Введение к работе
Актуальность проблемы. Обогащение железных руд является неотъемлемой и важнейшей частью рудоподготовки в черной металлургии.
Недостаточная разведка новых месторождений и истощение ныне существующих приводит к усилению внимания к вопросам автоматизации производства.
Если на обогатительных предприятиях цветной металлургии автоматизация ограничивается системами стабилизации загрузки мельниц, плотности слива классификаторов и соотношения «руда-вода», то на железорудных обогатительных фабриках даже эти системы встречаются в единичных экземплярах.
Причинами этого являются: сложность технологического процесса, наличие больших потоков рециркуляции веществ, зависимость эффективности обогащения от вещественного состава поступающей руды, тяжелые условия работы оборудования автоматизации. Кроме того, стоимость продукции железорудных фабрик ниже аналогичной стоимости продукции фабрик цветной металлургии, что затрудняет окупаемость систем автоматики.
Тематика диссертационной работы направлена на разработку новых решений в области создания систем автоматического управления и связана с перспективными планами развития предприятия «Информационные горные технологии» и Уральского завода информационно-управляющих систем. Предприятия горной промышленности неоднократно подтверждали необходимость автоматизации процесса обогащения, что нашло отражение в исследованиях института «Уралмеханобр», на базе которого и при его содействии выполнено экспериментальное обоснование предлагаемых решений.
Ввиду изложенного тематика диссертационной работы является актуальной.
Цели и задачи диссертации. Целью диссертации является разработка системы автоматического управления обогатительным процессом с использованием современных технических и программных средств. Для достижения этой цели должны быть решены следующие задачи.
1. Разработать математические модели внутреннего механизма основных технологических процессов обогатительных фабрик (ОФ), позволяющие обосновать структуру функциональных моделей преобразующих каналов рассматриваемого объекта управления (ОУ).
Выявить основные факторы, оказывающие влияние на качество выходного продукта ОФ, на основе которых должны разрабатываться автоматические системы регулирования (АСР).
Разработать методы идентификации объектов управления с учетом особенностей процесса обогащения железных руд.
Разработать метод управления процессом мокрого магнитного обогащения (ММО), отличающийся от существующих большей точностью и учетом возмущающих воздействий.
Разработать структуру системы и алгоритм управления процессом ММО.
Методы исследования включают в себя:
Обобщение практического опыта, математическое моделирование, анализ физических процессов в обогатительных агрегатах, использование математической статистики, в том числе факторного анализа, теории автоматического управления, цифровой фильтрации сигналов.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
1. Математические модели внутреннего механизма процесса
измельчения, магнитной сепарации и классификации, основанные на
уравнениях, полученных на основе законов преобразования и перемещения
руды в агрегатах, и позволяющие обосновать структуру функциональных
моделей преобразующих каналов рассматриваемого объекта управления.
Выявленные с помощью корреляционного и факторного анализа технологические показатели процесса ММО - тип руды, качество помола и классификации - оказывающие наибольшее влияние на качество выходного продукта обогатительных фабрик.
Методы идентификации промышленных объектов, основанные на обработке кривых переходного процесса, полученных в ответ на изменения входных воздействий монотонно изменяющейся формы, реализуемые исполнительным механизмом с постоянной и переменной скоростью.
Структура комбинированной системы, метод и алгоритм управления головной мельницей, основанные на косвенном определении типа руды путем нанесения пробных воздействий по загрузке и последующем спектральном анализе сигнала, характеризующего шум мельницы.
Практическая значимость. Разработанные в диссертации математические модели, методы и алгоритмы могут быть использованы при проектировании новых и совершенствовании действующих систем управления процессами мокрого магнитного обогащения железных руд, а
также для обучения студентов и повышения квалификации персонала по автоматизации технологических процессов.
Реализация результатов.
Разработанные методы идентификации использованы в учебном процессе. Методика оценки влияющих факторов применена в производственной деятельности Уральского завода информационно-управляющих систем, о чем имеются акты внедрения.
Предмет защиты. На защиту выносятся:
математические модели внутреннего механизма процессов горнообогатительных агрегатов, основанные на физических законах преобразования железной руды;
методы идентификации промышленных объектов управления, основанные на обработке кривых переходного процесса, полученных в ответ на изменения входных воздействий монотонно изменяющейся формы;
результаты применения факторного анализа к основным факторам технологических процессов ММО;
структура комбинированной системы, метод и алгоритм управления головными обогатительными агрегатами процесса ММО.
Личный вклад автора заключается в проведении экспериментов на действующем оборудовании, получении математической модели магнитного сепаратора в виде нелинейного дифференциального уравнения, математическом описании грохота на основе модели псевдоожижения, определении вида реальных входных воздействий на ОФ, разработке метода управления мельницей по соотношению двух основных частотных составляющих шума, применении факторного анализа для определения структуры АСР процесса ММО, разработке алгоритма и программы микроконтроллерного регулятора.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на Международном научно-промышленном симпозиуме «Уральская горная школа - регионам», Екатеринбург, 2009 г., XVI Международной конференции молодых ученых, Екатеринбург, 2009 г., Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», Екатеринбург, 2010 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 7 статей в периодическом издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка, одиннадцати приложений, содержит 197 страниц машинописного текста (из них 160 страниц основной части работы и 38 страниц приложений), в том числе 44 рисунка и 23 таблицы (не учитывая рисунков и таблиц в приложениях).
