автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Система автоматического управления нагрузками отсадочных машин

0 Д Министерство образования Украины

Государственная горная академия Украины

<> »'»О

и 1-1АI

На правах рукописи

РОМАШКО Людмила Ильинична

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЗКАМИ ОТСАДОЧНЫХ МАШИН

Специальность 05.13.07 - "Автоматизация технологичесих процессов и производств (промышленность)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1996

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на кафедре управления в технических системах Государственной горной академиии Украины.

Научный руководитель:

- кандидат технических наук, доцент Анатолий Иванович ЛАЗОРИН.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Константин Петрович ВЛАСОВ;

- кандидат технических наук, ст.научн.сотр. Николай Моисеевич ТРИПУТЕНЬ.

Ведущее предприятие:

- АО Научно-исследовательсский институт автоматизации черной металлургии.

специализированного совета Д 03.06.06 по защите диссертаций при Государственной горной академии Украины: 320027, г.Днепропетровск, проспект Карла Маркса, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной горной академии Украины.

Защита состоится "

и

МАРТА

1996 г. в 14 час. 00 мин. на заседании

Автореферат разослан

28- февраля _ 1996 г.

Ученый секретарь

специализированного совета,

канд. техн. наук, доцент

В.Т.ЗАИКА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Процесс гидравлической отсадки угля как в нашей стране, так и за рубежом играет важную роль среди процессов углеобогащения. Во Франции, Германии и Японии процессу отсадки подвергается 80 % угля, на Украине - более 60 %. В настоящее время одним из путей повышения эффективности процессов отсадки является его автоматизация.

При проектировании углеобогатительных фабрик (УОФ) учитывается возможность увеличения нагрузки отсадочных машин на 15 % в периоды резких изменений характеристик исходного угля (нагрузка фабрики по исходному углю, фракционный и гранулометрический составы), которые изменяются случайным образом и оказывают значительное влияние на качественно-количественные показатели процесса обогащения. Стабилизация этих характеристик, особенно нагрузки, которые для процесса отсадки можно рассматривать как внешние возмущающие воздействия, позволяет повысить эффективность процесса.

Колебания нагрузки отсадочных машин тем значительнее, чем большее число шахт или пластов составляют питание фабрики. Поэтому в качестве объекта исследования выбран Ясиновский коксохимический завод (ЯКХЗ), имеющий самую крупную УОФ Украины с типовой технологической схемой.

Существующие системы нижнего уровня управления ограничиваются стабилизацией уровня постели отсадочных машин и ее разрыхленное™. Известная система стабилизации нагрузки В.В.Бриллиантова за счет изменения производительности промежуточного бункера учитывает лишь изменение фракционного состава и не позволяет стабилизировать нагрузку отсадочных машин на УОФ с типовой технологической схемой, включающей отсадочные машины крупного и мелкого угля. С внедрением на фабриках гидрогрохотов появилась принципиальная возможность рассмотреть расход воды на гидрогрохочение в качестве управляющего воздействия для управления нагрузками отсадочных машин.

Поэтому определение закономерности формирования нагрузок отсадочных машин по породе, зависящих от изменений расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному углю, обоснование способа раздельного управления нагрузками отсадочных машин по породе, разработка математических моделей системы автоматического управления (САУ) и алгоритмов управления, осуществление практической реализации разработанной системы, что позволит обеспечить увеличение производительности отсадочных машин и уменьшение потерь легких фракций с породой, является актуальной задачей.

Исследования выполнены в соответствии с комплексной программой модернизации угольной промышленности "Уголь" и ее подпрограммой "Компьютеризация и автоматизация производственных процессов" по результатам НИР с КБАиМ Гипрококса (тема N 030931), с ЯКХЗ (тема N 030941).

Цель работы: разработка системы автоматического управления нагрузками отсадочных машин по породе, позволяющей увеличить производительность отсадочных машин и уменьшить потери, легких фракций с породой.

Идея работы заключается в использовании расхода воды на гидрогрохочение в качестве управляющего воздействия, позволяющего совместно с изменением производительности фабрики по исходному углю реализовать раздельное управление нагрузками отсадочных машин по породе и осуществить синтез многосвязной САУ, которая обеспечивает увеличение производительности машин, уменьшение потерь легких фракций с отходами, кроме того уменьшение дисперсии выхода породы отсадочных машин.

Научная задача состоит в исследовании поставок рядовых углей на УОФ и колебаний качественно-количественных характеристик угля, в выявлении управляющих воздействий объекта управления, в установлении закономерностей формирования нагрузок отсадочных машин гравитационного отделения УОФ, зависящих от изменений расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному углю, в моделировании, обосновании структуры и синтезе многосвязной САУ.

Защищаемые научные положения и результаты, их новизна-Положения:

1. Установлено, что эффективное управление нагрузками отсадочных машин при изменении общей нагрузки фабрики, фракционного и гранулометрического составов рядового угля достигается совместным изменением расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному углю.

