一种矿山充填站料浆浓度智能监测与闭环调控系统及方法与流程

本发明涉及自动化监测与过程控制，特别涉及一种矿山充填站料浆浓度智能监测与闭环调控系统及方法。

背景技术：

1、矿山充填站是地下矿山绿色开采与尾废资源化利用的核心设施，料浆浓度是直接影响充填体强度、输送阻力、泵送稳定性与系统能耗的关键参数。料浆浓度过低会导致充填体强度不足、析水量增大与固体物料利用率降低；浓度过高则会增大搅拌负荷与泵送阻力，加剧管路磨损，甚至引发堵管、停机等生产故障。

2、当前矿山充填站的料浆浓度管控普遍存在多方面不足：其一，浓度检测多依赖人工取样与离线化验，难以实现连续实时监测，检测结果存在显著滞后性，无法为动态调控提供及时依据；其二，配料调控多采用固定参数或人工手动调节模式，调控方式粗放，无法根据浓度波动自动修正配料参数，浓度稳定性难以保障；其三，控制流程多为开环模式，检测结果无法自动反馈至给水、给料与搅拌执行机构，自动化程度较低；其四，针对原料含水率波动、供料不稳定、输送工况变化等复杂场景，现有控制方式响应速度慢，易引发浓度大幅波动；其五，浓度异常与输送风险缺乏协同管控机制，浓度超标引发的泵送压力变化无法被及时识别与联动控制，易引发连锁输送故障。

3、目前，亟需一种能够实现多参数同步在线监测、多源融合浓度计算、工况自适应闭环调节与分级安全联锁的管控系统，以提升矿山充填站料浆浓度控制精度与系统运行可靠性。

4、因此，本发明提供了一种矿山充填站料浆浓度智能监测与闭环调控系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有矿山充填站料浆浓度管控中检测滞后、调控粗放、缺乏闭环、工况适应性差与风险协同不足的问题，提供一种矿山充填站料浆浓度智能监测与闭环调控系统，通过多源参数同步采集、多参数融合浓度计算、工况匹配式闭环调控与分级安全联锁，实现料浆浓度的连续精准监测与稳定自动调控，降低输送故障风险，提升充填生产自动化水平。

2、本发明提供了一种矿山充填站料浆浓度智能监测与闭环调控系统，包括：

3、多源参数采集模块，用于实时在线采集料浆侧参数、配料侧参数和输送侧参数并转换为对应的料浆侧参数信号、配料侧参数信号和输送侧参数信号；

4、数据特征处理模块，用于分别对每一参数信号进行同步校正、滤波去噪、温度补偿和多参数融合计算，得到标准化浓度特征集；

5、闭环调控决策模块，用于根据所述配料侧参数和输送侧参数确定基础配料输送工况结果，结合所述标准化浓度特征集确定当前制浆输送工况，生成对应调控指令与安全保护指令；

6、执行与安全联锁模块，用于根据所述调控指令对料浆制备过程进行参数调节，同时根据所述安全保护指令执行分级联锁动作，并将调节后的运行状态反馈至多源参数采集模块中。

7、在一种可实施的方式中，所述多源参数采集模块，包括：

8、料浆侧采集单元，布置于搅拌槽出口或料浆池出口，用于采集料浆密度、含固率、料浆流量和料浆温度并转换为料浆侧参数信号；

9、配料侧采集单元，布置于给水管路、给料机和胶结料给料装置及搅拌驱动端，用于采集给水量、给料量、胶结料加入量和搅拌状态并转换为配料侧参数信号；

10、输送侧采集单元，布置于充填泵与输送管路上，用于采集充填泵泵速、阀位、电机电流和管路压力并转换为输送侧参数信号；

11、统一打码单元，用于对料浆侧参数信号、配料侧参数信号和输送侧参数信号按同一采样时钟打上时标编码。

12、在一种可实施的方式中，所述数据特征处理模块，包括：

13、同步校正单元，接收多源参数采集模块输出的所述料浆侧参数信号、配料侧参数信号和输送侧参数信号，按统一时标将所述料浆侧参数信号、配料侧参数信号和输送侧参数信号对齐为多通道同步数据帧；

