Ситуаційне управління першою стадією подрібнення залізної руди в режимі енергозбереження

Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Ситуаційне управління першою стадією подрібнення залізної руди в режимі енергозбереження

Куваєв Ярослав Геннадійович

Дніпропетровськ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі електроніки та обчислювальної техніки в Національному гірничому університеті (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

Кандидат технічних наук, професор ІВАНОВ Олексій Борисович, Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, директор Інституту електроенергетики

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор КОЧУРА Євгеній Віталійович, Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри економічної кібернетики;

- кандидат технічних наук, професор ЄГОРОВ Олександр Петрович, Національна металургійна академія України (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри автоматизації виробничих процесів.

Захист відбудеться _25_ _жовтня_ 2007 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.080.07 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49005, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19).

Автореферат розісланий _21_ _вересня_ 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук

О.О. Азюковський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В Україні енергозбереження є актуальною задачею. З досвіду промислової експлуатації устаткування, яке подрібнює, відомо, що, при кульовому подрібненні в залежності від міцності руди питома витрата електроенергії в розрахунку на все устаткування секції, яке подрібнює, змінюється від 14 до 24 кВт.г/т, що разом із самоподрібненням складає від 45 до 60% усього споживання ГЗКа. Більш половини витрат електроенергії припадає на першу стадію подрібнення. Тому в дисертації за об'єкт управління розглядається кульовий млин, що працює в замкнутому циклі зі спіральним класифікатором в першій стадії подрібнення.

На тепер зниження енергоспоживання барабанних млинів за рахунок поліпшення конструкції практично неможливо. Розвиток апаратної і програмної складових управляючих обчислювальних машин дозволив обґрунтувати і застосувати методи ситуаційного управління для оптимізації роботи об'єкта управління. Вони спираються на алгоритми розпізнавання параметрів сталого режиму роботи об'єкта управління й пошуку управляючих впливів, що забезпечують задану мету управління. Алгоритми пошуку базувалися на мінімізації кількості кроків перебору режимів роботи об'єкта управління. Внаслідок тривалості перехідних процесів, термін навчання системи сильно затягувався.

З огляду на вартість, доступність і обчислювальну потужність сучасних управляючих ЕОМ, розробка імітаційної моделі, що пов'язує контрольовані і неконтрольовані параметри, які впливають на умови подрібнення усередині барабана кульового млина, дозволяє скоротити час навчання ситуаційної системи управління в умовах неповної інформації про сировину, що подається на вхід об'єкта управління. Вихідні параметри моделі спільно зі значеннями технологічних змінних, які визначаються в автоматичному режимі, можна використовувати для ідентифікації сталого режиму роботи об'єкта управління. Мінімізація параметрів ідентифікації спричиняє скорочення простору пошуку оптимального управляючого впливу в базі даних. Це, в свою чергу, зменшує час навчання системи. Тому дослідження у напрямку застосування імітаційної моделі для ситуаційного управління в енергозберігаючому режимі млином, що працює у замкнутому циклі зі спіральним класифікатором, є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами і планами. Науково-дослідні роботи за темою дисертації проводилися відповідно до "Державної програми розвитку та реформування гірничо-металургійного комплексу на період до 2011 року" (прийнята постановою Кабінету Міністрів України № 967 від 28 липня 2004 р.) , "Плану заходів на 2006-2010 роки щодо реалізації Енергетичної стратегії України на період до 2030 року" (прийнятий розпорядженням Кабінету Міністрів України № 436-р від 27 липня 2006 р.) та держбюджетною тематикою "Розробка методології взаємозв'язаної оптимізації однолінійних потокових технологічних процесів гірничо-металургійного виробництва" (№ держ. реєстрації 0102U0030027).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є вдосконалення ситуаційного управління за рахунок встановлення й використання зв'язку між автоматично визначеними та неконтрольованими параметрами сталого режиму об'єкта управління, що впливають на умови подрібнення, для завдання оптимального управляючого впливу (витрати руди), що мінімізує питомі енерговитрати.

Для досягнення мети в роботі вирішувались наступні задачі:

- провести аналіз існуючих методів автоматичної підтримки мінімуму питомих енерговитрат об'єкта управління та обґрунтувати шляхи їхнього розвитку, спираючись на сучасний стан апаратно-програмних технічних засобів управління технологічними процесами;

- одержати аналітичні вирази, що пов'язують умови подрібнення усередині барабана млина з технологічними змінними, які визначаються в автоматичному режимі і дозволяють знайти оптимальну витрату руди, що забезпечує мінімум питомих енерговитрат на подрібнення;

- провести імітаційне моделювання роботи об'єкта управління і порівняти його результати з реальним технологічним процесом для доказу адекватності отриманих аналітичних виразів;

- провести експериментальне дослідження роботи об'єкта управління в режимі промислової експлуатації з метою ідентифікації сталого режиму мінімальною сукупністю технологічних змінних, що визначаються в автоматичному режимі;

- порівняти для однакових умов подрібнення значення оптимального управляючого впливу, що визначені імітаційною моделлю та операторами технологічного процесу, з метою оцінки ефективності роботи верхнього рівня системи ситуаційного управління; подрібнення руда млин

Об'єктом дослідження є процес подрібнення руди в кульовому млині, що працює в замкнутому циклі зі спіральним класифікатором.