2. Установлены аналитические зависимости нагрузки отсадочных машин по породе, изменения которой вызывают потери легких фракций с породой, от изменения производительности фабрики по исходному углю и расхода воды на гидрогрохочение, которые положены в основу создания САУ.

Результаты:

1. Предложен и обоснован способ управления нагрузками отсадочных машин крупного и мелкого угля, отличающийся тем, что в процессе управления стабилизацию нагрузок по породе обеспечивают путем изменения производительности углеобогатительной фабрики по исходному углю и расхода воды на гидрогрохочение.

2. На основе анализа структуры и исследования динамических характеристик каналов управления отсадочных машин мелкого и крупного угля определена структурная схема многосвязной системы управления нагрузками, отличающаяся от известных наличием двух взаимосвязанных управляемых величин.

3. Осуществлен синтез системы, разработаны модели САУ и алгоритмы управления, реализующие предложенный способ и обеспечивающие выполнение условий автономности контуров управления.

4. Экспериментальная проверка в условиях УОФ ЯКХЗ показала, что САУ нагрузками отсадочных машин по породе позволяет увеличить производительность отсадочных машин на 4.5 т/ч, уменьшить потери легких фракций с породой отсадочной машины мелкого угля на 0.61 т/ч, отсадочной машины крупного угля на 0.15 т/ч.

Обоснованность и достоверность научных положений и результатов обеспечивается применением апробированных методов анализа кинетики отсадки и грохочения,

:орреляционного и регрессионного анализа при обработке результатов экспериментальных ¡сследоваипй, теорий автоматического управления, дифференциальных уравнений и инва-шантности; достаточным объемом экспериментальных данных, полученных в промыш-[енных условиях; подтверждается адекватностью разработанных моделей процессу отсадки, юложительными результатами испытаний в промышленных условиях, апробацией работы [а научных конференциях.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирова-гия нагрузок отсадочных машин, в использовании расхода воды на гидрогрохочение и изме-ения производительности фабрики в качестве управляющих воздействий, в обосновании пособа раздельного управления нагрузками отсадочных машин по породе, в разработке гатематическтгх моделей САУ ¡1 алгоритмов управления, в синтезе системы, в осуществле-ии практической реализации разработанной САУ, что позволяет обеспечить увеличение роизводительности отсадочных машин и уменьшение потерь легких фракций с породой.

Практическая ценность работы. Исследования, выполненные в диссертации, явились сновой для разработки способа и САУ нагрузками отсадочных машин, основанных на зменении расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному тлю, установлении рациональных удельных нагрузок осадочных машин по породе. Внедре-ие предложенной системы управления на УОФ ЯКХЗ обеспечивает годовой экономический ффект 20 млрд.крб. (в ценах 1995 г.).

Реализация результатов работы. Разработанная САУ нагрузками отсадочных ма-1ин, включающая математические модели объекта и алгоритмы управления, используется КХЗ и Днепродзержинск™ КХЗ (ДКХЗ), Харьковским институтом "Южгипрошахт" при роектировании систем автоматического управления.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались и Зсуждались на 7 конференциях: научно-технической конференции "Системный анализ в Зогащении полезных ископаемых" (Свердловск, 1989), Всесоюзной ^научно-технической энференции "Система "человек - машина - среда" в горном деле Настоящее и будущее" Досква, 1990), научно-технической конференции "Техника и технология горного производ-гва" (Днепропетровск, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Новые орга-изационные структуры в экономике"(Ялта, 1991), Всесоюзной научно-технической конфе-?нции "Системный подход в горном деле. Проблемы, теория, методы" (Москва, 1991), Все-иозной конференции "Добыча и обогащение комплексных руд" (Апатиты, 1991), 1-ой краинской конференции по автоматическому управлению "Автоматика-94" (Киев, 1994).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы. Содержание диссертационной работы (введение, четыре [авы, заключение) изложено на 189 страницах машинописного текста и сопровождается 47 гсунками, 15 таблицами, списком литературы из 100 наименований и 5 приложениями.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу современного состояния автоматизации процесса обогащения угля отсадкой, рассмотрению этого процесса как объекта управления с двумя взаимозависимыми управляемыми величинами и анализу методов исследования многосвязных систем.

Характерной особенностью процессов углеобогащения и, в частности, отсадки, с точки зрения автоматизации, является стохастичность характеристик исходного угля, массовость процесса разделения. Изучение перечисленных особенностей объекта приводит к различным подходам в построении систем управления. Значительный вклад в теорию и практику отсадки внесли исследования, проведенные В.В.Бриллиантовым, НН.Виноградовым К.П.Власовым, Л.Р.Лехциером, Л.Г.Мелькумовым, Э.Э.Рафалес-Ламарка, Н.А.Самылиным О.Н.Тихоновым, В.А.Ульшиным и др.

