автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Управление технологической линией мокрого магнитного обогащения

од

7 КОЙ да

уральская государственная горно-геологическая академия

На правах рукописи

Казаков Юрий Михайлович

УДК 622.73-503.505 622.778-503.55

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИЕЙ МОКРОГО МАГНИТНОГО

ОБОГАЩЕНИЯ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1994

Работа выполнена в Уральской государственной горно - геологической академии

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Прокофьев Е. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дергунов Н.П.

кандидат технических наук, доцент Жеребцов A.C.

Ведущая организация - институт " УРАЛМЕХАНОБР "

Защита состоится "23" Э\ 1994г. в ^ 0 часов

на заседании диссертационного совета Д 063.03.01

Уральской государственной горно-геологической академии

620219, Екатеринбург,ГСП-126,ул. Куйбышева, 30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГСТА. Автореферат разослан " iMCl 1994.

Ученый секретарь р _______5

диссертационного совета Прокофьев Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.Основным процессом в технологии получения железного концентрата является мокрая магнитная сепарация.Особенностью обогатительного производства в настоящее время является вовлечение все большего количества бедных руд и усложнение минералогического состава смеси руд, поступающих на обогащение.В связи с этим встает задача более полного извлечения полезного компонента.

Возрастающие требования к эффективности производства при сложном составе обогащаемого продукта приводят к усложнению самого процесса обогащения.Технологическая линия мокрой магнитной сепарации включает комплекс технологических процессов,основные из которых - измельчение, классификация,магнитная сепарация,дешлама-ция,обезвоживание.Результаты, полученные при исследовании процесса мокрого магнитного обогащения, покаеали возможность разработки способа управления технологической линией , позволяющего регулировать как качество выпускаемого концентрата,так и потери металла с отходами обогащения.

Исследование работы обогатительных аппаратов в составе технологической линии .оценка эффективности отдельных управляющих воздействий непосредственно по результатам промышленных испытаний сопряжены с большими трудностями.Перспективным здесь является разработка имитационных моделей и проведение численных экспериментов на ЭВМ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом важнейших научно-исследовательских работ Вузов, а также хоздоговоров о научно-исследовательских работах между Свердловским горным институтом и Сшловско-Сарбайским ГПО и Грозненским НПО "Промавтоматика" в 1986-90гг.

Цель работы.Повышение эффективности процесса мокрого магнитного обогащения железных руд посредством автоматического управления комплексом технологических процессов ММО как единым управляемым об-ьектом.

Основные идеи работы.Технологическая линия мокрого магнитного обогащения .включающая комплекс технологических процессов,рассматривается как единый объект управления.Система управления таким комплексом представляется в виде двухуровневой системы с заданной иерархией. Каждый из уровней имеет собственную функцию цели.

Повышение достоверности имитационного моделирования мокрой

магнитной сепарации получено ва счет единого многоуровневого описания взаимосвязанных одновременно происходящих процессов.

Задачи исследования.1.На основе экспериментальных исследований работы магнитных сепараторов и технологической линии в целом получить технологические свяаи между параметрами режима работы технологической линии и выходными параметрами процесса обогащения. Обосновать выбор режимных параметров,наиболее сильно влияющих на выходные параметры процесса обогащения.Выявить технологические закономерности,характерные для работы стадий магнитной сепарации в составе технологической линии.На основе выявленных закономерностей выбрать управляющие воздействия для регулирования качества концентрата и потерь магнетитового лелеза с отходами обогащения.

2. Разработать на базе существующих средств контроля технологического процесса математические модели прогнозирования выходных параметров. Исследовать адекватность моделей технологическому процессу и возможность использования их в системе управления.-

3. Выбрать структуру системы управления технологической линией как единого комплекса технологических процессов. Разработать алгоритмы управления технологической линией , использование которых обеспечивает расчет управляющих воадействий, реализующих поставленные цели. Разработать программное обеспечение системы управления.

4. Разработать математическую модель процесса мокрого магнитного обогащения на барабанных магнитных сепараторах на основе совокупного описания одновременно протекающих физических процессов. Разработать программное обеспечение модели.

Методы исследований.Анализ работы технологического оборудования и технологической линии в целом проводился с применением методов и критериев математической статистики.При разработке математических моделей прогновирования выходных параметров использовались методы анализа временных рядов. Для разработки алгоритмов системы управления привлекались методы теории автоматического управления, теории многоуровневых иерархических систем.Теоретические исследования процесса обогащения в магнитных полях выполнены с использованием методов математической физики,магнитостатики,гидродинамики и массопереноса, теоретической механики,математического анализа.