Предметом дослідження є залежності між параметрами, які вимірюються в автоматичному режимі і неконтрольованими параметрами, що описують процес подрібнення руди в кульовому млині, який працює в замкнутому циклі зі спіральним класифікатором.

Методи досліджень застосовувались наступні: імітаційне моделювання - дозволило створити імітаційну модель об'єкта управління; послідовний аналіз - дозволив отримати задані значення похибок визначення вмісту часток різних класів крупності в продуктах подрібнення з мінімально можливою кількістю добору проб з матеріальних потоків під час генеральних випробувань замкнутого циклу подрібнення; метод найменших квадратів - використовувався на етапі доказу адекватності гранулометричних складів продуктів подрібнення отриманих при математичному моделюванні і під час генеральних випробувань замкнутого циклу подрібнення; метод покоординатного спуска - застосовувався для пошуку параметрів настроювання імітаційної моделі об'єкта управління на технологічний процес; метод вирахування предикатів - дозволив вести вибірку й обробку інформації для ідентифікації сталого режиму роботи об'єкта управління в процесі його промислової експлуатації.

Наукові положення.

1. Для визначення оптимального управляючого впливу, що забезпечує мінімум питомих енерговитрат на подрібнення, необхідно знати вірогідність влучання часток крупного класу в зону руйнування й оцінку математичного очікування кількості фрагментів зруйнованої частки, що на відміну від використання лише алгоритмів його пошуку скорочує час роботи об'єкта управління в перехідних режимах завдяки заміні натурного експерименту розрахунковим.

2. Для енергозберігаючого ситуаційного управління сталий режим об'єкта управління достатньо визначати сукупністю значень коефіцієнта циркуляції, відношення твердого до рідкого в розвантаженні млина, густини зливу класифікатора і питомої витрати електроенергії, якщо за час між сусідніми моментами вимірів їх прирости лежать у межах помилок визначення зазначених величин, що на відміну від раніше запропонованих сукупностей, дозволило скоротити час навчання ситуаційної системи управління за рахунок зменшення простору пошуку оптимального управляючого впливу.

Новизна отриманих результатів.

1. Вперше доведена можливість використання в системі ситуаційного управління механістичного підходу до розрахунку скорочення крупності для визначення оптимального управляючого впливу, що мінімізує питомі енерговитрати, за рахунок встановлення зв'язку вірогідності влучання частки руди в зону руйнування та оцінки математичного очікування кількості фрагментів зруйнованої частки з конструктивними параметрами млина та технологічними змінними, що визначають умови подрібнення.

2. Дістала подальший розвиток ідентифікація сталого режиму роботи об'єкта управління сукупністю значень технологічних змінних, що на відміну від попередніх містить лише чотири параметри, що дозволило в визначенні сталого режиму роботи об'єкту управління на верхньому рівні системи ситуаційного управляння звести роль оператора лише до функції контролю, завдяки тому, що всі параметри визначаються в автоматичному режимі.

3. Удосконалення ситуаційного управління з метою мінімізації питомих енерговитрат на подрібнення полягає в сумісному використанні попереднього досвіду роботи об'єкту управління та імітаційної моделі, що на відміну від використання лише попереднього досвіту при появі нової технологічної ситуації дозволяє системі ситуаційного управління оцінити зміни умов подрібнення та за рахунок цього зменшити термін роботи об'єкту управління в перехідних режимах.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Використання в системі ситуаційного управління імітаційної моделі об'єкта управління дозволяє визначати витрату руди в млин, що відповідає мінімуму питомих витрат електроенергії на процес подрібнення з відносною помилкою, що не перевищує 3,5%. Це забезпечує зменшення часу роботи об'єкта управління в перехідних режимах завдяки заміні натурного експерименту розрахунковим.

2. Застосування сукупності значень технологічних змінних, що визначаються автоматично, для ідентифікації технологічної ситуації, що відповідає сталому режиму роботи об'єкту управління дозволило виконувати навчання системи ситуаційного управління в промислових умовах за менший термін завдяки зменшення простору пошуку оптимального управляючого впливу.

