Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ,АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ ПО АВТОМТИЗАЩИ И УПРАШЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ СЖШІЬНО-ФШІЬТРОВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА (СФК), ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ 12
1.1. Краткая технологическая характеристика комплекса 12
1.2. Анализ существующих решений по автоматизации и управлению технологическими процессами рассматриваемого комплекса 18
1.3. Выбор общего критерия и постановка задач управления комплексом 43
1.4. Выводы .„.і 48
2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СУШИЛЬНО ФИЛЬТРОВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 49
2.1. Метод и этапы получения математического описания технологических процессов 49
2.2. Анализ переменных и основные особенности процессов СФК как объектов управления 55
2.3. Экспериментальные исследования и статистический анализ переменных комплекса 62
2.4. Идентификация моделей комплекса 73
2.5. Выводы 88
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СУШИЛЬНО-ФИЛЬТРОВАЛЬШМ КОМПЛЕКСОМ 90
3.1. Разработка критериев и математическая формулировка задач оптимального управления 90
3.2. Решение задач оптимального управления комплексом в статике 98
3.3. Разработка алгоритмов управления СФК 109
3.4. Структура системы автоматизированного управления 125
3.5. Разработка локальных систем автоматического управления (ЛСАУ) технологическими процессами комплекса 131
3.6. Выводы 147
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ОШТНО-ПРОМЬШШЕНШХ ИСПЫТАНИЙ И ЭКОНОМИЧЕСКИМ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ СИСТНУІЬІ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ФИЛЬТРОВАЛЬНЫМ КШШІЖСОМ 150
4.1. Испытания средств автоматического контроля влажности калийного концентрата при создании систем управления комплексом 150
4.2. Опробование разработанных алгоритмов оптимального управления процессами СФК и их реализация 156
4.3. Экономический эффект от внедрения системы автоматизированного управления сушильно-фильт-ровальным комплексом 161
4.4. Выводы 163
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 165
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 168
ПРИЛОЖЕНИЕ I 180
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 187
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 194
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 197
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 198
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 199
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 200
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 202
ПРИЛОЖЕНИЕ 9 204
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" предусмотрено довести выпуск минеральных удобрений до 150-155 млн.т. в год, что является важным фактором увеличения продукции сельскохозяйственного производства. Одним из наиболее эффективных способов решения поставленной задачи является разработка и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).
Разработка и внедрение АСУТП является основной тенденцией развития современного промышленного производства. Применение теории идентификации и последних достижений теории управления, вероятностных методов и методов адаптивного управления, широкое привлечение средств вычислительной техники дают надежную гарантию существенного повышения эффективности функционирования технологических объектов.
В данной работе объектом исследования является сушильно-филътровалъный комплекс, включающий в себя процессы фильтрования и сушки калийного концентрата, являющиеся важным заключительным, этапом в цепи технологического обогащения сильвинитовых руд, определяющим основные показатели качества готового продукта - влажность и слеживаемостъ концентрата.
При разработке систем автоматизированного управления технологическими процессами наибольшее значение приобретает создание систем, которые могли бы воедино связывать эти процессы и управлять всем комплексом процессов в целом.В действительности,несмотря на многочисленные примеры успешного применения современных методов теории управления для оптимизации технологических процессов, вопросам построения математических моделей, разработки алгоритмов управления комплексом процессов в целом уделяется недостаточно внимания. Анализ существующих решений по автоматизации и управлению технологическими процессами фильтрования и сушки показал, что современный этап управления процессами обезвоживания концентрата в условиях СОФ характеризуется, как правило, системами автоматического контроля и регулирования каждого процесса в отдельности.
Супшльно-фильтровальный комплекс СОФ включает в себя последовательное соединение ряда параллельно работающих групп аппаратов: вакуум-фильтров и барабанных сушилок. При этом задача управления состоит не только в том, чтобы установить наиболее эффективный режим работы каждого аппарата в отдельности, но и в том, чтобы обеспечить оптимальную работу всего сушильно-фильтровального комплекса. Данная работа выполнена на актуальную для горно-химической промышленности тему, связанную с повышением эффективности управления технологическими процессами СФК за счет экономичного и рационального использования топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, улучшения качества выпускаемой продукции. Проблема повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов пронизывает все звенья народного хозяйства и имеет сложные и обратные связи, ее решение требует выработки обоснованных критериев оценки эффективности использования сырья,топлива, энергии [I].
