Автоматизація процесу керування зольністю концентрату в пінній флотації вугілля

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Автоматизація процесу керування зольністю концентрату в пінній флотації вугілля

Спеціальність 05.13.07 - «Автоматизація процесів керування»

ШУЛЬГІН СЕРГІЙ КОСТЯНТИНОВИЧ

Донецьк - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі «Системна інженерія» Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля, м. Луганськ

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Ульшин Віталій Олександрович,

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, м. Луганськ.

Завідувач кафедри

«Системна інженерія»

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Стаднік Микола Іванович

Донецький державний науково-дослідницький проектно-конструкторський і експериментальний інститут комплексної механізації шахт

«ДОНДІПРОВУГЛЕМАШ»,

м. Донецьк.

Перший заступник директора

з наукової роботи.

кандидат технічних наук

Фесенко Микола Сергійович,

Донбаський державний технічний університет, м. Алчевськ.

Доцент кафедри «Автоматизація гірничої промисловості і паливно-енергетичного комплексу»

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Вугілля в Україні - один з основних енергоносіїв, запасів якого (47...50 млрд.т) при сучасних темпах споживання вистачить на сотні років.

Збагачення здійснюється на 60 збагачувальних фабриках загальною потужністю близько 150 млн.т на рік по рядовому вугіллю.

Для збагачення вугільних шламів розміром <0,5 мм звичайно використовується пінна флотація, що забезпечує не тільки одержання кондиційного концентрату, але й виконує важливу функцію водно-шламової системи фабрики в цілому. Від якості функціонування цього процесу залежить також рівень забруднення навколишнього середовища.

Існуючі системи керування цим процесом в основному автоматизують лише окремі процеси: автоматичне дозування реагентів, підтримка рівнів у технологічних ємностях та інше. Недоліками цих широко розповсюджених систем є неможливість забезпечити задану якість продуктів збагачення (зольність концентрату та відходів флотації), оскільки автоматизація здійснюється шляхом стабілізації режимних параметрів, корельованих з якістю кінцевих продуктів.

Спроба комплексної автоматизації процесу флотації, у тому числі по автоматичній підтримці кінцевих продуктів не забезпечила достатню точність керування, оскільки, при синтезі системи автоматичного керування прийняте допущення, що об'єкт є стаціонарним і статичним. Тому синтезоване керування не є оптимальним, що приводить до зростання дисперсії зольності концентрату та в остаточному підсумку - до втрати горючої маси з відходами збагачення.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертацію виконано в рамках науково-дослідних робіт Міністерства освіти й науки України за темою ДН-21-02 «Кібернетична модель системи керування складними об'єктами з великим запізнюванням і нестаціонарними параметрами в умовах змішаної невизначеності (на прикладі вуглезбагачувального виробництва)» (№ ДР 0102U002222), за темою ДН-10-05 «Субоптимальне керування нестаціонарними багатоканальними об'єктами з великим запізнюванням на базі предікторних алгоритмів» (№ ДР 0105U000255).

Мета і завдання роботи. Забезпечення підвищення точності керування і якості кінцевих продуктів збагачення в пінній флотації вугілля шляхом розробки системи автоматичного керування зольністю концентрату.

Об'єкт дослідження - система керування процесом флотації.

Предмет дослідження - метод керування зольністю концентрату в пінній флотації.

Основна ідея роботи полягає у використанні комбінованої системи автоматичного керування, що забезпечує компенсацію спостережуваних збурень на вході процесу, шляхом визначення витрат реагентів на основі моделі флотації, які коректуються пропорційно різниці фактичної й заданої зольності.

Методи дослідження. При синтезі оптимальної системи автоматичного керування процесом флотації використовувалися методи теорії автоматичного керування, теорії імовірності та математичної статистики.

Досягнення мети вимагало вирішення наступних основних завдань:

1. Розробка методу автоматичного керування процесом флотації, що забезпечує одержання заданих зольності концентрату й відходів.

2. Вибір і вдосконалення математичної моделі кінетики процесу флотації для визначення компенсуючих впливів основних спостережуваних збурень на вході процесу.

3. Синтез і дослідження системи автоматичного керування зольністю концентрату в пінній флотації вугілля з урахуванням нестаціонарних параметрів об'єкта і збурюючих впливів.

4. Розробка програмного симулятора технологічного процесу пінної флотації вугілля і системи автоматичного керування зольністю концентрату.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше запропоновано комбіновану імпульсну систему керування процесом пінної флотації вугільного шламу, яка на відміну від існуючих забезпечує регулювання зольності концентрату при нестаціонарних параметрах об'єкта керування.

