一.导言
浮选是最重要的选矿方法之一。据统计，90%的有色金属矿石都经过浮选处理。浮选也广泛用于分离稀有金属、贵金属、黑色金属、非金属如煤和其他矿物原料。浮选药剂的添加是浮选过程中的重要环节，添加的数量、精度和准确度直接影响产品的数量、质量和效益。传统的人工调整方法既不准确也不及时。而自动浮选加药控制系统的应用，不仅克服了人工调节的缺点，而且降低了浮选生产的药耗，给选矿厂带来了直接的经济效益，同时降低了岗位工人的劳动强度。70年代载流荧光分树系统的研制成功，为在线浮选自动加药控制系统的研究提供了更好的条件。近20年来，芬兰、澳大利亚、加拿大、美国、中国等国家的研究人员在这一领域进行了不懈的努力，取得了一定的成果。其中，神经网络控制、模糊逻辑控制、自适应控制和专家系统等先进控制策略已成功应用于浮选过程控制的报道屡见不鲜。
从所需的控制效果来看，浮选过程的自动控制可分为稳定控制和最优控制。稳定性控制的主要目的是使浮选过程在没有或很少人工干预的情况下工作在稳定状态，获得稳定合格的产品。最优控制的目的是在稳定控制的基础上，根据不同的分离过程，随时调整和控制所有可调变量，使浮选设备和工艺工作在最佳状态，在尽可能获得最佳分离效果的前提下，使能耗和药剂用量保持在最低值。无论是稳定控制还是最优控制，都要求实现浮选加药的自动控制。自动浮选加药控制主要解决控制方案、传感器、信号处理、执行器和组态软件的选择等几个问题。
二、传感器技术和模拟采集
(一)与自动控制相关的变量分析
在浮选过程的加药控制中，涉及到自动控制的变量有两类，一类是自变量(包括可调变量和干扰变量)，一类是非自变量(包括浮选设备的性能参数和操作变量)。自动浮选控制的目的是尽可能避免干扰变量对生产过程的影响。合理调整可调变量，控制操作变量。以便获得最佳的分选性能。
(2)控制方案的选择
浮选剂量自动控制中要采集的变量取决于所采用的控制原理。选矿厂浮选过程中药剂的自动控制主要包括:根据原矿量、泡沫层厚度、原矿中金属总量、金属回收率、浮选槽末端药剂残留离子浓度、电化学和特殊算法控制等。
浮选作业中起泡剂控制的传统方案是根据工艺提供的矿石性质确定一个加药比例K，根据进入浮选作业的总干矿量控制加药，以保证每吨矿石的药剂用量始终保持在加药比例值。这实际上是一个简单的比率控制方案。
Ki = 0.06× d× PV ∕ q金属
式中，Ki为根据干矿量给定或计算的配料比；PV是药物的流速；d是药物密度。
中国矿业大学研制的浮选矿浆液位计采用电导法。根据煤浆、矿化泡沫层和空气体电导率的不同，得到三种介质的相界面，进而得到浮选矿浆液位和泡沫层厚度。矿化泡沫层的厚度反映了发泡剂的用量。浮选液位计的研制成功，可以实现在线检测和控制药剂用量，降低药剂用量。
在浮选过程中，捕收剂的主要作用是使目标矿物表面疏水化，增加其可浮性。其用量不仅与矿石量有关，还与原矿中目标矿物的量有关。所以大多是用原矿中金属的量来控制其用量，比给料量更有效。计算进入浮选的干矿石Q和金属Q量的公式如下:
其中δ是矿石密度；△是纸浆密度；f是纸浆流量；a为原矿品位，由X射线荧光载流分析系统提供；通过计算机采集药物流量PV，根据下式计算实际药物输送比Ki，其中D为药物密度。
Ki = 0.06× d× PV ∕ q金属
此外，还有一些特殊的算法。例如凤凰山铜矿浮选药剂的自动控制系统，即作为捕收剂的异丁基黄药的用量，采用了根据金属量计算用量比，并根据原矿、精矿和尾矿的品位修正用量比的特殊控制方案。控制公式为:
SSPA6=SPA6+b0+b1A15+b2A17
其中A15和A17是原矿和尾矿的等级；SSPA6是作业精矿品位的期望值；SPA6是根据矿石性质给出的作业精矿品位；B0、b1和b2是校正系数。
西林铅锌矿浮选过程自动控制系统以电位信号和药剂离子信号为控制变量。电极将电位信号和药剂离子浓度信号转换成电信号，信号调理板将电信号转换成标准信号，传送给调节器，调节器进行标度转换，根据浮选过程的实际情况实施常规PID控制或专家控制，控制输出，通过加药机调整浮选过程。
(3)模拟滤波和信号处理
传感器在现场检测到的信号不可避免地会夹杂一些干扰信号，尤其是在传输线较长的情况下，所以滤波处理非常关键。同时考虑到软件的通用性，编程时还是要考虑过滤环节。在模拟控制系统中，各种滤波器都是由硬件组成，用来滤除干扰信号。在数字控制系统中，除了一些必要的硬件滤波器外，许多滤波任务都可以由数字滤波器来承担。数字滤波本质上是一种数字处理方法，是由计算机程序实现的数字运算。数字滤波也称为软件滤波。与硬件滤波相比，数字滤波有很多优点。
1.数字滤波是通过软件程序实现的，不需要硬件，因此具有良好的可靠性和稳定性，不存在匹配问题。
2.对于多个信号输入通道，可以共享一个软件“滤波器”，从而降低仪器的硬件成本。
3.使用灵活，修改方便。换一个电路中的滤波器很麻烦，换硬件滤波器中的元件也很麻烦。在数字滤波器中，只需要调用另一个滤波器子程序。在数字滤波器中，简单地通过修改存储器中的某个操作参数来改变滤波特性是非常灵活的。
4.可以实现硬件过滤不能或无法实现的过滤任务。对于低通滤波器，如果截止频率很低，则要求滤波器的电阻和电容很大。电阻太大，滤波器稳定性差，电容太大，体积太大。而对于数字滤波，只有部分参数不同(比如时间常数)，所以实现起来非常方便。另外，有些滤波方法很难用硬件实现，但用数字滤波很容易，比如判决滤波。
常用的数字滤波方法有:算术平均法、一阶滞后滤波、中值滤波、中值平均滤波、程序判断滤波、复合滤波等。
选矿过程的数学模型由于微型计算机计算能力的增强，容易采用更复杂有效的算法。在控制系统方面，采用高可靠性工业微机的DDC直接控制已经完全适用于一些少见的场合，而由PLC和上位机组成的小型DCS系统已经在很多选矿厂得到应用。
三。执行机构的选择
浮选控制过程的执行机构主要采用自动加药机。从20世纪60年代开始，国外开发了各种自动加药装置，加拿大、芬兰、瑞典和前苏联都有报道。使用的自动加药机基本分为两类:一类是微量计量系统，其特点是精度高，耐磨性和耐腐蚀性好，有利于自动控制；另一类是差压变送器，利用空气压力差输送药液，但工业上应用较少。
我国上世纪50年代使用的杯型给药机，采用旋转挂杯加药，增减杯数来调节药液剂量。缺点是加药不准确，调整困难。目前国内广泛使用的浮选加药方式是虹吸加药，即在药液罐上安装虹吸管，通过改变高低差、夹紧程度或增减管道数量来调节药液的流量，均为手动操作。当有许多给料点和多种化学药品时，调节是非常不方便的。