3. Використання аналітичного виразу реляційної алгебри, який одержаний в дисертації, для пошуку поточного сталого режиму роботи об'єкта управління в базі даних за сукупністю значень обґрунтованої мінімальної кількості значень технологічних змінних дозволяє застосування реляційної моделі організації даних, що значно спрощує реалізацію системи ситуаційного управління за рахунок використання стандартного програмного забезпечення.

Результати досліджень були використані в проекті автоматизації збагачувальної фабрики Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд, виконаних ВАТ ППКІ “Металургавтоматика”. Алгоритми та структура верхнього рівня системи ситуаційного управління були апробовані в межах проекту автоматизації 6-ої секції РЗФ-1 ІнГЗКа, виконаного й впровадженого ЗАО “Комплексні технологічні системи”.

Достовірність отриманих у роботі результатів підтверджується порівнянням результатів імітаційного моделювання роботи об'єкту управління з даними його генерального випробування; даними апробації в промислових умовах енергозберігаючої ситуаційної системи управління, що використовує імітаційну модель для визначення оптимальної витрати руди, яка відповідає мінімумові питомих витрат на процес подрібнення в умовах неповноти інформації про сировину, що подається на вхід об'єкта управління.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно зробив огляд стану розробок в області ситуаційного енергозберігаючого управління процесом подрібнення, сформулював мету і задачі досліджень, наукові положення, висновки роботи. Результати досліджень, на підставі яких сформульовані наукові положення, опубліковані самостійно.

Апробація роботи. Основні наукові положення і результати доповідалися на наступних міжнародних конференціях:

Eighth International Symposium on Mine Planning and Equipment Selection & International Symposium on Mine Environment and Economical Issues, Dnipropetrovsk, Ukraine, June 15-18, 1999;

Міжнародний симпозіум, семінар 13 “Тиждень гірника 2000”, МГГУ, Москва, Росія, 31 січня - 4 лютого 2000 р.;

Міжнародна науково-технічна конференція “Комп'ютерні технології в освіті, науці і промисловості.”, НГАУ, Дніпропетровськ, Україна, 22-24 травня 2001 р.;

Міжнародна конференція “Форум гірників 2005”, НГУ, Дніпропетровськ, Україна, 12-14 жовтня 2005 р.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладені в 8 наукових працях, 4 з них у фахових виданнях, у тому числі 2 наукові праці написані без співавторів, 4 матеріали міжнародних конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг роботи - 179 сторінок, із них 133 сторінки - основна частина. Дисертація містить 32 рисунка, 14 таблиць, список використаної літератури із 106 найменувань на 11 сторінках, 4 додатки на 16 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дослідження і показаний його зв'язок з науковими програмами, сформульована мета, основні задачі дослідження. Викладені наукові положення, що виносяться на захист, сформульовані новизна і практична цінність отриманих результатів, показаний рівень апробації роботи. Розкритий особистий внесок здобувача і зазначена кількість публікацій, у яких викладені основні положення дисертаційної роботи.

У першому розділі розглянуті особливості об'єкта управління та виконаний аналіз літературних джерел з питань його автоматизації. Відзначений значний внесок у дослідження і розробку систем управління професорів: Бунько В.О., Воронова В.А., Качана Ю.Г., Кочури Є.В., Марюти А.М., Новіцкого І.В., Потураєва В.М., Троп А.Є. та ін. Їх дослідження лягли в основу автоматизованих систем управління, які забезпечували максимальну продуктивність щодо готового класу. В цих системах реалізовувалися як мінімум три локальні системи регулювання

Мінімізація питомих витрат електроенергії досягалась підтримкою оптимального заповнення млина рудою. Недоліком пропонованих методів визначення заповнення млина рудою є необхідність пошуку за будь-яких обставин оптимального режиму при зміні умов подрібнення. Унаслідок цього приблизно ѕ часу об'єкт управління експлуатується в перехідних режимах, що дає підстави вважати про існування резервів до зниження питомих витрат електроенергії.

Для скорочення часу роботи в перехідних режимах в інституті НДІАчер-мет були проведені дослідження, спрямовані на розпізнання типів руд, що подаються на вхід об'єкта управління. У Дніпропетровському гірничому ін-ституті Ю.Г.Качаном був обґрунтований загальний принцип управління замкнутим циклом подрібнення, заснований на розпізнаванні пото-чної виробничої ситуації, що відповідає сталому режиму. В.А. Воро-новим описані методи оптимальної декомпозиції, моделювання процесів збага-чення і багаторівневої оптимізації управління, заснованої на зниженні числа параметрів, що описують технологічні ситуації.

Запропоновані рішення дозволяють забезпечувати максимальну продуктивність щодо готового продукту за рахунок підвищення точності управління. Однак, залишається актуальним скорочення часу навчання системи й ідентифікація сталого режиму роботи об'єкта управління за мінімально можливою сукупністю технологічних змінних, що визначаються в автоматичному режимі. Одним із шляхів заощадження часу на навчання системи є розрахунок оптимального управляючого впливу в млин на імітаційної моделі для поточної технологічної ситуації при зміні умов подрібнення.