Экспериментальные исследования осуществлены в производственных условиях. Численные эксперименты на имитационных моделях про-

водились на ЭВМ ЕС-1061.

Научная новизна. Установлены зависимости выходных параметров процесса обогащения от параметров режима работы технологической линии. Качество концентрата и потери магнетитового железа с отходами обогащения регулируются изменением нагрузки на технологическую линию по промпродукту CMC, изменением расхода дополнительной воды в 1,2 стадиях классификации и в 1,2,4 стадиях магнитной сепарации.

Установлены технологические закономерности работы стадий магнитной сепарации в составе технологической линии, связывающие выходные показатели процесса обогащения с суммарным расходом дополнительной воды в питание этих стадий. На основе полученных закономерностей осуществлено раздельное регулирование качества концентрата и потерь магнетитового железа с отходами обогащения.

Получены дискретно-непрерывные модели прогнозирования массовых долей железа и класса крупности -?4мкм в концентрате и магнетитового железа в отходах обогащения, использующие дискретные временные ряды значений контроля выходных параметров, а также величину непрерывно контролируемой массовой доли твердого в пульпе в сливах гидроциклонов 1,2 стадий классификации и в питании 1,2,4 стадий магнитной сепарации.

Проведена декомпозиция задачи управления технологической линией ШО с выделением в системе управления двух уровней.На верхнем уровне решается задача управления качеством концентрата. На нижнем уровне осуществляется минимизация потерь магнетитового железа с отходами обогащения.

Разработаны алгоритмы системы управления технологической линией с использованием прогноза выходных параметров.Разработан алгоритм решения двухуровневой задачи экстремального управления, предусматривающий корректировку управляющих воздействий верхнего уровня в случае невыполнения допустимых ограничений на прогнозируемую величину потерь при решении задачи нижнего уровня.

Получена двухуровневая математическая модель процесса мокрой магнитной сепарации,описывающая процессы разделения как в локальной зоне,так и в объеме всего обогатительного аппарата.

Практическая ценность .Полученные алгоритмы управления комплексом технологических процессов мокрого магнитного обогащения

позволяют повысить эффективность процесса обогащения.

■ Алгоритмы,использующие для управления основные параметры режима работы технологической линии, данные дискретного контроля выходных параметров и непрерывного контроля массовой доли твердого в пульпе в различных точках технологической схемы,обладают универсальностью и могут применяться для различных типов технологических схем обогащения.

Метод описания процесса мокрой магнитной сепарации как совокупности одновременно происходящих физико-механических процессов и явлений позволяет повысить точность моделирования.Модульная реализация алгоритма позволяет подключать другие физические процессы, учет которых может повысить адекватность модели.Методика применима для описания с единых позиций процессов обогащения.

Реалиэация работы.Способ управления качеством концентрата с использованием процедуры прогнозирования выходных параметров внедрен на второй очереди фабрики МЫС ССГПО в 1986г.Экономический эффект за три месяца опытно-промышленной эксплуатации составил 29,7тыс.руб.

Алгоритмы двухуровневой системы управления технологической линией включены в состав технического проекта АСУ ТП обогащения железной руды фабрики мокрой магнитной сепарации ССГПО на 3 очереди из шести технологических линий. Головной разработчик - ВЮШИ "Промавтоматика" Грозненского НПО "Промавтоматика", соисполнитель - Свердловский горный институт. Ожидаемый экономический эффект от внедрения задачи в 1990 г. составил 109,7тыс.руб.

Математические модели процесса магнитной сепарации, программы моделирования работы магнитных сепараторов включены в состав учебной САПР открытых разработок рудных месторождений.

Апробация исследований.Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на IX Всесоюзной научно-технической конференции "Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов", Москва,1987г.; на Всесоюзном совещании по повышению качества продукции горнорудных предприятий, г.Губкин,1987г.; на Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам комплексного развития горных предприятий,г.Свердловск,1988г.; на Z Всесоюзной научно-технической конференции по микропроцессорным комплексам для управления технологическими процессами,г.Грозный,1989г. ;на Всесоюзной конференции по технологии сыпучих материалов, г.Ярославль, 1989г.;на X Международной конференции 1САМС-90, г.Остра-

ва,ЧССР,1990г.;на техническом совещании при главном обогатителе ССГПО,г.Рудный,1990г.

Публикации.Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 8 работах.