Большинство работ по управлению отсадочными машинами посвящено вопросаь оптимизации при условии стабильности нагрузки, что практически почти не выполнимс Создание САУ отсадочными машинами оказывается не достаточно эффективным без ста билизации их нагрузки.

Известные рекомендации по рациональным, соответствующим наибольшей эффек тивности расслоения угля на фракции, нагрузкам отсадочных машин не выдерживаются, ; поддерживать их существующими системами стабилизации уровня постели отсадочяы: машин и ее разрыхленное™ не представляется возможным.

На основании проведенного анализа и в соответствии с поставленной целью : работе определены следующие основные задачи исследования:

1. Исследовать поставки рядовых углей на фабрику; оценить колебания качествен но-количественных характеристик рядового угля и их влияние на зольность концентрата.

2. Установить рациональные удельные нагрузки отсадочных машин, соответ ствующие наибольшей эффективности расслоения угля на фракции.

3. Обосновать способ управления нагрузками отсадочных машин, обеспечивающи поддержание рациональных удельных нагрузок в заданном диапазоне.

4. Осуществить синтез многосвязной САУ нагрузками отсадочных машин и е практическую реализацию.

Во второй главе в результате экспериментальных исследования определено, чт основным источником возмущения является неравномерность поставок углей на фабрику их качественно-количественные показатели. Исследования неравномерности поставок пок; зали значительный разброс вариантов обогащаемых шихт (5-10 в неделю). Получены ст; тистические закономерности поставок углей на УОФ.

Осуществлена количественная оценка статистических характеристик угля (табл..' Доверительность полученных результатов всех показателей проверена с 95%-ной надел ностью. Экспериментальные исследования показали, что максимальные колебания нагруз? отсадочных машин крупного и мелкого угля по породе равны 32.5 т/ч и 20 т/ч соответстве]

но и составляют в относительных единицах 32.5 % и 13.4 % к номинальной нагрузке отсадочных машин по породе, что значительно превышает допустимые 4-5

За счет колебаний нагрузки засорения породы легкими фракциями более чем в 3 раза превосходят допустимые, так как превышают 6 что за одну смену составляет около 7 тонн полезного продукта. Все это приводит к безвозвратным потерям концентрата с породой.

Таблица 1

Статистические показатели фракционного состава шихты Ясиновского КХЗ

Матема- Среднеквад- Математи- Среднеквад-

Класс Плотность тическое ратическор ческое ожи- ратическон

углей круп- фракций р, ожидание отклонение дание золь- отклонение

ности кг/м3 выхода выхода ау, % ности ЗОЛЬНОСТИ СГд'',

ту, % тАй, % %

Хорошо- -1500 3.33 4.91 5.33 0.61

спекаю- -100+25 1500-1800 0.51 1.43 32.54 1.62

щиеся +1800 5.92 5.43 79.72 4.89

в сумме 9.7С 2.71 51.91 4.93

угли, -1500 16.15 3.74 5.43 0.57

-25+ 1 1500-1800 1.20 0.38 37.20 3.15

К+Ж + 1800 6.35 5.16 79.72 со тй

в сумме 23.70 2.48 26.92 2.16

-1 18.25 2.11 16.94 2.14

Слабо -1500 6.76 2.65 6.14 0.68

-100+13 1500-1800 0.52 0.64 41.93 1.89

спекаю- +1800 3.92 4.64 81.47 2.27

щиеся в сумме 11.20 1 02 34.19 2.20

-1500 18.95 3.58 5.25 0.70

угли, -13+1 1500-1800 1.09 0.24 38.49 1.03

+ 1800 5.74 3.62 80.00 4.45

Г+ОС+Т в сумме 25.78 2.62 23.29 1.16

-1 11.36 1.04 24.03 0.93

На основе анализа известных математических моделей процесса отсадки показано,

что для исследования отсадочных машин наиболее приемлем разработанный метод остаточного регрессионного анализа, с помощью которого получена логическая схема построения модели. Построенные нелинейные математические модели, адекватность которых процессу отсадки проверена по критерию Фишера, а значимость их коэффициентов по критерию Стьюдента, подтверждают, что нагрузка по породной фракции является возмущающим воздействием.

Проведенные автором исследования показали, что интенсивности входных потоко угля на УОФ не подчиняются нормальному закону распределения, качественно количественные характеристики углей имеют значительный разброс с течением времен! нагрузка отсадочных машин на протяжении их работы нестабильна, особенно по породе. Эт приводит к тому, что отсадочные машины работают в режимах, которые не обеспечиваю рекомендуемой эффективности разделения продуктов по плотностям, т.е. не в рациональны: Показано, что для улучшения качественно-количественных показателей процесса отсадк целесообразно стабилизировать нагрузки отсадочных машин по породе в рационально диапазоне, соответствующем наибольшей эффективности расслоения угля на фракции.

