專利名稱：：濕法冶金浸出過程浸出率預(yù)測與優(yōu)化操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于濕法冶金領(lǐng)域，特別提供一種濕法冶金浸出過程浸出率預(yù)測與優(yōu)化操作方法，即提供一種預(yù)測浸出率的方法，并為浸出過程設(shè)計最合理的操作條件以降低成本。
背景技術(shù)：
：隨著高品位礦石的逐漸減少，濕法冶金工業(yè)已經(jīng)開始受到世界各國的高度重視。濕法冶金全過程的一般工藝流程為①礦石原料預(yù)處理(磨礦)；②礦石原料浸出；③固液分離、溶液凈化、富集及分離(萃取)；④從溶液中回收化合物或金屬。濕法冶金技術(shù)得到長足發(fā)展主要緣于它在以下幾方面中的優(yōu)勢(1)可以處理低品位物料，包括低品位原生硫化礦、氧化礦、表外礦及廢棄的尾礦，并可對一些低品位二次資源中的有價金屬進(jìn)行回收；(2)可以處理復(fù)雜礦石，包括一些低品位復(fù)雜礦石及大洋錳結(jié)核，能夠有效回收其中的各種有價金屬；(3)可以提高資源的綜合利用率，在提取精礦中主金屬的同時，可以回收一些伴生的稀貴金屬(Au，Ag及鉑族金屬)及稀散金屬；(4)勞動條件較好，有利于環(huán)保，較容易實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；(5)吸入了其他一些學(xué)科的理論與新技術(shù)，相關(guān)學(xué)科的發(fā)展也促進(jìn)了它的發(fā)展。浸出過程是濕法冶金的第一個工序，浸出液的品質(zhì)好壞直接決定了后面工序提取金屬的純度，因此對浸出過程的研究就顯得尤為重要。浸出過程最主要的生產(chǎn)指標(biāo)是浸出率，浸出率直接反應(yīng)浸出過程的產(chǎn)品質(zhì)量，目前浸出率的檢測方法大多是離線化驗檢測，檢測時間長、成本高，通常只化驗最終的浸出率，因此國內(nèi)各主要濕法冶金廠通常采取延長浸出時間的方法來確保浸出率達(dá)到生產(chǎn)要求，這不但影響生產(chǎn)效率而且增加了原料的損耗(硫酸、焦亞硫酸鈉)，因此建立一個浸出率預(yù)測模型就成為了當(dāng)務(wù)之急。目前對浸出過程的建模研究，還處于空白的層面上。國內(nèi)浸出過程的普遍生產(chǎn)操作粗糙，浸出時間長，能耗大，直接拖累了后面的工序，為此，國家科技部批準(zhǔn)立項對濕法冶金浸出過程的優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，要求開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的浸出過程優(yōu)化控制軟件系6統(tǒng)，并應(yīng)用研究成果在示范基地建立浸出過程自動化生產(chǎn)線，逐步在各濕法冶金工廠推廣應(yīng)用，促進(jìn)我國濕法冶金工業(yè)的跨越式發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是國家科技部批準(zhǔn)的《國家863計劃選冶過程測控關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備》攻關(guān)項目中的《濕法冶金過程優(yōu)化控制軟件系統(tǒng)開發(fā)》的配套新技術(shù)。本發(fā)明提供了濕法冶金浸出過程浸出率預(yù)測與優(yōu)化操作方法，根據(jù)建立的混合模型預(yù)報浸出率，并給出優(yōu)化操作指導(dǎo)。本發(fā)明以國家863實(shí)驗基地的浸出生產(chǎn)線為研究對象，經(jīng)過長時間的現(xiàn)場調(diào)研、查閱文獻(xiàn)、方程推導(dǎo)，建立起了完整的浸出過程動態(tài)機(jī)理模型。由于在建立機(jī)理模型過程中做了很多假設(shè)估計了很多參數(shù)量，因此使機(jī)理模型與實(shí)際系統(tǒng)之間存在著建模誤差。因此只要能估計出建模誤差，并將其加到機(jī)理模型上，將使模型的精度大為提高，本發(fā)明將支持向量機(jī)建立的誤差數(shù)據(jù)模型補(bǔ)償?shù)綑C(jī)理模型上，以確保模型的準(zhǔn)確性。在優(yōu)化研究上本發(fā)明研究人員經(jīng)過了長時間的現(xiàn)場調(diào)研，建立起了適合濕法冶金浸出過程的優(yōu)化模型，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用了在線優(yōu)化的策略，采用繁殖PSO算法對優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行求解，使得求解精度提高，該優(yōu)化方法的特點(diǎn)是安全可靠、風(fēng)險小、成本低、易于推廣。本發(fā)明的機(jī)理模型由研究礦物浸出的動力學(xué)原理出發(fā)，逐步建立浸出過程物料平衡方程及能量平衡方程。設(shè)有一浸出過程，反應(yīng)速度受化學(xué)反應(yīng)控制，則!=(1)其中N為礦物的量，t為時間，S為顆粒表面積，k為反應(yīng)常數(shù)，C為浸出液酸的濃度。在反應(yīng)的過程中，顆粒的表面積S將發(fā)生改變。其半徑為/^,密度為p，M為礦物的摩爾質(zhì)量，貝廿S=4巧2(2)AT="^7TV/M(3)代入式(1)可得—&=^^(4)其中M為礦石的平均摩爾質(zhì)量。因為礦粒的半徑不便于測定，通常用反應(yīng)浸出分?jǐn)?shù)(浸出率)y與t的關(guān)系表示動力學(xué)方程式。假定W。為開始時礦粒的摩爾數(shù)，貝U:^0,fc0其中&。為礦粒初始半徑。