МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ
УДК 621.926: 534.16
МЕТОДИ АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ ТА ОПТИМІЗАЦІЇТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ МОКРОЇ МАГНІТНОЇ СЕПАРАЦІЇ ЗАЛІЗНИХ РУД
Спеціальність:
05.13.07 — автоматизація технологічних процесів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
ПОЛІНСЬКИЙ
ОлександрМаркович
Дніпропетровськ — 2007
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі економічноїкібернетики та інформаційних технологій Національного гірничого університету (м.Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професорКочура Євген Віталійович, Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ)Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри економічної кібернетики таінформаційних технологій.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук,професор Слєсарєв Володимир Вікторович, Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ)Міністерства освіти і науки України, декан факультету інформаційних технологій,завідувач кафедри системного аналізу та управління; доктор технічних наук,професор Назаренко Володимир Михайлович, Криворізький технічний університет Міністерстваосвіти і науки України, завідувач кафедри iнформатики, автоматикиi систем управлiння.
Провідна установа: Донецькийнаціональний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедраавтоматизованих систем управління.
Захист відбудеться «17» травня 2007р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 з захистудисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освітиі науки України за адресою:
49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса,19, тел. (0562) 47-24-11.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеціНаціонального гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою:49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19.
Автореферат розісланий "___" _____________2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, О.О. Азюковський к.т. н.
Загальна характеристика роботи
Вступ. Відповіднодо головних напрямків розвитку науки й техніки, затверджених Законом Українипро основи державної політики у сфері науки і науково-технічної діяльності,автоматизація технологічних процесів і енергоресурсозбереження — одна знайважливіших складових технічного прогресу.
Сировинною базою розвитку чорної металургіїУкраїни є гірничо-збагачувальні комбінати з виробництва залізорудногоконцентрату. Підвищення ефективності гірничо-металургійного виробництванерозривно пов'язано з підвищенням якості залізорудного концентрату, зниженнямсобівартості його виробництва, розв’язанням проблем енергоресурсозбереження. Цізадачі неможливо вирішити без автоматизації основного технологічного процесузбагачення залізних руд — магнітної сепарації.
Актуальність теми. Системи автоматичного контролю та управління, що застосовуються утехнологічних комплексах мокрого магнітного збагачення, обмежені використаннямтехнічно складних пристроїв з малим терміном служби. Про ефективністьусереднення руди судять з результатів аналізу технологічних проб руди улабораторії. Однак сучасні технології вимагають автоматизації контролюрезультатів усереднення або за текстурними властивостями руди (крупність,твердість), або за структурними (масова частина заліза). Методи автоматичноготехнічного контролю магнітних сепараторів на збагачувальних фабриках практичновідсутні, а про їх технічний стан судять з результатів огляду в періодпланово-попереджувальних ремонтів або після їх відмови. Разом з цимзастосування магнітного сепаратора як пілотного апарата, що виконуєтехнологічну та інформаційну функції, спроможне вирішити ці проблеми. Перешкодоюв цьому напрямку є різноманітність технологічних схем мокрого збагачення, якізастосовуються на магнітозбагачувальних фабриках, що вимагає розробкиспеціальних методів автоматичного контролю й оптимізації комплексів магнітноїсепарації, де окремі сепаратори з'єднані відповідно до технологічної схемизбагачення.
Розв’язання задач автоматичного контролю йоптимізації таких комплексів за електричними змінними магнітних сепараторівзабезпечує вирішення таких актуальних питань автоматизації збагачувальнихфабрик України, як: підвищення ефективності управління процесами магнітногозбагачення руд; зниження витрат електроенергії; зниження втрати заліза у хвостах;підвищення якості концентрату; підвищення виходу концентрату. У зв'язку з цимтема дисертації є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами,планами, темами. Дисертаційна робота є складовоючастиною досліджень, що проведені у Національному гірничому університеті задержбюджетними тематиками «Розробка програмно-технічного комплексуавтоматизації гірничого виробництва» (державна реєстрація № 0101U005688),"Інтелектуальні засоби автоматизованого діагностування гірничогообладнання" (державна реєстрація № 0105U000523) і «Автоматизація процесів рудопідготовки тазбагачення руд на основі використання принципу пілотного апарата» (державнареєстрація № 0106U008092), де автор брав участь як виконавець.
