專利名稱：材料分離過程的優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料分離過程。本發(fā)明更特別地涉及用于控制材料分 離過程的方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品以及材料分離系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)材料分離過程，例如浮選過程，是多變量和高度非線性的。
因而該過程難以控制。而且對(duì)過程性能的測(cè)量還經(jīng)常需要使用x射
線折射率測(cè)量法，x射線折射率測(cè)量設(shè)備十分昂貴并且因此經(jīng)常期
望將測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量控制到最少，這使得控制過程難于實(shí)施。 確實(shí)存在這種過程的模型可以用于這種控制。例如有一種由
Aldo Cipriani和Carlos Munoz在"A Dynamic Low-Cost Simulator for Grinding-Flotation Plants" ， Low Cost Automation, page 267-272， 布 宜諾斯艾利斯，阿根廷，1995， IFAC中描述。
然而，大多數(shù)這種模型似乎都針對(duì)試圖將濃縮物的品位和/或尾 料控制到期望的給定值。因此大多數(shù)工廠似乎都在遠(yuǎn)離其最優(yōu)條件 的范圍內(nèi)操作。
近來在紙漿和紙張生產(chǎn)領(lǐng)域提供了一種有趣的控制方法。該方法 是一種實(shí)時(shí)優(yōu)化控制方法，在WO 03/107103中描述，其中提供了一 種生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)模型。該文件描述了動(dòng)態(tài)模型可以被優(yōu)化。然而 它并沒有真正述及應(yīng)當(dāng)用什么辦法優(yōu)化模型。它僅僅述及在不同的
受控輸出變量之間存在平衡以及權(quán)重可以用做在不同的互為';肖長(zhǎng)的 目標(biāo)之間的折衷。
因此需要更有效的材料分離過程
發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明針對(duì)提供材料分離過程的更有效控制。
這樣，本發(fā)明的 一個(gè)目的是提供一種用于控制材料分離過程的方 法，使材料分離過程更有效。
根據(jù)本發(fā)明的第 一 方面通過用于控制材料分離過程的方法實(shí)現(xiàn) 該目的，該方法包括步驟
測(cè)量所述材料分離過程中的指示期望材料和不期望材料之間分 離程度的至少一個(gè)過程輸出變量，
通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸 出變量和外部約束以估計(jì)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模 型基于能夠被操縱的至少 一 個(gè)輸入變量和所述輸出變量，
優(yōu)化涉及至少 一 個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的 目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于 所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束施 加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量而發(fā)生，其針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間 隔為每個(gè)輸入變量提供至少一個(gè)給定值，以及
通過使用所述給定值調(diào)節(jié)所述分離過程以影響用于從散裝材料
分離期望材料的分離過程，
其中所述優(yōu)化的步驟包括將分離過程的期望材料的回收率最大 化或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 本發(fā)明的另 一 目的是提供用于控制材料分離過程的設(shè)備，使材料 分離過程更有效。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面通過用于控制材料分離過程的設(shè)備實(shí)現(xiàn)
該目的，該設(shè)備包括
狀態(tài)估計(jì)單元，配置用于
接收所述材料分離過程中的指示在期望材料和不期望材料之間 分離程度的至少一個(gè)測(cè)得的過程輸出變量，并且
通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸 出變量和外部約束以估計(jì)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模 型基于可操縱的至少一個(gè)輸入變量和所述輸出變量，以及優(yōu)化單元，配置用于
優(yōu)化涉及至少一個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的 目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于 所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束施 加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量而發(fā)生，其針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間 隔為每個(gè)輸入變量提供至少一個(gè)給定值，用于調(diào)節(jié)所述分離過程以 影響用于從散裝材料分離期望材料的分離過程，其中優(yōu)化單元當(dāng)優(yōu) 化目標(biāo)函數(shù)時(shí)進(jìn) 一 步被配置以便將分離過程的期望材料的回收率最 大化或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 本發(fā)明的另一 目的是提供一種材料分離系統(tǒng)，其提供更有效的材 料分離過程。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面通過材料分離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該目的，該系統(tǒng)包