ХХУТ съезд КПСС поставил задачу обеспечить за годы одиннадцатой пятилетки экономию топлива и энергетических ресурсов в народном хозяйстве в количестве 160-170 млн.т.у.т. Фильтрование и сушка концентрата являются важнейшими переделами из процессов обогащения руд, которые определяют экономное рациональное использование топлива, энергетических и сырьевых ресурсов при получении готового продукта.
Цель работы. Основной целью диссертационной работы является исследование технологических процессов фильтрования и сушки СОФ и разработка алгоритмов для создания автоматизированной системы управления сушилъно-фильтровалъным комплексом (СФК), обеспечивающей повышение эффективности использования топливно-энергетических, сырьевых ресурсов и качества выпускаемой продукции.
Поставленная цель определила решение следующих основных задач:
- выбор общего критерия эффективности и постановка задач управления комплексом;
- разработка математических моделей процессов фильтрования, сушки и комплекса в целом;
- разработка критериев И математическая формулировка задач управления технологическими процессами СФК с учетом взаимосвязей между ними;
- выбор методов и решение задач оптимального управления;
- разработка на основе решения этих задач алгоритмов и способов управления технологическими процессами, выбор структуры системы -автоматизированного управления СФК;
- опытно-промышленная проверка и техническая реализация выполненных исследований и разработок.
Научная новизна. Основное научное значение диссертационной работы заключается в том, что впервые в условиях СОФ процессы фильтрования и сушки исследованы как единый объект управления. Это позволило на основе статистически разработанных моделей и алгоритмов, учитывающих специфичность калийного производства, создать иерархическую систему автоматизированного управления сушильно-филь-тровальным комплексом, предусматривающую статическую оптимизацию его технологического режима.
Наиболее существенные новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:
- впервые применительно к СОФ получены основные взаимосвязи между определяющими переменными процессов фильтрования и сушки, учитывающие специфические особенности технологии получения калийного концентрата, существенно влияющие на технико-экономические показатели всего СФК;
- впервые для процессов фильтрования и сушки калийного концентрата разработаны критерии управления, отличающиеся простотой, четким физическим смыслом и в тоже время адекватно отражающие суммарные затраты комплекса в целом;
- впервые проведены постановка и решение задач оптимального управления процессами фильтрования и сушки концентрата в условиях СОФ с учетом взаимосвязи между ними, учитывающие распределение потоков питания между параллельно работающими аппаратами СФК по их характеристикам в соответствии с производительностью предшествующих переделов и требуемым качеством готового концентрата;
- разработан общий (комплексный) алгоритм управления СФК, включающий алгоритмы оптимального управления процессами фильтрования и сушки, а также согласования нагрузок и ввода водорастворимых антислеживающих добавок в высушенный концентрат;
- разработана структура системы автоматизированного управления СФК с использованием предложенных алгоритмов;
- разработаны способы управления отдельными технологическими процессами СФК и другими вариантами технологических схем обезвоживания, защищенные авторскими свидетельствами;
- разработан способ управления параллельно работающими сушильными аппаратами путем определения отношения количества испаренной влаги к расходу топлива для каждой сушилки, сравнения их
-между собой и распределения исходного материала в зависимости от величины этого отношения, обеспечивающей повышение экономичности расхода топлива (авторское свидетельство № 1039200);
- обоснована целесообразность применения методов и средств инфракрасной влагометрии в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами обезвоживания калийного концентрата.
Практическая ценность работы заключается:
- в использовании разработанных алгоритмов при расчете оптимальных режимов работы каждого аппарата, процесса и комплекса процессов обезвоживания в целом для различных СОФ;
- в реализации конкретных систем автоматического контроля и управления технологическими процессами СФК;
- в использовании разработанных алгоритмов и системы автоматизированного управления при проектировании АСУТП фильтрования, сушки и СФК СОФ.
