本发明涉及对泡沫浮选工厂的监视和控制。

在一座矿石浮选工厂中，为了实现矿石组成的最佳分离必须对要 处理的矿石混合物流进行观察和控制。为此，泡沫速度，气泡大小和 稳定性是重要的因素。
因为在浮选早期，处理技术人员已经知道在浮选槽的溢口上回收 泡沫的速度对流程的品级和采收率具有非常直接和一致的影响。处理 技术人员工作的最重要方面中的一个是保证泡沫在浮选槽的溢口上 以希望的和受控制的速度移动。遗憾的是，因为总是有许多其它的问 题需要处理，所以处理技术人员不能够在整个漂移过程中对泡沫进行 观察。
为了改善对浮选的控制，例如已经通过自动测量泡沫速度做了大 量的工作。于是将这种措施用于简单的控制器中以便模拟由处理技术 人员在对泡沫速度偏离它的希望值进行校正时采取的步骤。许多较早 的测量速度的努力都是无效的，因为它们不能够克服泡沫表面的湍流 引起的困难。
本发明的目的是提出一种监视和控制装置，该装置将导致改善对 浮选工厂中的泡沫流的监视和控制。

根据本发明，为浮选工厂的泡沫浮选槽提供监视设备，该监视设 备包括一个用于数字地观察一系列图象，以便提取浮选工厂的泡沫浮 选槽中的矿石混合流中的泡沫特征，并进一步用于发射相应的数字图 象信号的光学观察装置；一台用于处理从光学观察装置接收的数字图 象信号和用于发射泡沫特征的计算参量的参量信号的计算机；用于将 数字图象信号从光学观察装置传输到计算机的数字图象传输装置；用 于显示从计算机接收的参量信号的显示装置；和用于将参量信号从计 算机传输到显示装置的参量信号传输装置。
根据本发明，也为浮选工厂的泡沫浮选槽提供监视和控制设备， 该设备包括一个用于数字地观察一系列图象，以便提取浮选工厂的泡 沫浮选槽中的矿石混合流中的泡沫特征，并进一步用于发射相应的数 字图象信号的光学观察装置；一台用于处理从光学观察装置接收的数 字图象信号和用于发射泡沫特征的计算参量的参量信号，并进一步用 于响应接收的参量信号产生控制信号以便使泡沫浮选槽中的泡沫特 征发生所需变化的计算机；用于将数字图象信号从光学观察装置传输 到计算机的数字图象传输装置；用于控制泡沫浮选槽中的泡沫特征的 控制装置；和用于将控制信号从计算机传输到控制装置以便使泡沫浮 选槽中的泡沫特征发生所需变化的控制信号传输装置。
进一步根据本发明，用于浮选工厂的泡沫浮选槽的监视和控制设 备包括一个用于数字地观察一系列图象，以便提取浮选工厂的泡沫浮 选槽中的矿石混合流中的特征，并进一步用于发射相应的数字图象信 号的光学观察装置；一台用于处理从光学观察装置接收的数字图象信 号和用于发射泡沫特征的计算参量的参量信号，并进一步用于响应接 收的参量信号产生控制信号以便使泡沫浮选槽中的泡沫特征发生所 需变化的计算机；用于将数字图象信号从光学观察装置传输到计算机 的数字图象传输装置；用于显示从计算机接收的计算参量泡沫特征信 号的显示装置；用于将参量信号从计算机传输到显示装置的参量信号 传输装置；和用于将控制信号从计算机传输到控制装置以便使泡沫浮 选槽中的泡沫特征发生所需变化的控制信号传输装置。
再进一步根据本发明，用于对浮选工厂的泡沫浮选槽中的矿石混 合流进行监视的方法包括得到从浮选工厂的泡沫浮选槽提取的泡沫 特征的一系列数字图象的步骤；将数字图象传输给计算机以便对它进 行处理的步骤；在计算机中将数字图象处理成数字参量泡沫特征的参 量信号的步骤；和将参量信号传输给显示装置以便显示得到的数字参 量泡沫特征的步骤。
进一步根据本发明，用于对浮选工厂的泡沫浮选槽中的矿石混合 流进行监视和控制的方法包括得到从浮选工厂的泡沫浮选槽提取的 泡沫特征的一系列数字图象的步骤；将数字图象发射给计算机以便对 它进行处理的步骤；在计算机中将数字图象处理成数字参量泡沫特征 的参量信号的步骤；响应接收的参量信号产生控制信号以便使泡沫浮 选槽中的泡沫特征发生所需变化的步骤；和响应控制信号对浮选槽中 的泡沫特征进行控制以便使浮选槽中的泡沫特征发生所需变化的步 骤。
