沫速度通過用礦石漿或泡沫水平面，換氣速率和起泡劑劑量作為被操縱的變量，將泡沫速度控制在一個設定值上。從圖3可以明顯地看到需要進行速度控制，圖3表示在同一水平面上來自2個浮選槽的泡沫速度。在每個浮選槽中的泡沫速度隨時間發生相當大的變化，在2個浮選槽中的速度并不相互跟隨。純結果是浮選槽拉動不同的礦石漿量，將一個可變的質量濃度報告給下游工廠流程。這樣，如果能夠控制泡沫的速度，則能夠使得到的濃度質量的穩定化。圖4表示通過改變換氣速率控制浮選槽上的速度的結果。能夠清楚地看到當控制器打開和關閉時泡沫速度中的不同。我們注意到在這個時期被操縱的變量(換氣速率)如何努力工作以便將速度恒定地保持在它的設定值上。這強調對浮選工廠進行積極控制的必要性。通過操縱空氣，泡沫和水平面設定值控制速度。圖5表示控制器能夠非常好地將泡沫速度保持在設定值上，也表示當關閉控制器時對泡沫速度的影響。控制器的另一個特點是它能夠使在同一水平面上的2個浮選槽之間的泡沫速度之比保持恒定。這如圖6所示。將圖6與表示來自2個浮選槽的不受控制的泡沫速度的圖3進行比較。控制濃度我們最希望能夠實現一致的濃度。因為不同的礦石饋送對于單一的泡沫速度將產生不同的濃度，所以我們不希望僅僅根據速度設定值進行控制。為了彌補這一點，用一個最佳的泡沫速度產生一個恒定濃度。我們發現濃度非常強烈地與泡沫速度有關(R=0.7)而不與水平面(R=0.1)或換氣速率(R=0.1)的設定值強烈有關，這些都是一般用于控制濃度的參量。從流上分析儀，例如從市場上可以買到的COURIER分析儀得到濃度信息。圖7表示從生產線1(受到控制的)和生產線2(不受控制的)得到的濃度。將來自生產線1的濃度控制得比生產線2的濃度更接近設定值。這些結果是從對產生最初較粗略的濃度的4個浮選槽中的2個進行控制得到的，如果其它2個浮選槽裝備有根據本發明的設備則這些結果應該得到進一步改善。將一個根據本發明的設備放置在生產線1中的浮選槽3上，這導致濃度控制的改善，如圖8所示，圖8是來自2條生產線的在若干天中的濃度曲線。改善采收率我們也發現在新控制器(即生產線1的最初的較粗略的流程)的控制下來自浮選槽的采收率好于來自生產線2中的相對應的浮選槽的采收率，這可能是因為增加了受到控制的流程的穩定性。另一個原因可能是在生產線1上的控制器能夠保持較接近設定值(設定值濃度低于在任何一條生產線上得到的平均濃度)的濃度。在最初的較粗略的流程中的采收率改善要比整條生產線上的改善大得多，這說明為了得到最佳控制在一組浮選槽中的所有浮選槽上都具有一個根據本發明的設備的重要性。在圖9中說明了這一點。從控制器得到的一個進一步的好處是將控制器設計得能夠減少泡沫消耗這樣一個事實。在試驗期間，生產線1的平均泡沫消耗比生產線2低7.1%,這使工廠非常大地節省了試劑成本。通過改善濃度和采收率以及生產線1比生產線2減少泡沫消耗得到的總的利益給出在下面的表2中。用F試驗方法(一種廣泛使用的統計方法)計算得到的對這些改善的信任程度指出試驗工作結果的成功程度和可靠性。當可以利用更多的數據時，最可能改善對于采收率和起沫劑使用的信任限度。性能指示生產線1比生產線2的改善信任程度(F-試驗)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表2:得到的利益至今都是由經過訓練的有能力的操作者根據泡沫外觀運行浮選法來操作浮選工廠。其理由是實際上泡沫成為產品。泡沫外觀是在礦石漿狀態中發生的所有復雜機理的體現。操作者很難解釋泡沫外觀。因為在操作者換班后不同的操作者應用不同的解釋，所以每班改變泡沫外觀導致不穩定性和最后的不好的結果。根據本發明的設備協助提供泡沫外觀的連續的一致的解釋。該設備利用切割邊緣圖象處理技術保證產生一種精確的機器人系統。能夠將不同的裝置放置在浮選流程的中的不同點。這使捕捉到動態的和流程內的關系成為可能，而不僅僅是觀察流程的某個部分。對該設備必須做的唯一的有規律的服務將是清潔攝像機的玻璃窗和替換外部光源中的光燈泡。將該設備的所有電子部件都放在一個對環境密封的外殼中，并在一個對環境密封的連接盒中實施兩者的電連接。從該設備接收的信息在下列意義上是有用的1.當泡沫速度移動到預先設定的范圍外時能夠對操作者發出警告，使得操作者能夠對浮選槽水平面和換氣速率進行調整。2.為了在一個較好的平均濃度/采收率上運行工廠能夠在擴展的期間中對速度和濃度/采收率之間的相關性進行監視。