Структура и объем работы.Работа состоит из введения, четырех глав,ваключения,библиографического списка,включающего 97 наименований, и приложения. Содержание работы изложено на 174 страницах, включая 24 таблицы и 15 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Задачи управления процессом мокрого магнитного обогащения являются многокритериальными.

Одновременное управление выходными параметрами процесса обогащения - массовыми долями железа и класса крупности -74мкм в концентрате и магнетитового *елеза с отходами обогащения - требует рассматривать технологическую линию мокрого магнитного обогащения как единый объект управления, а противоречивость целей вызывает необходимость использования дополнительных управляющих воздействии.

Основным режимными параметрами,определяющими ход всех технологических процессов на линии мокрого магнитного обогащения с трехстадиальным измельчением,являются:нагрузка на технологическую линию по проьшродукту СМС- 0.р .расход дополнительной воды в 1 и 2 стадиях классификации - Об1, ,и расход дополнительной воды в 1,2 и 4 стадиях магнитной сепарации-О^Ов^Ой^ -Здесь слив гидроциклона 1 стадии классификации рассматривается как питание 3 стадии сепарации.

На основании экспериментальных исследований получены статические характеристики магнитных сепараторов. Установлены корреляционные свяви. Обоснование проводилось с использованием Ь - критерия. Расчеты показывают значимость исследуемых связей.

Для стадий сепарации в составе технологической линии получена оценка теоретических линий регрессии массовой доли магнетитового железа в отходах по стадиям в зависимости от массовой доли твердого в питании стадий.Путем расчета доверительных интервалов показана статистическая значимость угловых коэффициентов линий регрессии. Значения утловых коэффициентов свидетельствуют о различной чувствительности величины потерь по стадиям к расходу дополните ль-

ной воды в питании этих стадий.

Установлены корреляционные связи между режимными параметрами технологической линии и выходными параметрами процесса обогащения. Проведено их статистическое обоснование. Выбор наилучшей множественной регрессии осуществлялся методом включения.Путем поэтапного определения наиболее значимых режимных параметров произведено их упорядочение по степени влияния на выходные параметры процесса обогащения. На основании критерия Фишера получены наилучшие виды линейных связей выходных параметров процесса обогащения и параметров режима работы технологической линии. Обусловленность изменений выходных параметров в моделях наилучших регрессий подтверждается расчетами коэффициентов множественной корреляции.Статистическая значимость коэффициентов обоснована с вероятностью 0,9 построением доверительных интервалов с использованием 2 - преобразования Фишера.

Для выбора управляющих воздействий по степени их селективного влияния на выходные параметры процесса обогащения были обработаны данные промышленного эксперимента. Математическая обработка результатов эксперимента позволила установить,что при фиксированных вначениях Ор , и постоянном суммарном расходе дополнительной воды в 1,2,4 стадиях сепарации и 1 стадии классификации -изменения расходов дополнительной воды по стадиям сепарации ^в*-» в большей степени оказывают влияние на величину по-

терь, чем на показатели качества концентрата. Коэффициент вариации массовой доли магнетитового желева в отходах обогащения составил

= 12-15% при аналогичных коэффициентах для массовых долей железа и класса крупности -74 мкм в концентрате =0,4-0,5% ,

=0,4-0

Локавано,что множественная линейная регрессия массовых долей железа и класса крупности -74мкм в концентрате вида

МС^ДоГ) , а>

где влияние стадий сепарации учитывается через величину суммарного

ЛС-+К1

расхода дополнительном воды , и линеиная регрессия массовой

доли магнетитового железа в отходах обогащения вида

где Ор , С^2- представляют фиксированные значения параметров,

обуславливают изменения выходных параметров Jb , , "5ц в такой же степени,как и модели наилучших регрессий. Сравнение проводилось путем расчета коэффициентов множественной корреляции и оценок остаточных дисперсий моделей.

Сделан вывод о том, что для управления качеством концентрата может быть испольвовано изменение нагрузки на технологическую линию по промпродукту CMC, изменение расхода дополнительной воды во 2 стадии классификации и изменение суммарного расхода дополнительной воды в 1,2,4 стадиях сепарации и в 1 стадии классификации. В этом случае для управления потерями магнетитового железа с отходами обогащения испольвуется изменение расходов дополнительной воды по стадиям сепарации и в 1 стадии классификации при фиксированных значениях управляющих параметров, регулирующих качество концентрата.

Запаздывание результатов контроля выходных параметров приводит к необходимости их прогнозирования при решении задач управления. Для этой цели предложены авторегрессионные модели,использующие дискретные значения временных рядов результатов контроля выходных параметров процесса обогащения. Исходные временные ряды моделируются на разных частотах.