2. Вперше розроблено метод автоматичного керування процесом флотації вугільного шламу, що забезпечує компенсацію спостережуваних збурень і корекцію компенсуючих впливів пропорційно різниці фактичної і заданої вихідній координаті.

3. Для визначення компенсуючих впливів на вході процесу флотації вперше використано модель кінетики, засновану на вдосконаленому аналітичному виразі для константи швидкості флотації, з урахуванням розподілу часток, що флотуються по швидкості і часу перебування у флотаційній машині.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено програму визначення витрат реагентів залежно від технологічних параметрів процесу флотації і необхідних зольності концентрату й відходів.

2. Розроблено рекомендації із практичного використання запропонованих методів і алгоритмів керування.

3. Розроблено програмний симулятор технологічного процесу пінної флотації вугілля й системи автоматичного керування зольністю концентрату, який може бути використаний при будь-якій технологічній схемі збагачувальної фабрики.

4. Розроблений метод автоматичного керування може бути використаний для модернізації і створення промислової апаратури автоматизації процесу флотації.

Результати роботи використані в роботі ТОВ НВП «Арикон» (м. Луганськ), у курсі лекцій, практичних і лабораторних робіт, курсовому і дипломному проектуванні по дисциплінах «ТАУ» і «Оптимальні адаптивні системи керування».

Особистий внесок здобувача. Автору належать дослідження процесів періодичної і безперервної флотації і процесу утворення флотокомплексу; вибір і удосконалення математичної моделі кінетики, що враховує максимальну кількість фізико-хімічних і гідродинамічних параметрів технологічного процесу в промислових умовах; розроблено метод автоматичного керування процесом флотації вугільного шламу, що забезпечує отримання необхідної якості кінцевих продуктів, синтез і дослідження системи автоматичного керування процесом флотації з урахуванням нестаціонарних параметрів об'єкта і збурюючих впливів. Виконано чисельні дослідження основних збурюючих впливів; проведено чисельні дослідження фільтра; проведено чисельні дослідження функціонування системи керування. Дано рекомендації для технічної реалізації системи керування.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на 9-ій і 11-ій міжнародних науково-практичних конференціях із проблем вищої освіти «Університет і регіон» (м. Луганськ, 2003,2005); наукової конференції професорсько-викладацького складу й наукових співробітників «Наука-2004» і «Наука-2006» (м. Луганськ, 2004,2006), міжнародної науково-практичної конференції студентів і аспірантів (в якості керівника) «Інформаційні технології в економіці й освіті» (м. Москва, 2008), на кафедрі системної інженерії СНУ ім. В. Даля, м. Луганськ і кафедрі автоматизації й телекомунікацій ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», м. Донецьк.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 18 друкованих праць, у тому числі 11 у фахових виданнях ВАК України, 4 у тезах доповідей науково-технічних конференцій, отримано 3 патенти.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, основних висновків, списку використаної літератури та додатків. Обсяг дисертації складає 172 сторінки, включаючи 81 рисунок на 37 сторінках, 30 таблиць на 21 сторінці, 8 додатків на 30 сторінках, список використаних джерел з 275 найменувань на 28 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовані мета і задачі досліджень, наведено загальну характеристику роботи.

У першому розділі - «Аналіз стану питання, мета і завдання досліджень» проаналізовано існуючі системи автоматичного керування процесом флотації та виявлено їхні переваги й недоліки. Проведено порівняльний аналіз існуючих математичних моделей процесу флотації.

Технологічні схеми діючих фабрик, не включають, як правило, інших процесів переробки шламів, крім флотації, зважаючи на відсутність процесу адаптації розглянутих схем під сучасну сировинну базу. Крім того, існуючі системи автоматизації носять локальний характер, автоматизуючи лише окремі функції флотопроцесу, що не дозволяє забезпечити задану якість продуктів збагачення.

У другому розділі - «Процес флотації як об'єкт автоматичного керування» проведено аналіз моделі процесу флотації і запропоновано метод функціонування системи автоматичного керування зольністю концентрату в пінній флотації вугілля.

На якість кінцевого продукту значний вплив мають витрата і щільність вихідної пульпи, що носять стохастичний, нестаціонарний характер, а процес вимірювання зольності концентрату обумовлений значним запізненням інформації про зольність, що становить кілька десятків хвилин.