Мета і задачі наукового дослідження. Метою дисертації є розробка методів автоматичного контролю йоптимізації технологічних комплексів мокрого магнітного збагачення залізних рудза сигналами активної потужності приводних електродвигунів барабанів магнітнихсепараторів.
Для досягнення означеної мети в роботі вирішувалися наступнізадачі:
дослідження технологічних комплексів мокрогомагнітного збагачення залізних руд як об'єктів автоматичного контролю. Визначеннястатичних та динамічних характеристик цих комплексів, а також статистичниххарактеристик збурень на процес магнітної сепарації;
розробка методу автоматичного контролюрезультатів рудопідготовки;
розробка методу автоматичного контролютехнічного стану магнітного сепаратора;
наукове обґрунтування методу автоматичногоконтролю та управління фронтом магнітного збагачення (або кількістю паралельнопрацюючих сепараторів) за сигналами активної потужності електродвигунівсепараторів;
розробка і наукове обґрунтування методівавтоматичного контролю оптимальних технологічних режимів роботи комплексівмагнітної сепарації з перечищенням проміжного продукту збагачення, зперечищенням хвостів, а також з паралельно працюючими магнітними сепараторами.
Об’єктом дослідження є процес мокрої магнітної сепарації залізних руд.
Предметом дослідженняє методи автоматичного контролю й оптимізаціїтехнологічних комплексів мокрої магнітної сепарації залізних руд.
Методи дослідження. У процесі виконання роботи застосовувалися наступні методи досліджень: аналізі узагальнення науково-технічної інформації передових досягнень науки тавиробництва — для постановки мети і задач дослідження; спектральний аналіз — для дослідження сигналів активної потужності приводних електродвигунівбарабанів магнітних сепараторів з метою обґрунтування методів автоматичногоконтролю технологічних комплексів магнітного збагачення; методи математичноїстатистики, кореляційного і регресійного аналізу — для експериментальноговизначення статичних характеристик магнітних сепараторів; методи теоріїавтоматичного управління — для розрахунку параметрів настроювання тадослідження систем автоматичної оптимізації технологічних комплексів магнітногозбагачення залізних руд.
Математичні розрахунки виконувались наперсональному комп’ютері з використанням програми Microsoft Excell.
Наукові положення.
1. Використання відносного зсуву двохстатичних характеристик залежності активної потужності, споживаноїелектродвигунами двох паралельно працюючих магнітних сепараторів, від густинизливу пульпи класифікатора забезпечує реалізацію диференціальної системиекстремального регулювання процесами механічної класифікації та магнітноїсепарації, що, на відміну від використання статичної характеристики одногосепаратора, забезпечує роботу системи без пошукових коливань і підвищенняякості екстремального регулювання та кількості витягнутого магнітного продукту.
2. Непрямою характеристикою технологічнихчастот коливань масової частини заліза у збагачуваній руді є різниця двохмножин технологічних частот коливань спектральних щільностей центрованихвипадкових процесів зміни у часі сигналів активної потужності приводнихдвигунів магнітного сепаратора й спірального класифікатора, працюючих у першійстадії збагачення, що, на відміну від контролю технологічних частотспектральної щільності сигналу активної потужності тільки магнітного сепаратора,забезпечує автоматичний контроль ефективності усереднення руди за масовоючастиною заліза.
3. Перевищення активної потужності, споживаноїелектродвигуном барабана магнітного сепаратора, технологічно припустимого рівнявказує на розгерметизацію барабана сепаратора, що, на відміну від контролюстану сепаратора під час його ремонту, забезпечує автоматичний контроль за станомсепаратора як елемента системи екстремального регулювання процесами механічноїкласифікації та магнітної сепарації.