Авторегрессионная модель прогнозирования выходных параметров процесса обогащения с шагом прогнозирования, равным интервалу дискретности временного ряда, с учетом разделения сигнала на низко л высокочастотные составляющие имеет вид

У АР И) = Ус (s4-1) + Co9[y&(s+1*-1) " Ус (бЛ-1)] + 2. -1

í>M u

Здесь у - выходной параметр (может принимать значения i ) > S ~ дискретное время контроля выходного параметра, 1?.

- шаг прогнозирования, равный интервалу дискретности, К - глуби-m прогноза, С0у ^ Сц^ коэффициенты модели.

Величина y^S-ft— i ) означает скользящее среднее на задан-юм временном интервале. Математическое ожидание скользящего сред-iero или среднее сглаженное (s+"k - "1) определяется по более глубокому интервалу значений.

Для того, чтобы уменьшить влияние резких отклонений значений

выходных параметров на величину прогноза, которые вызываются, в основном, нестабильностью в работе оборудования, прогнозируемое значение выходного параметра определяется как среднеинтегральное по заданной глубине прогноза. В атом случае временной ряд дополняется прогнозируемыми вначениями.

С позиций задач управления долгосрочное прогнозирование вызвано производственной необходимостью выполнения средних (например, среднесменных) заданий по качеству концентрата и величине потерь. При удовлетворительном среднесменном прогнозе изменение управляющих воздействий необосновано. Система управления, использующая прогноз выходных параметров, должна реагировать только в том случае, если наметилась тенденция отклонения от нормы, либо произошел резкий скачок выходного параметра, который значительно изменяет средние прогнозируемые показатели.

Внутри интервала дискретности значение прогноза аппроксимируется линейной функцией. Для уточнения прогноза внутри интервала дискретности при прогнозировании массовых долей железа и класса крупности -74мкм в концентрате используются данные изменения массовой доли твердого в сливе гидроциклонов 2 стадии классификации,а при прогнозировании массовой доли магнегитового железа в отходах обогащения - изменения массовой доли твердого в сливе гидроциклонов 1 стадии классификации и в питании 1,2,4 стадий магнитной сепарации. .

Общая дискретно-непрерывная модель прогнозирования выходных параметров в момент времени , где "Ь - текущее время знут-

ри интервага дискретности, представляется как

А А

Эдесь £др, ~ прогнозируемые значения выходных па-

раметров, вычисляемые по авторегрессионным моделям, ТСд 5"Тпит-массовая доля твердого в сливах гидроциклонов 1 и 2 стадий классификации и в питании 1,2,4 стадии сепарации, С^С^С^ С^

коэффициенты усиления.

Опробование модели прогнозирования массовых долей железа и класса крупности -74мкм в концентрате проведено в промышленных условиях. Оценка остаточных дисперсий моделей составила для массовой доли железа 0.086% при исходной дисперсии параметра 0.164% , для массовой доли класса крупности -74мкм соответственно 0.25% и 0.494%.

Задача управления технологической линией мокрого магнитного обогащения заключается в стабилизации массовых долей железа и класса крупности -74 мкм в концентрате при выполнении ограничений на величину потерь магнетитового железа в отходах. Функция цели имеет вид

Р^-ЯЧасД-с^ЧаА* + + а, (А0Р)?+f+ (5)

+ а^т^Т,

К* V-

где £ ^ С^у - заданные (плановые) значения показателей концентрата. Прогнодируемые с учетом управления значения выходных параметров ^ , , -5ц представляются в соответствии с моделями наилучших регрессий как линейные функции параметров режима работы технологической линии. Весовые коэффициенты О^СЦ^й.^задаются исходя из равнодопустимых, с точки зрения производственных потерь, отклонений выходных параметров, коэффициенты ,1/ — 1,...,7 определяют ватраты на управление. На все переменные наложены технологические ограничения.

Задача управления,формализованная как задача математического программирования .представлена в возмущенном виде. Возмущению подвергалась целевая функция (5) путем использования в ней зависимостей выходных параметров от режимных в виде (1)-(2).При этом область поиска экстремума оставалась неизменной. В результате выделена приближенная (порождаюшдя)задача. Показана близость между решениями возмущенной и порождающей задач.

Порождающая задача относится к классу непосредственно декомпозируемых задач.Целевая функция в ней представлена как сумма двух функций, определенных на непересекающихся подмножествах переменных. Наличие связующей переменной,которая является независимой в одной из функций и выступает ограничением для переменных другой , определяет уровни и порядок решения задачи.