У другому розділі виконаний математичний опис об'єкта управління. Імітаційна модель базується на відомих уявленнях про рух кульового завантаження у середині барабана, а також часток руди від завантажувальної горловини до розвантаження млина. Розподіл на класи продуктів подрібнення зроблений так, що при руйнуванні жоден з фрагментів не залишається в класі крупності зруйнованої частки.

З урахуванням у завантажені млина усіх джерел часток довільного (k-j)-го класу крупності (k - номер найбільш крупного класу) одержаний вираз, який дозволяє розрахувати масову витрату цього класу в розвантажені млина:

,	(1)

де Q - витрата руди в млин; для (k-j)-го класу крупності позначені: бk-j, - доля, що потрапляє з початковою рудою, kk-j - доля, яка виводиться з циклу класифікатором, p(Lk-j) - імовірність улучення в зону руйнування, Mk-j{П}>{З} - масова витрата довільного, яка одержана за рахунок руйнування часток більш великих класів, що поступають у завантаження млина з пісками:

,	(2)

де p(Lk-j/Ln) - імовірність утворення часток (k-j)-го класу під час руйнування часток більш великих класів.

Виходячи з (1) масові витрати часток довільного (k-j)-го класу в зливі класифікатора та пісках відповідно дорівнюють: Mk-j{М}•kk-j, Mk-j{М}•(1-kk-j).

Імовірність влучення частки класу крупності Li в зону руйнування за час її перебування в млині визначалася як

,	(3)

де MШi - маса часток класу крупності Li, що потрапили в кульове завантаження млина; MMi - маса часток класу Li крупності, виведених із млина.

Вплив часу перебування частки в кульовому завантаженні на імовірність улучення її в зону руйнування враховувався виразом

,	(4)

де tфi - час перебування частки класу крупності Li в кульовому завантаженні, а bi - стала часу, яка підлягає експериментальному визначенню.

Зона руйнування являє собою коло радіусом ri, що дорівнює висоті рівностороннього трикутника зі стороною li, основа якого дорівнює розміру частки Li, що руйнується, з центром у точці дотику куль діаметром dш; гi - кут між двома радіусами, що з'єднують з центром кулі кінці хорди, яка збігається з однією стороною рівностороннього трикутника (рис. 3). Оцінка імовірностей улучення часток i-го класу в зону руйнування при заданій імовірності влучення в зону руйнування часток крупного класу визначається виразом:

,	(5)

де pa(Lk) і pa(Li) - імовірності влучення часток k-го й i-го класів крупності у зону руйнування протягом заданого відрізку часу їхнього перебування в кульовому завантаженні; a - заданий відрізок часу.

Оцінка зниження імовірності влучення часток у зони руйнування через часткове використання кульового завантаження здійснювалась за допомогою коефіцієнта використання кульового завантаження k.

Для опису гранулометричного складу продуктів подрібнення використовувалось модифіковане рівняння Розіна-Рамлєра:

,	(6)

де R - сумарний залишок на ситі з отворами d в частках одиниці; Lmin та Lmax - відповідно мінімальний й максимальний розмір часток, що мають місто в продуктах подрібнення; e - основа натуральних логарифмів; c і n - параметри, що визначаються з експерименту.

Вираз (6) описує розподіл фрагментів, що утворяться при руйнуванні часток класу крупності Li, розмири яких обмежені з верху Lmax<Li і знизу Lmin>0. Тому імовірність утворення фрагмента класу крупності Ld з частки класу крупності Li визначається як:

.	(7)

Дослідження запропонованої моделі руйнування частки (рис. 4) з обмеженням вихідних параметрів (mk і mn - оцінок математичних очікувань та Dk і Dn - незміщених оцінок дисперсій відповідно коефіцієнта розподілу і кількості фрагментів, отриманих у результаті руйнування часток руди) (табл. 1) показали, що щільність розподілу фрагментів зруйнованих часток R? є найбільш чутливою до оцінки математичного очікування кількості фрагментів (рис. 5). Це дало можливість звести визначення розрахункового значення коефіцієнта циркуляції до варіювання одним параметром, і істотно спростило пошук оптимального управляючого впливу - подачі первинної руди в млин.