Новизна отриманих результатів:
уперше визначено, що критерієм оптимізаціїроботи технологічного комплексу з паралельно працюючими магнітними сепараторамиє різниця сигналів активної потужності приводних електродвигунів двох магнітнихсепараторів з різною густиною пульпи, що, на відміну від загальновизнаногометоду використання сигналу одного сепаратора, забезпечує підвищення якостіавтоматичної оптимізації технологічного комплексу за витягнутим магнітнимпродуктом;
одержали подальший розвиток дослідженняформування спектральних щільностей сигналів активної потужності електродвигунівмеханічних спіральних класифікаторів та магнітних сепараторів. Установлено, щомаксимуми спектральної щільності центрованих випадкових процесів технологічнихколивань масової частини заліза та крупності і твердості в збагачуваній рудівідповідають максимумам спектральної щільності центрованих випадкових процесівтехнологічних коливань сигналу активної потужності приводного електродвигунамагнітного сепаратора, що забезпечує використання цієї нової закономірності приавтоматичному непрямому контролі результатів усереднення руди за масовоючастиною заліза;
установлено, що максимум спектральноїщільності центрованих випадкових процесів коливань крупності і твердостізбагачуваної руди та максимум спектральної щільності центрованих випадковихпроцесів технологічних коливань сигналу активної потужності приводного двигунаспірального класифікатора мають однакову частоту, що забезпечує використанняцієї нової закономірності для автоматичного непрямого контролю результатівподрібнення й усереднення збагачуваної руди за крупністю і твердістю;
уперше встановлено, що при потраплянні пульпиу середину барабана магнітного сепаратора в результаті розгерметизації активнапотужність приводного електродвигуна сепаратора різко збільшується, а призатиранні барабана сепаратора у спектральній щільності центрованого випадковогопроцесу коливань сигналу активної потужності з'являється максимум на частотіобертання барабана сепаратора. Це забезпечує використання цих нових закономірностейдля технічного контролю стану магнітних сепараторів.
Практичне значення одержаних результатів:
застосування розробленої диференціальноїсистеми автоматичної оптимізації процесів механічної класифікації та магнітноїсепарації забезпечує без пошукових пробних коливань підтримування максимальноїпродуктивності комплексу магнітної сепарації за витягнутим залізом і зменшеннядисперсії коливань масової частини заліза в концентраті, а також зниженняпитомої витрати електроенергії на 5% й підвищення вмісту заліза в концентратіна 1,6%;
використання розроблених методів автоматичногоконтролю технічного стану працюючих магнітних сепараторів забезпечуєоперативність виявлення, відключення й ремонту несправних магнітнихсепараторів, що скорочує час простою технологічного устаткування і підвищуєпродуктивність збагачувальної фабрики;
застосування вбудованих у магнітні сепараторисистем автоматичного контролю, заснованих на розроблених методах, розширюєфункціональні можливості промислових магнітних сепараторів, підвищує їхтехнічний рівень і конкурентоспроможність;
автоматичне управління кількістю паралельнопрацюючих магнітних сепараторів, що являють собою фронт магнітної сепарації,збільшує ефективність оперативно-диспетчерського управління процесами магнітноїсепарації при коливаннях продуктивності подрібнювальних агрегатів іфізико-механічних властивостей збагачуваної руди, що підвищує вихід концентратуна 2%;
очікуваний річний економічний ефект відвикористання результатів дисертації становить сто тисяч гривень на одну секціюзбагачення.
Впровадження результатів роботи:
За результатами дисертації розроблені технічніпропозиції, методики та рекомендації з автоматичного контролю й оптимізаціїтехнологічних комплексів магнітної сепарації, що використані ВАТ «Проектнийі проектно-конструкторський інститут „Металургавтоматика“ прирозробці АСУТП збагачувальної фабрики Інгулецького ГЗК. Це підвищилоефективність систем автоматичного контролю й оптимізації процесів магнітноїсепарації та надійність інформаційного забезпечення, спростило структурукомплексу технічних засобів, скоротило терміни розробки та витрати на створенняАСУТП.
Дніпромашзбагачення використав результатидисертації при проектуванні магнітних сепараторів із вбудованою системоюавтоматичного контролю технічного стану. Це розширило функціональні можливостіпромислових магнітних сепараторів, підвищило їх технічний рівень іконкурентоспроможність.
На Інгулецькому ГЗК дані технічні пропозиції,методики та рекомендації використані при автоматичному контролі технічногостану магнітних сепараторів, управлінні фронтом і оптимізації процесівмагнітної сепарації, що забезпечило зниження питомої витрати електроенергії натонну залізорудного концентрату, а також підвищення виходу, якості йстабільності концентрату.
Особистий внесок здобувача. Усі наукові положення та результати, що виносяться на захист, отриманіавтором самостійно. Здобувач брав участь у проведенні експериментальнихдосліджень, обробці отриманих результатів методами математичної статистики,упровадженні результатів роботи в промисловість.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися нанаступних науково-технічних конференціях: „Інтегровані системи управлінняв гірничо-металургійному комплексі“ (м. Кривий Ріг, 2006); 10-й ювілейнійміждержавній науково-методичній конференції „Проблеми математичногомоделювання“ (м. Дніпродзержинськ, 2006); 13-й міжнародній конференції завтоматичного управління „Автоматика-2006“ (м. Вінниця, 2006).