На верхнем уровне решается задача управления качеством концентрата посредством изменений нагрузки на технологическую линию по промпродукту CMC, расхода дополнительной воды во 2 стадии классификации и суммарного расхода дополнительной воды в 1,2,4 стадиях сепарации и в 1 стадии классификации. Величины управляющих воздействий определяются из условия минимума функции цели

? 2 (6)

при ограничениях на управляющие параметры Qp, Qb2", и на

средние прогнозируемые значения показателей качества концентрата. Здесь прогнозируемые с учетом управления значения jb ^ С^, определяются как сумма

A A

где jb0, -прогнозируемые значения показателей качества концентрата, полученные по дискретно-непрерывной модели (4), при отсутствии изменений управляющих параметров, 'U- - набор управляющих параметров верхнего уровня, С^ц^С^-коэффициенты усиления по каналу вход-выход между соответствующими входными и выходными параметрами.

На нижнем уровне решается задача минимизации потерь магнети-тового Женева с отходами обогащения за счет распределения суммарного расхода дополнительной воды по стадиям сепарации. В формальном виде зтр задача минимизации функции

при заданных ограничениях на , управляющие параметры Q&1, и Д°полнительном ограничении

А Пс+К1

где величина ¿-Ц^хв является решением задачи верхнего уровня. Прогнозируемые значения массовой доли магнетитового железа в отходах обогащения вычисляются по формуле

З^есь А Д2 являются решением задачи верхнего уровня,

-прогнозируемое значение массовой доли магнетитового желеаа в отходах обогащения без учета управления (определяется по дискретно-непрерывной модели прогнозирования), ■и» - набор управляющих параметров нижнего уровня, С^ - коэффициенты усиления по каналу "управляющее воздействие - тУм

Для выполнения заданных ограничений алгоритмы расчета управляющих воздействий включают процедуры вариации весовых коэффициентов в функциях цели.

Включение в алгоритм расчета управляющих воздействий верхнего уровня поисковой процедуры смены заданий на массовую долю класса крупности -74мкм в концентрате позволяет добиться максимально возможной нагрузки на технологическую линию в данной ситуации.

Анализ ограничений на потери магнетитового желева с отходами обогащения производится на нижнем уровне.В результате для оптимальных, с точки зрения ^тнимума функции вначений О^1, Оц , .ограничения на могут оказаться невыполненными. В алгоритме предусмотрена возможность возврата решения на верхний уровень системы управления с модификацией его функции цели, выражающей-штраф за невыполнение ограничений нижнего уровня.

Для коррекции коэффициентов математических моделей прогнозирования выходных параметров и моделей расчета управляющих воздействий применяется алгоритм адаптивной идентификации с использованием прогноза.

Программное обеспечение системы управления построено по модульному принципу. Программные модули реализуют алгоритмы прогнозирования выходных параметров,адаптации коэффициентов математических моделей, расчета управляющих воздействий,обработки и подготовки

информации в СВУ ЭВМ. Связи программных модулей осуществляются через массивы входной-выходной информации, хранимые в ОЗУ.

Алгоритмы управления качеством концентрата опробованы в ходе опытно-промышленной эксплуатации системы управления на пяти технологических линиях на фабрике МЫС ССГПО.Управляющими воздействиями являлись изменение нагрузки на технологическую линию по промпро-дукту CMC и изменение уровня пульпы в зумпфе насоса,питающего гид-роциклоны.Ддя выполнения условий на потери магнетитового железа вариации управляющих воздействий были ограничены.

Результаты эксплуатации подтверждают эффективность алгоритмов прогнозирования и управления.

Автоматическое управление технологическим процессом с использованием указанных алгоритмов позволило в среднем получить концентрат, по качеству более бливкий к заданному, уменьшить потери магкетитоного железа с отходами обогащения на 0.17%,увеличить нагрузи на технологическую линию по промпродукту CMC на ?.2т/ч, увеличить производительность по концентрату на 6 т/ч. Фактический экономический эффект за 3 месяца опытно-промышленной эксплуатации системы составил в 1987г. 29,7тыс.руб.

Алгоритмы двухуровневой системы управления комплексом технологических процессов мокрого магнитного обогащения на технологической линии включены в технический проект по разработке АСУ фабрики МЫС ССГПО. Головной разработчик - Грозненское НПО "Промавто-матика". Ожидаемый экономический эффект от внедрения алгоритмов в 1990 г. составил 109,7гые.руб.