括
至少一個(gè)材料分離單元，其從不期望材料分離期望材料， 至少一個(gè)測(cè)量單元，配置用于測(cè)量材料分離過程中的指示期望 材料和不期望材料之間分離程度的至少 一個(gè)過程輸出變量， 狀態(tài)估計(jì)單元，配置用于
通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸 出變量和外部約束以估計(jì)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模 型基于能夠被操縱的至少一個(gè)輸入變量和所述輸出變量，
優(yōu)化單元，配置用于
優(yōu)化涉及至少 一 個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的 目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于 所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束施 加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量而發(fā)生，其針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間 隔為每個(gè)輸入變量提供至少一個(gè)給定值，以及
至少一個(gè)調(diào)節(jié)單元，配置用于
通過使用所述給定值調(diào)節(jié)所述分離過程以影響用于從散裝材料 分離期望材料的分離過程，其中所述優(yōu)化單元在進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化時(shí)進(jìn) 一 步配置用于將分 離過程的期望材料的回收率最大化或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 本發(fā)明的另 一 目的是提供用于控制材料分離過程的計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品，使材料分離過程更有效。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面通過用于控制材料分離過程的計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)該目的，其包括計(jì)算機(jī)程序代碼，當(dāng)所述代碼加載到計(jì)
算機(jī)上時(shí)使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行
接收所述材料分離過程中的指示期望材料和不期望材料之間分 離程度的至少一個(gè)測(cè)得的過程輸出變量，
通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸 出變量和外部約束以估計(jì)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模 型基于能夠被操縱的至少一個(gè)輸入變量和所述輸出變量，
優(yōu)化涉及至少 一 個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的 目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于 所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束而 施加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量發(fā)生，并且
針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間隔為每個(gè)輸入變量提供至少 一 個(gè)給定值， 用于調(diào)節(jié)所述分離過程以影響用于從散裝材料分離期望材料的分離 過程，
其中優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)包括將分離過程的期望材料的回收率最大化 或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 本發(fā)明有很多優(yōu)勢(shì)。它提供了有效的材料分離過程，其中工廠在 最優(yōu)條件或接近最優(yōu)條件操作。并且，可獲得高濃度的期望材料， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)期望材料的高回收率和低添加劑消耗。
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，在本說明書中使用術(shù)語"包括"是為了說明所述的特 性、整體、步驟或組件的存在，但是不排除一個(gè)或更多其他特性、 整體、步驟、組件或這些的組合的存在或附加。
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現(xiàn)在將參照附圖更為詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于控制材料分離過程的簡(jiǎn)化 系統(tǒng)；
圖2示出了概述根據(jù)本發(fā)明用于控制材料分離過程的一般方法 步驟的流程圖；以及
圖3示意性地示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的包括計(jì)算機(jī)程序代碼的 CD ROM盤形式的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