В третьей главе обоснован предложенный способ управления нагрузками отсадок ных машин по породе для типовой технологической схемы, когда обогащение угля крупно! класса и мелкого происходит раздельно.

На основе закономерностей кинетики расслоения зерен в отсадочной машине учетом нелинейности процессов определен выход породы по уравнению:

где у - выход породы, %; и Рп - содержание породных фракций в исходном угле и породе, %; Т] - коэффициент, учитывающий эффективность расслоения угля при приш том режиме работы отсадочной машины (амплитуда и частота пульсаций, расход подреше-ной воды и т.д.), %; I - время разделения, с; к - удельная скорость выделения породы, с' Ь - коэффициент, с"1.

На основании экспериментальных данных по выражению (1) аналитически опред лено, что рациональные удельные нагрузки отсадочной машины крупного угля по поро; лежат в диапазоне 9-11 т/м2ч, а мелкого угля 8-10 т/м2ч.

На рис.1.а представлены статические характеристики по первому контуру управл ния: производительность фабрики по исходному углю - удельная нагрузка отсадочнь маши по породе.

Экспериментально установлено, что при использовании для классификации на УО гидрогрохотов с неподвижной просеивающей поверхностью эффективным управляют! воздействием для регулирования нагрузок отсадочных машин - является расход воды : гидрогрохочение.

С точки зрения эффективности грохочения определена область оптимально расхода воды - qв= 1.50-1.80 м3/т для удельной нагрузки твердого на грохот цт=100-1 т/м2ч .

Для анализа процесса грохочения исследовалась зависимость расхода воды удельной нагрузки твердого

V'-87 г ч, -«.(17 / , N. -«.27

Чв=9

Чл

15

с!(Г сое сс ) V §5

п

вг пас, I

Рис.1. Статические характеристики по каналам: а) <Эи - Я„+25 (11); б) - я+18+25 (12);

Ои - Чп1"25 (21); - Я+1.81-25 (22).

полученная на основе предложенного Г.В.Жовтюком определения энтропийной эффективности грохочения. Зависимость верна при следующих ограничениях параметров: 15°< а < 40°

- угол наклона просеивающей поверхности, 25°< ас 250° - угол наклона струи к просеивающей поверхности, 1300< р <1800 кг/м3 - плотность грохотимого угля, 0.005< 5 <0.015 м -размер отверстий просеивающей поверхности, 3< Ун <9 м/с - начальная скорость поступления угля, 2< Ь <5 м - длина просеивающей поверхности. В области управления взаимосвязь технологических переменных линейна.

С помощью энтропийного метода определены связи между расходом воды и выходами надрешетного и подрешетного продуктов в установившемся режиме, позволившие определить значения задающих воздействий, и получены статические характеристики по второму контуру управления: удельный расход воды - удельная нагрузка отсадочных машин по породе (д„, т/м2ч), представленные на рис.1.6.

В соответствии с методикой обработки экспериментальных данных Б.А.Арефьева выполнена идентификация математической модели объекта управления. Анализировались усредненные переходные характеристики по каждому каналу управления. Установлено, что инерционность канала при управлении нагрузкой отсадочной машины производительностью питателей бункеров составляет 95 с, а расходом воды - 42 с, поэтому нагрузку по породе отсадочной машины мелкого угля, оказывающую наиболее сильное влияние на процесс обогащения, необходимо регулировать по менее инерционному каналу. Так как доверительные интервалы постоянной времени для кривых разгона малы, то на этапе разработки системы управления динамические характеристики объекта по основным каналам управления можно удовлетворительно описать дифференциальными уравнениями первого порядка с запаздыванием

■(О

ш

ас

где qn - выходные переменные у(0; qв , <2Ц - входные воздействия и(1), к - передаточный коэффициент, характеризующий свойства объекта в статическом режиме, Т - постоянная времени, характеризующая инерционность объекта, т - длительность запаздывания.

Суть предложенного способа управления нагрузками отсадочных машин заключается в косвенном измерении нагрузок по породе с помощью измерения частоты вращения электродвигателя привода роторного разгрузочного устройства и использовании в качестве управляющего воздействия производительности УОФ по исходному углю для стабилизации нагрузки отсадочной машины крупного угля по породе, а расхода воды на гидрогрохочение для нагрузки отсадочной машины мелкого угля по породе.