Тому, керування процесом флотації по зольності концентрату доцільно здійснювати шляхом реалізації комбінованої системи керування, що забезпечує виконання вимоги рівності нулю в усталеному режимі відхилення фактичної від заданої зольності концентрату, в якій контур управління з обурення здійснює компенсацію основних спостережуваних збурюючих впливів, а контур управління за відхиленням - компенсацію неспостережних збурюючих впливів.

Керування здійснюється по каналу «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату».

У САК передбачене збереження керуючих впливів при недостовірній інформації про зольність концентрату у випадках порушення умов виміру й автоматичне відновлення їх при усуненні порушення.

В обчислювальному й керуючому пристрої визначаються витрати реагентів, необхідних для компенсацій збурювань на вході АКП:

(1)

де Q^1*_c - завдання витрати збирача; - коригуючий вплив по зміні витрати збирача; k_c- константа, що визначається експериментально при налагодженні системи.

(2)

де Q^2*_п - завдання витрати піноутворювача; ?Q_п[i] - коригуючий вплив при зниженні зольності відходів нижче завдання, величина якого визначається по формулі:

, (3)

(4)

де k-- коефіцієнт пропорційності.

В обчислювальному пристрої, що формує керуючі впливи Q^1*_c й Q^2*_п, для компенсації спостережуваних збурювань на вході процесу використано модель кінетики процесу флотації. Основу моделі кінетики становить константа швидкості флотації, яка найбільш повно відображає поведінку часток у конкретних умовах флотації.

У третьому розділі - «Математична модель кінетики процесу флотації» розглядається математична модель кінетики процесу флотації, що здійснює в комбінованій системі керування компенсацію основних збурюючих впливів, шляхом формування відповідних керуючих впливів з метою забезпечення усталеному режимі, рівності нулю відхилення фактичної від заданої зольності концентрату.

Основу моделі кінетики становить константа K швидкості флотації, яка найбільше повно відображає поведінку часток у конкретних умовах флотації.

Щоб одержати математичний опис процесу вилучення корисного продукту в концентрат у процесі флотації, необхідно визначити функцію щільності ймовірностей розподілу часток за швидкістю флотації в концентраті в умовах безперервного процесу. Для цього необхідно на підставі аналітично розрахованої константи K швидкості флотації, визначити функцію щільності ймовірностей розподілу матеріалу за флотуємістю , а потім - функцію щільності ймовірностей розподілу часток за часом перебування у флотомашині .

Функція щільності ймовірностей розподілу часток за швидкістю флотації в концентраті визначається автором як:

,(5)

де - імпульсна складова, характеризує наявність нефлотуємого залишку; K_max- максимальна константа швидкості флотації; K_p- кінетична константа розділення; - частка нефлотуємого залишку.

Зв'язок необхідної зольності концентрату A^d_кз з витратами реагентів збирача Q^1*_c й піноутворювача Q^2*_п, що компенсують вплив на якість кінцевих продуктів основних спостережуваних збурюючих впливів, описується виразом виду:

, (6)

де K - константа швидкості флотації; A^d_кз - необхідна зольність концентрату.

За експериментальними даними роботи флотомашин ФМУ2-6,3 і ФМУ-12, з метою встановлення адекватності отриманої моделі реальному процесу було проведено аналіз залишків, що представляють собою різниці між спостережуваними й модельними значеннями. Критерієм адекватності моделі є нормальний розподіл залишків, тобто коли останні є незалежними й містять тільки «білий» шум.

Аналіз розподілу залишків показав їхню близькість до нормального, що вказує на адекватність моделі для обох флотомашин.

Порівняння розрахункових даних з експериментальними даними отриманими інститутом «Ніпівуглеавтоматизація» показало, що відносна похибка моделі становить 3,6 і 2,2% по зольності концентрату для флотомашин ФМУ2-6,3 і ФМУ-12 відповідно.

У четвертому розділі - «Синтез оптимального дискретного фільтру» проведено аналіз властивостей стохастичних збурень процесу пінної флотації вугілля та здійснено синтез оптимального дискретного фільтра.

Процес флотації як об'єкт керування характеризується наявністю значної кількості випадкових впливів. На якість процесу найбільший вплив мають зольність вихідного живлення, витрата й щільність вихідної пульпи, а також зміст твердої фази у вихідній пульпі. Ці параметри носять стохастичний харак тер і є основними обурюючими впливами на об'єкт керування. Крім того, для флотомашини ФМУ2-6,3 відношення часу чистого запізнювання до постійної часу дорівнює 6, а для флотомашини ФМУ-12 - 3,47, що вказує на значне запізнювання сигналу про зольність концентрату і на неможливість синтезу стійкої безперервної САК флотопроцесом.