為了解釋而不是限制的目的，在以下描述中陳述了具體細(xì)節(jié)如特
定的體系結(jié)構(gòu)、接口、技術(shù)等，以便對(duì)本發(fā)明提供徹底的理解。然 而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明也可以脫離這些具體 細(xì)節(jié)以其他實(shí)施方式實(shí)施。在其他例子中，為了避免以不必要的細(xì) 節(jié)妨礙對(duì)本發(fā)明的描述，省略了對(duì)已知設(shè)備、電路和方法的詳述。
以下將參照浮選過程的材料分離過程描述本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解， 本發(fā)明也可以應(yīng)用于其他材料分離過程。材料分離優(yōu)選地是選礦過 程，其中要獲得的期望材料可以是任何期望的礦物，如鐵、銅、鋅、 金、銀等。
圖1以簡(jiǎn)單浮選系統(tǒng)的形式、示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的簡(jiǎn)化 示例性材料分離系統(tǒng)10。在系統(tǒng)10中提供了進(jìn)料單元12，其提供 散裝材料的第 一 材料流，在此以槳的形式包括期望材料和至少 一 種 不期望材料。在此期望材料要與不期望材料分離。在此漿進(jìn)一步以 粉狀物形式提供。系統(tǒng)可能包括在進(jìn)料單元12之前的先前的階段， 其中通過研磨固體的散裝材料提供該粉狀物。進(jìn)料單元12連接到材 料添加單元14,其中第二材料流與第一材料流混合。材料添加單元 14隨后連接到第一材料分離單元并向其提供漿和第二材料流，在此 第一材料分離單元是第一浮選室16的形式，其在此是罐，也被稱為 粗選槽。第一浮選室16包含水并且連接到向罐16的水中供給添加劑的第一添加劑供給單元18,具有將罐中的水與來自第一添加劑供
給單元18的添加劑混合的第一混合器20,并且具有第一空氣供給單 元23。在此第一空氣供給單元23連接到第一空氣調(diào)節(jié)單元22，用 于調(diào)節(jié)吹送到第一浮選室16的空氣量。第一浮選室16具有第一出 口，其中獲得分離的輸出材料，也被稱為濃縮物C。輸出材料包括 與在漿中的不期望材料成一定比率的期望材料，該不期望材料也被 稱為雜質(zhì)，并且由此提供一定的品位、濃度或純度期望材料。對(duì)于 正常的材料分離過程，該比率應(yīng)當(dāng)是高的。在此也為第一出口提供 第一測(cè)量單元24，其測(cè)量輸出材料的一些屬性。在此該第一測(cè)量單 元24優(yōu)選地是折射率測(cè)量設(shè)備。也為第一浮選室16提供第二出口 ， 其連接到第二材料分離單元的進(jìn)口 ，在此第二材料分離單元是第二 浮選室26的形式。在此第二浮選室26是罐，也被稱為清除器。第 二浮選室26包含水并且連接到向罐26的水中供給添加劑的第二添 加劑供給單元28，具有將罐中的水與來自第二添加劑供給單元28 的添加劑混合的第二混合器30，并且具有第二空氣供給單元33。在 此第二空氣供給單元33連接到第二空氣調(diào)節(jié)單元32，用于調(diào)節(jié)吹送 到第二浮選室26的空氣量。第二浮選室26具有第三出口 ，其中獲 得輸出材料即濃縮物C。出于這些原因第一浮選室16和第二浮選室 26的第一和第三出口彼此連接。在此也為第三出口提供第二測(cè)量單 元34，其測(cè)量輸出材料的一些屬性。在此該測(cè)量單元34優(yōu)選地是折 射率測(cè)量設(shè)備。也為第二室提供第二出口，第二出口連接上述材料 添加單元14以向其提供廢料W。該廢料W也被稱為尾料并且也包 括與不期望材料成一定比率的期望材料。對(duì)于正常的材料分離過程， 該比率應(yīng)當(dāng)是低的。
在此第 一和第二測(cè)量單元24和34的測(cè)量結(jié)果被提供給控制材料 分離過程的設(shè)備36,其隨后提供用于控制第一和第二調(diào)節(jié)單元22 和32的輸出信號(hào)。為了提供該控制，為設(shè)備36提供狀態(tài)估計(jì)單元 38和優(yōu)化單元40。馬上將描述該類型的控制的細(xì)節(jié)。
現(xiàn)在將描述受控過程的功能執(zhí)行。進(jìn)料單元12經(jīng)由材料添加單
12元14以粉狀物形式向第一浮選室16提供漿。在第一浮選室16中， 粉狀物與水混合并且由第一添加劑供給單元18通過第一混合器22
的操作添加添加劑?；旌掀飨翊蟮臄嚢杵?，其在此以恒定速度旋轉(zhuǎn)。 并且從第一空氣供給單元23供給空氣。因此期望材料與不期望材料 分離，不期望材料將自身附著在空氣泡上以泡沫形式上升到罐的上 部，并且被刮除。材料的剩余部分為廢料或尾料，其沉淀在室底部 并且被供給到第二浮選室26，第二浮選室26對(duì)廢料應(yīng)用相同的程序 以便將更多的期望材料與不期望材料分離。結(jié)果得到的輸出材料被 稱為濃縮物C，其隨后可以被供給另一個(gè)企業(yè)如冶煉廠做進(jìn)一步處 理，而來自第二室26的尾料W被提供給材料添加單元14以便與漿 的進(jìn)料混合，以提高期望材料的回收率。
這只是一個(gè)材料分離過程的一般描述。在此應(yīng)當(dāng)理解，該過程可 以以很多方式變化。例如在清除器之前可能連接若干這樣的粗選槽。 也應(yīng)當(dāng)理解，可能有更多的廢料回到先前的浮選室的回路，以及彼 此平行提供的若干這樣的粗選槽和清除器。在最簡(jiǎn)單的形式下工廠 僅包括一個(gè)浮選室。
現(xiàn)在將描述用于控制材料分離過程的設(shè)備的 一般方法。
在控制中使用過程的動(dòng)態(tài)矩陣模型，其可以表示為
F[x (t)， i(t), u (t), t] = 0,
其中x代表狀態(tài)變量，u代表操縱的變量，并且i代表狀態(tài)變量
的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。在此操縱的變量典型地是那些能夠受控制系統(tǒng)影響以 提供控制的變量，而狀態(tài)變量是指示過程狀態(tài)的變量。這些狀態(tài)變 量中的 一 些是過程輸出變量。過程輸出變量可以與品位或尾料相關(guān) 聯(lián)，并且也可以與期望材料的回收率相關(guān)聯(lián)?？蓽y(cè)量和可導(dǎo)的過程 輸出變量的測(cè)量結(jié)果和估計(jì)可以表示為