Публікації. Заматеріалами досліджень, виконаних у дисертації, опубліковані 6 статей у фаховихжурналах і збірниках наукових праць та 2 тези доповідей на науково-технічнихконференціях.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, спискувикористаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи — 158 сторінок, із них137 сторінок — основний текст.д.исертація містить 63 рисунки, списоквикористаних джерел із 152 найменувань і 2 додатки.
Основний зміст роботи:
У вступі відзначено,що питаннями автоматизації технологічних процесів на збагачувальних фабрикахприсвячені роботи вчених: Барського Л.А., Бунько В.А., Власова К.П., Воронова В.А.,Зобніна Б.Б., Качана Ю.Г., Козіна В.З., Кочури Є.В., Марюти О.М., Младецького І.К.,Нестєрова Г.С., Процуто В.С., Тіхонова О.М., Тропа А. Є., Ульшина В.А., ХорольскогоВ.П., А. Лінча, Д. Гільберта, Д. Хербста.
Обґрунтована актуальність і доцільністьроботи, наведений зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами,сформульована мета, задачі досліджень, викладені наукова новизна, практичнезначення та реалізація результатів дисертаційних досліджень, зазначенийособистий внесок здобувача, наведена апробація отриманих результатів іпублікацій.
У першому розділіпроведений літературний огляд і аналіз технологічних схем, процесів та апаратівмагнітної сепарації з позицій задач управління. Розглянуті існуючі методи,технічні засоби і системи автоматичного контролю й оптимізації процесівмагнітної сепарації залізних руд. Аналіз сучасного стану управління процесамимагнітної сепарації продемонстрував, що до нинішнього часу:
відсутні методи надійного автоматичногодетектування оптимального технологічного режиму магнітної сепарації безпошукових пробних кроків за максимумом активної потужності, споживаної приводнимдвигуном магнітного сепаратора;
відсутні методи автоматичного визначеннякількості паралельно працюючих магнітних сепараторів і автоматичного управлінняфронтом магнітної сепарації за енергетичними змінними магнітних сепараторів;
не розроблене наукове обґрунтуванняавтоматичної роздільної оцінки частот коливань текстурних ітекстурно-структурних властивостей руди;
не розроблені методи автоматичного технічногоконтролю барабанних магнітних сепараторів за електричними змінними, що незабезпечує ефективне застосування промислових сепараторів як природниханалізаторів результатів рудопідготовки.
У другому розділівиконані дослідження статичних характеристик різних технологічних комплексівмагнітної сепарації руд. На підставі теоретичного узагальнення отриманітеоретичні статичні характеристики барабанного магнітного сепаратора, щоявляють собою залежності продуктивності магнітного сепаратора за витягнутим вконцентрат і втраченим у хвостах залізом від крупності подрібнених часток рудив зливі класифікатора з урахуванням моделей розкриття руди.
Попередніми дослідженнями встановлено, щоактивна потужність приводного електродвигуна барабана магнітного сепараторавизначається продуктивністю магнітного сепаратора за витягнутим в концентратзалізом при збагаченні магнетитових руд. Досліджені особливості формуваннясигналів активної потужності приводних електродвигунів барабанів магнітнихсепараторів, що працюють в технологічних комплексах з перечищенням концентратута хвостів, а також у технологічних комплексах магнітної сепарації з паралельнопрацюючими магнітними сепараторами. Експериментальні статичні характеристикимагнітних сепараторів типу ПБМ — ПП-120/300 наведені на рис.1,2.
Рівняння статичних характеристик паралельнопрацюючих магнітних сепараторів мають вигляд:
/>, (1)
де />, />-довірчі інтервали.
/>
Рис.1. Експериментальні статичніхарактеристики двох паралельно працюючих магнітних сепараторів, де: 1, 2 — магнітні сепаратори; 3, 4 — електродвигуни; 5, 6 — вимірювальні перетворювачіактивної потужності; P1, P2 — вихіднітокові сигнали вимірювальних перетворювачів активної потужності; B — витрата води; g — густина зливу класифікатора.