Исследование процесса обогащения,его эффективности в зависимости от изменения свойств обогащаемого материала, конструктивных параметров технологического оборудования, параметров режима работы технологической линии связано с необходимостью проведения промышленных экспериментов,что всегда вызывает большие затруднения.Этой цели служит имитационная модель технологической линии мокрого магнитного обогащения.

Имитационная модель технологической линии основана на ■ дискретном представлении гранулометрической характеристики продуктов обогащения.Модель имеет блочную структуру. Каждый блок соответствует отдельному технологическому процессу. В моделях используются экспериментально-аналитические уравнения для расчетов продуктов разделения.

Исследование процессов обогащения на имитационной модели по-

казало необходимость уточнения математического описания работы магнитных сепараторов.

Разработана двухуровневая модель процесса мокрой магнитной сепарации на барабанных магнитных сепараторах.Система дифференциальных уравнений,описывающих процесс магнитной сепарации, имеет следующий вид.

На микроуровне, в пределах локального объема, распределение концентрации частиц (флокул) I -го класса крупностиj-го типа сростков удовлетворяет диффузионному уравнению

ед-щ—э^ ^ Зх + 3 = 1,2,...,О, у^^у+Ау,

где С-^ (со, у) -линейная плотность распределения концентрации частиц на расстоянии у от начала рабочей зоны на высоте X от дна ванны, 1ГП -скорость пульпы, -скорость движения частиц в сторону магнитного барабана, -коэффициент макродиффувии, -коэффициент пропорциональности изменения концентрации частиц при флокуля-ции.

Краевые условия в (11) выражают непроницаемость дна ванны и наличие потока магнитного материала на границе с магнитным барабаном.

На макроуровне описываются процессы, характерные для обогатительного аппарата в целом.

Высота несущего потока к(у) связана с толщиной налипшего на барабан слоя магнитного материала (при кубической структуре

расположения частиц) уравнениями

ку) = Ь-вАн-ку);

сИз(у) _ 12.

о

(12)

где СО -угловая скорость вращения барабана, З^др -диаметр барабана, квян -высота ванны, ~ поток частиц (флокул) в концентрат через единичную площадку на верхней границе несущего потока.

Изменение скорости пульпы в ванне сепаратора описывается диф-

ференциальным уравнением

I д

В уравнении величина означает поток воды в концентрат.

Извлечение частиц в концентрат определяется как отношение потока их в магнитном материале,извлекаемом на барабан,к исходному потоку этих частиц в питании и описывается дифференциальным уравнением

"У >1пгП-ВАН Ь=И ^

Здесь -извлечение частиц (I ,Щ.)-го типоразмера, представ-

ленных в питании,^ С^^ -равномерно распределенный поток этих частиц в питании, Е^^щ " Доля частиц ¿-го класса крупности, Ш.-го типа верна во фракциях (флокулах) (I, ^ )-го типоразмера.

Решение краевой задачи (11) получено путем последовательного выделения и моделирования одновременно происходящих физико-механических процессов - флокуляции,извлечения и диффуеии.

Математическое моделирование процесса обогащения на микроуровне объединено в рамках ячейки разделения. Ячейка разделения позволяет описывать процесс магнитной сепарации на любом участке рабочей зоны как последовательность одних и тех же физико-механических процессов.Модель работа сепаратора состоит в последовательном обращении к ячейке разделения на каждом участке рабочей зоны с учетом изменяющихся характеристик среды.

Программная реализация модели включает алгоритмические модули фивических процессов.Взаимосвязь программных модулей осуществляет головная программа,которая позволяет компоновать любой тип ванн сепаратора. Модульный принцип программного обеспечения позволяет расширять математическое описание процесса сепарации путем простого подключения дополнительных модулей физических процессов, учет которых может повысить адекватность модели.

Предлагаемая модель процесса магнитной сепарации за счет учета факторов взаимодействия частиц позволяет более точно рассчиты-

вать выходные параметры процесса.Зависимость показателей извлечения от многих режимных и конструктивных параметров сепаратора дает возможность всестороннего исследования процесса обогащения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе рассмотрены вопросы управления технологической линией мокрого магнитного обогащения,включающей процессы измельчения,классификации, магнитной сепарации,как единым комплексом технологических процессов.Исследованы технологические закономерности процесса обогащения и вопросы прогнозирования его выходных параметров на основе существующих средств контроля. Проведен выбор управляющих воздействий,регулирующих массовые доли же-лева и класса крупности -?4мкм в концентрате и магнетитового железа в отходах обогащения.