代入式(4)可得辦3A:CM,,、2/7=-(1—力(5)(6)其中k為反應(yīng)速度常數(shù)，根據(jù)阿累尼烏斯公式有"l層(7)其中A為常數(shù)，E為礦石活化能，R為氣體常數(shù)，T為溫度。建立機(jī)理模型前我們對浸出過程做如下假設(shè)(1)攪拌槽內(nèi)流場分布均勻；(2)攪拌槽內(nèi)溫度分布均勻；(3)反應(yīng)過程不放熱；(4)混合物平均比熱與溫度無關(guān)，且不隨產(chǎn)物組成變化；(5)進(jìn)入水中的二氧化硫充分參與反應(yīng)；(6)將礦漿組成分成兩部分，既一部分是需要被還原的高價礦，另一部分是不須還原的礦。這樣浸出過程礦物的物料平衡方程就可用以下的微分方程來描述<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(8)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(9)總浸出率"咖l+炒2GO)其中力為低價礦浸出率，力為高價礦浸出率，^為硫酸濃度，^為亞硫酸濃度，^為浸出液溫度，五,為二價礦活化能，￡2為三價礦活化能。在浸出過程中隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行硫酸及亞硫酸濃度也是不斷變化的。引起硫酸濃度變化的因素有兩個一是反應(yīng)消耗的硫酸引起的硫酸濃度的變化；二是在反應(yīng)過程中補(bǔ)充的硫酸所引起的變化。結(jié)合這兩點(diǎn)因素，硫酸的物料平衡可用下面的微分方程表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(11)其中^-;rG/M，C濃為濃硫酸濃度，"2為硫酸流量，p硫酸為硫酸密度，M,硫酸的摩爾質(zhì)量，7為礦物中低價礦物的含量，G為所加礦石重，"為1摩爾低價礦物浸出時消耗硫酸的量，V為浸出槽體積。引起亞硫酸濃度變化的因素有四個①反應(yīng)消耗的亞硫酸的量；②二氧化硫的通氣量；③二氧化硫的溶解度(溶解度與溫度有關(guān))；④二氧化硫與浸出液的接觸面積。二氧化硫的溶解速度[16]和二氧化硫與浸出液的接觸面積[17]有如下表示溶解速度vg=￡g(CA-y4)/《(12)接觸面積&=3"3///—)(13)針對以上的特殊性，建立了亞硫酸濃度的物料平衡方程%=(、.3"3///《2冬，(14)其中&=^G/M,A為氣體在水中的擴(kuò)散系數(shù)，q為二氧化硫在浸出液中的溶解度，《氣液界面氣體擴(kuò)散層的厚度，"3為二氧化硫流量，H為浸出槽高度，/i為氣泡的上升速度，r為氣泡半徑，,為高價礦含量，"為l摩爾高價礦物浸出時消耗二氧化硫的量。該浸出過程是一個需要蒸汽加熱的攪拌反應(yīng)過程，在這個過程中能量從攪拌槽的包壁向浸出液中擴(kuò)散，是一個能量的傳遞過程，該過程可以由下面的微分方程表示,-C/.5.0廣j5)/(/m.5)(15)其中U為浸出槽的傳熱系數(shù)，B為浸出槽換熱面積，"，為溫度控制量，m為整個浸出液的質(zhì)量，^為浸出液平均比熱。綜上所述，浸出過程的動態(tài)模型可以由(8)、(9)、(10)、(11)、(14)或(15)式來表示。本發(fā)明中采用支持向量機(jī)作為數(shù)據(jù)建模方法以補(bǔ)償機(jī)理模型，其模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。盡管最早SVM的提出是針對分類問題的，但是通過引入損失函數(shù)的概念可以推廣引申到函數(shù)回歸的問題上來，這樣，就為解決一些非線性建模問題提供了一種新的思路，而且隨著對支持向量機(jī)研究的深入，利用其進(jìn)行建模的優(yōu)勢越來越明顯，尤其是在小樣本、非線性、高維數(shù)、局部極小點(diǎn)等實(shí)際系統(tǒng)建模領(lǐng)域。首先考慮用線性回歸函數(shù)/00=0).^十6矛以合數(shù)據(jù)(jc,，y,-)，i=l，.，.,n，xeid，^e及，并假設(shè)所有訓(xùn)練數(shù)據(jù)都可以在精度s下無誤差地用線性函數(shù)擬合，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>根據(jù)統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論風(fēng)險最小化(SRM)準(zhǔn)則，優(yōu)化目標(biāo)變成min》l卩+c力(《W)(c>0)(17)上試的優(yōu)化問題可以利用Lagrange優(yōu)化方法轉(zhuǎn)化為對偶問題求解，可以根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件建立其Lagrangian函數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中。,，fl;，7,，/7/為Lagrange乘子。分別對式中6,^,《求偏導(dǎo)并令偏導(dǎo)為零，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>將(19)—(21)代入(18)可得對偶優(yōu)化問題，則(18)式可轉(zhuǎn)化為Z(《"*)=^2^--《脈，^)(22),=1約束條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>進(jìn)一步可求得使以上目標(biāo)函數(shù)最大化的Lagrange乘子a,，";，并由(20)式得到權(quán)值w后，得到回歸函數(shù)=(".;c)+6=-O".x)+6(24)其中"-。;)-0對應(yīng)的jc,為支持向量。b可以通過KKT(Karush-Kuhn-Tucker)條件計算。