/>
Рис.2. Експериментальні статичніхарактеристики комплексу магнітної сепарації з перечищенням промпродукту, де:1, 2 — магнітні сепаратори; 3, 4 — електродвигуни; 5, 6 — вимірювальніперетворювачі активної потужності; P1, P2 — вихідні токові сигнали вимірювальних перетворювачів активної потужності; B — витрата води; g — густина зливу класифікатора.
Рівняння статичних характеристик магнітнихсепараторів, що працюють у комплексі з перечищенням промпродукту мають вигляд:
/>, (2)
де />, />-довірчі інтервали.
Аналіз отриманих статичних характеристикпоказав можливість побудови диференціальних безпошукових систем автоматичноїоптимізації технологічних комплексів магнітної сепарації.
Третій розділ присвяченийрозробці й дослідженню методів автоматичного контролю технологічних комплексівмокрої магнітної сепарації.
Для автоматичного контролю ефективностіусереднення руди розроблений метод, заснований на сумісному спектральномуаналізі центрованих випадкових процесів зміни у часі сигналів активноїпотужності електродвигунів млина, спіральних класифікаторів і магнітнихсепараторів першої стадії збагачення та масової частини заліза у руді й питомоїроботи подрібнення, що характеризує її твердість та крупність або текстурнівластивості руди. Експериментально одержані спектральні щільності наведені на рис.3,4.
/>
Рис. 3. Спектральні щільності інформаційнихпараметрів, де: /> — спектральна щільністьцентрованого випадкового процесу зміни у часі масової частини заліза упервинній руді; /> — спектральна щільністьцентрованого випадкового процесу зміни у часі масової частини заліза впромпродукті сепаратора, /> - спектральна щільністьсигналів активної потужності приводного електродвигуна магнітного сепаратора; />, /> - граничні частоти; />, /> - резонансні частоти.
/>
Рис. 4. Спектральні щільності інформаційнихпараметрів, де: /> — спектральна щільністьцентрованого випадкового процесу зміни у часі питомої роботи подрібнення руди; />, /> - відповідно спектральнащільність сигналів активної потужності приводних електродвигунів млина ікласифікатора; /> - резонансна частота; />, /> - граничні частоти.
Спектральні щільності центрованих випадковихпроцесів коливань масової частини заліза у первинній руді />та у промпродукті /> визначаютьсяі текстурними, і структурними властивостями руди. З аналізу рис.3 випливає, щоспектральна щільність сигналу активної потужності двигуна сепаратора />збігається за резонансними частотами зіспектральними щільностями /> і />.Точність збігу за частотами /> і /> меншаніж 5%, тому непрямою характеристикою коливань текстурно-структурнихвластивостей руди є спектральна щільність сигналу активної потужності,споживаної приводним електродвигуном магнітного сепаратора />. Ця спектральнащільність у загальному випадку має множину характерних частот А:
/> (3)
де /> - характерні частоти,відповідні до максимумів спектральної щільності.
Спектральна щільність центрованого випадковогопроцесу коливань питомої роботи подрібнення первинної руди />визначає її текстурні властивості. З аналізу рис.4випливає, що спектральна щільність сигналу активної потужності двигунакласифікатора /> збігається за резонансною частотоюзі спектральною щільністю />. Точність збігу зачастотою /> менша ніж 4%.
Тому непрямою характеристикою коливаньтекстурних властивостей руди є спектральна щільність сигналу активноїпотужності, споживаної приводним електродвигуном спірального класифікатора />. Ця спектральнащільність у загальному випадку має множину характерних частот В:
/>. (4)
Різниця двох множин дає множину характернихчастот C коливань структурних властивостей збагаченої руди:
/> (5)
де i = 1,2. Зурахуванням виразів (3) — (5) множина характерних частот коливань структурнихвластивостей руди:
/> (6)
З аналізу графіків рис.3, 4, а також з виразів(3) — (6) випливає, що спектральна щільність коливань сигналу активноїпотужності, споживаної приводними двигунами млина і спірального класифікатора,визначається коливаннями питомої роботи подрібнення руди. Спектральна щільністьколивань сигналу активної потужності приводного двигуна магнітного сепараторавизначається коливаннями питомої роботи подрібнення руди і коливаннями вмістузаліза у первинній руді. З теорії подрібнення відомо, що питома роботаподрібнення руди є непрямою характеристикою крупності і твердості руди.
Отже, оцінка основної частоти коливаньтекстурних властивостей руди виконується за резонансною частотою спектральноїщільності коливань сигналу активної потужності приводного двигуна класифікатораабо млина.