Таблиця 1

Обмеження вихідних параметрів моделі руйнування часток

№ п/п	Найменування параметра	Обмеження	Джерело обмеження
1.	mk коефіцієнта ділення		Фізика процесу
2.	Dk коефіцієнта ділення		Алгоритм, фізика процесу
3.	mn кількості фрагментів		Алгоритм, фізика процесу
4.	Dn кількості фрагментів		Фізика процесу

У третьому розділі доведена адекватність моделі. Отримані вирази для визначення імовірності влучення частки в зону руйнування, імовірностей утворення зі зруйнованої частки фрагментів більш дрібних класів і рівняння для розрахунку масових витрат продуктів подрібнення у зливах млина, класифікатора й у пісковому навантажені, не суперечать фізичної сутності процесів подрібнення, масопереносу в барабані кульового млина і досвідові промислової експлуатації замкнутих циклів мокрого кульового подрібнення. Вони відповідають законам математичної логіки і положенням теорії імовірності.

Відносна похибка виміру вхідних параметрів моделі, що визначають густинні режими млина і класифікатора, коливається від 1 до 1,5%. Відносна похибка опису гранулометричних складів продуктів подрібнення модифікованим рівнянням Розіна-Рамлєра не перевищує 3%. Приведені дані дозволяють стверджувати, що модель адекватно описує виробничу ситуацію. Це є основою для одержання вихідних даних з задовільною точністю, що дозволяє здійснити енергозберігаюче управління.

Результати порівняння експериментальних і розрахункових даних показують, що відносна похибка визначення коефіцієнта використання кульового завантаження і продуктивності замкнутого циклу за моделлю і експериментом не перевищує 3,5% (табл. 2). При цьому розбіжність розрахункового і реального коефіцієнта циркуляції не перевищувала 1%.

Таблиця 2
Порівняння результатів моделювання з експериментальними даними визначення вихідних параметрів моделі
Ступінь заповнення млина кулями	0,21	0,25	0,315	0,37
Коефіцієнт використання кульового завантаження	експеримент	0,6028	0,7149	0,8923	1
	моделювання	0,5842	0,6906	0,8637	1
	відн. помилка, %	3,09	3,4	3,21	-
Продуктивність замкнутого циклу за готовим класом, т/г	експеримент	90,9	103,5	120,7	137,4
	моделювання	88,1	99,9	117	137,4
	відн. помилка, %	3,05	3,47	3,07	-

Таким чином імітаційна модель адекватно відтворює процеси подрібнення і масопереносу руди, що відбуваються в об'єкті управління, а точність дозволяє використовувати її для визначення оптимальної витрати руди в системі ситуаційного управління, що відповідає мінімуму питомих витрат електроенергії у сформованій технологічній ситуації.

У четвертому розділі доведена можливість розпізнавання і класифікації сталих режимів роботи об'єкта управління за наступними параметрами: коефіцієнт циркуляції, відношення твердого до рідкого у розвантаженні млина (далі Т/Р), густина зливу класифікатора і питома витрата електроенергії, що визначаються автоматично в процесі промислової експлуатації об'єкту управління. Наведений взаємозв'язок цих параметрів і умов подрібнення усередині барабана млина, неповнота інформації про які компенсується імітаційною моделлю.

Обґрунтований вибір реляційної моделі побудови бази даних. Для запропонованої структури бази даних був отриманий вираз реляційної алгебри, що визначає виробничу ситуацію, в якій питомі витрати електроенергії для сукупності поточних значень коефіцієнта циркуляції, Т/Р і густини зливу класифікатора є мінімальними:

	(8)

де у - операція вибірки; ManufSit - відношення, у якому зберігаються параметри виробничих ситуацій, що виникали раніше при промисловій експлуатації об'єкта управління; C, IOSWater, ClDrDensity і PowerO - атрибути відносини ManufSit, у яких зберігаються значення коефіцієнта циркуляції, Т/Р в розвантаженні млина, густини зливу класифікатора і значення питомої витрати електроенергії; CRLimit, IOSWaterRLimit, ClDrDensityRLimit, CLLimit, IOSWaterLLimit і ClDrDensityLLimit - значення правої і лівої межі діапазонів коефіцієнта циркуляції, Т/Р і густини зливу класифікатора відповідно; MIN - агрегатна функція, що визначає мінімальне значення.

Із (8) знаходимо витрату первинної руди в млин, яка відповідає мінімуму питомих витрат електроенергії на подрібнення:

,	(9)

де П - операція проекції; OreDisch - атрибут відносини ManufSit, у якому утримується значення витрати первинної руди.

Можливість використання виразу (9) для визначення витрати руди в завантажувальну горловину млина, яка відповідає мінімуму питомих енерговитрат, відомого з попереднього досвіду експлуатації об'єкта управління, для поточної сукупності значень коефіцієнта циркуляції, Т/Р і густини зливу класифікатора підтвердив аналіз режимів роботи замкнутого циклу мокрого кульового подрібнення першої стадії 6-й секції РЗФ-1 Ингулецького гірничо-збагачувального комбінату. При однакових густинних режимах експлуатації млина й спірального класифікатора різниця питомих витрат електроенергії за проаналізований період складає від 5 до 11%. В усіх випадках пошук режиму за допомогою оператора SELECT, який відповідає виразу (9), безпомилково визначався режим, що забезпечує мінімум питомих затрат електроенергії на процес подрібнення.