對于一個非線性問題，用核函數(shù)尺"，、)將訓(xùn)練數(shù)據(jù)映射到一個高維特征空間，然后在這個空間建立一個線性回歸函數(shù)，就可以根據(jù)以上的推導(dǎo)過程求得非線性回歸函數(shù)的模型/0)=藝(",-",')脈i,x)+6利用上述算法的建模步驟如下(1)將訓(xùn)練樣本作歸一化處理；(2)選擇支持向量機(jī)參數(shù)；(3)構(gòu)造Q矩陣；a=exp(-|卜,_、||2/ct2);(4)求取下列二次規(guī)劃化問題的解mip》,(a'f][^][".]+["，]"，"2-22aa",[/r，-/7][，]=0，0Sor,or、C，/=[l，.."l]ra(5)"，^不為零的項對應(yīng)的x構(gòu)成了支持向量，再求出b的值*=丄力(x—1]("乂—a))*(~,a))(6)由支持向量和",^,Z)確定了支持向量機(jī)模型。==J](a,-",')exp(-|h-《/c72)+6mi基于混合模型的浸出過程浸出率預(yù)測依如下步驟進(jìn)行步驟一、機(jī)理模型參數(shù)選??；(1)現(xiàn)場已知參數(shù)；(2)査閱文獻(xiàn)而得參數(shù)；(3)實(shí)驗所得參數(shù)；11(4)辯識所得參數(shù)，辯識模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。步驟二、機(jī)理模型預(yù)測利用機(jī)理模型對浸出率進(jìn)行預(yù)測，并記錄預(yù)測結(jié)果；步驟三、采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)釆集浸出率化驗數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)；步驟四、將預(yù)測結(jié)果與真實(shí)檢測結(jié)果進(jìn)行比較，計算預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值之間的差值；步驟五、數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練將采集到的傳感器測量數(shù)據(jù)與上述預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值之間的差值組成輸入輸出數(shù)據(jù)對，利用上述混合建模方法進(jìn)行訓(xùn)練，得到數(shù)據(jù)模型中的參數(shù)；步驟六、混合模型的預(yù)測將機(jī)理模型與數(shù)據(jù)模型并聯(lián)組成混合模型，并對浸出率進(jìn)行實(shí)時預(yù)測。本發(fā)明預(yù)測方法具有以下優(yōu)勢既考慮了機(jī)理模型的優(yōu)勢，又考慮了數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)，因而本發(fā)明的研究成果還可以應(yīng)用到其它化工領(lǐng)域中的間歇過程。由于目前的浸出操作過程比較粗糙，造成生產(chǎn)成本居高不下，利潤較低，本發(fā)明為浸出過程設(shè)計了在線優(yōu)化系統(tǒng)，降低了浸出過程的生產(chǎn)成本。在線優(yōu)化就是隨時監(jiān)測過程運(yùn)行狀況，在滿足所有約束條件的前提下，不斷調(diào)整工作點(diǎn)，以克服這些影響因素，保證過程始終能夠得到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的整個優(yōu)化過程是自動運(yùn)行的，從數(shù)據(jù)釆集到優(yōu)化計算和實(shí)施，構(gòu)成一個閉合的回路，無須工人干預(yù)。浸出過程在線優(yōu)化以前面的混合模型為基礎(chǔ)，建立優(yōu)化模型，并采用繁殖PSO算法進(jìn)行尋優(yōu)計算。PSO基本思想為:初始化一群隨機(jī)粒子(隨機(jī)解)，然后通過迭代找到最優(yōu)解.在每一次迭代中，粒子通過跟蹤兩個"極值"來更新自己.第一個就是粒子本身所找到的最優(yōu)解，這個解叫做個體極值pBest;另一個極值是整個種群目前找到的最優(yōu)解，這個極值是全局極值gBest.在找到這兩個最優(yōu)值時，粒子根據(jù)如下兩個公式來更新自己的速度和位置v,"1=w.v,'+c,.^(p6ey《-4)+c2.。(g6"4—4)(26)其中，V為粒子的速度，X為粒子的位置；/=1,..，W，m為粒子群中粒子的個數(shù)；"-l，…,"，"為解向量的維數(shù)；*=1，一，*_，)fc^為最大迭代次數(shù)；c,，q為加速正常數(shù)；w為慣性權(quán)重；^;2是之間的隨機(jī)數(shù)。繁殖PSO借鑒了遺傳算法的思想微粒群中的微粒被賦予一個雜交概率,這個雜交概率是用戶確定的,與微粒的適應(yīng)值無關(guān)。在每次迭代中，依據(jù)雜交概率選取指定數(shù)量的微粒放入一個池中。池中的微粒隨機(jī)地兩兩雜交,產(chǎn)生同樣數(shù)目的孩子微粒,并用孩子微粒代替父母微粒,以保持種群的微粒數(shù)目不變。孩子微粒的位置及速度更新公式為-c/h7《(x)=xpare^(;c)十(1—xpfl4^^c/z叫(:c)=/xpflr^2(;c)+(1-x(x)=拜一(v)+戸—(V)|(v)|c考)=j;are"A(v)+2(v)|ii其中x為D維位置向量，v為D維速度向量，p為D維[O,l]之間的隨機(jī)數(shù)向量。