Разработаны алгоритмы управления технологической линией с использованием прогноза выходных параметров. Разработано программное обеспечение двухуровневой системы управления.

Разработана математическая модель процесса мокрой магнитной сепарации на барабанных магнитных сепараторах, входящая в состав имитационной модели работы технологической линии ЫМО.

Достоверность результатов исследований обоснована методами статистических оценок и путем сопоставления опытных и расчетных данных.Достоверность полученных алгоритмов проверена в промышленных условиях.

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1. Получены статические характеристики магнитных сепараторов, выражающие зависимость прироста массовой доли железа в промпродук-те и массовой доли магнетитового железа в отходах от изменения массовой доли твердого в'питании сепараторов. Установлена различная чувствительность массовой доли магнетитового железа в отходах по стадиям в составе технологической линии к изменению массовой доли твердого в питании этих стадий. Получены корреляционные связи между выходными параметрами процесса обогащения и параметрами режима работы технологической линии.

Установлены технологические закономерности, позволяющие выбирать управляющие воздействия по селективному признаку.

2. Для управления качеством концентрата предложено использовать изменение нагрузки на технологическую линию по промпродукту

CMC, изменение расхода дополнительной воды во 2 стадии классификации и изменение суммарного расхода дополнительной воды в 1,2,4 стадиях сепарации и в 1 стадии классификации. Для управления потерями магнетитового железа с отходами обогащения испольвуется изменение расходов дополнительной воды по стадиям сепарации и в 1 стадии классификации при фиксированных значениях управляющих параметров, регулирующих качество концентрата.

3. Разработаны алгоритмы дискретно-непрерывного прогнозирования массовых долей железа и класса крупности -?4мкм в концентрате и магнетитового железа в отходах обогащения. Дискретный прогноз осуществляется по результатам контроля выходных параметров на основе авторегрессионных моделей с разделением сигнала на низко-и высокочастотные составляющие. Внутри интервала дискретности прогноз уточняется на основании данных непрерывного контроля массовой доли твердого в пульпе. Для прогнозирования массовых долей железа и класса крупности -74мкм в концентрате используется изменение массовой доли твердого в сливе гидроциклонов 2 стадии классификации, а для прогнозирования массовой доли магнетитового железа в отходах обогащения - изменение массовой доли твердого в питании 1,2,4 стадиях магнитной сепарации и в сливе гидроциклонов 1 стадии классификации.

Обоснована необходимость использования' в системе управления технологической линией интегральной оценки прогноза.

Модель опробована в промышленных условиях на фабрике ММС ССГПО, установлена адекватность модели исследуемому процессу.

4. Разработано программно-алгоритмическое обеспечение системы управления технологической линией мокрого магнитного обогащения, использующей существующие на фабриках ММС формы контроля технологического процесса. Регулирующими воздействиями в системе управления являются : изменение нагрузки на технологическую линию по промпродукту CMC, изменение расхода дополнительной воды в 1,2 стадиях классификации и в 1,2,4 стадиях магнитной сепарации. Расчет управляющих воздействий осуществляется с использованием прогноза выходных параметров процесса обогащения и обеспечивает выполнение поставленных целей.

5. Обоснована возможность приближенного решения задачи управления технологической линией мокрого магнитного обогащения, проведена декомпозиция системы с выделением в ней двух уровней. Каждый из уровней ииеет свою целевую функцию. На верхнем уровне решается

задача управления качеством концентрата, на нижнем осуществляется минимизация потерь магиетитового железа. Связь уровней осуществляется через агрегированную переменную.

6. Разработан алгоритм решения двухуровневой задачи управления технологической линией. Расчет управляющих воздействий включает алгоритмы вариации весовых коэффициентов в функциях цели верхнего и нижнего уровней, что позволяет приводить технологические параметры в рамки заданных ограничений. В случае невыполнения ограничений на потери магнетитового железа в алгоритме предусмотрена возможность возврата решения на верхний уровень системы управления с модификацией его функции цели. Наличие в алгоритме поисковой процедуры смены заданий на массовую долю класса крупности -74мкм в концентрате обеспечивает расчет максимально возможной нагрузки на технологическую линию.

7. Программное обеспечение системы управления технологической линией построено по модульному принципу. Программные модули реализуют алгоритмы прогнозирования выходных параметров, адаптации коэффициентов математических моделей, расчета управляющих вовдейс-твий, обработки и подготовки информации в ОВУ ЭВМ. Взаимодействие алгоритмических модулей во времени осуществляет организующая программа.