14、滤波去噪单元，利用滑动均值滤波与异常值剔除结合的处理方式分别对每一通道同步数据帧的干扰与跳变数据进行滤除处理，输出滤波后参数序列；

15、温度补偿单元，依据预先标定的密度-温度修正关系对料浆侧参数信号中的密度值进行温度修正，输出补偿后密度值；

16、多参数融合单元，将补偿后密度值、含固率值、给水量与给料量代入浓度换算关系，输出综合浓度识别结果，并结合浓度偏差、浓度变化率、浓度波动幅值、料浆状态稳定性指标与配料一致性指标组装为标准化浓度特征集。

17、在一种可实施的方式中，所述闭环调控决策模块，包括：

18、配料输送工况初判单元，用于根据输入的配料侧参数信号与输送侧参数信号，对给料稳定性、搅拌运行状态、泵机负荷水平及管路压力状态进行初步判定，得到基础配料输送工况结果；

19、制浆工况匹配单元，用于将标准化浓度特征集中的浓度水平、波动程度与基础配料输送工况结果进行匹配耦合；

20、调控指令生成单元，用于根据匹配耦合得到的工况类型与浓度偏差程度，对应计算给水阀开度、给料机速率、胶结料投加量及搅拌运行参数的调节量，形成调控指令并输出；

21、安全保护指令生成单元，用于结合浓度超限等级与输送风险等级划分异常严重程度，对应生成不同层级的安全保护指令并输出。

22、在一种可实施的方式中，所述执行与安全联锁模块，包括：

23、执行驱动单元，用于接收调控指令并分别对应驱动加水阀、给料机、胶结料给料装置、搅拌驱动装置与补偿阀动作，对料浆制备过程参数进行调节；

24、反馈校核单元，用于在每一次调节动作完成后，读取多源参数采集模块回传的调节后运行状态中的实时浓度值，计算调节前后浓度偏差的收敛程度，并将校核结果反馈至多源参数采集模块；

25、分级联锁单元，用于接收安全保护指令并按分级控制策略执行预报警、轻度修正、主动降载、停料保护或联锁停机中的至少一级动作。

26、在一种可实施的方式中，所述料浆侧采集单元，包括

27、密度检测子单元，用于采用在线差压式密度检测器件，连续获取料浆的实时密度数值并输出对应检测信号；

28、含固率检测子单元，用于采用在线固相含量检测器件，实时获取料浆中固相物料的质量占比数值并输出对应检测信号；

29、流量检测子单元，用于采用电磁式流量检测器件，实时获取料浆的瞬时输送流量与累计流量数值并输出对应检测信号；

30、温度检测子单元，用于采用接触式温度传感器件，实时获取料浆的介质温度数值并输出对应检测信号。

31、在一种可实施的方式中，还包括：

32、所述闭环调控决策模块中制浆输送工况的识别条件为：浓度偏差超过阈值的同时管路压力较基准值偏移超过设定比例，且充填泵电机电流波动超过设定范围时判定为浓度异常。

33、本发明提供了一种矿山充填站料浆浓度智能监测与闭环调控系统，还包括：

34、所述标准化浓度特征集中的料浆状态稳定性指标包括：实时浓度偏差的绝对值、浓度变化率的绝对值与浓度波动幅值按加权求和；

35、配料一致性指标包括：单位时间内给水量波动方差与给料量波动方差；

36、所述当料浆状态稳定性指标低于第一预警阈值时，所述闭环调控决策模块触发轻度修正；

37、当所述料浆状态稳定性指标低于第二预警阈值且管路压力出现异常时，所述执行与安全联锁模块进入保护控制模式。

38、本发明可以实现的有益效果为：1、相较于人工取样和离线分析方式，本发明能够连续获取浓度相关参数，提高实时性和控制精度；2、由传统人工经验调节转变为自动检测、自动分析和自动修正，提高浓度控制稳定性；3、通过对给水量、给料量和搅拌状态进行协同调节，使料浆浓度长期维持在目标区间内，改善充填质量一致性；4、当原料性质、供料状态、输送工况发生变化时，系统能够快速响应并自动修正，降低人为调整滞后带来的影响；5、浓度异常常常伴随输送阻力变化，本发明通过浓度与输送工况协同分析，可降低堵管、泵送波动和停机风险；6、系统模块化程度高，可与现有矿山充填站料浆制备和自动化系统兼容，适合工程化应用。

39、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

40、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。