針對浸出過程的特性，以浸出率混合預(yù)測模型為基礎(chǔ)，本發(fā)明確定了浸出過程優(yōu)化模型max:y=("Gr-2%.JP-(g;T+2/+gs+g(^))-24.3600//>98%363>7>3330.4>/>04000>i>100012000>Z>8000過程機(jī)理模型浸出率混合預(yù)測模型其中y為浸出率，由混合模型表達(dá)，C^為礦物重量，p為當(dāng)前市場礦的價格，Q「0、^、g^為各操作量的損耗，t為時間，T為溫度，l為硫酸流量，L為S02流量?；诜敝砅SO的浸出過程在線優(yōu)化流程圖如圖4所示，并依如下步驟進(jìn)行(1)初始化算法參數(shù)；(2)數(shù)據(jù)調(diào)和；(3)過程模型參數(shù)估計；(4)優(yōu)化計算；(5)依照計算結(jié)果調(diào)整操作值；本發(fā)明在線優(yōu)化方法具有以下優(yōu)勢i.提高浸出率，使生產(chǎn)始終維持在最佳操作狀況；ii.減少原料和能源的消耗；iii.延長設(shè)備的運(yùn)行周期；iv.對市場供求關(guān)系的變化反映及時；V.進(jìn)一步深化對過程工藝與操作的了解，有助于工藝的改進(jìn)和操作策略的調(diào)整。本發(fā)明裝置包括浸出過程浸出率預(yù)測及操作優(yōu)化系統(tǒng)、上位機(jī)、PLC、現(xiàn)場傳感變送部分，其中現(xiàn)場傳感變送部分包括pH值、溫度、流量等檢測儀表。在浸出過程現(xiàn)場安裝檢測儀表，檢測儀表將采集的信號送到下位機(jī)，通過以太網(wǎng)下位機(jī)定時將采集信號傳送到上位機(jī)，上位機(jī)把接受的數(shù)據(jù)傳到浸出過程浸出率預(yù)測系統(tǒng)，進(jìn)行浸出率實(shí)時預(yù)測，并在上位機(jī)組態(tài)界面中進(jìn)行顯示。本發(fā)明裝置的各部分功能(1)現(xiàn)場傳感變送部分包括pH值、溫度、流量等檢測儀表由傳感器組成，負(fù)責(zé)過程數(shù)據(jù)的采集與傳送；(2)PLC:負(fù)責(zé)把采集的信號A/D轉(zhuǎn)換，并通過以太網(wǎng)把信號傳送給上位機(jī)；(3)上位機(jī)收集本地PLC數(shù)據(jù)，傳送給浸出過程預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)，并在上位機(jī)組態(tài)界面中進(jìn)行顯示；圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為混合模型原理圖3為辯識模型原理圖4為本發(fā)明在線優(yōu)化流程圖5為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖6浸出率實(shí)際值與模型預(yù)測值對比曲線圖7為本發(fā)明預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)界面圖。圖8為浸出過程預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)主界面圖(監(jiān)制界面)。圖9為浸出過程預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)浸出率預(yù)測界面圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明裝置的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖5所示，本發(fā)明裝置包括浸出率預(yù)測系統(tǒng)、上位機(jī)、PLC、現(xiàn)場傳感變送部分，浸出過程檢測系統(tǒng)主要由S02流量檢測、硫酸流量檢測、pH值檢測、溫度檢測構(gòu)成。上位機(jī)和浸出率預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)選用Core2DELL計算機(jī)，采用WINDOWXP操作系統(tǒng)。浸出率預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行在Core2DELL計算機(jī)上,采用C#.net軟件實(shí)現(xiàn)界面功能，本系統(tǒng)的界面圖如圖7所示。上位機(jī)與浸出率預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)的信號傳送軟件是采用Prodave軟件。浸出過程浸出液的pH值是通過EUTECH公司生產(chǎn)的pH200型傳感器來檢測的。流量計輸出的信號為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，人們可以從就地顯示儀表直觀的讀出流量的大小。浸出過程的溫度也是通過EUTECH公司溫度傳感器來檢測的。在浸出現(xiàn)場安裝檢測儀表，檢測儀表將采集的信號送到PLC,PLC定時將采集信號傳送到上位機(jī)，上位機(jī)把接受的數(shù)據(jù)傳給浸出率預(yù)測系統(tǒng)，進(jìn)行浸出率在線預(yù)測及在線優(yōu)化計算，然后在上位機(jī)組態(tài)界面中顯示浸出率，并將操作信號送到控制系統(tǒng)。下面結(jié)合具體的實(shí)施例并對本發(fā)明的內(nèi)容作好了充分的技術(shù)保密的前提下在浸出生產(chǎn)線上得到了實(shí)際應(yīng)用并取得了顯著的效果。實(shí)施例一浸出槽1#浸出率預(yù)測模型1.預(yù)測模型自變量與因變量浸出槽內(nèi)浸出液溫度(CAO_TEM，K)，浸出槽內(nèi)浸出液PH值(CAO—PH)，通入的S02流量(CAO—S02，ml/s),通入的硫酸流量(CAO—H2S04，L/s)，浸出時間(TIME,s)，浸出率(JINCHULV，%)。2.