Умови подрібнення усередині барабана млина залежать від стану устаткування і властивостей матеріалу. Фіксація в базі даних трьох подій: заміна футерівки, пересортовування кульового завантаження і довантаження куль у млин дозволила навести результати моделювання роботи замкнутого циклу мокрого кульового подрібнення до одного стану млина шляхом реєстрації зміни її конструктивних параметрів у часі. Це надало можливість звести навчання системи до розпізнавання типу руди, що подрібнюється.

У п'ятому розділі доведена можливість організації визначення в режимі “радник технолога” максимальної продуктивності об'єкта щодо готового класу, яка відповідає мінімуму питомих витрат електроенергії в промислових умовах. Цільова функція системи енергозберігаючого ситуаційного управління замкнутим циклом мокрого кульового подрібнення (рис. 6) має вигляд:

,	(10)

де Рп - питома витрата електроенергії; dг і dЗ - відповідно розміри готового й заданого класів крупності; - вектор, що описує технологічну ситуацію n-ою кількістю параметрів.

Запропонований алгоритм роботи верхнього рівня скорочує навчання системи енергозберігаючого ситуаційного управління (рис. 7) завдяки впровадженню моделі об'єкту управління. Процес відбувається кожного разу, коли після зміни параметрів сталого режиму роботи об'єкта управління (блоки 2 - 4) з'ясовується, що параметри поточного сталого режиму не зареєстровані в базі даних (блок 5) і його зміна відбулася завдяки зміні густинного режиму роботи млина або класифікатора. Тобто об'єкт управління переробляє в попередньому й поточному режимі руду з однаковою подрібненістю (блок 6). У цих ситуаціях експериментальний пошук оптимальної продуктивності об'єкта управління щодо готового класу замінюється її розрахунком, спираючись на відоме математичне очікування кількості фрагментів зруйнованої частки (блок 9).

Для настроювання моделі на технологічний процес послідовно вирішувалися дві прикладні задачі пошуку екстремуму. По-перше, визначалася максимальна продуктивність замкнутого циклу мокрого кульового подрібнення щодо готового класу QSt, при якому коефіцієнт циркуляції не змінюється Сst (рис. 8). По-друге, підбиралася оцінка математичного очікування кількості фрагментів зруйнованої частки таким чином mn, щоб різниця між обмірюваним і розрахованим коефіцієнтом циркуляції була менше, або дорівнювала заданої похибки Cр - C ? ДСр (рис. 9).

Після рішення цих задач з'являється можливість розрахунку продуктивності об'єкта управління, що відповідає мінімумові питомих витрат електроенергії при змінах умов подрібнення усередині барабана млина, що обумовлені зміною густинного режиму роботи млина або класифікатора при постійной крупності і міцності руди.

Працездатність і ефективність алгоритму енергозберігаючого управління підтверджується результатами перевірки його роботи в умовах 6-ої секції збагачення РЗФ-1 ИнГЗКа. Були порівняні визначені моделлю й операторами різної кваліфікації витрати руди в млин, за яких Pп>min. Ефект енергозбереження підтверджується тим, що зниження питомих витрат електроенергії склали від 3 до 7% на користь моделі. Середній час розрахунку витрати руди за моделлю склав 15 хвилин.

На підставі результатів промислових досліджень можна зробити висновок: запропонована імітаційна модель об'єкта управління забезпечує адекватне ведення технологічного процесу в енергозберігаючому режимі, принаймні, не гірше найбільш кваліфікованого оператора технологічного процесу. За рахунок скорочення часу роботи об'єкта управління в перехідних режимах середньомісячний показник питомої витрати електроенергії був знижений на 9,6% - з 9,93 до 9,114 кВт·г/т. Місячна економія електроенергії, при продуктивності секції збагачення 50 тисяч тонн концентрату, складає 40,8 тис. кВт·г.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна наукова і прикладна задача вдосконалення ситуаційного енергозберігаючого управління кульовим млином, що працює в замкнутому циклі зі спіральним класифікатором, за рахунок визначення та використання зв'язку між автоматично визначеними та неконтрольованими параметрами сталого режиму об'єкта управління, що впливають на умовами подрібнення, для завдання оптимальної витрати руди, що відповідає мінімуму питомих енерговитрат. Основні висновки дисертації полягають у наступному.

1. Для визначення оптимального управляючого впливу, що забезпечує мінімум питомих енерговитрат на подрібнення, необхідно знати вірогідність влучання часток крупного класу в зону руйнування й оцінку математичного очікування кількості фрагментів зруйнованої частки. Це забезпечує скорочення терміну роботи об'єкта управління в перехідних режимах завдяки заміні натурного експерименту розрахунковим. Час розрахунку оптимальної витрати руди не перевищую 15 хвилин.