8. Алгоритмы управления качеством концентрата опробованы на пяти технологических линиях II очереди фабрики ММС ССГПО. Фактический экономический эффект в 1986г. за 3 месяца опытно-промышленной эксплуатации составил 29,7тыс. руб.

Алгоритмы двухуровневой системы управления режимом работы технологической линии включены в технический проект по созданию АСУ ТП "Руда-1" иа фабрике ММС ССГПО. Головной разработчик - Грозненское НПО "Промавтоматика". Ожидаемый экономический эффект от внедрения задач управления режимом работы технологической линии на 1990 г. составил 109,7тыс.руб.

9. Разработана двухуровневая математическая модель процесса мокрого магнитного обогащения на барабанных магнитных сепараторах. На микроуровне описываются физико-механические процессы и явления, проходящие в локальном объеме рабочей зоны. На макроуровне осуществляется расчет гидродинамических характеристик среды, проводится связь явлений микроуровня с процессами извлечения. Повышение достоверности моделирования достигается за счет совокупного описания процессов - флокуляции,извлечения,диффузии,удаления маг-

нитного материала из рабочей зоны в условиях изменяющихся гидродинамических характеристик потока обогащаемого материала.

10. Разработан алгоритм решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных на основе последовательного рассмотрения и моделирования одновременно происходящих процессов. Предложена ячеечная структура модели процесса магнитной сепарации на барабанных магнитных сепараторах, позволяющая описывать разделение и извлечение материала на любом участке рабочей зоны как последовательность одних и тех же процессов.

Программная реализация модели включает набор программно-алгоритмических модулей, соответствующих отдельным физическим процессам. Взаимосвязь модулей осуществляет организующая программа.

. 11. Математические модели и программы моделирования работы барабанных магнитных сепараторов включены в состав учебно - проектной системы автоматизированного проектирования открытых разработок рудных месторождений, обеспечивающей подготовку пользователей САПР.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Поршнев М.Н..Казаков Ю.М. Цифровое имитационное моделирование и управление процессом обогащения железных руд //Автоматическое управление технологическими процессами в горной промышленности. :Межвуз.научн. тематический сборник / Свердловский горный институт .-Свердловск,1986.-с.74-80.

2.Казаков Ю.М..Поршнев М.Н.Цифровое имитационное моделирование операции магнитной сепарации с разбиением во времени физических процессов //Физическое и математическое моделирование процессов горного производства.- Деп.в ВИНИТИ 13.05.87.N 3457-В87деп. о.91-113.

3.Поршнев М.Н.,Ильиных А.А.^Казаков Ю.М. Опыт разработки и промышленной эксплуатации автоматизированной локальной информационно- управляющей системы //Метрологическое обеспечение и автоматизация технологических процессов-основа повышения качества продукции горнорудных предприятий..- Материалы совещания. - Губкин, НИИКМА,1988г.

4.Поршнев М.Н. .Казаков Ю.М.,Братин В.Г. Моделирование работы сложных технологических агрегатов и систем управления ими с разбиением во времени физических процессов // Технология сыпучих материалов - Химтехника-89.: Тез.докл. Всесоюзн. конф. - Ярославль,

1989. - с.162-164.

б.Поршнев М.Н..Казаков Ю.М.Управление технологической линией мокрого магнитного обогащения с декомпозицией системы //Микропроцессорные комплексы для управления технологическими процессами.: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конференции. - Грозный, 1989.- с.94-95.

6.Поршнев М.Н. .Казаков Ю.М. .Ильиных А. А. Алгоритмическое обеспечение задач рационального управления комплексом технологических процессов при мокром магнитном обогащении железных руд//Системный анализ и совершенствование хозяйственного механизма предприятий. ¡Тез.Всесоюэ.конф.-Свердловск,1990. -с.146-149.

7.Казаков Ю.М.Рациональное управление при обогащении железной руды //Физическое и математическое модел55рование процессов горного производства.-Деп. в ВИНИТИ 10.06.90. М2612-В90 деп.-с.-140-157.

в.Поршнев М.Н. .Казаков Ю.М.,Братин В.Г.Цифровое моделирование комплекса технологических процессов мокрого магнитного обогащения и систем управления ими с разбиением во времени физических процессов //Международн. конф. 1САМС-90.: Тез докл.-Острава.Чехослова-кия,1990.-с.135-139.

Подписано к печати 23.05.94 г. п.л. I. Формат бутги 60x84 Г/16. Тираж 80. Заказ 196

Лаб. множ. техники 'УТТТА. г. Екатеринбург,КуйбышеЕа,30.