Оцінка основних частот коливаньтекстурно-структурних властивостей руди виконується за резонансною частотоюспектральної щільності коливань сигналу активної потужності приводного двигунамагнітного сепаратора.
Оцінка основної частоти коливань структурнихвластивостей руди виконується за резонансною частотою, яка присутня вспектральній щільності сигналу активної потужності приводного двигунамагнітного сепаратора і відсутня у спектральній щільності сигналу активноїпотужності двигуна спірального класифікатора або млина.
Запропонована методика використовується дляідентифікації частот збурюючих дій при проектуванні й наладці системавтоматичного регулювання процесів подрібнення, класифікації та магнітноїсепарації, а також для контролю ефективності усереднення руди за текстурними іструктурними властивостями. У цьому випадку оцінку дисперсії коливаньтекстурних властивостей руди виконують, використовуючи вираз:
/> (7)
де />, /> -відповідно нижня та верхня границя частотного діапазону коливань.
Оцінка дисперсії коливаньтекстурно-структурних властивостей руди здійснюється за виразом:
/> (8)
Припустімо, наприклад, що усереднення рудивідбувається за текстурно-структурними властивостями. Для цьоговикористовується формула (8). Якщо при спостереженні протягом періодів /> і /> за формулою (8) булирозраховані значення дисперсії відповідно /> і /> причому /> то це означає, що ефективність усередненняруди за період /> булавищою, ніж за період />.
Науково обґрунтований метод технічногоконтролю розгерметизації барабана сепаратора, при якому активна потужність,споживана електродвигуном сепаратора, перевищує технологічно припустимий рівень.Запропонований алгоритм виявлення розгерметизації барабана сепаратора:
/> (9)
де /> - напруга сигналізації; /> - верхнє припустиме значення сигналуактивної потужності.
Для контролю затирання барабана сепараторачерез потрапляння побічних предметів або через відхилення від осізапропонований метод технічного контролю за появою в спектральній щільностіцентрованого випадкового процесу зміни у часі сигналу активної потужностімаксимуму на частоті обертання барабана сепаратора />. Системаконтролю містить смуговий фільтр оборотної частоти />. Появасигналу активної потужності електродвигуна сепаратора на частоті /> свідчить про технічну несправністьмагнітного сепаратора, пов'язану із затиранням барабана. Типові спектральніщільності технічно справного магнітного сепаратора наведені на рис.5, анесправного — на Рис.6.
/>
Рис. 5. Типова спектральна щільність активноїпотужності технічно справного магнітного сепаратора, де: fП — частота біжучого електромагнітного поля.
/>
Рис.6. Типова спектральна щільність активноїпотужності технічно несправного магнітного сепаратора, де: /> — частота обертання барабана сепаратора; fП — частота біжучого електромагнітного поля.
Розроблений метод автоматичного управліннякількістю паралельно працюючих магнітних сепараторів, що утворюють фронтмагнітної сепарації з урахуванням параметрів законів розподілу сигналівактивної потужності.
Обґрунтовані оптимальні границі переключеннякількості сепараторів, виходячи з мінімізації ризику прийняття рішеннявідповідно до величини споживаної ними активної потужності. Наприклад, якщомаксимальна кількість працюючих сепараторів дорівнює трьом при постійновключеному одному сепараторі, оптимальна границя переключення
/>, (10)
де d — середньоквадратичне відхилення сигналуактивної потужності; /> і /> -математичні очікування сигналів активної потужності відповідно при двох і трьохвключених сепараторах; /> і /> - відповідноймовірності роботи двох і трьох працюючих сепараторів; /> і/> - відповідно вартість втрат від помилковоговключення та відключення сепаратора.
Кількість паралельно працюючих у стадіїзбагачення магнітних сепараторів автоматично змінюють пропорційно до активноїпотужності, споживаної електродвигунами сепараторів з мережі, обумовленоїпродуктивністю сепараторів за магнітним продуктом.
Розроблений метод технологічного контролюкомплексу магнітної сепарації з перечищенням промпродукту. Функціональна схемасистеми технологічного контролю, а також її статичні характеристики, наведеніна рис.7,8.