2. Для енергозберігаючого ситуаційного управління сталий режим об'єкта управління достатньо визначати сукупністю значень коефіцієнта циркуляції, відношення твердого до рідкого в розвантаженні млина, густини зливу класифікатора і питомої витрати електроенергії, якщо за час між сусідніми моментами вимірів їх прирости лежать у межах помилок визначення зазначених величин. Це дозволило скоротити час навчання ситуаційної системи управління за рахунок зменшення простору пошуку оптимального управляючого впливу.

3. Перевірка в промислових умовах адекватності імітаційної моделі реальному процесу показала достатню точність розрахунків для побудови на її основі системи ситуаційного управління. Відносна похибка виміру вхідних параметрів моделі, що визначають густинні режими млина і класифікатора, коливається від 1 до 1,5%. Відносна помилка опису модифікованим рівнянням Розіна-Рамлєра гранулометричних складів продуктів подрібнення не перевищує 3%. Це дозволяє розрахувати оптимальну витрату руди з точністю не гірше 3.5%.

4. Експериментально доведено, що використання імітаційної моделі дозволяє підвищити продуктивність замкнутого циклу подрібнення, що працює в промислових умовах, на 4% - 7,5% у порівнянні з продуктивністю, що встановлюється операторами високої і середньої кваліфікації. При цьому переповнення барабана млина матеріалом, що подрібнюється, виключається. Зниження питомих витрат електроенергії на тонну готового продукту складає від 3% до 7%.

5. Скорочення розмірності задачі визначення витрати руди, що забезпечує мінімум енерговитрат на процес подрібнення до двох параметрів, дозволяє спростити практичну реалізацію настроювання імітаційної моделі на технологічний процес в промислових умовах.

6. Отриманий в дисертаційній роботі аналітичний вираз реляційної алгебри для пошуку поточного сталого режиму в базі даних за сукупністю значень обґрунтованої мінімальної кількості технологічних змінних дозволяє застосування реляційної моделі організації даних, що відповідає сучасному розвитку реалізації методів управління базами даних в промислових системах. Це значно спрощую реалізацію системи ситуаційного управління за рахунок використання стандартного програмного забезпечення.

ОСНОВНІ НАУКОВІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ:

1. Куваев Г.Н., Куваев Я.Г. Управление мельничными трактами с целью снижения затрат энергии. // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. // Днепропетровск: НМетАу, 2001, том 4., с.69-75.

2. Куваев Г.Н., Куваев Я.Г. Имитационная модель процесса измельчения руды в шаровой мельнице. // Металлургическая и горнорудная промышленность. // Днепропетровск: НМетАу, 2002, №4, с.75-78.

3. Куваев Г.Н., Куваев Я.Г. Имитационная модель замкнутого цикла измельчения. // Теория и практика металлургии. // Днепропетровск: НМетАу, 2003, №2, с.21-25.

4. Куваев Я.Г. Автоматическая экспертная энергосберегающая система управления замкнутым циклом мокрого шарового измельчения. // Наука та інновації // Київ: НАН України , 2006, №3, стр. 48-53.

5. Kuznetsov G.V., Kuvayev V.N., Kuvayev Y.G. Operational modes optimization fundamentals of Iron ore enrichment section // Proceedings of the eighth international symposium: Mine Planning and Equipment Selection 1999 & Mine Environmental and Economical Issues 1999 // Dnipropetrovsk: NMUU, 1999, p.863-867.

6. Куваев Я.Г. Об энергосберегающем управлении процессом подготовки шихты. // Горный информационно-аналитический бюллетень: Симпозиум “Неделя горняка - 2000” // М.: Московский государственный горный университет, 2001, №2, с.203-206.

7. Куваев Г.Н., Куваев Я.Г. Компьютерное моделирование процесса мокрого шарового измельчения руды в замкнутом цикле. // Материалы международной конференции “Форум горняков 2005” // том 3. - Д.: НГУ, 2005, стр. 25-31.

8. Кузнецов Г.В., Куваев Г.Н., Куваев Я.Г. Энергосберегающее управление процессом измельчения руды на основе компьютерной стохастической модели. // Материалы международной конференции “Форум горняков 2005” // том 3. - Д.: НГУ, 2005, стр. 32-39.

В роботах, опублікованих в співавторстві дисертанту належать [1,5] - постановка науково-прикладних задач і обґрунтування шляхів їх розв'язання, [2, 3] - теоретичне обґрунтування моделі і отримання формул для її опису, [7, 8] -обґрунтування і розробка методологій управління технологічним процесом.