Внаслідок цього завдання синтезу САУ по зольності концентрату фор мулюється як завдання синтезу лінійної імпульсної системи автоматичного керування при стохастичних збурюючих впливах, по інтегральному квадратичному критерію якості, що характеризує дисперсію вихідного сигналу зольності концентрату, пропорційну втратам горючої маси, з використанням принципу розділення, що передбачає синтез оптимального дискретного фільтра і вибір дискретного детермінованого регулятора, у якому у якості фазового вектора використовується його оцінка, отримана за допомогою фільтра.

Дискретна передатна функція наведеної безперервної частини (НБЧ) моделі динаміки об'єкта керування по каналу керування «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату» визначається за формулою:

(7)

де

; ; ; ; - час дискретизації; - абсолютна похибка вихідного сигналу об'єкта, що виникає від квантування за часом; - ціле число тактів зсуву; - дрібна частина запізнювання; - відносний зсув, який відраховується від початку попереднього такту; - постійні часу; K₁, K₂, K₃, K₅ - коефіцієнти посилення; z - оператор дискретного перетворення Лапласа.

Для об'єкта керування по каналу «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату» описуваного дискретною передатною функцією вектор стану визначається як X(i)=[x₁(i) x₂(i) ₃(i) x₄(i) x₅(i) x₆(i)]^T.Потрібно, використовуючи виміряні значення вихідної змінної y(i) на інтервалі [i₀,i_f], знайти незміщену оцінку , що забезпечує мінімум середнього квадрата помилки.

Введемо наступні позначення:

де

y(i) - вихідна змінна об'єкта керування (зольність концентрату ),

u(i) - керуючий вплив, що подається на об'єкт керування по каналу «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату»,

a_i - коефіцієнти характеристичного рівняння в передатній функції наведеної безперервної частини об'єкта керування, b_i- константи,

, - час дискретизації, е - відносний зсув, який відраховується від початку попереднього такту, k - поточне значення такту без врахування відносного зсуву . Бажаєма оцінка зольності концентрату визначається як:

де

- апріорна оцінка фазових координат вектора стану X(i) об'єкта по каналу керування «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату»; K⁰₁(i),…, K⁰₆(i) - елементи матриці коефіцієнтів посилення K⁰(i) об'єкта по каналу керування «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату».

Для вирішення завдання необхідно визначити імовірнісні характеристики шумів спостереження і об'єкта за спостереженнями.

В якості шуму об'єкта й шуму спостереження в роботі прийнято гаусівський шум, оскільки флотомашина, як об'єкт керування характеризується значною кількістю випадкових впливів.

Для визначення параметрів шуму спостереження виконано статистичний аналіз сигналів на виході золовимірювачів концентрату й відходів. Нормовані автокореляційні функції та спектральні щільності зазначених параметрів також апроксимуються виразами кута нерегулярної хитавиці.

Час кореляції автокореляційної функції щільності вихідного живлення для флотомашини ФМУ2-6,3 склав 208 хв., час кореляції автокореляційної функції зольності вихідного живлення - 215 хв. Час чистого запізнювання склав 41,72 хв. Для флотомашини ФМУ-12 час ф_k кореляції автокореляційної функції щільності вихідного живлення склав 240 хв., час кореляції автокореляційної функції зольності вихідного живлення - 255 хв. Час чистого запізнювання склав 43,65 хв. Таким чином, час кореляції автокореляційних функцій основних обурюючи впливів значно перевищує час чистого запізнювання по відповідних до каналів керування, що дозволяє здійснювати керування якістю кінцевого продукту.

У результаті порівняння дисперсій зашумленного і відновленого за допомогою дискретного оптимального фільтра сигналів про зольність концентрату встановлено, що дисперсія вихідного сигналу, пропорційна втратам горючої маси, менше у разі використання фільтра. Так дисперсія невідфільтрованого сигналу по каналу керування «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату» для флотомашини ФМУ2-6,3 склала 1,0418 %², дисперсія відфільтрованого сигналу - 0,0037 %² . Для флотомашини ФМУ-12 ті ж показники склали відповідно 3,5731 і 0,21 %².

Таким чином, отримані результати вказують на ефективність використання фільтра Калмана-Бьюси в каналі керування «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату».

У п'ятому розділі - «Розробка й дослідження системи автоматичного керування процесом флотації» вирішене завдання синтезу лінійної імпульсної системи автоматичного керування за зольністю концентрату при стохастичних збурюючих впливах, і виконані дослідження розробленої комбінованої САК процесом флотації.