В четвертой главе разработаны 2 варианта САУ нагрузками отсадочных машин по породе на основе метода аналитического конструирования оптимального регулятора и теории инвариантности. Для объекта, описываемого линейными дифференциальными уравнениями (3), требуется, управляя количеством исходного угля на фабрике (и1=(Эи), стабилизировать нагрузку отсадочной машины крупного угля (у1=с[п+25), а, управляя количеством воды на гидрогрохочение (иг^в). стабилизировать нагрузку отсадочной машины мелкого угля (У2=Яп-25)-

На основании представления чистого запаздывания уравнений (3) в виде степенного ряда Пада с обоснованным оставлением двух членов запишем уравнения состояния объект» управления

г

*АР) =

<

*„(1

(Тпр+1)(1 + ^-р) Р)

(Тпр+\)(\ + Ц-р)

Ф\

(4

А'21(1-

*АР) = -

^р) 2

*Лр) = -

ч

(Т21р+1){1 + ^-р) (Т12р+1)(1 + ^-р)

-и

Здесь х 1 (р) - переменные состояния объекта по каналу управления, аппроксимируемого передаточной функцией W,,(p); х2(р) - W12(p); х,з(р) - W21(p); х,|(р) - W22(p); р - оператор Лапласа. Т, т, к имеют индексы, соответствующие своим передаточным функциям.

Выходные сигналы объекта зависят от переменных состояния следующим образом

y1(t)=x1(t)+x,(t); (5)

y2(t)=x3(t)+x4(t).

В соответствии с математической моделью объекта управления (5) запишем матричное уравнение управления

u (t)=Kx(t)+u0. (6)

Решение задачи управления системой, описываемой дифференциальными уравнениями (4)-(5), имеет некоторые практические ограничения. Так как в исследуемом объекте управления все составляющие вектора состояния X(t) не могут быть измерены, то параллельно объекту включена модель, имеющая такую же структуру. Сигнал коррекции состояния формируется путем введения обратной связи по сигналу ошибки между выходными координатами модели и объекта, умноженному на матрицу наблюдателя. В работе осуществлен синтез системы на основе методики аналитического конструирования оптимальных регуляторов Р. Калмана.

В результате решения уравнения Риккати в обратном направлении от tf к tc получены оптимальные значения коэффициентов регулятора

-4.471 -0.040 0.005 -0.001 0.013 -0.015 0 0~ -8.942 -0.020 0.002 -О 001 0.006 -0.007 0 0_|'

где Р - установившееся решение матричного уравнения Риккати

P(t) = -Р(ОА - АтР(0 + P(/)BR 'ВтР(0 - Q; tQ, tf - пределы интегрирования, определяемые граничными значениями вектора состояния; А, В - матрицы объекта управления; R -весовая положительно определенная матрица; Q - диагональная положительно полуопределенная матрица.

Найденные значения коэффициентов (7) позволяют получить управление (6) по замкнутому контуру, которое обеспечивает стабилизацию выходных переменных qf" и

q\'2S путем целенаправленного изменения управляющих переменных Qu, qB.

Система, основаннная на методе аналитического конструирования оптимального регулятора, включающая математические модели, принята к использованию на УОФ ДКХЗ.

Для практической реализации САУ на УОФ ЯКХЗ в работе рассмотрен классический подход, на основе которого синтез многосвязной системы осуществляется по каждому из основных каналов управления отдельно, а инвариантность обеспечивается введением корректирующих устройств.

На основе анализа структуры замкнутой системы управления, являющейся двух-{онтурной с существенными перекрестными связями, и исследования динамических характеристик каналов управления определена структурная схема многосвязной

K=-It'BTP=

(7)

САУ нагрузками отсадочных машин по породе (рис.2). Здесь /ч, >.2 - сигнал, задающш требуемую величину нагрузки отсадочных машин крупного и мелкого угля по

Кф

о-

ад

р,(р)

Ы,1р)

«1<Р>

Щ)

ф-

Рис.2. Структурная схема многосвязной САУ нагрузками отсадочных машин.

породе соответственно. При этом номинальным входным сигналам ¿.¡(р), Я.2(р) соответствую номинальные выходные нагрузки отсадочных машин по породе У1(р) и у2(р).

С помощью М-критерия определены численные значения параметров пропорций нально-интегральных регуляторов основных каналов управления Р1(р)= к' + А/ / р

Рг(р)= к' + к' / р. Произведено моделирование переходных процессов этих каналов управ ления. В работе получены аналитические выражения для передаточных функций кор ректирующих устройств К! и К2, обеспечивающих выполнение условия полной инвариант

адвд.

Г2(рЖАР)'

(8) (9)

Для получения кривых переходных процессов регулируемых величин уь у2 многосвя; ной САУ, построена математическая модельРазработанная математическая модель систем) позволила сравнить результаты работы САУ с корректирующими устройствами (рис.З.б) без них (рис.3.а) при подаче единичного ступенчатого воздействия ?., (левые рисунки) и / (правые рисунки).

400 Я00 400 400 400 600 Ш 1,0

Рис.За. Переходные процессы в САУ нагрузками отсадочных машин по породе без выполнения условий автономности контуров управления.

<00

г оо

/

У ¡l¿t>

но

5С

Вио

ш

т t,c

о

до

№

100 300 500 700 t,C

Рис.Зб. Переходные процессы в САУ нагрузками отсадочных машин при выполне нии условий автономности контуров управления.

