Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Общее состояние проблемы исследования 10
1.1 Структурная схема измельчительного комплекса как объекта управления 10
1.2 Анализ существующих способов обработки руд перед измельчением 11
1.3 Анализ существующих САУ измельчительным комплексом 15
1.4. Теоретические сведения об импульсной электромагнитной обработке руды 30
Выводы по главе 1 34
Глава 2. Разработка алгоритма управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды 35
2.1 Определение оптимального параметра импульсного воздействия при разупрочнении рудных материалов 35
2.2 Исследование влияния режимов импульсной электромагнитной обработки на изменение физико-механических свойств руды 42
2.3 Алгоритм управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды 51
Выводы по главе 2 57
ГЛАВА 3. Разработка математической модели функционирования измельчительного комплекса 58
3.1 Разработка математической модели измельчительного комплекса как объекта управления... 58
3.2 Разработка математической модели САУ измельчительным комплексом 66
3.3 Разработка математической модели функционирования измельчительного комплекса в пакете прикладных программ Matlab
Выводы по главе 3 86
4. Разработка структуры сау измельчительным комплексом с применением импульсной электромагнитной обработки руды 87
4.1 Обобщенная структурная схема САУ измельчительным комплексом 87
4.2 Структурно-функциональная схема САУ процессом импульсной электромагнитной обработки руды 89
4.3 Моделирование САУ процессом импульсной электромагнитной обработки руды в программе MicroCap 92
Выводы по главе 4 98
Заключение 99
Список литературы
- Анализ существующих способов обработки руд перед измельчением
- Исследование влияния режимов импульсной электромагнитной обработки на изменение физико-механических свойств руды
- Разработка математической модели функционирования измельчительного комплекса в пакете прикладных программ Matlab
- Структурно-функциональная схема САУ процессом импульсной электромагнитной обработки руды
Введение к работе
Актуальность работы. Процессы переработки труднообогатимого рудного сырья занимают особое место на горно-обогатительных комбинатах России и за рубежом. При этом решающую роль играет измельчение полезных ископаемых, так как именно оно во многом определяет качество получаемой продукции, от продажи которого зависит прибыль горнорудного предприятия. Процесс измельчения характеризуется большой энергоемкостью – примерно 55-60% энергии от общих энергозатрат железорудных ГОКов расходуется на процесс измельчения. К примеру, годовое потребление энергии фабрик, перерабатывающих около 30 млн. тонн руды в год, превышает в среднем 1,5 млрд. кВтч. При этом в себестоимости готового продукта-концентрата измельчение составляет порядка 50%.
Приведенные данные дают представление об экономическом эффекте, который может быть получен на ГОКах при оптимизации режимов энергопотребления мельниц, что, в свою очередь, связано с управлением заполнением их измельчаемым материалом.
Отклонение степени внутримельничного заполнения от заданного значения приводит к снижению производительности и эффективности. Считается, что максимальная эффективность измельчения соответствует и наилучшей технологической эффективности, когда производительность по готовому классу максимальна. Поэтому снижение энергоемкости помола является важной народнохозяйственной проблемой. Ее решения возможно достигнуть средствами автоматизации и управления технологическим процессом измельчения, а также применением различных способов предварительной обработки сырья перед измельчением, позволяющих вызывать изменение крепости, твердости, прочности, измельчаемости, модуля упругости, хрупкости и др. Эти способы требуют автоматического регулирования режимов воздействия в зависимости от изменяющихся условий.
Поэтому задача разработки автоматической системы управления измельчительным комплексом остается актуальной.
Целью исследования является разработка структуры системы автоматического управления измельчительным комплексом, содержащим средство для импульсной электромагнитной обработки руды, которое позволяет повысить производительность работы мельницы.
Задачи исследования. Указанная цель определила следующие задачи исследования:
найти оптимальный режим разупрочнения рудного материала при электромагнитном воздействии на него;
разработать обобщенную математическую модель функционирования измельчительного комплекса;
разработать алгоритм управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды;
разработать структуру системы автоматического управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды;
разработать структуру системы автоматического управления измельчительным комплексом с применением импульсной электромагнитной обработки руды.