Для моделі динаміки об'єкта керування квадратичний критерій якості приймає вигляд:

. (8)

Для автоматичного керування доцільно використовувати імпульсний пропорційно-інтегрально-диференціальний (ПІД) регулятор.

Для дослідження запропонованої САК алгоритм імпульсного ПІД-керування перетворений до вигляду:

, (9)

де ,, - параметри ПІД-регулятора; T_k,T_d- постійні часу, відповідно інтегрування й диференціювання; T_k - період квантування регулювання, дорівнює сумі часу чистого запізнювання інформації про зольність концентрату й часу перехідних процесів.

Таким чином, в алгоритмі (9) параметром, що настроюється, залишається лише один коефіцієнт посилення K_п регулятора (рис.1).

Дослідження перехідних процесів САК показали, що при одиничному керуючому впливі зі збільшенням (у межах робочого діапазону) коефіцієнта посилення і постійної часу об'єкта керування при незмінних параметрах регулятора перерегулювання і тривалість перехідного процесу зростають до неприпустимих значень, встановлених технічними вимогами.

Так, для флотомашини ФМУ2-6,3 максимальне перерегулювання склало 20%, максимальний час перехідного процесу - 48 хв.

З метою забезпечення необхідних показників якості керування запропоновано коректувати коефіцієнт посилення регулятора за спостереженнями, забезпечуючи постійним добуток:

, (10)

де K_п - коефіцієнт посилення регулятора; - коефіцієнт посилення об'єкта керування; - апріорна оцінка зольності концентрату ; - оцінка вихідної координати, сформована оптимальним дискретним спостерігачем.

Дослідження комбінованої імпульсної системи керування, виконане на основі чисельного експерименту для технологічного процесу флотації з використанням флотомашини ФМУ2-6,3 дало наступні результати (рис. 2).

Дослідження виконано при максимальному, мінімальному й середньому коефіцієнтах посилення об'єкта керування (3,39; 2,1 і 2,38 ). Відповідно коефіцієнт посилення K_п регулятора по каналу керування «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату» становив відповідно ? 0,0652; ? 0,0459 і ? 0,0738 . зольність вугілля концентрат флотація

Дослідження комбінованої імпульсної системи керування, виконане на основі чисельного експерименту для технологічного процесу флотації з використанням флотомашини ФМУ-12 дало наступні результати (рис. 3).

Дослідження виконані при максимальному, мінімальному й середньому коефіцієнтах посилення K_O об'єкта керування (0,706 і 0,441 ). Відповідно коефіцієнт посилення регулятора по каналу керування «витрата реагенту-збирача - зольність концентрату» становив відповідно -0,24 і -0,38 .

Аналіз показав, що перехідні процеси мають аперіодичний характер, що задовольняє пред'явленим вимогам.

ВИСНОВОК

У дисертації вирішене актуальне науково-технічне завдання забезпечення підвищення точності керування і якості кінцевих продуктів збагачення в пінній флотації вугілля, шляхом розробки системи автоматичного керування зольністю концентрату

В результаті виконаних досліджень сформульовані в наступні висновки:

1. Аналіз існуючих САК технологічним процесом флотації показав, що вони в основному передбачають стабілізацію окремих режимних параметрів (питома витрата реагентів, рівень пульпи, витрата і щільність вихідного живлення), корельованих з зольністю концентрату і відходів, що не дозволяє підтримувати їх в заданих межах через нестаціонарність технологічного процесу флотації, при цьому використовуються спрощені статичні математичні моделі процесу флотації зі стаціонарними параметрами, що призводить до погіршення якості керування і значних відхилень зольності від заданих значень.

2. Показано, що для автоматичної стабілізації зольності концентрату доцільно використовувати комбіновану систему автоматичного керування, яка забезпечує компенсацію спостережуваних збурень на вході, і компенсацію не спостережуваних збурень за допомогою регулятора щодо відхилення заданої і фактичної зольності концентрату.

3. Запропоновано завдання синтезу САК зольністю концентрату формулювати як завдання синтезу лінійної імпульсної системи автоматичного керування при стохастичних збурюючих впливах, по інтегральному квадратичному критерію якості, що характеризує дисперсію вихідного сигналу зольності концентрату, пропорційну втратам горючої маси, з використанням принципу розділення, що передбачає синтез оптимального дискретного фільтра і вибір дискретного детермінованого регулятора, в якому в якості фазового вектора використовується його оцінка, отримана за допомогою фільтра.