Так кач передаточная функция одного из корректирующих устройств (8) не обладает свойствами физической реализуемости из-за положительного запаздывания, то рассмотрены различные формы аппроксимации передаточной функции звена с чистым запаздыванием и получены рекомендации по выбору математической модели, наименее отличающейся от исходной по кривым переходных процессов. Передаточные функции корректирующих устройств запишем в виде

кп(к?р + к;\\ + т,р)(тпр+\)

кп{к>р + к>\\+Т*рХтар+\У

к2, (к{р + кф - 0.5ир\Тпр + 1) кп{к>р + кф + 0.5 т6ррг,р+ 1) *

(Ю)

(П)

Здесь т5 =т21 - тц = 125 с, тч =т21 - т22= - 125 с, (Т' р+1)"1 - передаточная функция, введе! ная для уравнивания порядка числителя и знаменателя, в которой Т* «Т12

Т'« к С I к?.

Проведено моделирование системы с физически реализуемыми передаточньш функциями корректирующих устройств (рис.З.в) и показано, что применение таких корре! тирующих устройств, являющихся реальными дифференцирующими звеньями третье) порядка, приводит к значительному снижению взаимного влияния между каналами сохранению требуемых динамических характеристик.

да

Рис.ЗвЛереходные процессы в САУ нагрузками отсадочных породных машин по пор! де с реализуемыми корректирующими устройствами

Для повышения устойчивости системы рассмотрена возможность использования пр< порционально-интегрального по предыстории алгоритма.

Для оценки эффективности предложенной САУ нагрузками отсадочных машин I породе было проведено моделирование (табл.2).

Вычислительный эксперимент для исследования динамических режимов работ системы при реальных (условия УОФ ЯКХЗ) возмущающих воздействиях показал, что СА позволит получить следующие показатели:

- уменьшить потери легких фракций с породой отсадочной машины мелкого угля на 0.21 < отсадочной машины крупного угля - на 0.09 %;

- уменьшить дисперсию породы отсадочной машины мелкого угля в 3.5 раза, а отсадочнс машины крупного угля в 3.2 раза.

Это позволяет при стабилизации рациональных нагрузок отсадочных машин пов! сить производительность фабрики по исходному углю на 2 %, что подтвердила экспериме тальная проверка в условиях УОФ ЯКХЗ и ДКХЗ.

Таблица 2

Статистические показатели результатов моделирования и экспериментальных исследований САУ нагрузками отсадочных машин

Показатель процесса Единицы измерения Математическое ожидание Дисперсия

без САУ моделирование с САУ эксперимент с САУ без САУ моделирование с САУ эксперимент с САУ

Зыход породы отсадочной лашины мелкого угля, ум„ % 29.30 29.07 29.10 11.90 3 40 3.51

1отери легких фракций с )тходами отсадочной лашины мелкого угля, ум0л % 0.73 0.50 0.53 0.18 0.05 0.05

Зыход породы отсадочной лашины крупного угля, ук0 % 51.17 51.00 51.09 12.9 4.01 3.74

1отери легких фракций с )тходами отсадочной лашины крупного угля, ук0л % 0.50 0.39 0.42 0.12 0.05 0.06

Проанализировано как стабилизация нагрузки по породе в породном отделении !лияет на ее дестабилизацию в промпродуктовом отделении и установлено, что эти измене-шя находятся в допустимых пределах. Стабилизация качества концентрата осуществляется 1)АУ, изменяющей высоту постели в промпродуктовом отделении. В качестве одного из ¡ариантов управления предлагается использовать систему, в основу создания которой поло-кены математические модели, полученные с помощью остаточного регрессионного анализа и тозволяющие изменением высоты постели в промпродуктовом отделении отсадочной маши-1ы добиться заданной зольности концентрата:

Ак1-г 5= -7.88+0.15к-1.65г1.5-1.8+0.11?1.5_1.8+0.19А_1.8-0.07г+1.8 л;" = -5.49 - 0.08/ „ 8 + 0.05Л , „ + 0.11Л,

А', " = -26.36 + 0.08?И8 + 0.12/ ]5 -0.15Л + 0.14Л+0.05Л2,5, (12)

А'" = -10.40 + 0.01/, 5_, _„- 0.02/, 8 + 0.27Л_15+ 0.09 Л.

Одним из важных достоинств разработанной САУ является то, что ее применение юзволит увеличить производительность отсадочных машин без их конструктивных измене-шй и обеспечит повышение эффективности работы существующих систем управления коле-)ательным режимом и систем стабилизации разрыхленности и высоты отсадочной постели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании закономерностей формирования нагрузок отсадочных машин, зависящих от изменений расхода воды на гидрогрохочение и производительности фабрики по исходному углю, предложен и обоснован способ раздельного управления нагрузками отсадочных машин по породе, который позволил разработать математические модели САУ и алгоритмы управления, осуществить синтез САУ, что обеспечивает увеличение производительности отсадочных машин и уменьшение потерь легких фракций с породой.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем.