y (t) = g(x (t), t)
這意味著測(cè)得的輸出變量y可以與狀態(tài)變量x有函數(shù)關(guān)系g。 模型也可以與模型約束相關(guān)聯(lián)，即對(duì)不同操縱的變量和/或過程 輸出變量的限制。a《uk》b d《xk > e也可以存在不同的更多或更少的復(fù)合不等式約束 Ck (xk， uk) S 0通過使用動(dòng)態(tài)模型，用測(cè)得的當(dāng)前的以及或許也用以前的過程輸 出變量作為參數(shù)，可以估計(jì)該過程的當(dāng)前或初始狀態(tài)。(MHE)來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)估計(jì)。因此以目標(biāo)4九跡的形式建立用于選定受 控過程輸出變量的給定值范圍。根據(jù)本發(fā)明，狀態(tài)估計(jì)在設(shè)備36的狀態(tài)估計(jì)單元38中執(zhí)行并且 基于由第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元24和34提供的輸出變量執(zhí)行。在狀態(tài)估計(jì)之后跟隨的是優(yōu)化，其在優(yōu)化單元40中執(zhí)行。基于上述模型的優(yōu)化通過將目標(biāo)函數(shù)最小化實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)函數(shù)是根 據(jù)優(yōu)化方面并考慮約束而建立的，并且優(yōu)選地基于由動(dòng)態(tài)過程模型 預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和受控輸出過程變量的目標(biāo)軌跡的比較。 則優(yōu)化可以 一般地描述為g(x)的最小值=Jx(t)dt.因此獲得可用于控制的優(yōu)化目標(biāo)軌跡或給定值范圍。在圖1的浮 選廠中，上述給定值一般地指用于控制對(duì)浮選室的空氣供給的控制 信號(hào)。給定值范圍考慮了由優(yōu)化方面施加的約束。目標(biāo)函數(shù)是根據(jù)優(yōu)化的方面建立的，并且優(yōu)選地基于受控過程輸 出變量給定值的目標(biāo)集合與動(dòng)態(tài)過程模型預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量 的比較。計(jì)算是基于狀態(tài)變量的當(dāng)前值。通過改變操縱的變量的輸 入軌跡將目標(biāo)函數(shù)最小化。給出目標(biāo)函數(shù)最小值的輸入軌跡因此被 稱為最佳輸入軌跡。這些優(yōu)化輸入軌跡隨后被用于控制過程可控變量。上文描述的原 則在WO 03/107103中得到進(jìn)一步詳述，其通過在此通過引用而成為 本發(fā)明的組成部分。對(duì)于圖1的浮選工廠，可以通過提供基于每個(gè)所包括的浮選室的模型。隨后每個(gè)這樣的浮選室的建?？梢曰?lt;formula>formula see original document page 15</formula>其中M;為漿中組分i的質(zhì)量；M:為泡沫中組分i的質(zhì)量； 《為漿相的浮選常數(shù)； 《為泡沫的排放常數(shù)； X,為尾料的質(zhì)量流； 《為尾料中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 《為濃縮物的質(zhì)量 流; ^為濃縮物中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； Z。為給送入室中的漿的質(zhì)量流； "為給送入室中的漿中的組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。浮選常數(shù)由下式計(jì)算《=c;ec(0 + 4,/ = 45 (3)其中QW是所添加的捕收劑的標(biāo)準(zhǔn)化的量。在此A和B分別代表期望材料和不期望材料。隨后可以基于這 些用于單一室的公式依賴于工廠的室如何互連而獲得整個(gè)工廠的總 模型。現(xiàn)在將參照?qǐng)D2描述根據(jù)本發(fā)明的控制如何實(shí)現(xiàn)，圖2示出 了概述根據(jù)本發(fā)明用于控制材料分離過程的 一般方法步驟的流程 圖。使用按照上述方法應(yīng)用的上述模型用于狀態(tài)估計(jì)和優(yōu)化，來執(zhí)行 以下步驟。在上述的運(yùn)行過程中，在步驟42,過程輸出變量首先由 狀態(tài)估計(jì)單元接收。這樣，在本發(fā)明中接收來自第一測(cè)量單元和第 二測(cè)量單元24和34的輸出信號(hào)，隨后從這些信號(hào)可以確定期望材 料的濃度的品位，即在輸出產(chǎn)品中期望材料的百分比。該百分比可 以是變化的，并且對(duì)于一些材料而言50%是正常的。隨后，在步驟44數(shù)據(jù)被驗(yàn)證，并且隨后在步驟46執(zhí)行狀態(tài)估計(jì)以確定初始狀態(tài)。與此相關(guān)的約束可以是對(duì)給送力的限制，即，要將多少漿投入第一 浮選室，濃度才會(huì)嚴(yán)格地是正值，品位應(yīng)該為某百分比值，生產(chǎn)速 度才會(huì)受到限制，以及對(duì)室的不同物理限制。此后在步驟48規(guī)定未來預(yù)測(cè)時(shí)域的約束。 一般地在此要應(yīng)用與 當(dāng)前狀態(tài)所使用的相同的約束。隨后在步驟50為該未來時(shí)域規(guī)定目 標(biāo)函數(shù)參數(shù)。在此輸出產(chǎn)品的濃度C的品位被設(shè)定為高于規(guī)定的水 平，即品位被定義為具有某最低含量的期望材料。這意味著優(yōu)化不 是為了使品位最大化。也可以設(shè)定其他變量，如混合器20和30的 固定的轉(zhuǎn)速。