АНОТАЦІЯ

Куваєв Я.Г. Ситуаційне управління першою стадією подрібнення залізної руди в режимі енергозбереження. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів. - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена питанням вдосконалення ситуаційного управління першою стадією збагачення руди з метою енергозбереження за рахунок оптимального управління.

Вперше для ситуаційного управління доведена можливість розрахунку оптимальної витрати руди, що мінімізує питомі енерговитрати на подрібнення в поточній технологічній ситуації. Отримані результати лягли в основу імітаційної моделі, яка при зміні умов подрібнення визначає оптимальну витрату руди, не менш ефективно, чим оператор високої кваліфікації.

Для ситуаційного управління подальший розвиток ідентифікації сталого режиму полягає в скорочені сукупності значень технологічних змінних до чотирьох параметрів, які визначаються автоматично. Це дало можливість реалізувати алгоритми, що ідентифікують сталий режим роботи об'єкта управління, де участь оператора зведена лише до функції контролю.

Ключові слова: енергозбереження, ситуаційне управління, імітаційна модель, сталий режим.

АННОТАЦИЯ

Куваев Я.Г. Ситуационное управление первой стадией измельчения железной руды в режиме энергосбережения.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов. - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена вопросам сокращения удельного расхода электроэнергии на процесс измельчения за счет оптимального ситуационного управления мельницей, работающей в первой стадии измельчения в замкнутом цикле со спиральным классификатором (далее объект управления).

В работе проанализированы разработанные ранее и применяемые в настоящие время на практике методы построения автоматизированных систем управления замкнутым циклом мокрого шарового измельчения, в т.ч. и ситуационные. Анализ показал, что ситуационное управление базируются на алгоритмах распознавания параметров уста-новившегося режима работы объекта управления и алгоритмах поиска управ-ляющих воздействий, обеспечивающих заданную цель управления. Алго-ритмы поиска минимизируют количество шагов, необходимых для перебора режи-мов работы объекта управления. Вследствие длительности переходных процес-сов, продолжительность обучения системы управления сильно затягивалась из-за необходимости поиска оптимального режима, который не зафиксирован в базе данных, при смене условий измельчения внутри барабана мельницы.

В диссертации впервые доказана возможность использования в системе ситуационного управления механистического подхода к расчету сокращения крупности для определения оптимального управляющего воздействия, позволяющего минимизировать удельный расход электроэнергии на измельчение за счет установления связи вероятности попадания частиц крупного класса руды в зону разрушения и оценки математического ожидания количества фрагментов разрушенной частицы с конструктивными параметрами мельницы и технологическими переменными, определяющими условия измельчения. Полученные аналитические выражения легли в основу имитационной модели, которая при изменении условий измельчения определят оптимальный расход руды в мельницу, не менее эффективно, чем оператор технологического процесса высокой квалификации.

В диссертации подтверждена работоспособность принципов управления, основанных на распознавании производственных ситуаций, соответствующих установившемуся режиму работы замкнутого цикла мокрого шарового измельчения. Получило дальнейшее развитие идентификация установившегося режима по совокупности значений технологических переменных. Предложенная совокупность значений отличается от предыдущих тем, что в нее входит меньше параметров, и все они определяются автоматически: коэффициент циркуляции, отношение твердого к жидкому в разгрузке мельницы, плотность слива классификатора и удельный расход электроэнергии. За счет этого было сокращено пространство поиска оптимального управляющего воздействия, которое соответствует минимуму удельных затрат электроэнергии на измельчение.

Усовершенствование ситуационного управления заключается в совместном использовании имитационной модели и предыдущего опыта эксплуатации объекта управления. Такое решение в отличие от использования лишь предыдущего опыта работы позволяет системе ситуационного управления оценить изменения условий измельчения и за счет этого сократить время на поиск оптимального управляющего воздействия, уменьшив период работы объекта управления в переходных режимах.

Ключевые слова: энергосбережение, ситуационное управление, имитационная модель, установившийся режим.

THE SUMMARY

Kuvaev Ya.G. The first stage of iron ore grinding situational control in the mode of energy saving. - Manuscript.

Dissertation for the degree of candidate of engineering science on the specialty 05.13.07 - Automation of technological processes. - National mining university, Dnipropetrovsk, 2007.

Dissertation is devoted to the problems of the ore dressing first stage control for the purpose of energy saving by means of optimal operation.

For the first time, the possibility of optimal feed ore consumption that minimizes power rate for grinding at a ball mill automated situation control is substantiated. The obtained results are used as a basis for the simulation model which determines optimal ore consumption more effectively than a highly qualified operator.

For situational control, further development of steady-state operation identification is assumed as a basis for reducing technological variables value collection limiting them by four parameters that are determined automatically. That made possible to implement the algorithm identifying steady-state operation of the control object, and to remain the monitoring function to the operator.

Key words: energy saving, situation control, simulation model, steady state mode.

Размещено на Allbest.ru