Идея работы состоит в использовании системы автоматического управления средством электромагнитного воздействия, разупрочняющего рудный материал, для повышения производительности измельчительного комплекса.
Защищаемые научные положения:
-
Получено функциональное соотношение для определения оптимального значения параметра импульсного воздействия при разупрочнении рудных материалов, который используется в алгоритме управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды.
-
Разработана математическая модель функционирования измельчительного комплекса как объекта управления, отличающаяся более полным описанием компонентов комплекса и позволяющая исследовать влияние импульсной электромагнитной обработки руды на показатели работы комплекса.
-
Разработана структура системы автоматического управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды, позволяющей поддерживать режим импульсного воздействия на рудный материал при нестабильности характеристик пульпы.
-
Разработана структура системы автоматического управления измельчительным комплексом с применением импульсной электромагнитной обработки руды, которая адаптивно изменяет параметр регулятора в зависимости от физико-механических свойств рудного материала и позволяет повысить производительность измельчительного комплекса.
Научная новизна работы:
-
Впервые получено функциональное соотношение, позволяющее определять оптимальное значение параметра импульсного воздействия при разупрочнении рудных материалов, который используется в алгоритме управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды.
-
Предложенная математическая модель функционирования измельчительного комплекса как объекта управления отличается от известных более полным описанием компонентов комплекса и позволяет исследовать влияние импульсной электромагнитной обработки руды на показатели работы комплекса.
-
Предложенная структура системы автоматического управления измельчительным комплексом отличается от известных наличием в ней дополнительной локальной системы автоматического управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы структурного анализа, методы классической теории автоматического управления, методы статистического анализа, схемотехнического и математического моделирования. Применено современное программное обеспечение Microсap-9, Matlab 7.11.0, MS Excel-2010 для построения моделей и обработки данных.
Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждаются корректным применением методов описания динамики измельчительных агрегатов, методов статистического анализа и классической теории автоматического управления; актами об использовании результатов диссертационной работы и патентом на изобретение.
Практическая значимость.
-
Впервые предложена структура системы автоматического управления процессом электромагнитной обработки руды, которая позволит поддерживать режим импульсного воздействия на рудный материал при нестабильности характеристик пульпы.
-
Впервые предложена структура системы автоматического управления измельчительным комплексом с применением импульсной электромагнитной обработки руды, которая позволит адаптивно изменять параметр регулятора в зависимости от физико-механических свойств руды и повысить производительность измельчительного комплекса.
-
Предложенная математическая модель, разработанная структура системы автоматического управления измельчительным комплексом и алгоритм управления процессом электромагнитной обработки руды могут быть использованы для построения АСУТП, что расширяет возможности автоматизации измельчительных агрегатов на обогатительных фабриках.
Реализация результатов. Результаты диссертационной работы использованы при проектировании опытной партии промышленного оборудования, поставляемого в рамках инновационного контракта на Аньшаньский горно-металлургический комбинат (КНР), а также планируются к использованию при формировании перспективных планов развития производства товарной продукции ОАО «Евразруда». Предложенная структура системы автоматического управления измельчительным комплексом и методика построения математических моделей измельчительных агрегатов используются при чтении дисциплин «Элементы и устройства систем управления», «Электромеханические системы», «Моделирование систем управления» в процессе подготовки специалистов по направлению 220400 — «Управление в технических системах».
Личный вклад автора заключается в постановке целей и формулировке задач исследований, выборе теоретических и расчетных методов их решения. Автор принимал непосредственное участие в разработке алгоритма управления процессом импульсной электромагнитной обработки, модели функционирования измельчительного комплекса, структуры системы автоматического управления измельчительным комплексом.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII, XVI Международных экологических конференциях студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века» (МГГУ- 2008, 2012 гг.), на семинарах 5-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов (г. Москва, ИПКОН РАН, 2008 г.), ежегодном научном симпозиуме «Неделя горняка» (МГГУ, 2009 г.), на научных семинарах кафедры «Автоматика и управление в технических системах» (МГГУ, 2009 — 2012 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, 4 из которых входят в перечень ВАК Минобрнауки. Получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 110 наименований, содержит 47 рисунков и 2 таблицы.