數(shù)據(jù)集采集浸出生產(chǎn)線浸出槽兩個月生產(chǎn)數(shù)據(jù)(自變量與因變量)，在線數(shù)據(jù)每30秒采集一次，訓(xùn)練集有效樣本65個。在實(shí)際應(yīng)用中，過程數(shù)據(jù)是來自現(xiàn)場的，受測量儀表精度、可靠性和現(xiàn)場測量環(huán)境等因素的影響，不可避免的要帶有各種各樣的測量誤差。采用低精度或失效的測量數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致軟測量性能的大幅度下降，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致軟測量的失敗，因此對測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理對保證軟測量儀表的正常運(yùn)行非常重要。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)變換和數(shù)據(jù)校正。最常用的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法是用統(tǒng)計假設(shè)檢驗剔除含有顯著誤差的數(shù)據(jù)后，再采用均值濾波的方法去除隨機(jī)誤差。由于數(shù)據(jù)樣本條件限制，本文主要進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的剔除，采用的是統(tǒng)計判別法中的拉依達(dá)準(zhǔn)則，其原理如下設(shè)樣本數(shù)據(jù)為義—《，X2，…xJ，平均值為；，偏差為^=、-;(/=1，2,...,")按照貝葉斯公式計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差s="[|>,V("-i)f2(25)如果某一樣本數(shù)據(jù);c,的偏差;滿足h卜3cr，則認(rèn)為《是異常數(shù)據(jù)，應(yīng)該剔除。數(shù)據(jù)的無量綱化處理由于在實(shí)際問題中，各變量的測量單位不一致，如果不經(jīng)過一定的處理，會夸大其中大量綱數(shù)據(jù)的作用，而忽略其他變量，從而不能真實(shí)反映數(shù)據(jù)本身15的變化情況。因此，要消除變量的量綱效應(yīng)，使每一個變量都具有同等表現(xiàn)能力。由于模型的預(yù)測只能對給定范圍內(nèi)的自變量給出響應(yīng)變量的期望值，即模型的預(yù)測能力具有內(nèi)插值特性，而不具有外插值特性，超出最大值的輸入必將會產(chǎn)生較大的輸出誤差。因此，為了使軟測量模型具有較好的預(yù)測能力，我們選取的建模用訓(xùn)練樣本應(yīng)盡可能包含各變量的最小和最大值，從而使得校驗數(shù)據(jù)都在樣本數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，減少預(yù)測誤差。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為"maxmin式中；c,一處理后數(shù)據(jù)；《一樣本數(shù)據(jù)；^nax—樣本數(shù)據(jù)最大值；J^一樣本數(shù)據(jù)最小值。3.機(jī)理模型辨識將上述有效數(shù)據(jù)送入辨識模型中，辨識機(jī)理模型參數(shù)。4.建立混合模型將采集到的傳感器測量數(shù)據(jù)與上述預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值之間的差值組成輸入輸出數(shù)據(jù)對，調(diào)用數(shù)據(jù)建模方法進(jìn)行訓(xùn)練，得到數(shù)據(jù)模型中的參數(shù)，將數(shù)據(jù)模型輸出值與機(jī)理模型輸出值相加得到混合模型輸出。5.模型驗證為了驗證模型的可靠性，我們用歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立的混合預(yù)測模型并將預(yù)測結(jié)果與實(shí)際值進(jìn)行比較，對比樣本28個，平均誤差為-0.0054，實(shí)際值、預(yù)測值及誤差見表1所示，實(shí)際值、預(yù)測值及誤差曲線如圖6所示。因此，所建模型基本能夠滿足生產(chǎn)預(yù)測需要。表1實(shí)際值、預(yù)測值及誤差<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>實(shí)施例二浸出槽1#在線優(yōu)化1.優(yōu)化目標(biāo)變量和優(yōu)化自變量以浸出槽的經(jīng)濟(jì)效益為優(yōu)化目標(biāo)，浸出槽內(nèi)浸出液溫度(CAO—TEM，K)及其損耗(QT)，通入的S02流量(CAO—S02，ml/s)及其損耗(Qs)，通入的硫酸流量(CAO—H2S04，L/s)及其損耗(Ql)，攪拌電機(jī)損耗(Qd)，浸出時間(TIME，s)，浸出率(y，％)。2.建立生產(chǎn)優(yōu)化模型采集浸出生產(chǎn)線浸出槽兩個月生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在線數(shù)據(jù)每30秒采集一次，訓(xùn)練集有效樣本65個。將采集到的傳感器測量數(shù)據(jù)與上述預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值之間的差值組成輸入輸出數(shù)據(jù)對，調(diào)用數(shù)據(jù)建模方法進(jìn)行訓(xùn)練，得到數(shù)據(jù)模型中的參數(shù)，將數(shù)據(jù)模型輸出值與機(jī)理模型輸出值相加得到混合模型輸出。