Вхідні впливи, що розглядаються як послідовність незалежних гаусівських випадкових величин, носять нестаціонарний стохастичний характер, не корелюючи один з одним.

4. Вперше синтезовано імпульсну систему автоматичного керування технологічним процесом флотації, що забезпечує стабілізацію зольності концентрату, яка на відміну від існуючих враховує динаміку процесу флотації, що підвищує точність керування.

5. Дослідженнями встановлено, що при одиничному впливі, зі збільшенням у межах робочого діапазону коефіцієнта посилення і постійної часу моделі динаміки об'єкта керування при незмінних параметрах регулятора зростає значення перерегулювання і тривалості перехідного процесу, що не допустимо, відповідно до вимог, що пред'являються до якості управління.

6. З метою забезпечення необхідних показників якості управління було вирішено завдання корекції коефіцієнта посилення регулятора, що дозволило підтримувати постійне значення коефіцієнта посилення системи управління.

7. Дослідження комбінованої імпульсної САК з використанням чисельних експериментів при можливому діапазоні зміни коефіцієнта посилення і постійної часу об'єкта показали, що тривалість перехідних процесів і пере регулювання задовольняють висунутим вимогам.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах

1. Войлов Ю.Г. Использование синергетических моделей процессов обмена в задачах обогащения / Ю.Г. Войлов, С.К. Шульгин // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2003. - №4(62). - С.154-161.

2. Шульгин С.К. Сравнительній анализ математических моделей процесса флотации / С.К. Шульгин // Праці Луганського відділення Міжн. Акад. інформ. - 2004. - №2(9). - С. 140-143.

3. Шульгин С.К. Математическая модель флотации с учетом неоднородности материала / С.К. Шульгин // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2004. - №2(72). - С.224-233.

4. Шульгин С.К. Математическое описание процесса извлечения твердого в концентрат в периодической флотации / С.К. Шульгин // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2004. - №12(82). - С.213-221.

5. Шульгин С.К. Математическое описание процесса извлечения твердой фазы определенной зольности в отходы и в концентрат с учетом гидродинамического режима в камере флотационной машины / С.К. Шульгин // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2005. - №3(85). - С.218-222.

6. Ульшин В.А. Принцип автоматического управления процессом флотации угольных шламов / В.А. Ульшин, С.К. Шульгин // Праці Луганського відділення Міжн. Акад. інформ. - 2006. - №1(12). - С.98-106.

7. Ульшин В.А. Стохастический анализ возмущений процесса флотации угля с учетом транспортного запаздывания / В.А. Ульшин, С.К. Шульгин // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2006. - №7(101). - С.74-78.

8. Ульшин В.А. Синтез импульсной системы автоматического управления / В.А. Ульшин, С.К. Шульгин, В.П. Кострюков // Праці Луганського відділення Міжн. Акад. інформ. - 2006. - №2(13). - С. 61-73.

9. Ульшин В.А. Динамические свойства процесса флотации угольных шламов как объекта автоматического управления / В.А. Ульшин, С.К. Шульгин, Ю.Г. Войлов // Вісник СНУ ім.. В. Даля. - 2006. - №3(97). - С.139-147.

10. Пат. 28523 Украина, МПК (2006) B03B 13/00. Спосіб автоматичного керування уставками дозаторів реагентів / Ульшин В.А., Шульгин С.К.; заявитель и патентообладатель Восточноукраинский нац.. ун-т им. В. Даля; заявл. 17.08.2007; опубл. 10.12.2007, Бюл. №20.

11. Пат. 28886 Украина, МПК (2006) B03B 13/00. Спосіб автоматичного керування процесом флотації / Ульшин В.А., Шульгин С.К.; заявитель и патентообладатель Восточноукраинский нац.. ун-т им. В. Даля; заявл. 17.08.2007; опубл. 25.12.2007, Бюл. №21.

12. Пат. 29325 Украина, МПК (2006) B03B 13/00. Спосіб оптимального керування процесом флотації / Ульшин В.А., Шульгин С.К.; заявитель и патентообладатель Восточноукраинский нац.. ун-т им. В. Даля; заявл. 10.09.2007; опубл. 10.01.2008, Бюл. №1.

13. Шульгин С.К. Математическая модель флотопроцесса с учетом распределения материала по флотируемости и по времени пребывания во флотационной машине / С.К. Шульгин // Збірник наукових праць Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (матеріали IX міжнародної науково-практичної конференції з проблем вищої школи «Університет і регіон» 10-12 грудня 2003 року): Науковці - підприємствам і установам регіону. - Луганськ, 2004. - Ч. II. - С. 200.