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность кандидату технических наук, доценту Валерию Александровичу Грошеву, а также кандидату технических наук, Генеральному директору «Научно-образовательного центра «Инновационные горные технологии» Павлу Петровичу Ананьеву за постоянную помощь в выполнении работы, ценные предложения и обсуждение результатов работы.
Анализ существующих способов обработки руд перед измельчением
Регулируемыми переменными являются следующие параметры: - плотность пульпы р (т/м3); - содержание готового класса ГОт(%); - средняя крупность частиц d (мм) ; - производительность мельницы по готовому классу Qror (т/ч); - мощность Р (кВт), потребляемая приводным двигателем мельницы. На рис. 1.3.1 приведены обобщенные статические характеристики барабанных мельниц и спиральных классификаторов. Характеристики (рис. 1.3.1, а) отражают зависимости между производительностью по исходной руде Q на входе мельницы и величиной ее заполнения М. Обобщенные статические характеристики (рис. 1.3.1, б) между заполнением М и производительностью по готовому классу Qr0T в разгрузке мельницы носят нелинейный характер. Существует область оптимальных значений внутримельничного заполнения Momi, которой соответствует максимум производительности по готовому классу Qr0T. Ширина этой области зависит от различных факторов: величины и состояния шаровой нагрузки, свойств исходного материала, расхода воды в мельницу и др. Наличие экстремума объясняется тем, что при увеличением М гидростатическое давление в мельнице растет. Это приводит к интенсификации разгрузки материала, а следовательно, к уменьшению времени его измельчения и прироста производительности по готовому классу А2гот- В области Мопт/ положительный прирост А2гот прекращается. При дальнейшем увеличении заполнения мельницы, интенсивность выхода материала в ее разгрузке становится такой, что прирост AQr0T становится отрицательным. Работа на падающем участке рассматриваемой характеристики нерациональна, так как условия измельчения неудовлетворительны, и измельчительный агрегат работает неустойчиво [20, 64
Статические характеристики Р =/{М), показанные на рис. 1.3.1, в также носят экстремальный характер, но области Моті(см. рис. 1.3.1, б и в) в общем случае могут не совпадать, так как дрейф экстремальных значений мощности Р вдоль оси абсцисс обусловлен износом шаров и футеровки барабанных мельниц, а вдоль оси ординат —изменением плотности пульпы внутри мельницы и удельного веса исходной пульпы. Дрейф статических характеристик 2ГОТ= j{M) (см. рис. 1.3.1, 6) происходит за счет изменения свойств исходного сырья, соотношения между питанием Q и песками П [20, 64].
На рис. 1.3.1, г показаны зависимости между плотностью слива классификатора р и расходом воды в его ванну Л, на рис. 1.3.1, д — между плотностью его слива и содержанием готового класса в его сливе groT, а на рис. 1.3.1, е — между расходом песков П классификатора и расходом воды В в его ванну. Из графиков (рис 1.3.1, г, д, ё) следует, что наиболее эффективным регулирующим воздействием на процесс классификации является изменение расхода воды В [20, 64].
Рассмотрим систему стабилизации внутримельничной нагрузки (рис. 1.3.2). Если условия транспортирования материала внутри барабана мельницы стабильны, то суммарный расход материала на ее входе Qz — П + Q будет пропорционален заполнению М, т. е. М = ЦП + Q), где к — постоянный коэффициент, который зависит от конструктивных параметров мельницы, свойств измельчаемого материала. Для контроля переменных Q и П используются измерительные устройствами ИУ1 и ИУ2 (или ИУ5). Сигналы, пропорциональные QHIJ, поступают на вход сумматора СУМ и на регулирующее устройство Ріс задатчиком ЗД1. Установкой ЗД1 выбирается необходимое значение к(П + Q). При отклонении расхода песков П текущее значение М/ отклоняется от заданного, исполнительный механизм ИМ1 изменяет положение регулирующего органа РОЇ питателя, что приводит к изменению расхода материала из бункера Б на конвейер К, т. е. к изменению производительности Q. Недостатком такого способа стабилизации заполнения М является зависимость коэффициента к от изменения свойств измельчаемого материала [20, 64].