將混合模型帶入到浸出過程優(yōu)化模型中，建立浸出過程優(yōu)化模型。3.在線優(yōu)化指導(dǎo)將浸出槽1#的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入已建立的模型中，實(shí)現(xiàn)在線生產(chǎn)工況監(jiān)測、浸出率預(yù)測及生產(chǎn)操作指導(dǎo)。經(jīng)過長達(dá)兩個月的現(xiàn)場應(yīng)用，優(yōu)化結(jié)果如表2所示表2優(yōu)化結(jié)果對照表<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>因此，可以看出浸出過程在實(shí)施在線優(yōu)化指導(dǎo)后既提高了生產(chǎn)效率，又降低了能耗。結(jié)論本發(fā)明的預(yù)測算法能夠較準(zhǔn)確的預(yù)測浸出率，基本能夠滿足生產(chǎn)預(yù)測需要；實(shí)施了在線優(yōu)化之后的浸出生產(chǎn)過程，生產(chǎn)效率明顯提高，能耗也有所降低，通過兩個實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的方法是行之有效的。權(quán)利要求1、濕法冶金浸出過程浸出率預(yù)測與優(yōu)化操作方法，采用已知的濕法冶金浸出工藝，其特征在于通過建立的混合模型預(yù)報浸出率，并給出優(yōu)化操作指導(dǎo)，其中建立了完整的浸出過程動態(tài)機(jī)理模型，機(jī)理模型由研究礦物浸出的動力學(xué)原理出發(fā)，逐步建立浸出過程物料平衡方程及能量平衡方程，浸出過程礦物的物料平衡方程可用以下的微分方程來描述2價<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><msub><mi>dy</mi><mn>1</mn></msub><mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mi>A</mi><msub><mi>y</mi><mn>3</mn></msub><mi>M</mi></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mrow><mi>k</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mi>ρ</mi></mrow></mfrac><mo>·</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>5</mn></msub></mrow></msup><mo>·</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>/</mo><mn>3</mn></mrow></msup><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2009100102940002C1.tif"wi="140"he="11"top="64"left="43"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>3價<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><msub><mi>dy</mi><mn>2</mn></msub><mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><msub><mi>Ay</mi><mn>4</mn></msub><mi>M</mi></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mrow><mi>k</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mi>ρ</mi></mrow></mfrac><mo>·</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><msub><mi>E</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>5</mn></msub></mrow></msup><mo>·</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>/</mo><mn>3</mn></mrow></msup><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math>id="icf0002"file="A2009100102940002C2.tif"wi="140"he="10"top="78"left="43"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>總浸出率其中t為時間，密度為ρ，M為礦物的摩爾質(zhì)量，rk0為礦粒初始半徑，A為常數(shù)，E為礦石活化能，R為氣體常數(shù)，y1為低價礦浸出率，y2為高價礦浸出率，y3為硫酸濃度，y4為亞硫酸濃度，y5為浸出液溫度；在浸出過程中隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行硫酸及亞硫酸濃度也是不斷變化的；引起硫酸濃度變化的因素有兩個一是反應(yīng)消耗的硫酸引起的硫酸濃度的變化；二是在反應(yīng)過程中補(bǔ)充的硫酸所引起的變化，結(jié)合這兩點(diǎn)因素，硫酸的物料平衡可用下面的微分方程表示其中K1＝χ·G/M，C濃為濃硫酸濃度，u2為硫酸流量，ρ硫酸為硫酸密度，M硫酸硫酸的摩爾質(zhì)量，χ為礦物中低價礦物的含量，G為所加礦石重，α為1摩爾低價礦物浸出時消耗硫酸的量，V為浸出槽體積；引起亞硫酸濃度變化的因素有四個①反應(yīng)消耗的亞硫酸的量；②二氧化硫的通氣量；③二氧化硫的溶解度；④二氧化硫與浸出液的接觸面積；二氧化硫的溶解速度和二氧化硫與浸出液的接觸面積有如下表示溶解速度vg＝Dg(Ch-y4)/δg...................................................