1. Проведенными экспериментальными исследованиями гравитационного отделения УОФ показано, что колебания нагрузки отсадочных машин превышают допустимые почти в 3 раза и уменьшают точность разделения.

2. На основании применения остаточного регрессионного анализа для моделирования процесса отсадки получены адекватные статические модели в виде полиномов, связывающих качественные выходные показатели с входными воздействиями: высотой постели в промпро-дуктовом отделении, вольностями и выходами фракций исходного угля. В полученных моделях отмечено влияние нагрузки по породной фракции на конечные показатели процесса отсадки.

3. Показано, что для улучшения качественно-количественных показателей процесса отсадки целесообразно стабилизировать рациональные нагрузки отсадочных машин по породе, что позволяет увеличить производительность УОФ и уменьшить потери легких фракций с породой.

4. На основании анализа кинетики отсадки установлено, что рациональные удельные нагрузки отсадочных машин мелкого и крупного угля по породе лежат в диапазоне 8-10 т/м2ч, 9-11 т/м2ч соответственно, и их необходимо поддерживать системой автоматического управления нагрузками.

5. На основе анализа особенностей процесса отсадки как объекта автоматизации предложен и обоснован способ управления нагрузками отсадочных машин крупного и мелкого угля, отличающийся тем, что в процессе управления стабилизацию нагрузок по породе обеспечивают путем изменения производительности углеобогатительной фабрики по исходному углю и расхода воды на гидрогрохочение, необходимых для раздельного управления отсадочными машинами.

6. На основе анализа структуры замкнутой системы управления и исследования динамических характеристик каналов управления определена структурная схема многосвязной системы управления нагрузками с двумя взаимозависимыми регулируемыми величинами.

7. Осуществлено аналитическое конструирование оптимальной системы стабилизации нагрузок отсадочных машин по породе для практической реализации на УОФ Днепрод-зержинского КХЗ. Разработаны модели САУ, алгоритмы управления, осуществлен синте:

ютемы, реализующие предложенный способ и обеспечивающие выполнение условий авто-змности контуров управления, для практической реализации САУ нагрузками отсадочных ашин на УОФ ЯКХЗ.

8. В результате промышленных испытаний САУ на ЯКХЗ достигнуто уменьшение утерь легких фракций с породой более чем в 2 раза, что обеспечивает экономию около 2000 >нн угля в год. На ДКХЗ уменьшились потери легких фракций в 2 раза и увеличилась эоизводительность фабрики за счет увеличения производительности отсадочных машин на 5 т/ч. Дисперсия выхода породы отсадочных машин на обеих фабриках уменьшилась более îm в 3 раза.

9. Результаты исследования использованы при разработке и усовершенствовании АУ процесса отсадки Харьковским институтом "Южгипрошахт". Внедрение предложенной 1стемы управления на УОФ ЯКХЗ обеспечивает годовой экономический эффект 20 лрд.крб. (в ценах 1995 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в работах: Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Исследование рядовых углей перед обогащением. - Днепро-зтровск, 1991. - 11 с. - Деп. в УкрНИИНТИ, N 136-Ук91.

!. Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Аналитическое конструирование оптимальной системы ста-

шизации нагрузки породных отделений отсадочных машин. - Днепропетровск, 1995. - 14 с. -еп. в ГНТБ Украины, N 2026-Ук95.

!. Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Обоснование способа управления нагрузками на отсадочные [•деления. - Днепропетровск, 1995. - 19 с. - Деп. в ГНТБ Украины N 2025-Ук95. Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Идентификация процессов углеобогащения на основе метода шоорганизации. - В кн.: Системный анализ в обогащении полезных ископаемых.: Тез. докл. 1учн-техн. коиф., Свердловск, 1989. - С. 12-13.

Лазорин А.И., Ромашко Л.И., Слесарев В.В. Математическая модель "человек - машина -

зеда" в условиях углеобогатительной фабрики. - В кн.: Система "человек - машина - сре-i" в горном деле. Настоящее и будущее.: Тез. докл. Всесоюзной научно-техн.конф., М., 1990. С. 108-110.

Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Информационно-измерительный аспект функционирования

определенных АСУТП углеобогатительных фабрик. - В кн.: Новые организационные груктуры в экономике.: Тез. докд. Всесоюзной научно-практ. конф., Ялта, 1991. - С. 86-87.

Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Человеко-машинный подход к созданию интегрированной зтоматизированной системы управления углеобогатительной фабрики. // Обогащение руд. аучно-технические достижения и передовой опыт в обогащении руд. - 1991. - N 6(218). - С. 1-33.

Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Определение оптимальных показателей продуктов обогаще-ля углеобогатительных аппаратов. - В кн.: Системный подход в горном деле. Проблемы, >ория, методы.: Тез. докл. Всесоюзной научно-техн. конф., М., 1991. - С. 34-36.

<в

9. Лазорин А.И., Ромашко Л.И. Разработка системы автоматического регулирования пере распределения нагрузок на отсадочные машины УОФ. - В кн.: 1-а Украшська конференщя автоматичного керування "Автоматика-94".: Тез. докл. , Киев, 1994. - Часть П. - С. 425.

10. Ромашко ЛЛ. Прогнозирование результатов разделения отсадочной машины в условия: углеобогатительной фабрики. - В кн.: Техника; и технология горного производства.: Тез. дою конф., Днепропетровск, 1990. - С. 93-94.

11. Ромашко ЛЛ., Лазорин АЛ. Моделирование процесса подготовительной классификаци угля. - В кн.: Добыча и обогащение комплексных руд.: Тез. докл. Всесоюзной конф., Апати ты, 1991. - Т. 2. - С. 55-56.

Личный вклад соискателя а работах, написанных в соавторстве: /1/ - обработан: результаты экспериментальных исследований для определения количественной оценк статистических характеристик угля; /2/ - разработана структурная схема модели объект управления, осуществлен синтез оптимального регулятора и моделирование САУ нагрузкам отсадочных машин по породе; /3/ - обоснован способ управления нагрузками отсадочны машин, определены рациональные удельные нагрузки отсадочных машин, обоснован расхс воды на гидрогрохочение в качестве управляющего воздействия; /4/ - определены влияю основных возмущающих воздействий (нагрузка по породной фракции) на качествен» количественные показатели процесса отсадки; /5/ - построена модель углеобогатительнс фабрики в виде четырехуровневой системы; /6/ - разработан метод определения точности достоверности контрольно-измерительной и управляющей информации о технологичесю параметрах углеобогатительных объектов; /7/ - разработан системный подход к создана системы управления углеобогатительной фабрикой; /8/ - разработан алгоритм прогнозир вания качественных показателей процесса отсадки, разработаны и отлажены программы; /\ - разработана структура связанной системы автоматического управления, определены пар метры настройки регуляторов и корректирующих устройств, разработаны алгоритмы упра ления нагрузками отсадочных машин; /11/ - построена математическая модель процес грохочения, позволяющая прогнозировать результаты разделения по заданной граничн крупности угля на гидрогрохоте и определить статические характеристики каналов упрг ления.

ANNOTATION

L.I.Romashko. The automatic control system of the jigs loads. Dissertation to search lolar degree of Master of science (engineering) /manuscript/ in the speciality 05.13.07 utomation of technological processes and productions", State Mining University of Ukraine, epropetrovsk, 1996.

The theoretical researches of the formation regularities of the jig loads at the coal ;paration plant and also the experimental research results of a plant common load effect, ction and granulometric compositions of initial coal bulk on the separation quality and the d variation estimate, which allow to develop the automatic control system of the jigs rock ds are defended. It is stated that the use of the water discharge on hydroscreening and the int production change as the control actions allows to implement the separational control of J jigs rock loads. On the basis of suggested and well-grounded method the mathematical >dels of automatic control system and the control algorithms, which allow to fulfil the lependence conditions of control circuits, and system synthesis are developed. Eleven entific works have been already published.

АНОТАЦШ

Ромашко Л.1. Система автоматичного управлшня навантажуванням вщсаджуваль-[X машин. Дисертащя на здобуття вченого ступеня кандидата техтчних наук (рукопис) за 1Хом 05.13.07 "Автоматизащя технолопчних процес1в та виробництв". Державна прнича адем1я Украши, Дншропетровськ, 1996.

Захищаються теоретичт дослщження законом1рностей формування навантажуван-[ ввдсаджувалышх машин вупльнозбагачувальних фабрик, результати експериментальних >слвджень впливу загального навантажування фабрики, фракщйного та гранулометричного лад'т вихвдного вуплля на ягасть продукт1в розподЬтення та оцшки коливання наванта-ування, що дозволяють розробити систему автоматичного управлшня навантажуванням дсаджувальних машин по породи Установлено, що використання витрачення води на црогрохочення та продуктивное™ фабрики з вихщного вуплля в якост1 керуючих даянь )зволяе забезпечити розподшене управл1ння навантажуванням вщеаджувальних машин по )род1. На основ1 запропонованого та обгрунтованого способу розроблено математичт модел1 АУ та алгоритми управлшня, яю дозволяготь забезпечити виконнання умов автояомност! )нтур1в управлшня, здшенен синтез системи. Опубл1ковано 11 наукових праць.

КЛЮЧОВ1 СЛОВА: вщеаджувальна машина, навантажування, система автоматич->го управлгння, багатозв'язна система, ¡стотне зап!знювання, синтез.