Рассмотрим систему стабилизации транспортирования материала внутри мельницы, которая осуществляет регулирование заданного отношения твердого к жидкому Т/Ж (или руда—вода) на входе мельницы М (см. рис. 1.3.2). В этом случае заданное соотношение между суммарным расходом исходного питания Q и песков П к расходу воды в мельницу В поддерживается постоянным: Т О. Q + U , /і о 1\ — = = = b = const (1.2.1) Ж В В ч где Ъ — коэффициент, определяющий заданное соотношение Т/Ж. Данная система содержит ИУ1 и ИУ5 — измерительные устройства расхода руды Q и песков 17 соответственно; СУМ — сумматор (2s = Q + П) , Р2 — регулирующее устройство соотношение Т/Ж с задатчиком ЗД2; ИУ4 — измерительное устройство расхода воды В , Р02— регулирующий орган [20, 64].
При изменении величины Qz происходит отклонение QYIB от заданного значения. При помощи исполнительного механизма ИМ2 и Р02 изменяется расход воды В в мельницу до тех пор, пока Qi/B не достигнет заданного значения. Если гранулометрический состав или средняя крупность d исходной руды меняется в достаточно широких пределах, стабилизация заданного постоянного соотношения Т/Ж становится неэффективной в связи с тем, что это приводит к колебаниям гранулометрического состава материала в разгрузке мельницы, которые можно уменьшить, если поддерживать соотношение Т/Ж пропорционально d : L= k = bi (13.2) где Ь — коэффициент пропорциональности [20, 64].
Схема системы стабилизации содержания готового класса в сливе классификатора приведена на рис. 1.3.2. Она состоит из ИУЗ — измерительного устройства; РЗ — регулятора с задатчиком ЗДЗ, ИМЗ —исполнительного механизма, РОЗ — регулирующего органа расхода воды в ванну классификатора. Применение системы стабилизации плотности в разгрузке мельницы позволяет равномерно транспортировать измельчаемый материал. Однако она не получила широкого распространения на горнообогатительных комбинатах из-за неудобства установки и эксплуатации плотномеров в разгрузке мельницы, в транспортирующем желобе, а также из-за неудовлетворительных переходных процессов в сливе классификатора при изменении расхода воды на входе мельницы [20, 64].
Исследование влияния режимов импульсной электромагнитной обработки на изменение физико-механических свойств руды
Эффективность измельчения с использованием электромагнитного воздействия во многом обусловлена выбором и поддержанием на оптимальном уровне определенного режима электромагнитной обработки, характеризующегося количеством импульсов на каждую порцию рудного материала, проходящего через индуктор установки [8]. Необходимо выяснить, может ли изменение характеристик пульпы, таких как соотношения Т:Ж, плотности, вязкости, вызывающих отклонение ее скорости течения, повлиять на режимы ИЭМО.
Для этого определим следующие параметры. Время прохождения потока пульпы /и через индуктор ИЭМО: и=- (2.2.1) где /и—длина рабочей зоны индуктора, м; vn — скорость потока пульпы через индуктор, м/с. Период следования импульсов ИЭМО Гсл: т -- г-Ъ=1 (2-2-2) где N— количество импульсных воздействий на поток пульпы; Из формулы (2.2.2) выразим N: # = —. (2.2.3) Из (2.2.3) следует, что поддержание оптимального режима на практике оказывается зачастую невыполнимым из-за нестабильности характеристик пульпы, влияющих на ее скорость.
При отклонении скорости пульпы режим электромагнитного воздействия на рудный материал перестает быть оптимальным, что отрицательно влияет на работу измельчительного агрегата.
Поэтому первая задача управления заключается в стабилизации режима электромагнитной обработки при нестабильности характеристик пульпы, которую можно достигнуть пропорциональным изменением параметра fCJl при отклонении vn (см. ф. 2.2.3).