14. Шульгин С.К. Синтез и исследование стохастической оптимальной системы управления процессом флотации при неполной информации / С.К. Шульгин // Збірник наукових праць Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (на підставі матеріалів XI Міжнародної науково-практичної конференції «Університет і регіон», 19-20 жовтня 2005 року. - Луганськ, 2006р. - Ч. II. - С.181-183.

15. Приколота А.В. Способ автоматического управления уставками дозаторов реагентов / А.В. Приколота, В.Л. Тулько, С.К. Шульгин, О.Л. Лехциер // Информационные технологии в экономике и образовании: Материалы международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии в экономике и образовании», посвященной 95-летию Российского университета кооперации. Смоленск, 24-25 апреля 2008 г. - М.:Российский университет кооперации, 2008. - С. 99-104.

16. Приколота А.В. Динамика процесса флотации угольных шламов как объекта автоматического управления / А.В. Приколота, В.Л. Тулько, С.К. Шульгин // Информационные технологии в экономике и образовании: Материалы международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии в экономике и образовании», посвященной 95-летию Российского университета кооперации. Смоленск, 24-25 апреля 2008 г. - М.:Российский университет кооперации, 2008. - С. 104-109.

17. Ульшин В.А. Алгоритм управления процессом флотации угольных шламов / В.А. Ульшин, С.К. Шульгин // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2009. - №1(131). - С.209-214.

18. Ульшин В.А. Комбинированная система автоматического управления процессом флотации углей / В.А. Ульшин, С.К. Шульгин // Праці Луганського відділення Міжн. Акад. інформ. - 2009. - №2(20). Ч.2 - С. 83-87.

АНОТАЦІЯ

Шульгін С.К. Автоматизація процесу керування зольністю концентрату в пінній флотації вугілля . - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.07 - Автоматизація процесів керування. - Донецький національний технічний університет, м. Донецьк, 2010.

Дисертація присвячено розробці системи автоматичного управління процесом флотації, що забезпечує підвищення точності управління і якості кінцевих продуктів збагачення.

Управління процесом флотації по зольності концентрату здійснюється комбінованою системою управління, в якій контур управління по обуренню здійснює компенсацію основних обурюючих дій що спостерігаються (витрата і щільність початкової пульпи), а контур управління по відхиленню - компенсацію обурюючих дій, що не спостерігаються.

Порівняння розрахункових даних з експериментальними даними показало, що відносна погрішність моделі що компенсує основні обурюючи дії, що спостерігаються, складає 3,6 і 2,2% по зольності концентрату для флотомашин ФМУ2-6,3 і ФМУ-12 відповідно.

Завдання синтезу САУ по зольності концентрату формулюється як завдання синтезу лінійної імпульсної системи автоматичного управління при стохастичних обурюючи діях, по інтегральному квадратичному критерію якості, що характеризує дисперсію вихідного сигналу зольності концентрату, пропорційну втратам горючої маси, з використанням принципу роздільності, що передбачає синтез оптимального дискретного фільтру і вибір дискретного детермінованого регулятора, в якому як фазовий вектор використовуються його оцінка, отримана за допомогою фільтру.

Виконаний на основі чисельного експерименту аналіз перехідних характеристик функціонування системи управління показав, що реалізована система управління технологічним процесом флотації повністю відповідає вимогам, що пред'являються до якості управління і якості кінцевого продукту.

Розроблено промислову САУ процесом пінної флотації вугілля.

Використання запропонованої САУ забезпечує зниження питомої витрати реагентів на 12%, збільшити вихід концентрату на величину до 1,1%.

Ключові слова: флотація, модель кінетики, зольність, дисперсія, об'єкт управління, система оптимального управління, шум об'єкту, шум спостереження, фільтр, регулятор.

Шульгин С.К. Автоматизация процесса управления зольностью концентрата в пенной флотации угля. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 0.5.13.07 - Автоматизация процессов управления. - Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, 2010.

Диссертация посвящена разработке системы автоматического управления процессом флотации, обеспечивающей повышение точности управления и качества конечных продуктов обогащения.

Управление процессом флотации по зольности концентрата целесообразно осуществлять путем реализации комбинированной системы управления, обеспечивающей выполнение требования равенства нулю в установившемся режиме отклонения фактической от заданной зольности концентрата, в которой контур управления по возмущению осуществляет компенсацию основных наблюдаемых возмущающих воздействий, а контур управления по отклонению - компенсацию ненаблюдаемых возмущающих воздействий.