/>
Рис.7. Функціональна схема системиавтоматичної оптимізації, де: 1, 2 — магнітні сепаратори; 3, 4 — електродвигуни; 5, 6 — вимірювальні перетворювачі активної потужності; 7, 8 — суматори; 9 — релейний блок; 10 — регулятор густини зливу; 11 — клапан витративоди; 12 — густиномір; 13 — класифікатор; BK — витрата води укласифікатор; /> - продуктивність твердої фазипульпи класифікатора; ±∆g — сигнал зміни густини зливу класифікатора; /> -продуктивність за магнітним продуктом сепараторів першого прийому; P1,P2 — вихідні токові сигнали вимірювальних перетворювачівактивної потужності; C — постійний зсув; /> -завдання регулятору густини зливу.
/>
Рис.8. Статичні характеристики системи, де: g — густина зливукласифікатора; g0 — оптимальна густина зливу; gA — квазіоптимальна густина зливу класифікатора у робочій точці А;/> і /> - статичні характеристикиактивної потужності, споживаної електродвигунами сепараторів першого і другогоприйому; /> — зсунута статична характеристика; /> і /> - оптимальні значеннясигналів активної потужності; C — постійний зсув; d — помилкасистеми.
Метод працює на диференціальному принципіекстремального регулювання.
У четвертому розділіна базі теоретичних і практичних результатів, що отримані в попередніхрозділах, розроблена й досліджена безпошукова диференціальна системаавтоматичного контролю й оптимізації найбільш поширеного технологічногокомплексу магнітної сепарації з паралельно працюючими магнітними сепараторами.
На рис.9 подана функціональна схема системи, ана рис.10 — її статичні характеристики.
/>
Рис. 9. Функціональна схема системиавтоматичної оптимізації, де: К — класифікатор; ПД — пульподільник; 1С, 2С, 3С — магнітні сепаратори; 1П,2П, 3П — перетворювачі активної потужності; R — регулятор;B1, B2, B3 — витратидодаткової води в сепаратори; Вк — витрата додаткової води вкласифікатор; Р1, Р2, Р3 — сигнали активної потужності приводних двигунів сепараторів.
/>
Рис. 10. Статичні характеристики системи, де: В0 — оптимальне значення об'ємної витрати води на вході одного сепаратора; /> - збільшення додаткової води у ваннусепаратора; Р1, Р2, Р3 — сигнали активної потужності приводних двигунів сепараторів.
Сигнали P1 і P2включені назустріч один одному. Різниця цих сигналів/> надходитьна вхід регулятора R, що через серводвигун управляє клапаном витративоди в класифікатор.
Зсув статичних характеристик магнітнихсепараторів формує управляючий сигнал U, знак якого визначає відхиленнярежиму роботи комплексу магнітної сепарації від заданого режиму, що відповідаєточці A на рис.10:
/> (11)
де K3 — коефіцієнт передачірегулятора.
Визначені статичні та динамічні характеристикитехнологічного комплексу магнітної сепарації як об'єкта автоматичногоуправління.
Нормована автокореляційна функція коливаньякості руди:
/> (12)
де />; />.
Нормована автокореляційна функція коливаньякості витрати води:
/>, (13)
де />.
Виконані розрахунки параметрів налаштуваннясистеми за критерієм мінімуму середньоквадратичної помилки. На рис.11 наведенийграфік залежності середньоквадратичної помилки регулювання /> від коефіцієнта передачі регулятора K,а на рис.12 — графік зміни помилки системи при її східчастій зміні.
Розроблені схеми алгоритмів технологічногоконтролю та автоматичної оптимізації технологічного комплексу магнітноїсепарації. Запропонована технічна реалізація системи на основі використанняпромислових комп'ютерних робочих станцій.
/>
Рис. 11. Графік залежностісередньоквадратичної помилки від коефіцієнта підсилення.
/>
Рис. 12. Графік зміни помилки системи при їїступеневій зміні.
У додатках наведенітаблиці експериментальних даних, а також акти про використання результатівдисертаційної роботи.
Висновки
Дисертація є завершеною науковою роботою, уякій вирішена актуальна науково-технічна задача обґрунтування методівавтоматичного контролю й оптимізації технологічних комплексів магнітногозбагачення за сигналами активної потужності, споживаної електродвигунамимагнітних сепараторів, що має важливе народногосподарське значення і забезпечуєпрактичне створення ефективних і надійних систем з автоматизації процесів йапаратів магнітної сепарації в умовах різноманітних технологічних схеммагнітозбагачувальних фабрик.