Из физико-механических свойств руды выберем наиболее общее понятие «измельчаемость», которое характеризует сопротивление размолу, и зависит от многих других свойств горных пород, таких как прочность, крепость, текстурной и структурной характеристики и др. Количественное выражение измельчаемости имеет важное практическое значение, так как оно необходимо для расчета размеров и числа мельниц при проектировании новых установок, для установления их норм производительности, находящихся в эксплуатации, а также — для оптимизации их технологических режимов. Для определения коэффициента относительной измельчаемости материала можно использовать известную методику имитации замкнутого цикла измельчения в лабораторной мельнице, которая получила название методики профессора С. Е. Андреева [16]. Опишем кратко данную методику. 1. В мельницу загружается исходная навеска массой QQ. 2. Исходная навеска материала измельчается в лабораторной шаровой мельнице в заданных условиях в течение определенного времени, постоянного для всех циклов. 3. Мельница загружается стальными шарами. 4. Берется руда крупностью -4,7 мм. 5. К навеске добавляется вода так, чтобы выдержать объемное отношение твердое к жидкому Т:Ж = 1:1. 6. Навеска руды измельчается в течение определенного времени. 7. Материал рассевается на сите 0,071 мм. 8. Остаток взвешивается. Масса верхнего крупного продукта в разгрузке мельницы Si (недоизмельченный крупный класс): si=Q0-Pl, где Р\ — масса готового продукта. 9. К нему добавляется исходная руда в количестве, равном массе крупного материала, выделенного после I цикла измельчения, и исходного продукта в следующем соотношении: Й-а+ -, (2.2.4) щ щ где щ = —— — коэффициент сокращения навески, а также вода для щ разжижения при соотношении Т:Ж =1:1. Масса верхнего продукта грохота S2=Qo-P2. 10. В III цикле загрузка материала в мельницу верхнего продукта: а- = &+А (2.2.5) т2 т2 где т, - - —— — коэффициент сокращения навески. щ Масса верхнего продукта грохота III цикла S3=Qo-P3. 11 .В w-м цикле: ,"= —+— (2.2.6) Масса крупного класса в разгрузке мельницы (надрешетный продукт) после 1,2,..., п-го цикла, который получился бы в условиях непрерывного процесса, =Qo—Pn 12. Эти операции повторяются до тех пор, пока выход готового класса — 0,071 мм не станет постоянным. Т.е. эксперимент повторяется до тех пор, пока не наступит установившийся режим, при котором масса готового продукта в последних трех циклах становится одинаковой. Производительность мельницы Q находится по массе Р„ готового продукта, выдаваемого из цикла, и времени измельчения / в условиях установившегося процесса: С- (2-2-7) Удельная производительность мельницы по готовому продукту [кг/(дм3ч)] определяется по формуле: a =L , (2.2.8) 4 tv где t — время измельчения, мин; V — объем мельницы. Коэффициент относительной измельчаемости [2, 16]: изм q tV-60-P Р К } где q — удельная производительность при измельчении эталонного материала, г/цикл дм ; Рэт — производительность при измельчении эталонного материала, г/цикл; Схема проведения лабораторных исследований показана на рис.2.2.1, а. В лаборатории НП «Научно-образовательный Центр «Инновационные горные технологии» для определения коэффициента относительной измельчаемости была использована данная методика. Поэтому для эксперимента были взяты три сорта руды с месторождения Курской магнитной аномалии. Будем их условно называть: сорт № 1, сорт № 2, сорт № 3.