Управление осуществляется по каналу «расход реагента-собирателя - зольность концентрата».

Управление по зольности отходов поддерживает данный показатель не ниже заданного, поскольку зольность концентрата и зольность отходов флотации тесно коррелированны и одновременная стабилизация заданной зольности концентрата и отходов не представляется возможной.

В основу устройства, формирующего компенсирующие воздействия «расход реагента-собирателя» и «расход реагента-пенообразователя» положена модель кинетики, основанная на усовершенствованном аналитическом выражении для константы скорости флотации, с учетом распределения флотируемых частиц по скорости и по времени пребывания во флотомашине, позволяющая реализовать общее качественное описание флотации.

Распределение остатков (разности прогнозируемых и фактических значений зольности концентрата) подчиняется нормальному закону распределения, что подтверждается проверкой по критерию Пирсона, что характеризует модель как адекватную реальному процессу.

Сравнение расчетных данных с экспериментальными данными показало, что относительная погрешность модели составляет 3,6 и 2,2% по зольности концентрата для флотомашин ФМУ2-6,3 и ФМУ-12 соответственно.

Устройство управления, осуществляющий компенсацию ненаблюдаемых возмущающих воздействий представляет собой регулятор формирующий по каналу управления «расход реагента-собирателя - зольность концентрата» требуемые корректирующие воздействия, поступающие на объект управления и обеспечивающие выполнение требования равенства нулю в установившемся режиме отклонения фактической от заданной зольности концентрата.

Исследования показали, что процесс флотации как объект управления характеризуется наличием значительного количества случайных воздействий. На качество процесса наибольшее влияние оказывают зольность исходного питания и плотность исходной пульпы. Эти параметры носят стохастический характер и являются основными возмущающими воздействиями на входе процесса.

Вследствие этого, задача синтеза САУ по зольности концентрата формулируется как задача синтеза линейной дискретной системы автоматического управления при стохастических возмущающих воздействиях, по интегральному квадратичному критерию качества, характеризующему дисперсию выходного сигнала зольности концентрата, пропорциональную потерям горючей массы, с использованием принципа разделимости, предусматривающего синтез оптимального дискретного фильтра и выбор дискретного детерминированного регулятора, в котором в качестве фазового вектора используются его оценка, полученная с помощью фильтра.

Выполненный на основе численного эксперимента анализ переходных характеристик функционирования системы управления показал, что реализованная система управления технологическим процессом флотации полностью отвечает требованиям, предъявляемым к качеству управления и качеству конечного продукта.

Разработана промышленная САУ процессом флотации.

Использование предложенной САУ обеспечивает снижение

удельного расхода реагентов на 12%, увеличение выхода концентрата на величину до 1,1%.

Ключевые слова: флотация, модель кинетики, зольность, дисперсия, объект управления, система оптимального управления, шум объекта, шум наблюдения, фильтр, регулятор.

Shulgin S.K. Automation of control ash content is in froth flotation of coal. - Manuscript.

Dissertation on the receipt of graduate degree of candidate of engineering sciences on speciality 05.13.07 Automation of control process. - Donetsk National Technical University, Donetsk, 2010.

The dissertation is dedicated to the development of automatic control of flotation process, which increases the accuracy and quality of final product concentration.

Process Management in ash flotation concentrate is a combination of management system, in which the control circuit provides compensation for perturbations of the basic revolting actions observed (initial flow rate and pulp density), and control circuit to reject - compensation shocking actions that are not observed.

Comparison of calculated data with experimental data showed that the relative error model that compensates the main shocking action observed is 3.6 and 2.2% of the ash concentrate for FMU2-6, 3 and FMU-12, respectively.

The task of synthesis of ACS under ash concentrate is formulated as a synthesis problem of linear impulse automatic control system with stochastic revolting actions on integral quadratic quality criterion that characterizes the dispersion of ash concentrate output signal proportional to the losses combustible mass, using the principle of separation that involves the synthesis of discrete optimal filter and the choice of discrete deterministic regulator, in which a phase vector used to estimate, obtained through the filter.

On the basis of numerical experiment, analysis of transition characteristics of the system showed that the implemented system flotation process fully meets the requirements for quality management and quality of the final product.

ACS developed industrial process flotation.

Using the proposed ACS provides a lower unit cost of reagents for 12%, increased concentrate output by up to 1.1%.

Keywords: Flotation, kinetic model, ash content, dispersion, object management, system optimal control facility noise, noise monitoring, filter, regulator.

Размещено на Allbest.ru