进一步根据本发明，用于对浮选工厂的泡沫浮选槽中的矿石混合 流进行监视和控制的方法包括得到从浮选工厂的泡沫浮选槽提取的 泡沫特征的一系列数字图象的步骤；将数字图象传输给计算机以便对 它进行处理的步骤；在计算机中将数字图象处理成数字参量泡沫特征 的参量信号的步骤；用于将参量信号传输到显示装置以便显示得到的 数字参量泡沫特征的步骤；响应接收的参量信号产生控制信号以便使 泡沫浮选槽中的泡沫特征发生所需变化的步骤；和响应控制信号对浮 选槽中的泡沫特征进行控制以便使浮选槽中的泡沫特征发生所需变 化的步骤。
可以从一组包括泡沫速度，泡沫稳定性和气泡大小的特征中选出 泡沫特征。
可以将从计算机传输过来的参量信号变换成模拟工业标准信号 或数字工业标准信号。
可以将从计算机传输过来的计算参量信号变换成模拟或数字工 业标准信号，如4-20mA，0-10V，或Fieldbus(例如Profibus或 Modbus)。
附图说明
现在我们用例子并参照所附的概图描述本发明，其中：
图1是根据本发明的监视设备的方框图；
图2是根据本发明的位于浮选槽上方的摄像机的立体视图；
图3是表示在用根据本发明的监视和控制设备进行控制前在4天 期间中2个浮选槽中的泡沫速度(具有移动的平均倾向线)的图；
图4是在浮选槽上级联的PID(Propotional Integral Derivative (正比积分导数)速度控制器的结果；
图5是表示在24小时期间中用于2个浮选槽的控制器的性能的 图；
图6是表示在另一个不同的24小时期间中用于2个浮选槽的控 制器的性能的图；
图7是表示在24小时期间中浓度控制器的性能的图；
图8是表示浓度控制与设定值浓度关系的图；和
图9是表示在10天期间中铜采收率结果的图。

根据本发明采用的方法是以这样一个前提为基础的，即用机器视 觉改善浮选操作性能的目的应该是提供对常规的人的视觉和人的解 决问题的能力的良好的替代物。这样，本发明力图模仿受到信赖的人 的观察能力和聪明才智。这个方法的优点是使处理技术人员和工厂职 工理解对于工厂职工来说是新的技术变得简单。
本发明更改常规的“使泡沫特征化”以便“测量泡沫特征”的方法。 由于每个浮选工厂为了达到希望的浮选状态都具有不同的所需的泡 沫特征和对不同偏离的不同校正作用这样一个事实，所以旧的泡沫特 征化方法在工厂职工中遭到大量的反对。对于刚刚接受委托的新工 厂，不可能通过处理操作从工厂职工收集到足够的知识。这使得开发 基于规则的专家系统型的解决方法几乎是不可能的。然而，本发明的 解决方法利用简单的规则开发出对于工厂职工进行开发和维护完全 公开，透明和相当简单的系统。
例如，在整套泡沫设备中应用下列规则：
速度控制
1.如果(速度高于希望的速度设定值)则(减少空气)或(降低 矿浆水平面)或(减少起沫剂的剂量)。
2.如果(速度低于希望的速度设定值)则(增加空气)或(提高 矿浆水平面)或(增加起沫剂的剂量)。
浓度控制
1.如果(浓度太低)则(减少速度设定值)。
1.如果(浓度太高)则(增加速度设定值)。
根据本发明通过简单的常规的控制技术能够实施这些规则。
根据本发明的设备以非常高的取样速率(＞2Hz)测量泡沫速度， 气泡大小和泡沫稳定性。
在已有的“泡沫特征化”的系统和本发明的“测量泡沫特征”的系 统中采用的方法中差异可以总结如下(表1)：
  已有的泡沫特征化方法   本发明的创造性的泡沫测量方法   许多参量   很少的参量   复杂的分类算法   简单的测量技术   对于控制作用的过分注意细   节的语义规则基础   可以进行简单的常规控制   非常依赖于深刻的操作知识   利用简单的操作知识   对于每个新的地点都需要进   行冗长的系统设计   系统设计方法接近普遍成熟
表1：在2种基于视觉的浮选控制的方法之间的差异
在图1中画出了根据本发明的监视和控制设备的方框图。
该设备，一般由参考数字10表示，包括位于外壳12中的部件， 具有一个通过导体16与外部电源连接的电源装置14，一台摄像机18， 一台计算机20和一个输出电路22。
通过导体24，26，28使摄像机18，计算机20和输出电路22与 电源装置14连接起来。通过导体30，32使计算机20分别与摄像机 18和输出电路22连接起来。
用摄像机18拍摄在浮选槽中的矿石泡沫的一系列图象，将这些 图象传输到计算机20，在那里对这些图象进行数字处理并计算参量 值，参量值包括泡沫速度，泡沫稳定性和气泡大小。