Реализация результатов работы. Локальные системы автоматического контроля и регулирования процессов СФК, обеспечивающие нормальное функционирование разработанной системы автоматизированного управления, внедрены в промышленных условиях обогатительных фабрик ПО "Белорускалии". Разработанные алгоритмы управления СФК опробованы в промышленных условиях СОФ 2 РУ ПО "Белорускалии" в ручной реализации. Сравнительные результаты опробования в режимах фактически существующего и автоматизированного управления показали существенное улучшение показателей комплекса при автоматизированном управлении, выражающееся в уменьшении влажности осадка вакуум-фильтров в среднем на 0,25%, исключении пересушки концентрата на выходе барабанных сушилок, в среднем,на 0,1% абсолютных при одновременном сокращении расхода топлива на 11,8% и увеличении содержания остаточных флотореагентов (антислеживате - 9 -лей) в высушенном концентрате на 5,1$, что позволяет в целом уменьшить удельные эксплуатационные затраты на фильтрование и сушку, в среднем,на 0,069 руб/т.
По разработанным, алгоритмам, управления процессом сушки разработана, спроектирована и находится в стадии реализации модернизированная АСУТП комплекса сушильных установок СОФ І РУ ПО "Бело-рускалий" с применением УЕМ KM2I0I, обеспечивающая снижение расхода топлива, антислеживающих добавок и исключение пересушки концентрата. Гарантированный экономический эффект от ее внедрения составляет около 90 тыс.рублей в год.
Результаты проведенных исследований и разработок в полном объеме переданы в ГЇЇКИ "Проектавтоматика" для проектирования АСУТП СФК СОФ 2 РУ ПО "Белорускалий". Экономический эффект от внедрения всей системы автоматизированного управления составит 131,5 тыс.руб. в год.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на:
- республиканской научно-технической конференции "Автоматический контроль и управление производственными процессами",1979г., г.Могилев;
- республиканской конференции молодых ученых и специалистов, посвященной вопросам добычи и переработки калийных солей, 1980 г., г. Шнек;
- отраслевой научно-технической конференции молодых ученых по вопросам, совершенствования добычи и переработки калийных солей, 19 81 г., г,Ленинград;
- научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной вопросам добычи и переработки калийных солей Старобинского месторождения, 1982 г, г. Минск;
- республиканской научно-технической конференции "Автоматический контроль и управление производственными процессами", 1983 г., г. Могилев;
- научно-технической конференции Московского института химического машиностроения, 1983 г., г. Москва;
- в областном конкурсе на лучшую научно-техническую разработку, изобретение и предложение по экономии топливно-энергетических ресурсов, 1983 г., г. Минск (по итогам конкурса автор занял первое место);
- научно-технической конференции Белорусского технологического института, 1984 г., г. Минск;
- республиканской научно-технической конференции "Создание, внедрение и использование ресурсосберегающих техники и технологии", 1984 г., г. Минск;
- заседании химико-технологической секции НТО БФ ВНИИГалур-гии, 1983 г., г. Солигорск;
- заседании химико-технологической секции Ученого совета ВНЖГалургии, 1983 г. г. Ленинград;
- кафедре автоматизации производственных процессов Ленинградского горного института, 1984 г., г. Ленинград.
Публикации. Основное содержание и результаты диссертации опубликованы в .17 печатных работах, из которых четыре являются авторскими свидетельствами.
Работа выполнена в Солигорском отделении БФ ВНЖГалургии в соответствии с планами научных исследований лаборатории автомати-зации технологических процессов ВНИИГ по заказ нарядам: п _ол Б "Разработать автоматизированные системы управления технологическими комплексами переработки кажиного сырья",Б 04818500224 "Разработать и внедрить первую очередь автоматизированной системы управления технологическими процессами 4 РУ ПО "Белорусками" и
- II С-04828600255 "Разработать и внедрить автоматизированную систему управления технологическими процессами флотофабрики І РУ ПО "Белорускалий" на базе аппаратуры фирмы "Оутокумпу" при непосредственном участии автора - ответственного исполнителя этапов, относящихся к исследованию и разработке автоматизированных систем управления процессами фильтрования и сушки калийного концентрата.
В исследовательских и экспериментально-наладочных работах принимали участие сотрудники лаборатории № 2007 Киевского института автоматики (зав.лабораторией, к.т.н. А.Г.Астахов). Автор считает своим приятным долгом отметить неоценимую помощь, оказанную ему работниками ПО "Белорускалий" при проведении экспериментальных исследований, промышленных испытаниях и внедрении результатов исследований и разработок.
Похожие диссертации на Автоматизиованное управление сушильно-фильтрованным комплексом сильвинитовых обогатительных фабрик