3.提供一個傳感器用于水平面和空氣的封閉的環路控制。4.監視和保持對流程的不同部分的大量拉動。5.對遠離控制室或操作者不能到達處的浮選槽進行監視。能夠將本系統有用地應用于所有類型的浮選操作以及對運動(或缺少運動)的檢測是重要的任何其它應用中。用該設備測量在近似200x500mm的感興趣的矩形中任何一般結構的平均速度。用該設備忽略所有的"橫向"運動，只考慮向感興趣的區域的長邊的運動(垂直于浮選槽溢口的運動)。在一個應用中，加上下列特性1.最佳結構礦石泡沫具有在5mm和200mm之間的氣泡大小。2.最佳距離1.2米。3.速度范圍1-0.25米/秒。4.精度1分鐘內平均±5%。5.模擬輸出與速度線性對應，或者是0-10V或者是4-20mA。6.照明條件在泡沫上充滿陽光到完全黑暗(例如在夜晚)。7.包括照明在內的電源需要或者是230Vac@50Hz或者是115Vac@60Hz，800W。該設備的目的是利用關于泡沫狀態的外觀的視覺信息對浮選工廠的性能進行監視和控制。用該設備確定什么時候浮選性能不好，然后建議操作者通過一個決定支持接口實施最適合的控制操作或者實施自動封閉環路控制。用該設備根據關于泡沫外觀的信息計算新的控制器設置。參照數字表10設備12外殼14電源裝置16導體18攝像機20計算機22輸出電路24導體26導體28導體30導體32導體34輸出值36輸出值38顯示器40控制裝置42光源44泡沫浮選槽46攪拌器軸權利要求1.用于浮選工廠的泡沫浮選槽的監視和控制設備，該監視和控制設備包括一個用于數字地觀察一系列圖像，以便提取浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流中的泡沫特征，并進一步用于發射相應的數字圖像信號的光學觀察裝置；一臺用于處理從光學觀察裝置接收的數字圖像信號和用于發射泡沫特征的計算參量的參量信號，并進一步用于響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的計算機；用于將數字圖像信號從光學觀察裝置傳輸到計算機的數字圖像傳輸裝置；用于控制泡沫浮選槽中的泡沫特征的控制裝置，所述泡沫特征包括泡沫速度，泡沫穩定性和氣泡大小，其中通過使用泡沫速度作為控制變量來穩定所述泡沫浮選槽的操作，其中通過控制換氣速率和/或泡沫浮選槽水平和/或泡沫添加和/或其它輔助控制變量來控制泡沫速度；和用于將控制信號從計算機傳輸到控制裝置以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的控制信號傳輸裝置。2.權利要求l所述的監視和控制設備，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成模擬工業標準信號。3.權利要求1所述的監視和控制設備，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成數字工業標準信號。4.權利要求1所述的監視和控制設備，其中通過濃度和/或泡沫浮選槽饋送和/或殘余濃度來獲得所述泡沫速度的設定值。5.用于浮選工廠的泡沫浮選槽的監視和控制設備，該設備包括一個用于數字地觀察一系列圖像，以便提取浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流中的泡沫特征，并進一步用于發射相應的數字圖像信號的光學觀察裝置；一臺用于處理從光學觀察裝置接收的數字圖像信號和用于發射泡沫特征的計算參量的參量信號，并進一步用于響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的計算機5用于將數字圖像信號從光學觀察裝置傳輸到計算機的數字圖像傳輸裝置；用于顯示從計算機接收的計算參量的泡沫特征信號的顯示裝置；用于將參量信號從計算機傳輸到顯示裝置的參量信號傳輸裝置；用于控制泡沫浮選槽中的泡沫特征的控制裝置，所述泡沫特征包括泡沫速度，泡沫穩定性和氣泡大小，其中通過使用泡沫速度作為控制變量來穩定所述泡沫浮選槽的操作，其中通過控制換氣速率和/或泡沫浮選槽水平和/或泡沫添加和/或其它輔助控制變量來控制泡沫速度；和用于將控制信號從計算機傳輸到控制裝置以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的控制信號傳輸裝置。