然后将参量值信号传输给输出电路22，输出电路22将参量信号 变换成模拟或数字工业标准信号，如4-20mA，0-10V，或Fieldbus(例 如Profibus或Modbus)。然后分别将这些信号作为输出值34，36 传输给显示器38和控制装置40以便使浮选槽中的泡沫特征发生所需 的变化。
图2表示位于泡沫浮选槽44上方的摄像机18和光源42的立体 视图。也画出了一个搅拌器轴46。
在使用中，设备10具有外部光源42(如果需要的话)并安装在 泡沫浮选槽44的泡沫水平面上方的固定高度上。设备10与主电源输 入端和一个模拟输出端连接。对于设备10不一定要进行聚焦或光照 调节。
当安装时，可以用一个对准框保证正确的距离和正确的设备监视 区域。
如下使用输出值34，36：
1.在具有一个OSA(On-Stream Analyser(流上分析仪))的情 形中按照由工厂产生的希望的浓度确定速度设定值。如果没有OSA， 则处理技术人员根据他/她的对工厂性能的估计输入速度设定值。
2.通过常规的4-20mA模拟电缆从在PLC(Programmable Logic Controller(可编程的逻辑控制器))或DCS(Distributed Control System(分布控制系统))中的正在工作的装置接收泡沫特征的测量 值。
3.比较测量值与泡沫特征(速度，气泡大小和稳定性)的希望的 设定值。
4.根据从设定值的偏离，控制器计算水平面，空气和试剂剂量的 新的设定值。
5.工厂对这些被操纵的变量的新的设定值作出反应，泡沫特征再 次达到它们希望的程度。
当泡沫从矿石浆的表面移动到回收区域时根据本发明的设备产 生泡沫速度，泡沫中的气泡大小和泡沫稳定性的测量值。然后将这些 参量用作泡沫表观从而处理性能的指示。因为这些测量没有人为的错 误，所以它们在一天24小时，一周7天内都是一致的，能够提高操 作人员的工作，使他们去从事工厂中的更紧急的任务。
在用根据本发明的设备进行试验时观察到下列情况：
控制泡沫速度
通过用矿石浆或泡沫水平面，换气速率和起泡剂剂量作为被操纵 的变量，将泡沫速度控制在一个设定值上。从图3可以明显地看到需 要进行速度控制，图3表示在同一水平面上来自2个浮选槽的泡沫速 度。在每个浮选槽中的泡沫速度随时间发生相当大的变化，在2个浮 选槽中的速度并不相互跟随。纯结果是浮选槽拉动不同的矿石浆量， 将一个可变的质量浓度报告给下游工厂流程。这样，如果能够控制泡 沫的速度，则能够使得到的浓度质量的稳定化。
图4表示通过改变换气速率控制浮选槽上的速度的结果。能够清 楚地看到当控制器打开和关闭时泡沫速度中的不同。我们注意到在这 个时期被操纵的变量(换气速率)如何努力工作以便将速度恒定地保 持在它的设定值上。这强调对浮选工厂进行积极控制的必要性。
我们设计一个控制器，通过操纵空气，泡沫和水平面设定值控制 速度。图5表示控制器能够非常好地将泡沫速度保持在设定值上，也 表示当关闭控制器时对泡沫速度的影响。
控制器的另一个特点是它能够使在同一水平面上的2个浮选槽之 间的泡沫速度之比保持恒定。这如图6所示。将图6与表示来自2个 浮选槽的不受控制的泡沫速度的图3进行比较。
控制浓度
我们最希望能够实现一致的浓度。因为不同的矿石馈送对于单一 的泡沫速度将产生不同的浓度，所以我们不希望仅仅根据速度设定值 进行控制。为了弥补这一点，用一个最佳的泡沫速度产生一个恒定浓 度。我们发现浓度非常强烈地与泡沫速度有关(R＝0.7)而不与水平 面(R＝0.1)或换气速率(R＝0.1)的设定值强烈有关，这些都是一般 用于控制浓度的参量。从流上分析仪，例如从市场上可以买到的 COURIER分析仪得到浓度信息。
图7表示从生产线1(受到控制的)和生产线2(不受控制的) 得到的浓度。将来自生产线1的浓度控制得比生产线2的浓度更接近 设定值。这些结果是从对产生最初较粗略的浓度的4个浮选槽中的2 个进行控制得到的，如果其它2个浮选槽装备有根据本发明的设备则 这些结果应该得到进一步改善。将一个根据本发明的设备放置在生产 线1中的浮选槽3上，这导致浓度控制的改善，如图8所示，图8是 来自2条生产线的在若干天中的浓度曲线。
改善采收率