此后在步驟52由優(yōu)化單元40優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以便獲 得給定值的輸入范圍以用于控制。在此執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化以便 使過程的期望材料的回收率最大化，即相對(duì)于給入過程中的輸入材 料量，進(jìn)行優(yōu)化以在輸出材料中獲得盡可能多的期望材料。有了這 些設(shè)置可以達(dá)到大約90%的回收率。在此給定值的范圍與吹送入室 中的空氣量的變化相關(guān)聯(lián)。當(dāng)該步驟完成時(shí)，在步驟54選擇范圍內(nèi) 的一個(gè)值，優(yōu)選地是自動(dòng)地選擇，并且在步驟56相應(yīng)地控制該過程。 隨后只要過程運(yùn)行就重復(fù)這個(gè)步驟。用這種控制材料分離過程的方法提供更有效的控制，其中工廠在 其最優(yōu)條件或接近最優(yōu)條件操作。而且，獲得高的期望材料濃度和 更高的期望材料回收率以及低的添加劑消耗。替代地，代替使回收 率最大化，可以通過將添加劑或能量的用量最小化而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。這 提供了更經(jīng)濟(jì)的過程。為了筒化控制過程，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變形，可以使用并非動(dòng)態(tài) 的而是非線性的模型，例如靜態(tài)模型。在靜態(tài)模型中，在函數(shù)F中沒有時(shí)間導(dǎo)數(shù)。這實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的過程 控制。在這種情況下，也沒有輸出值的范圍或集合，而針對(duì)每個(gè)空 氣供給23和33只有一個(gè)用于控制該過程的給定值。這降低了所需 的處理量。用于控制材料分離過程的設(shè)備36優(yōu)選地在計(jì)算機(jī)中提供。在此，設(shè)備的狀態(tài)估計(jì)和優(yōu)化單元可以通過一個(gè)或更多處理器和計(jì)算機(jī)程 序代碼共同實(shí)施以執(zhí)行它們的功能。上述程序代碼也可以作為計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品提供，例如以 一 個(gè)或更多承載程序代碼的數(shù)據(jù)載體的形 式，該程序代碼當(dāng)被載入計(jì)算機(jī)時(shí)用于執(zhí)行本發(fā)明的功能性。圖3一般地示出了 CDROM盤形式的一個(gè)這樣的載體58。然而其他數(shù)據(jù) 載體也是可行的。計(jì)算機(jī)程序代碼可以進(jìn)一步作為外部服務(wù)器上的 單純程序代碼提供并被下載到圖1中的計(jì)算機(jī)上。除了那些已經(jīng)提到的，還可以對(duì)本發(fā)明做若千進(jìn)一步的變形。上 面通過調(diào)節(jié)吹送入室的空氣量控制過程。也可以調(diào)節(jié)添加的添加劑 量來代替吹入的空氣量，或與之結(jié)合，也可以通過使用浮選室中的 泡沫水平控制單元或類似單元調(diào)節(jié)浮選室的泡沫水平，其中輸入變 量則會(huì)影響泡沫水平控制單元的給定值。觀'J得的輸出變量不必是濃 縮物，也可以測(cè)量廢料，即留在尾料中的期望材料的量。與此相關(guān)， 在圖1的系統(tǒng)中可以只有一個(gè)進(jìn)行測(cè)量的點(diǎn)。其他類型的材料分離 過程也可以用相同的方法控制。已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為最實(shí)際的和優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，不過 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，相反地，目的是涵蓋各 種修改和等效設(shè)置。因此本發(fā)明只受到權(quán)利要求書的限制。1權(quán)利要求
1.一種用于控制材料分離過程的方法，包括如下步驟測(cè)量(42)所述材料分離過程中的指示期望材料和不期望材料之間分離程度的至少一個(gè)過程輸出變量(C)，通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸出變量和外部約束以估計(jì)(46)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模型基于能夠被操縱的至少一個(gè)輸入變量和包括所述測(cè)得的輸出變量的至少兩個(gè)輸出變量，優(yōu)化(52)涉及至少一個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束施加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量而發(fā)生，其針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間隔為每個(gè)輸入變量提供至少一個(gè)給定值，以及通過使用所述給定值調(diào)節(jié)(56)所述分離過程以影響用于從散裝材料分離期望材料的分離過程，其中所述優(yōu)化步驟包括將分離過程的期望材料的回收率最大化或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中優(yōu)化包括保持涉及期望材 料從不期望材料分離的程度的第 一輸出變量的集合接近規(guī)定的水 平。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述模型是 非線性的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述模型是靜態(tài)模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中模型是動(dòng)態(tài) 的并且優(yōu)化的步驟為每個(gè)輸入變量提供給定值范圍，其中每個(gè)范圍 針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間隔為所述操縱的變量提供輸入軌跡。
6. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中至少優(yōu)化和調(diào)節(jié)的 步驟在固定的連續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)被重復(fù)地執(zhí)行。
7. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求的所述方法，其中分離過程包括供給 散裝材料和從至少一種不期望材料分離期望材料的步驟，不期望材 料和期望材料都在散裝材料中提供。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中分離過程進(jìn)一步包括將廢 料回送到散裝材料用于參與所述分離步驟的步驟。
9. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中過程是浮選過程。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中浮選過程包括混合未分離 材料的粉狀物和流體，使得期望材料從散裝材料分離，并且使得期 望材料浮起。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中輸入變量使得空氣被吹 送進(jìn)入混合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中輸入變量影響添加到混 合物的添加劑的量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中輸入變量影響浮選過程 中的泡沫水平。
14. 一種用于控制材料分離過程的設(shè)備(36),包括 狀態(tài)估計(jì)單元(38),配置用于接收所述材料分離過程中的指示期望材料和不期望材料之間分 離程度的至少一個(gè)測(cè)得的過程輸出變量(C),并且通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸 出變量和外部約束以估計(jì)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模 型基于能夠被操縱的至少一個(gè)輸入變量和所述輸出變量，以及優(yōu)化單元(40)，配置用于優(yōu)化涉及至少 一個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的 目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于 所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束施 加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量而發(fā)生，并且針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間隔為每個(gè)輸入變量提供至少 一個(gè)給定值， 用于調(diào)節(jié)所述分離過程以影響用于從散裝材料分離期望材料的分離過程，其中優(yōu)化單元當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)時(shí)進(jìn) 一 步被配置為將分離過程的 期望材料的回收率最大化或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中優(yōu)化單元當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)函 數(shù)時(shí)被配置用于保持涉及期望材料從不期望材料分離的程度的第一 輸出變量的集合接近規(guī)定的水平。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中模型是動(dòng) 態(tài)并且優(yōu)化單元被配置為為每個(gè)輸入變量提供給定值范圍，其中每 個(gè)范圍針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間隔為所述操縱的變量提供輸入軌跡。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述模型 是非線性的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述模型是靜態(tài)模型。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14-18任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中優(yōu)化單 元被配置為在固定的連續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)重復(fù)地執(zhí)行優(yōu)化和調(diào)節(jié)。
20. —種材料分離系統(tǒng)(10)，包括至少一個(gè)材料分離單元(16, 26),其從不期望材料分離期望 材料，至少一個(gè)測(cè)量單元(24, 34 )，其配置用于測(cè)量材料分離過程 中的指示期望材料和不期望材料之間分離程度的至少一個(gè)過程輸出變量，狀態(tài)估計(jì)單元(38)，配置用于通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸 出變量和外部約束以估計(jì)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模 型基于能夠被操縱的至少一個(gè)輸入變量和所述輸出變量，優(yōu)化單元(40),配置用于優(yōu)化涉及至少 一 個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的 