Dynamic matrix control of milling circuits

Bibliography: pages 82-87.The main aim of the study was to investigate the suitability of DMC for milling circuit control. This was conducted through simulation studies using models of two different milling circuits. A generalised software package was developed for the application and analysis of DMC. DMC was developed in the United States of America by Shell Oil Company (Cutler and Ramaker, 1979; Prett and Gillete, 1979). It falls under the class of controllers which is termed Model Predictive Control (MPC). The control algorithms falling into this category are multivariable and model-based, and as such are expected to improve control of processes which exhibit strong interactions, non-minimum phase behavior, and operate at constraints. Other control schemes falling into this category are Model Algorithmic Control (MAC) and Internal Model Control (IMC). Details of MAC are largely proprietary, while the frequency-based IMC method does not permit direct handling of constraints. Thus the focus of this project was on the DMC algorithm and its variants; Linear Dynamic Matrix Control (LDMC) and Quadratic Dynamic Matrix Control (QDMC)

Peripheral control tools for a run-of-mine ore milling circuit

Run-of-mine ore milling circuits are generally difficult to control owing to the presence of strong external disturbances, poor process models and the unavailability of important process variable measurements. These shortcomings are common for processes in the mineral-processing industry. For processes that fall into this class, the peripheral control tools in the control loop are considered to be as important as the controller itself. This work addresses the implementation of peripheral control tools on a run-of-mine ore milling circuit to help overcome the deteriorated control performance resulting from the aforementioned shortcomings. The effects of strong external disturbances are suppressed through the application of a disturbance observer. A fractional order disturbance observer is also implemented and a novel Bode ideal cutoff disturbance observer is introduced. The issue of poor process models is addressed through the detection of significant mismatch between the actual plant and the available model from process data. A closed-form expression is given for the case where the controller has a transfer function. If the controller does not have a transfer function, a partial correlation analysis is used to detect the transfer function elements in the model transfer function matrix that contain significant mismatch. The mill states and important mill parameters are estimated with the use of particle filters. Simultaneous state and parameter estimation is compared with a novel dual particle filtering scheme. A sensitivity analysis shows the class of systems for which dual estimation would provide superiorestimation accuracy over simultaneous estimation. The implemented peripheral control tools show promise for current milling circuits where proportional-integral-derivative (PID) control is prevalent, and also for advanced control strategies, such as model predictive control, which are expected to become more common in the future. AFRIKAANS : Maalkringe wat onbehandelde erts maal is oor die algemeen moeilik om te beheer as gevolg van die teenwoordigheid van sterk eksterne steurings, onakkurate aanlegmodelle en metings van belangrike prosesveranderlikes wat ontbreek. Hierdie probleme is algemeen vir aanlegte in die mineraalprosesseringsbedryf. Vir aanlegte in hierdie klas word die randbeheerinstrumente as net so belangrik as die beheerder beskou. Hierdie verhandeling beskryf die implementering van randbeheerinstrumente vir ’n maalkring wat onbehandelde erts maal, om die verswakte beheerverrigting teen te werk wat veroorsaak word deur bogenoemde probleme. Die impak van sterk eksterne steurings word teengewerk deur die implementering van ’n steuringsafskatter. ’n Breuk-orde-steuringsafskatter is ook geïmplementeer en ’n nuwe Bode ideale afsnysteuringsafskatter word voorgestel. Die kwessie van onakkurate aanlegmodelle word hanteer deur van die aanlegdata af vas te stel of daar ’n verskil is tussen die aanleg en die beskikbare model van die aanleg. ’n Uitdrukking word gegee vir hierdie verskil vir die geval waar die beheerder met ’n oordragsfunksie voorgestel kan word. Indien die beheerder nie ’n oordragsfunksie het nie, word van ‘n parsiële korrelasie-analise gebruik gemaak om die element, of elemente, in die aanleg se oordragsfunksiematriks te identifiseer wat van die werklike aanleg verskil. Die toestande en belangrike parameters in die meul word beraam deur van partikel-filters gebruikte maak. Gelyktydige toestand- en parameter-beraming word vergelyk met ’n nuwe dubbel-partikelfilter skema. ’n Sensitiwiteitsanalise wys die klas van stelsels waarvoor dubbel-afskatting meer akkurate waardes sal gee as gelyktydige afskatting. Die voorgestelde randbeheerinstrumente is toepaslik vir huidige maalkringe waar PID-beheer algemeen is, asook vir gevorderde beheerstrategieë, soos model-voorspellende beheer, wat na verwagting in die toekoms meer algemeen sal word. CopyrightDissertation (MEng)--University of Pretoria, 2012.Electrical, Electronic and Computer Engineeringunrestricte