我们也发现在新控制器(即生产线1的最初的较粗略的流程)的 控制下来自浮选槽的采收率好于来自生产线2中的相对应的浮选槽的 采收率，这可能是因为增加了受到控制的流程的稳定性。另一个原因 可能是在生产线1上的控制器能够保持较接近设定值(设定值浓度低 于在任何一条生产线上得到的平均浓度)的浓度。在最初的较粗略的 流程中的采收率改善要比整条生产线上的改善大得多，这说明为了得 到最佳控制在一组浮选槽中的所有浮选槽上都具有一个根据本发明 的设备的重要性。在图9中说明了这一点。
从控制器得到的一个进一步的好处是将控制器设计得能够减少 泡沫消耗这样一个事实。在试验期间，生产线1的平均泡沫消耗比生 产线2低7.1％，这使工厂非常大地节省了试剂成本。
通过改善浓度和采收率以及生产线1比生产线2减少泡沫消耗得 到的总的利益给出在下面的表2中。用F试验方法(一种广泛使用的 统计方法)计算得到的对这些改善的信任程度指出试验工作结果的成 功程度和可靠性。当可以利用更多的数据时，最可能改善对于采收率 和起沫剂使用的信任限度。
 性能指示  生产线1比生产  线2的改善   信任程度(F-试验)  浓度控制改善   8.66％   99％  总的Cu采收率改善   2.34％   81％  总的Au采收率改善   1.78％   54％  较粗略的生产线1的  Cu采收率改善   7.86％   94％  较粗略的生产线1的  Au采收率改善   4.69％   73％  平均起沫剂的减少   7.10％   60％
表2：得到的利益
至今都是由经过训练的有能力的操作者根据泡沫外观运行浮选 法来操作浮选工厂。其理由是实际上泡沫成为产品。泡沫外观是在矿 石浆状态中发生的所有复杂机理的体现。
操作者很难解释泡沫外观。因为在操作者换班后不同的操作者应 用不同的解释，所以每班改变泡沫外观导致不稳定性和最后的不好的 结果。根据本发明的设备协助提供泡沫外观的连续的一致的解释。
该设备利用切割边缘图象处理技术保证产生一种精确的机器人 系统。能够将不同的装置放置在浮选流程的中的不同点。这使捕捉到 动态的和流程内的关系成为可能，而不仅仅是观察流程的某个部分。
对该设备必须做的唯一的有规律的服务将是清洁摄像机的玻璃 窗和替换外部光源中的光灯泡。
将该设备的所有电子部件都放在一个对环境密封的外壳中，并在 一个对环境密封的连接盒中实施两者的电连接。
从该设备接收的信息在下列意义上是有用的：
1.当泡沫速度移动到预先设定的范围外时能够对操作者发出警 告，使得操作者能够对浮选槽水平面和换气速率进行调整。
2.为了在一个较好的平均浓度/采收率上运行工厂能够在扩展的 期间中对速度和浓度/采收率之间的相关性进行监视。
3.提供一个传感器用于水平面和空气的封闭的环路控制。
4.监视和保持对流程的不同部分的大量拉动。
5.对远离控制室或操作者不能到达处的浮选槽进行监视。
能够将本系统有用地应用于所有类型的浮选操作以及对运动(或 缺少运动)的检测是重要的任何其它应用中。
用该设备测量在近似200×500mm的感兴趣的矩形中任何一般结 构的平均速度。用该设备忽略所有的“横向”运动，只考虑向感兴趣的 区域的长边的运动(垂直于浮选槽溢口的运动)。
在一个应用中，加上下列特性：
1.最佳结构：矿石泡沫具有在5mm和200mm之间的气泡大小。
2.最佳距离：1.2米。
3.速度范围：1-0.25米/秒。
4.精度：1分钟内平均±5％。
5.模拟输出：与速度线性对应，或者是0-10V或者是4-20mA。
6.照明条件：在泡沫上充满阳光到完全黑暗(例如在夜晚)。
7.包括照明在内的电源需要：或者是230Vac@50Hz或者是 115Vac@60Hz，800W。
该设备的目的是利用关于泡沫状态的外观的视觉信息对浮选工 厂的性能进行监视和控制。
用该设备确定什么时候浮选性能不好，然后建议操作者通过一个 决定支持接口实施最适合的控制操作或者实施自动封闭环路控制。
用该设备根据关于泡沫外观的信息计算新的控制器设置。
参照数字表
10设备
12外壳
14电源装置
16导体
18摄像机
20计算机
22输出电路
24导体
26导体
28导体
30导体
32导体
34输出值
36输出值
38显示器
40控制装置
42光源
44泡沫浮选槽
46搅拌器轴