Разработка математической модели функционирования измельчительного комплекса в пакете прикладных программ Matlab
Как уже было оговорено в главе 1, части 1.3 для обеспечения максимальной производительности по готовому классу необходимо реализовать как минимум три связанные локальные САУ: 1) систему поддержания оптимальной внутримельничной нагрузки измельчаемым материалом, 2) систему стабилизации содержания готового класса в сливе классификатора, 3) систему стабилизации транспортирования материала внутри мельницы. Для упрощения модели примем допущение, что две последние системы функционируют идеально, поэтому будем рассматривать только первую систему. Модель системы стабилизации внутримелышчного заполнения Из рис. 2.2.3, а следует, что при ИЭМО для стабилизации заполнения мельницы р требуется манипулировать производительностью. Поэтому для создания модели системы поддержания оптимальной внутримельничной нагрузки измельчаемым материалом требуется настроить регулятор производительности питателя. Последовательное соединение динамических звеньев питателя Wnm\, Wnm2, конвейера конв. мельницы WM\, WM2 представляется моделью вида: w (пл 15 n w Р 262 т 13,0869 (/?)=(о ТЇ) 0 333" -(5 Ті) ш=(о,оір+і)(о,із9р+і)-(3-2Л)
Она содержит одну постоянную времени, которая на порядок меньше, чем вторая. В таких системах в соответствии с методиками [76 — 78] применяют пропорционально-интегральный ПИ-регулятор, настроенный на «технический оптимум». Время изодрома определим из (3.2.1) как наибольшую из всех постоянных времени объекта: 7»-Г—=0,139ч. (3.2.2) Время интегрирования: Ги =2ВД. =2-13,0869-0,01 = 0,262ч , (3.2.3) где ко — общий коэффициент усиления объекта управления, 7і — сумма всех малых постоянных времени. Настроечные коэффициенты ПИ-регулятора: Таким образом, в качестве регулятора, стабилизирующего активную мощность привода мельницы мокрого самоизмельчения ММС, используется ПИ-регулятор с передаточной функцией: ( = + - = 3,817 + 1,885-. (3.2.6) Модель системы автоматического управления процессом импульсной электромагнитной обработки, Как было отмечено в главе 2, из формулы (2.2.3) следует, что нестабильность характеристик пульпы, влияющих на ее скорость vn и неправильное задание частоты следования импульсов ИЭМО fen будут сопровождаться нарушением режима работы установки для ИЭМО, заключающего в отклонении количества импульсных воздействий N от оптимального значения.
Поэтому возникает необходимость в использовании простого П-регулятора, изменяющего частоту /ся пропорционально отклонению скорости vn. Коэффициент регулятора равен отношению количества импульсов N к длине рабочей зоны индуктора /и: "Ui-f- С3-2-7) Другая проблема, как уже говорилось ранее (глава 2, часть 2.1), связана с поддержанием оптимального количества импульсов N на рудный материал при изменяющихся условиях обогатительной фабрики, которая решается применением экстремального регулятора, использующего следующий алгоритм адаптации к изменяющимся физико-механическим свойствам руды
Для разработки математической модели САУ измельчительным комплексом с применением ИЭМО руды используем программу Matlab приложение Simulink, а также методики составления модели и выбора ее компонентов, описанные в [22,37].
Структура модели изображена на рис. 3.3.1. Рассмотрим подробно ее составные элементы.
Подсистема «Пластинчатый питатель» (рис. 3.3.2) содержит две передаточные функции по каналу напряжение на щетках двигателя U-AU — частота вращения якоря со (Transfer Fen) и по каналу со — расход руды Q на конвейер (Gain) согласно (3.1.1), (3.1.2). При этом U-AU является входом данной подсистемы (Inl), a Q — выходом (Out 1). CD ні Switohl m CD A, Ш j H Юмооификятор Outl 0« ш- з ;зк CD r I Scop.; P Scop.2 Scop. Q. Є+&, g-vm Б АЄ 0ul2 scop.1 p.706,2S Рис. 3.3.1 Математическая модель измельчительного комплекса c - U Transfer Fcr» (with initial outputs) Рис. 3.3.2 Подсистема «Пластинчатый питатель» Подсистема «Конвейер» (рис. 3.3.3) представлена звеном транспортного запаздывания (Transport delay) между входом Q (Inl) и выходом Q (Out 1). CD-2- 1п1 Transport Delay