70年代中期，我国开始研究电子自动加药机。目前，加药系统主要有两种方式:第一种方式是加药泵。它采用变频调速技术，通过变频器控制交流药泵。根据变频器与交流泵转速的比例关系和交流泵转速与药品流量的比例关系，标定出变频器输出频率与药品流量的线性关系模型。这样，上位机发送给变频器的给定频率值就可以实现药品流量的精确测量。但这种药物计量方式的控制装置复杂，成本高，不利于产品升级和技术改造。第二种方法是电磁阀法。给定的药物流量值通过软件设计调制成与空比值对应的脉冲输出，通过脉冲控制电磁阀电路中晶闸管的通断来控制电磁阀的通断。当电磁阀通电时，药物流出，但当电磁阀断电时，没有药物流出，从而可以在一个脉冲周期内通过改变空的比值来调节药物流量。该电磁阀成本低，控制简单，安装维护方便。虽然药流的间歇性会对系统产生一定的影响，但如果控制结构设计合理，误差在系统允许范围内，是可以满足工艺要求的。因此，电磁阀型是我国电子给药机的发展方向。
大多数电子加药机要求加药箱保持液位恒定，以保证加药精度。由于选矿机工作环境恶劣，外界干扰多，增强整机可靠性，降低故障率，以保证电子加药机的正常运行显得尤为重要。完善的运行检查制度也是电子给药机正常运行的重要保证。此外，药箱和药管入口处应设置隔渣板或隔渣网，以便及时清除渣滓，以免堵塞或影响流量精度。同时，应经常进行校准，以实现合理和准确的给药。避免药物泄漏造成电磁阀线圈腐蚀。这样，电子给药机就能充分发挥其功能和效益。
四。组态软件的选择
随着计算机技术、网络技术、多媒体技术和传感器技术的快速发展，自动加药控制系统正朝着硬件标准化和通用化、软件智能化和通用化、多功能、多媒体、网络化和分布式综合监控系统的方向发展。这就要求监控系统软件具有用户根据不同监控对象灵活配置的功能，以及数字、文本、图形、图像、声音等多种媒体反映监控信息的功能，以满足不同监控对象的要求，实现全面监控。
组态软件是工业自动化系统的人机界面，是一种软件平台。早些年，配置软件基本上是基于DOS的产品，随着Windows成为计算机的主导操作系统。此外，Windows可以利用动态数据交换(DDE)和对象链接嵌入(OLE)进行信息交换，为工控组态软件提供了强大的支撑环境。
基于Windows的工控组态软件平台将会普及并占据主导地位，逐步取代基于DOS等操作系统的组态软件；基于Windows以外的操作系统的组态软件，如DOS，将逐渐完全退出市场。
动词 （verb的缩写）观点
利用电化学原理控制矿物浮选加药是一种新趋势。目前，许多国家都重视电化学浮选的研究。美国、加拿大、澳大利亚、芬兰等国家做了大量的实验室研究，取得了一些进展。在俄罗斯铅锌矿和铜镍矿的浮选生产中，采用热力学计算和矿浆中离子组分的直接电位测定来控制浮选过程，取得了明显的经济效益。芬兰Diantokump的电位控制浮选系统利用矿物电极测量电位，控制矿浆中药剂的浓度，在硫化矿选矿厂取得了效益。但由于缺乏有效实用的浮选模型和可靠的矿浆电位在线测量手段，目前该技术在选矿厂的应用在国际上尚未取得突破。
新型传感器和执行器的成功开发为浮选自动加药控制带来了突破性进展。比如美国很多机构都在进行对矿浆表面拍照后进行图像处理和系统识别的技术，实现对部分矿浆中金属品位的在线分析，北京矿冶研究总院也在进行类似技术的研发。还有就是“软传感器”的研发。所谓软测量技术，是指通过测量一些间接参数，利用数学模型和过程辨识，对一些由于技术和经济原因不便直接测量的过程参数进行检测。这项技术实际上是在20世纪70年代应用的。但在当时，由于经验模型精度的限制，应用范围非常狭窄。近年来，随着模型构建和计算方法的不断增强，其可用性也在不断增强。
实现加药系统的自动控制，其成功的关键在于正确选择加药控制方案、合理的硬件结构、简便的软件和全面审慎的可靠性设计。