Kinetic modelling of leaching

Imperial Users onl

Disturbance Observer-based Subspace Predictive Control of a Pressurized Water-type Nuclear Reactor

This work presents a disturbance observer-based predictive control strategy using a subspace matrix structure. The aim is to improve the capability of classical predictive controllers in handling external disturbances. A subspace-based predictive controller is designed directly from measurements. Then, a disturbance observer is designed using subspace matrices to estimate the external disturbance. Both of the designs are integrated using a feed-forward plus feed-back strategy to form the proposed control strategy. The proposed scheme is tested with a simulated model of a pressurized water nuclear reactor. The effectiveness of the proposed technique is demonstrated for two different load-following operations. Further, a quantitative analysis is performed to analyse the control performance of the proposed approach

Advances in Condition Monitoring, Optimization and Control for Complex Industrial Processes

The book documents 25 papers collected from the Special Issue “Advances in Condition Monitoring, Optimization and Control for Complex Industrial Processes”, highlighting recent research trends in complex industrial processes. The book aims to stimulate the research field and be of benefit to readers from both academic institutes and industrial sectors

Dynamic simulation of industrial grinding circuits : mineral liberation, advanced process control, and real-time optimisation

Étant donné que les minéraux apparaissent fréquemment dans des associations complexes dans la nature, la libération minérale est un aspect clé du traitement de minerais et celle-ci est accomplie par comminution. Cette opération est certainement l’une des plus importantes, mais aussi des plus coûteuses dans l’industrie. La réussite globale d’une usine dépend souvent de la performance du circuit de broyage car il existe un compromis pour atteindre la taille des particules libérant les minéraux ciblés afin d’obtenir des concentrés de haute pureté tout en ayant de faibles coûts d’opération, lesquels sont largement influencés par la consommation énergétique. Dans les années récentes, les entreprises ont été confrontées à des objectifs de performance plus exigeants, une concurrence accrue sur les marchés, et des réglementations environnementales et de sécurité plus strictes. D’autres défis supplémentaires sont inhérents aux circuits de broyage, par exemple les réponses non linéaires, le niveau élevé d’intercorrélation entre les variables et les recirculations de matière. Les problèmes ci-dessus soulignent la pertinence d’avoir des systèmes de contrôle et d’optimisation adéquats pour lesquels les praticiens profitent de plus en plus des approches basées sur des modèles pour y faire face de façon systématique. La modélisation et la simulation sont des outils puissants ayant des avantages significatifs tels que les faibles coûts, les temps requis pour réaliser des expériences relativement courts et la possibilité de tester des conditions opérationnelles extrêmes ainsi que différentes configurations des circuits sans interrompre la production. De toute évidence, la qualité des résultats sera aussi bonne que la capacité du modèle à représenter la réalité, ce qui souligne l’importance d’avoir des modèles précis et des procédures de calibrage appropriées, un sujet fréquemment omis dans la littérature. Un autre aspect essentiel qui n’a pas été rapporté est l’intégration efficace de la libération minérale aux systèmes de contrôle et d’optimisation de procédés. Bien qu’il s’agisse d’une information clé directement liée aux performances de l’étape de concentration, la plupart des stratégies se concentrent exclusivement sur la taille de particule du produit. Ceci est compréhensible étant donné qu’il est impossible de mesurer la distribution de libération présentement. Basée sur une librairie de simulation d’usines de traitement des minerais déjà existante, cette recherche aborde lesdits problèmes en (1) développant un modèle de libération minérale visant à coupler les étapes de broyage et de concentration ; (2) programmant et validant par calibrage un modèle phénoménologique de broyeur autogène/semi-autogène (BA/BSA), nécessaire pour compléter la librairie de simulation ; (3) couplant un simulateur de circuit de broyage à un procédé de concentration avec le modèle de libération, et (4) développant un système de contrôle et d’optimisation qui considère explicitement des données de libération minérale pour évaluer les avantages économiques. Les principaux résultats confirment que le modèle de libération est capable de reproduire avec précision des distributions de libération minérale couramment observées dans l’industrie. Cependant, si les données de calibrage correspondent à un point d’opération unique, la validité pourrait être limitée aux régions voisines proches. Le problème de caractériser l’évolution de la libération minérale aux diverses conditions d’opération ainsi qu’aux régimes transitoires reste à être abordé. Le modèle de libération s’est aussi révélé utile pour coupler des circuits de broyage avec des procédés de concentration, en particulier pour une unité de flottation. Quant au modèle de BA/BSA, celui-ci peut capturer le régime statique ainsi que la dynamique d’un broyeur réel et conjointement avec le reste des équipements dans la librairie de simulation, des circuits de broyage industriels. Ceci a été confirmé par le calibrage à partir des données d’opération d’une usine et des tests en laboratoire, tout en suivant une procédure systématique, contribuant aussi au sujet de l’établissement de méthodologies de calibrage standardisées. Pour