6.權利要求5所述的監視和控制設備，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成模擬工業標準信號。7.權利要求5所述的監視和控制設備，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成數字工業標準信號。8.權利要求5所述的監視和控制設備，其中通過濃度和/或泡沫浮選槽饋送和/或殘余濃度來獲得所述泡沫速度的設定值。9.用于對浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流進行監視和控制的方法，該方法包括得到從浮選工廠的泡沫浮選槽提取的泡沫特征的一系列數字圖像的步驟；將數字圖像傳輸給計算機以便對它進行處理的步驟；在計算機中將數字圖像處理成數字參量泡沫特征的參量信號的步驟；響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟，所述泡沫特征包括泡沫速度，泡沫穩定性和氣泡大小，其中通過使用泡沫速度作為控制變量來穩定所述泡沫浮選槽的操作，其中通過控制換氣速率和/或泡沫浮選槽水平和/或泡沫添加和/或其它輔助控制變量來控制泡沫速度；和響應控制信號對浮選槽中的泡沫特征進行控制以便使浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟。10.權利要求9所述的監視和控制方法，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成模擬工業標準信號。11.權利要求9所述的監視和控制方法，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成數字工業標準信號。12.權利要求9所述的監視和控制方法，其中通過濃度和/或泡沫浮選槽饋送和/或殘余濃度來獲得所述泡沫速度的設定值。13.用于對浮選工廠的泡沫浮選槽中的礦石混合流進行監視和控制的方法，該方法包括得到從浮選工廠的浮選槽提取的泡沫特征的一系列數字圖像的步驟；將數字圖像傳輸給計算機以便對它進行處理的步驟；在計算機中將數字圖像處理成數字參量泡沫特征的參量信號的步驟；用于將參量信號傳輸到顯示裝置以便顯示得到的數字參量泡沫特征的步驟；響應接收的參量信號產生控制信號以便使泡沫浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟，所述泡沫特征包括泡沫速度，泡沫穩定性和氣泡大小，其中通過使用泡沫速度作為控制變量來穩定所述泡沫浮選槽的操作，其中通過控制換氣速率和/或泡沫浮選槽水平和/或泡沫添加和/或其它輔助控制變量來控制泡沫速度；和響應控制信號對浮選槽中的泡沫特征進行控制以便使浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟。14.權利要求13所述的監視和控制方法，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成模擬工業標準信號。15.權利要求13所述的監視和控制方法，其中將從計算機傳輸過來的參量信號變換成數字工業標準信號。16.權利要求13所述的監視和控制方法，其中通過濃度和/或泡沫浮選槽饋送和/或殘余濃度來獲得所述泡沫速度的設定值。全文摘要本發明用機器視覺改善浮選操作的性能以便代替常規的人的視覺和解決問題的能力。本發明更改常規的“使泡沫特征化”以便“測量泡沫特征”的方法。本發明提供對在浮選工廠的泡沫浮選槽中礦石混合流進行監視和控制的方法，該方法包括得到從浮選槽提取的浮選特征的一系列數字圖象的步驟；將數字圖象傳送給用于將它處理成數字參量泡沫特征的參量信號的計算機的步驟；響應接收的參量信號產生控制信號以便使浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟；和響應控制對浮選槽中的泡沫特征進行控制以便使浮選槽中的泡沫特征發生所需變化的步驟。文檔編號B03D1/02GK101596501SQ20091014749公開日2009年12月9日申請日期2000年11月23日優先權日1999年11月24日發明者弗朗西斯科·E.·杜普利西斯,馬克·馮沃爾斯特申請人:奧托庫姆普聯合股份公司