Подсистема «Мельница мокрого самоизмельчения ММС» (рис. 3.3.4) содержит передаточные функции по каналу сумма расходов руды с конвейера и песков классификатора б+2п (Inl) — заполнение мельницы (р (Productl, Transfer Fen) и по каналу заполнение мельницы ф — мощность, потребляемая приводным двигателем мельницы Р-106,25 (Gain) согласно (3.1.9), (3.1.12). Поскольку, как говорилось ранее, линеаризованная характеристика Р(ц ) начинается не с нуля (рис. 3.1.1), то при помощи блока fcnl вводится компенсация на +706,25, и с выхода Out2 снимается сигнал мощности в чистом виде, а с Outl — ее заполнение. Передаточная функция мельницы по каналу заполнение р — расход руды на выходе 2ВЫХ (Out3) представлена блоками Constant2 (Ті), Constant3 (к{), Constant4 (k2), Product3, Suml, Derivate, Product4 (первое слагаемое выражения (3.1.29)), блоками Constantl (к{), Product2 (второе слагаемое выражения (3.1.29)), а также Sum2. При этом входом модели (Inl) еще является коэффициент относительной измельчаемости ктм. Как видно из рис. 3.3.4, блок Productl осуществляет деление коэффициента в Transferfcn &і=0,262 на киш согласно (3.1.28), а Product 2,3 — умножение на киш, как следует из (3.1.29). Функция fcn2 представляет собой зависимость между заполнением мельницы (р и содержанием готового класса в сливе мельницы g-o,o7i (3.1.20) (Out4).
С выхода Out5 сигнал Р-706,25 поступает в подсистему «Р1» — регулятор производительности питателя (рис. 3.3.5), где с помощью блока Sum вычисляется рассогласование АР между заданным значением Р3 (Constant) и текущим (Inl). Разница АР подается в регулятор (PID controller), обеспечивающий изменение напряжения на щетках двигателя питателя на At/. Выход Outl вычитается из задания U (Constant) с помощью Suml (рис. 3.3.1).
Структурно-функциональная схема САУ процессом импульсной электромагнитной обработки руды
Экстремальный регулятор III содержит импульсный элемент ИЭ1, ко входу которого подключены конвейерные весы КВ. Один выход ИЭ1 соединен со схемой сравнения СС напрямую, другой — через запоминающее устройство ЗУ. Далее за СС следует сигнум-реле СР, подключенное к интегратору И. Вход И соединен с импульсным элементом ИЭ2.
Принцип работы системы автоматического управления процессом электромагнитной обработки руды следующий. От источника питания ИП через электронный ключ ЭК1 происходит заряд емкостного накопителя ЕН1, а через элемент задержки Э31, в котором задается время, определяемое из выражения (2.1.20), и электронный ключ ЭК2 — заряд емкостного накопителя ЕН2. При достижении максимального зарядного напряжения емкостной накопитель ЕН1 разряжается через электронный ключ ЭКЗ на низкочастотный индуктор НЧИ. В это время при прохождении пульпы через индуктор на обрабатываемый материал воздействует электромагнитное поле НЧИ. Емкостной накопитель ЕН2 разряжается на высокочастотный индуктор ВЧИ через электронный ключ ЭК4, управляемый элементом задержки Э32, где время также определяется из выражения (2.1.20). При этом на руду одновременно воздействуют электромагнитные поля, создаваемые НЧИ и ВЧИ. В процессе перемещения пульпы по трубопроводу осуществляют измерение ее скорости посредством датчика скорости пульпы ДС [9,72—74].
Для обеспечения стабилизации режима воздействия электромагнитными полями на руду в зависимости от фактической скорости пульпы сигнал с ДС подают на усилитель У, с выхода которого он поступает на преобразователь напряжения в частоту следования импульсов ПНЧ. После этого импульсы поступают на вход распределителя импульсов РИ и делятся по четырем независимым выходным цепям, подключенным соответственно к управляющим входам электронных ключей ЭК1, ЭКЗ, обеспечивающих заряд накопителя ЕН1, включение НЧИ. Управление зарядом ЕН2 и его разрядом на ВЧИ осуществляют через элементы задержки Э31, Э32 соответственно. При изменении текущего значения скорости пульпы изменяется время ожидания запуска индукторов НЧИ, ВЧИ и время очередного заряда накопителей ЕН1, ЕН2 за счет изменения частоты следования импульсов ПНЧ, а следовательно, и распределителя РИ. По окончании работы индуктора ВЧИ процесс заряда емкостных накопителей ЕН1, ЕН2 повторяется [9, 72—74].