(5)接觸面積Sg＝3u3H/(ur).........................................................(6)針對以上的特殊性，建立了亞硫酸濃度的物料平衡方程<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><msub><mi>dy</mi><mn>4</mn></msub><mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>v</mi><mi>g</mi></msub><mo>·</mo><msub><mrow><mn>3</mn><mi>u</mi></mrow><mn>3</mn></msub><mi>H</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mi>ur</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>K</mi><mn>2</mn></msub><mo>·</mo><mfrac><msub><mi>dy</mi><mn>2</mn></msub><mi>dt</mi></mfrac><mo>·</mo><mi>β</mi><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>V</mi><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>其中K2＝γ·G/M，Dg為氣體在水中的擴(kuò)散系數(shù)，Ch為二氧化硫在浸出液中的溶解度，δg氣液界面氣體擴(kuò)散層的厚度，u3為二氧化硫流量，H為浸出槽高度，μ為氣泡的上升速度，r為氣泡半徑，γ為高價礦含量，β為1摩爾高價礦物浸出時消耗二氧化硫的量；該浸出過程是一個需要蒸汽加熱的攪拌反應(yīng)過程，在這個過程中能量從攪拌槽的包壁向浸出液中擴(kuò)散，是一個能量的傳遞過程，該過程可以由下面的微分方程表示<mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><msub><mi>dy</mi><mn>5</mn></msub><mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>U</mi><mo>·</mo><mi>B</mi><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>u</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mn>5</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>·</mo><mover><mi>cp</mi><mo>‾</mo></mover><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>其中U為浸出槽的傳熱系數(shù)，B為浸出槽換熱面積，u1為溫度控制量，m為整個浸出液的質(zhì)量，<overscore>cp</overscore>為浸出液平均比熱；綜上所述，浸出過程的動態(tài)模型可以由(1)、(2)、(3)、(4)、(7)、(8)式來表示；本發(fā)明中采用支持向量機(jī)作為數(shù)據(jù)建模方法以補(bǔ)償機(jī)理模型；基于混合模型的浸出過程浸出率預(yù)測依如下步驟進(jìn)行步驟一、機(jī)理模型參數(shù)選??；(1)現(xiàn)場已知參數(shù)；(2)查閱文獻(xiàn)而得參數(shù)；(3)實(shí)驗所得參數(shù)；(4)辯識所得參數(shù)，辯識模型結(jié)構(gòu)；步驟二、機(jī)理模型預(yù)測利用機(jī)理模型對浸出率進(jìn)行預(yù)測，并記錄預(yù)測結(jié)果；步驟三、采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集浸出率化驗數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)；步驟四、將預(yù)測結(jié)果與真實(shí)檢測結(jié)果進(jìn)行比較，計算預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值之間的差值；步驟五、數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練將采集到的傳感器測量數(shù)據(jù)與上述預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值之間的差值組成輸入輸出數(shù)據(jù)對，利用上述混合建模方法進(jìn)行訓(xùn)練，得到數(shù)據(jù)模型中的參數(shù)；步驟六、混合模型的預(yù)測將機(jī)理模型與數(shù)據(jù)模型并聯(lián)組成混合模型，并對浸出率進(jìn)行實(shí)時預(yù)測；浸出過程在線優(yōu)化以前面的混合模型為基礎(chǔ)，建立優(yōu)化模型，并采用繁殖PSO算法進(jìn)行尋優(yōu)計算；針對浸出過程的特性，以浸出率混合預(yù)測模型為基礎(chǔ)，本發(fā)明確定了浸出過程優(yōu)化模型maxY＝(y·G礦·2％·P-(QT+Ql+Qs+Qd))·24·3600/tst.y＞98％363＞T＞3330.4＞l＞04000＞L＞100012000＞t＞8000過程機(jī)理模型浸出率混合預(yù)測模型其中y為浸出率，由混合模型表達(dá)，G礦為礦物重量，P為當(dāng)前市場礦的價格，QT、Ql、Qs、Qd為各操作量的損耗，t為時間，T為溫度，l為硫酸流量，L為SO2流量；基于繁殖PSO的浸出過程在線優(yōu)化流程圖，依如下步驟進(jìn)行(1)初始化算法參數(shù)；(2)數(shù)據(jù)調(diào)和；(3)過程模型參數(shù)估計；(4)優(yōu)化計算；(5)依照計算結(jié)果調(diào)整操作值；本發(fā)明采用的硬件裝置包括浸出過程浸出率預(yù)測及操作優(yōu)化系統(tǒng)、上位機(jī)、PLC、現(xiàn)場傳感變送部分，其中現(xiàn)場傳感變送部分包括pH值、溫度、流量等檢測儀表；在浸出過程現(xiàn)場安裝檢測儀表，檢測儀表將采集的信號送到下位機(jī)，通過以太網(wǎng)下位機(jī)定時將采集信號傳送到上位機(jī)，上位機(jī)把接受的數(shù)據(jù)傳到浸出過程浸出率預(yù)測系統(tǒng)，進(jìn)行浸出率實(shí)時預(yù)測，并在上位機(jī)組態(tài)界面中進(jìn)行顯示；上述現(xiàn)場傳感變送部分pH值、溫度、流量等檢測儀表由傳感器組成，負(fù)責(zé)過程數(shù)據(jù)的采集與傳送；PLC負(fù)責(zé)把采集的信號A/D轉(zhuǎn)換，并通過以太網(wǎng)把信號傳送給上位機(jī)；上位機(jī)收集本地PLC數(shù)據(jù)，傳送給浸出過程預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)，并在上位機(jī)組態(tài)界面中進(jìn)行顯示。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法冶金浸出過程浸出率預(yù)測與優(yōu)化操作方法，其特征在于所述的浸出率預(yù)測系統(tǒng)、上位機(jī)、PLC、現(xiàn)場傳感變送部分，其中浸出過程檢測系統(tǒng)主要由S02流量檢測、硫酸流量檢測、pH值檢測、溫度檢測構(gòu)成；上位機(jī)和浸出率預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)選用Core2DELL計算機(jī)，采用WINDOWXP操作系統(tǒng);浸出率預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行在Core2DELL計算機(jī)上，采用C#.net軟件設(shè)計并實(shí)現(xiàn)界面功能；上位機(jī)與浸出率預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)的信號傳送軟件是采用Prodave軟件；浸出過程浸出液的pH值是通過EUTECH公司生產(chǎn)的pH200型傳感器來檢測的；流量計輸出的信號為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，人們可以從就地顯示儀表直觀的讀出流量的大??；浸出過程的溫度也是通過EUTECH公司溫度傳感器來檢測的；在浸出現(xiàn)場安裝檢測儀表，檢測儀表將采集的信號送到PLC,PLC定時將采集信號傳送到上位機(jī)，上位機(jī)把接受的數(shù)據(jù)傳給浸出率預(yù)測系統(tǒng)，進(jìn)行浸出率在線預(yù)測及在線優(yōu)化計算，然后在上位機(jī)組態(tài)界面中顯示浸出率，并將操作信號送到控制系統(tǒng)；系統(tǒng)界面包括A浸出過程預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)主界面；B浸出過程預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)浸出率預(yù)測界面；C讀取模型中重要參數(shù)的界面；D浸出過程預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化界面。全文摘要濕法冶金浸出過程浸出率預(yù)測與優(yōu)化操作方法，是通過建立的混合模型預(yù)報浸出率，并給出優(yōu)化操作指導(dǎo)，其中建立了完整的浸出過程動態(tài)機(jī)理模型，機(jī)理模型由研究礦物浸出的動力學(xué)原理出發(fā)，逐步建立浸出過程物料平衡方程及能量平衡方程，本發(fā)明裝置包括浸出過程浸出率預(yù)測及操作優(yōu)化系統(tǒng)、上位機(jī)、PLC、現(xiàn)場傳感變送部分，其中現(xiàn)場傳感變送部分包括pH值、溫度、流量等檢測儀表。采用本發(fā)明的技術(shù)方案能大幅度提高浸出率，使生產(chǎn)始終維持在最佳操作狀況，并能減少原料和能源的消耗，延長設(shè)備的運(yùn)行周期。另外，還能及時反映市場供求關(guān)系的變化。文檔編號G05B13/04GK101526814SQ20091001029公開日2009年9月9日申請日期2009年2月3日優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日發(fā)明者何大闊,尤富強(qiáng),張淑寧,毛志忠,胡廣浩,瑛黃申請人:東北大學(xué)