目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于 所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束施 加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量而發(fā)生，其針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間隔為每個(gè)輸入變量提供至少一個(gè)給定值，以及至少一個(gè)調(diào)節(jié)單元(22， 32),配置用于通過使用所述給定值調(diào)節(jié)所述分離過程以影響用于從散裝材料 分離期望材料的分離過程，其中所述優(yōu)化單元當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)時(shí)進(jìn) 一 步被配置為將分離過 程的期望材料的回收率最大化或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的材料分離系統(tǒng)，其中向所述材料分 離單元供給散裝材料，并且所述材料分離單元被配置用于從至少一 種不期望材料分離期望材料，不期望材料和期望材料都在散裝材料 中提供。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的材料分離系統(tǒng)，進(jìn)一步包括材料添 加單元(14),其將廢料回送給散裝材料用于參與所述分離。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19-21任一權(quán)利要求所述的材料分離系統(tǒng)，其 中過程是浮選過程。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的材料分離系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于混 合未分離材料的粉狀物和流體的至少一個(gè)混合器(20， 30),使得 期望材料從散裝材料分離和/或使得期望材料浮起的分離實(shí)體。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的材料分離系統(tǒng)，其中所述分離實(shí)體 包括空氣供給單元(23)，并且所述輸入變量控制空氣供給單元向 混合物吹送空氣。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的材料分離系統(tǒng)，其中所述分離實(shí)體 包括添加劑供給單元(18)并且所述輸入變量影響添加到混合物的 添加劑的量。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的材料分離系統(tǒng)，其中分離實(shí)體包括 泡沫水平控制單元或類似的單元，并且所述輸入變量影響泡沫水平 控制單元的給定值。
28. —種用于控制材料分離過程的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品(58)，其 包括計(jì)算機(jī)程序代碼，當(dāng)所述代碼加載到計(jì)算機(jī)上時(shí)使得所述計(jì)算 機(jī)執(zhí)行；接收所述材料分離過程中的指示期望材料和不期望材料之間分 離程度的至少一個(gè)測(cè)得的過程輸出變量(C)，通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸 出變量和外部約束以估計(jì)該過程在時(shí)間上某個(gè)瞬間的狀態(tài)，所述模 型基于能夠被操縱的至少一個(gè)輸入變量和所述輸出變量，優(yōu)化涉及至少 一 個(gè)預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量和所述外部約束的 目標(biāo)函數(shù)，其中所述預(yù)測(cè)的受控過程輸出變量由所述過程模型基于 所述狀態(tài)決定，并且該優(yōu)化在由所述過程模型和/或所述外部約束施 加的約束下通過調(diào)整所述輸入變量而發(fā)生，以及針對(duì)所述預(yù)測(cè)時(shí)間間隔為每個(gè)輸入變量提供至少 一 個(gè)給定值， 用于調(diào)節(jié)所述分離過程以影響用于從散裝材料分離期望材料的分離 過程，其中優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)包括將分離過程的期望材料的回收率最大化 或?qū)⑻砑觿┗蚰芰康挠昧孔钚』?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制材料分離過程的方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品以及材料分離系統(tǒng)。材料分離系統(tǒng)(10)包括從不期望材料分離期望材料的單元(16，26)，測(cè)量材料分離過程中的指示期望和不期望材料之間分離程度的過程輸出變量的單元(24，34)，通過在材料分離過程的模型上針對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)用測(cè)得的輸出變量和外部約束以估計(jì)該過程的狀態(tài)的單元(38)，通過將分離過程的期望材料的回收率最大化而優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的單元(40)，該優(yōu)化為模型的每個(gè)輸入變量提供至少一個(gè)給定值，以及通過使用給定值調(diào)節(jié)分離過程的至少一個(gè)調(diào)節(jié)單元(22，32)。
文檔編號(hào)G05B13/04GK101517497SQ200780034426
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月18日
發(fā)明者J·皮特森, L·勒鄧格, P·維斯特爾倫德 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司