terminer, les expériences concernant la stratégie de contrôle et d’optimisation basée sur la libération minérale suggèrent que l’utilisation de cette information peut améliorer la performance globale des circuits de broyage-séparation en réagissant aux variations des caractéristiques de libération, qui à leur tour influencent l’efficacité de séparation. L’étude de cas réalisé révèle que cela peut entraîner une augmentation du débit massique et de la teneur du concentré, de la récupération des métaux et des revenus de l’ordre de +0.5%, +1%, +1% et +5%, respectivement, par rapport au cas où ces informations sont omises.As minerals frequently appear in complex associations in nature, mineral liberation is one of the most relevant aspects in ore processing and is achieved through comminution. This operation is one of the most important, but also one of the most expensive ones in industry. The global efficiency of a plant often depends on the performance of the grinding circuit, since there is a compromise to achieve the particle size liberating the targetted minerals in order to obtain high purity concentrates while maintaining low operating costs, which are largely influenced by the energy consumption. In recent years, companies have been facing more demanding performance targets, stronger competition, and more stringent environmental and safety regulations. Additional challenges are inherent to the grinding circuits themselves, e.g. the nonlinear responses, high degree of intercorrelation of the different variables, and material recirculations. The abovementioned issues highlight the relevance of adequate process control and optimisation, and practitioners rely more often on model-based approaches in order to face them systematically. Modeling and simulation are powerful tools with significant advantages such as low costs, required times for conducting experiments are relatively short, and the possibility of testing extreme operational conditions as well as different circuit configurations without disrupting production. Evidently, the quality of the results will only be as good as the model capacity to represent the reality, which emphasises the relevance of having precise models and proper calibration procedures, the latter being a topic frequently omitted in the literature. Another crucial aspect that has not been reported yet is the effective integration of mineral liberation in control and optimisation schemes. Although it is a key piece of information directly related to the performance of the concentration stage, most strategies focus exclusively on the particle size. This is understandable given that it is currently impossible to measure the liberation distribution online. Based on an existing mineral processing plant simulation library, this research addresses these problems by (1) developing a mineral liberation model aiming at linking the grinding and concentration stages; (2) programming a phenomenological autogenous/semiautogenous (AG/SAG) mill model, required to complement the simulation toolbox, and validating it through calibration; (3) coupling a grinding circuit simulator to a concentration process by means of the liberation model, and (4) developing a plantwide control and optimisation scheme considering mineral liberation data explicitly to evaluate the economic benefits. The main results confirm that the liberation model is capable of reproducing accurately mineral distributions observed in industry. If calibration data correspond to a single operating point, its validity may however be limited to the close neighbourhood. Characterising the evolution of mineral liberation in different operating conditions and transient states remains to be addressed. The liberation model proved to be equally useful in coupling grinding circuits with concentration processes, specifically for flotation. As for the AG/SAG mill model, it can capture the steady state and dynamic behaviour of an actual device and, along with the rest of pieces of equipment in the simulation toolbox, of industrial grinding circuits. This was confirmed through calibration from plant data and laboratory testwork following a systematic procedure, contributing to the endeavour of establishing standard calibration methodologies. Lastly, the results of the designed control and optimisation scheme suggest that using liberation data for control and real-time optimisation can improve the overall performance of grinding-separation circuits by reacting to variations in the liberation characteristics, which in turn influence the concentration performance. The case study reveals that doing so can lead to increases in the concentrate mass flow rate and grade, metal recovery, and global profits in the order of +0.5%, +1%, +1%, and +5%, respectively, compared to the case omitting this information

Demand side management of a run-of-mine ore milling circuit

Increasing electricity costs coupled with lower prices for some metals such as platinum group metals require a reevaluation of the operation of grinding processes. Demand side management (DSM) has received increasing attention in the field of industrial control as an opportunity to reduce operating costs. DSM through grinding mill power load shifting is presented in this paper using model predictive control and a real-time optimizer. Simulation results indicate that mill power load shifting can potentially achieve cost reductions of $9.90 per kg of unrefined product when applied to a run-of-mine (ROM) ore milling circuit processing platinum bearing ore. DSM is however still not economically feasible when there is a demand to continuously run the milling circuit at maximum throughputhttp://www.elsevier.com/locate/conengprachb201