Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Процессы дробления и измельчения в технологии извлечения золота из руд являются наиболее энергоемкими процессами, затраты на эти процессы составляют 30-50 % себестоимости горно-обогатительного передела. От качества измельчения напрямую зависит производительность всех последующих стадий обработки материала, и в конечном итоге эффективность работы фабрики в целом.
Современный уровень развития математического аппарата позволяет расширить представления о сущности процессов измельчения, строить более совершенные математические модели мельничного агрегата как объекта управления. Эти модели позволяют решать технологические задачи измельчения при стабилизации массового расхода пульпы заданного класса крупности без повышения энергопотребления.
Существующие системы автоматического управления процессом измельчения позволяют решать только одну из задач: либо стабилизации массового расхода золотосодержащей пульпы требуемой фракции крупности, либо снижения энергозатратности работы измельчающего агрегата. Поэтому задача комплексной автоматизации процесса измельчения с целью стабилизации готового продукта и снижения энергопотребления является актуальной.
Цель работы.
Цель работы состоит в разработке системы автоматического управления процессом измельчения золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице, позволяющей повысить эффективность производства и качества дисперсных материалов в процессе рудоподготовки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать математическую модель процесса разрушения рудного тела в шаровой барабанной мельнице.
-
Разработать математическую модель формирования массопотока требуемой фракции крупности в шаровой барабанной мельнице.
-
Разработать систему автоматического управления параметрами процесса измельчения, обеспечивающую устойчивую работу шаровой барабанной мельницы с заданными технологическими параметрами.
-
Разработать алгоритм управления частотой вращения барабана мельницы для поддержания требуемого режима измельчения.
Идея работы заключается в создании многоконтурной системы автоматического управления процессом измельчения золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице, в которой при помощи разработанной математической модели процесса идентифицируется текущий параметр качества руды.
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Разработанная математическая модель объекта управления — технологического процесса измельчения золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице — описывает функциональное соотношение между входным массовым расходом руды и фракционным составом готового продукта мельницы.
-
Разработанный алгоритм автоматической идентификации коэффициента диффузии измельчаемого материала позволяет находить в явном виде передаточную функцию объекта управления.
-
Разработанная многоконтурная система автоматического управления параметрами процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице позволяет на основе алгоритма параметрической идентификации стабилизировать массовый расход готового продукта мельницы требуемого фракционного состава.
-
Разработанный алгоритм управления в контуре регулирования частоты вращения барабана шаровой барабанной мельницы позволяет поддерживать рациональный режим измельчения в зависимости от загрузки мельницы, что ведет к снижению энергопотребления процесса измельчения.
Научная новизна работы.
-
Предложенная математическая модель технологического процесса измельчения золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице впервые позволяет описать функциональное соотношение между входным массовым расходом руды и фракционным составом готового продукта мельницы.
-
Алгоритм автоматической идентификации коэффициента диффузии измельчаемого материала впервые позволяет в темпе реального времени модифицировать передаточную функцию в соответствии с изменяющимися условиями.
-
Многоконтурная система автоматического управления параметрами процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице отличается от известных комплексным решением задачи стабилизации массового расхода готового продукта требуемого класса крупности вместе с поддержанием требуемого скоростного режима барабана мельницы.
-
Разработанный алгоритм управления в контуре регулирования частоты вращения барабана шаровой мельницы отличается тем, что впервые на основании уравнения материального баланса позволяет найти степень заполнения мельницы.
Методы исследования.
При построении математической модели процесса разрушения рудного тела использовались методы динамического деформирования и разрушения горных пород. При анализе математической модели процесса массообразования требуемой фракции крупности использовались методы теории массопереноса и диффундирования в многофазных средах. Методы решения дифференциальных уравнений. Расчеты математических моделей производились с использованием пакета прикладных программ Matlab.
Практическая значимость.
Предложенная математическая модель и разработанная структура многоконтурной системы автоматического управления параметрами процесса измельчения, алгоритм стабилизации массового расхода готового продукта мельницы требуемого фракционного состава могут быть использованы для построения АСУТП измельчения руды, что расширяет возможности автоматизации различных шаровых барабанных мельниц в отделениях рудоподготовки обогатительных фабрик.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы предприятием ООО «ИЛЬДИКАНЗОЛОТО» (п.Чашино-Ильдикан, Читинская область) для построения системы автоматического управления шаровой барабанной мельницей участка рудоподготовки обогатительной фабрики. Предложенная структура системы автоматического управления и методика построения математической модели процесса измельчения золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице используются при чтении спецкурсов в процессе подготовки специалистов по направлению 220400 – «Автоматизация и управление».
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов.
Достоверность обеспечена установлением адекватности математической модели, подтвержденной близостью результатов экспериментальных данных и математического моделирования; корректным применением законов и теорем механики, строгими математическими выкладками при решении дифференциальных уравнений, а также весьма малым отличием результатов математического моделирования и аналитического расчета при решении тестовых задач.
Апробация результатов работы.
Результаты работы доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры «Автоматика и управление в технических системах» МГГУ, международных научных конференциях "Неделя горняка" (Москва, 2010 — 2012), ежегодной научно-технической конференции «Организация общекорпоративных ИТ-процессов – 2012» (г.Москва), 16-м международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (г.Алушта, 2007).
Публикации.
Основное содержание диссертации опубликовано в 6 научных работах, в том числе 3 - в изданиях, предусмотренных перечнем ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 104 наименований, содержит 44 рисунка и 8 таблиц.