В экстремальном регуляторе III через определенные промежутки времени At происходит дискретное измерение производительности мельницы по исходной руде Q при помощи конвейерных весов КВ. Импульсный элемент ИЭ1 преобразует величину Q объекта в последовательность импульсов Qj, высота которых пропорциональна значениям Q в моменты съема і At. Преобразованные Qt приходят на запоминающее устройство ЗУ, подающее на схему сравнения СС предыдущее значение Qt.\. На СС одновременно поступает и Qi. На его выходе появляется сигнал разности Q,-Qt.\. В следующий момент съема сигнала t=(i+l)At запомненное значение QiA сбрасывается с ЗУ и запоминается сигнал 2/+ь а сигнал 2,-поступает с ЗУ на СС и на входе сигнум-реле СР появляется сигнал Л 2/+і=2/+гб/- Если AQ больше нуля, то такое движение допускается сигнум-реле. Если AQ меньше нуля, то СР срабатывает и уменьшает напряжение на выходе интегратора И, которое, в свою очередь, меняет коэффициент усиления У, пропорциональный количеству импульсов N Импульсный элемент ИЭ2 работает синхронно с ИЭ1, периодически отключая цепь интегратора И от СР, чтобы время изменения напряжения интегратора на один шаг было достаточно мало. СР изменяет направление последующего шага ANi+u если величина AQi становится меньше нуля.
Таким образом, разработана структура системы автоматического управления измельчительным комплексом, которая отличается от известных наличием дополнительной локальной системы автоматического управления процессом импульсной электромагнитной обработки руды и может адаптивно изменять параметр регулятора в зависимости от физико-механических свойств руды.
Для проверки адекватности разработанной в части 4.2 структурной схемы (рис. 4.2.1) была составлена физическая модель одного из блоков САУ процессом ИЭМО: регулятора частоты следования импульсов электромагнитной обработки руды. Для этого использовалась программа схемотехнического моделирования Micro Сар 9, с помощью которой удобно производить ввод проектируемой схемы, анализ характеристик аналоговых, цифровых устройств и смешанных аналогово-цифровых устройств [6, 7, 84]. Поясним отдельно элементы собранной схемы (рис. 4.3.1). Электронные ключи для заряда емкостных накопителей С4, С5 собраны на элементах S1, S2, которые представляют собой ключи, управляемые напряжением. Заряд осуществляется через резисторы R5, R6 соответственно. Параллельно с ними включено два диода Dl, D2 соответственно. Для- разряда емкостных накопителей С4, С5 на низкочастотный и высокочастотный индуктора LI, L2 соответственно применяются аналогичные ключи S3, S4 с последовательно включенными диодами D4, D6 и параллельно включенными диодами D3, D5, выполняющими функцию защиты цепи от перенапряжения и короткого замыкания, а также резисторы R7, R8.
В преобразователе напряжения в частоту (ПНЧ) используются элементы, методика выбора и построения которых описана в [14, 23, 97]. Он включает интегрирующее звено, собранное на усилителе модели 140UDX1, сопротивлении Rl=l Мом, емкости С1=1 мкф, компаратора Х2, таймера 555, выход Upr которого управляет аналоговым ключом в виде полевого транзистора Ml, последовательно с ним включен резистор R2=l кОм. Распределитель импульсов представлен в виде счетного Т-триггера, управляемого источниками V4, V5. Элементы задержки обозначены на рисунке как ХЗ, Х4.
В качестве входного сигнала модели (сигнал с выхода усилителя, пропорциональный скорости пульпы) используется источник постоянного напряжения VI. Результаты моделирования позволили наглядно продемонстрировать работу принципиальной схемы системы управления. Ее временные диаграммы для двух значений входного напряжения ПНЧ приведены соответственно на рис. 4.3.2,4.3.3.
