Введение к работе
Актуальность работы. Для осуществления процесса автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья в промышленности применяются печи различных типов и мощностей. Наиболее перспективным на сегодняшний день в России по технологическим показателям и техническому исполнению является процесс Ванюкова (ПВ, или плавка в жидкой ванне – ПЖВ). Автогенная плавка в печи Ванюкова относится к сложным трудноформализуемым технологическим процессам, функционирующим в условиях большой неопределенности: нечеткости исходных параметров, низкой точности оперативной информации, отказов каналов связи, большого запаздывания при передаче информации по уровням управления и др. Поэтому управление этим процессом на базе традиционного моделирования является малоэффективным и требуется разработка новых методов и подходов к описанию автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья.
Значительный вклад в изучение, развитие и усовершенствование процесса Ванюкова и алгоритмов управления им внесли А.В. Ванюков, А.Д. Васкевич, В.П. Быстров, А.В. Гречко, З.Г. Сали-хов, Е.И. Ежов, Л.Ш. Цемехман, А.Н. Федоров, А.В. Спесивцев, И.Е. Зыков и др.
Существующие системы управления процессом автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья позволяют контролировать основные параметры процесса и управлять им с участием оператора. Однако, несмотря на все достоинства этих систем, они отличаются нерациональностью управления вследствие ограниченных возможностей оператора, физически неспособного обрабатывать большое количество потоков информации; ручным вводом данных, что снижает их универсальность; а также отсутствием математического аппарата, который позволял бы получать полезную информацию из данных оперативного контроля и обеспечивал бы идентификацию значений основных параметров процесса. В связи с этим возникает необходимость в разработке высокоэффективной автоматизированной системы управления качеством продуктов автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья в печи Ванюкова.
Исследования выполнялись в соответствии с госбюджетной тематикой НИР СПГГИ (ТУ) по теме 6.30.020 «Разработка систем управления сложными техническими объектами с использованием математических моделей в контуре управления» (I кв. 2008 – IV кв. 2010 гг.), а также с грантом СПГГИ (ТУ) «Подготовка диссертации на соискание ученой степени кандидата наук» (2008 год).
Цель работы. Повышение качества управления процессом автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья для стабилизации содержания меди в штейне.
Задачи работы:
1. Выбор и обоснование технологических параметров, влияющих на получение штейна заданного состава.
2. Разработка математического аппарата для управления технологическим процессом автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья.
3. Синтез системы управления процессом автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья, оценка ее эффективности и выработка рекомендаций по ее применению.
Методика проведения работы. Анализ работы промышленного объекта в условиях действующего производства и известных технических решений по управления автогенными процессами в цветной металлургии. Теоретические исследования основаны на методах статистического, регрессионного и дисперсионного анализа, теории нечетких множеств, математического моделирования и специальных методах теории автоматического управления.
Научная новизна работы:
1. Обосновано, что формирование функций принадлежности основных параметров процесса Ванюкова целесообразно проводить на основе статистического распределения данных оперативного контроля с применением метода нечетких с-средних.
2. Предложен подход к извлечению полезной информации из исходного числового материала, представляющий собой совокупность классических методов предварительной обработки данных оперативного контроля и интеллектуального дополнения, заключающегося в систематизации данных по режимам работы печи.
3. Научно обоснована необходимость лингвистического описания зависимости содержания меди в штейне от расхода шихты, технического кислорода и производных от них параметров, и показана возможность такого описания, представленная набором логических правил, учитывающим варианты состояний процесса автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья.
Практическая значимость работы:
1. Разработана модель количественной оценки содержания меди в штейне, позволяющая прогнозировать содержание меди в штейне с относительной ошибкой не превосходящей 6 %.
2. Разработан способ автоматического управления содержанием меди в штейне с применением методов нечеткой логики, позволяющий вести процесс автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья с повышением содержания меди в штейне (заявка на изобретение «Способ автоматического управления содержанием меди в штейне» № 2010133350 от 09.08.2010 г.).
3. Установлено, что применение в системе управления процессом Ванюкова модели количественной оценки содержания меди в штейне позволяет в реальном времени осуществлять корректировку управляющих воздействий и повышать качество управления в условиях неполноты информации о ходе протекания процесса.
4. Научные результаты работы используются в учебном процессе химико-металлургического факультета СПГГИ (ТУ) для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».
Основные защищаемые положения:
1. Модель количественной оценки содержания меди в штейне, представленная в виде базы правил, позволяет учитывать изменения технологического режима и обеспечивает прогнозирование значений содержания меди в штейне на основании данных оперативного контроля со значением ошибки моделирования не превосходящей 6 % (относ.).
2. Включение модели количественной оценки содержания меди в штейне в структуру автоматизированной системы управления автогенной плавкой медно-никелевого сульфидного сырья позволяет осуществлять корректировку управляющих воздействий и повысить качество управления процессом.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на III, IV и V Международной научно-практической конференциях «Инновационные технологии автоматизации и диспетчеризации горнодобывающих и перерабатывающих предприятий» в СПГГИ (Санкт-Петербург, 2008 – 2010); на Международной выставке-конгрессе «Инновационные технологии, моделирование и автоматизация в металлургии» в ВК «РЕСТЭК» (Санкт-Петербург, 2009); на научно-техническом совещании «Электротермия–2010» в СПГТИ (Санкт-Петербург, 2010); на Международном форуме молодых ученых «60. Berg- und Htten-mnnischer Tag» (Фрайберг, Германия, 2009); на XI Международной научно-технической конференции по мягким вычислениям и измерениям «SCM-2008» в СПЭТУ (Санкт-Петербург, 2008); на Международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» в СПГГИ (Санкт-Петербург, 2008); на конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» в СПГГИ (Санкт-Петербург, 2008); на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. XXXVI и XXXVII Неделя науки. СПГПУ (Санкт-Петербург, 2007, 2008); на Международной конференции «Автоматизация и моделирование технологических процессов в металлургии и машиностроении» в ВК «Ленэкспо» (Санкт-Петербург, 2007); а также семинарах кафедры автоматизации технологических процессов и производств СПГГИ (ТУ).
Достоверность научных результатов. Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена совпадением результатов моделирования с данными оперативного контроля. Эффективность предложенных мероприятий подтверждена вычислительными экспериментами и внедрением.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных трудов. Подана заявка на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и четырех приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 122 наименований.
Похожие диссертации на Автоматизированная система управления процессом автогенной плавки медно-никелевого сульфидного сырья на основе нечеткой логики