Аналіз технологічних схем, процесів і апаратівмагнітного збагачення з позицій задач управління та нові науково обґрунтованітеоретичні й практичні результати, що були отримані у ході роботи, маютьсуттєве значення для подальшого розвитку концепції автоматизації комплексівмагнітного збагачення руд на основі застосування магнітного сепаратора якприродного аналізатора результатів рудопідготовки.
Основні наукові та практичні результатиполягають у наступному:
1. Використання відносного зсуву двохстатичних характеристик залежності активної потужності, споживаноїелектродвигунами двох паралельно працюючих магнітних сепараторів, від густинизливу пульпи класифікатора забезпечує реалізацію диференціальної системиекстремального регулювання процесами механічної класифікації й магнітноїсепарації, що забезпечує роботу системи без пошукових коливань і підвищення якостіекстремального регулювання та кількості витягнутого магнітного продукту.
2. Непрямою характеристикою технологічнихчастот коливань масової частини заліза в збагачуваній руді є різниця двохмножин технологічних частот коливань спектральних щільностей центрованихвипадкових процесів зміни у часі сигналів активної потужності приводнихдвигунів магнітного сепаратора й спірального класифікатора, працюючих у першійстадії збагачення, що забезпечує автоматичний контроль ефективності усередненняруди за масовою частиною заліза.
3. Перевищення технологічно припустимого рівняактивної потужності, споживаної електродвигуном барабана магнітного сепаратора,вказує на розгерметизацію барабана сепаратора, що забезпечує автоматичнийконтроль за станом сепаратора як елемента системи екстремального регулюванняпроцесами механічної класифікації та магнітної сепарації.
4. Розроблений метод автоматичного контролюбез пошукових коливань відхилення процесів механічної класифікації і магнітноїсепарації від оптимального режиму за величиною активної потужностіелектродвигуна магнітного сепаратора, який відрізняється диференціальнимпринципом екстремального детектування за різницею сигналів активної потужностідвох магнітних сепараторів із зміщеними статичними характеристиками, щопрацюють в одному комплексі. Це забезпечує розробку більш ефективнихбезпошукових систем автоматичної оптимізації процесів механічної класифікації імагнітної сепарації.
5. Розроблений метод автоматичного контролюкількості паралельно працюючих магнітних сепараторів, які утворюють фронтмагнітної сепарації, що відрізняється тим, що кількість працюючих магнітнихсепараторів змінюють пропорційно середньоарифметичному значенню споживаної нимиактивної потужності. Це забезпечує підвищення оперативності й точностіавтоматичного управління фронтом магнітної сепарації при коливанняхпродуктивності подрібнювальних агрегатів і властивостей збагачуваної руди.
6. Розроблений метод автоматичного контролютехнічного стану барабанних магнітних сепараторів як елементів системавтоматичної оптимізації, який відрізняється тим, що сигнал про технічнунесправність сепаратора встановлюється у випадку перевищення середньогоарифметичного значення активної потужності електродвигуна припустимого значенняабо у випадку появи у спектральній щільності сигналу активної потужностімаксимуму на частоті обертання барабана сепаратора. Цей метод здійснюєреалізацію більш ефективних автоматичних систем раннього контролю технічнихнесправностей промислових магнітних сепараторів у процесі їх роботи.
Публікації за темою дисертації
1. Полінський О.М. Автоматична діагностика властивостей збагачуваної руди // Науковийвісник НГУ. — Дніпропетровськ. — 2005. — № 1. — С.82-84.
2. Полінський О.М. Оптимізаціяподрібнювальних агрегатів з пілотним магнітним сепаратором у контурі управління// Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук. — техн. зб. НГУ. — Дніпропетровськ. — 2004. — №73. — С.50-52.
3. Полінський О.М. Використаннямагнітного сепаратора як пілотного апарата, що виконує технологічну таінформаційну функції у технологічних комплексах магнітного збагачення руди // Вісник Криворізького технічного університету. — Кривий Ріг. — 2005.- №9. — С.115-118.
4. Кочура Е.В., ПолинскийА.М. Автоматизация раздельной оценки частот и дисперсий колебаний текстурных иструктурных свойств обогащаемой руды // Обогащение руд. — С. Пб. — 1997. — №3. — С.41-43.
5. Кочура Є.В., ПолінськийО.М. Оптимізація технологічного комплексу механічної класифікації та магнітноїсепарації залізних руд // Збагачення корисних копалин: Наук. — техн. зб. НГУ. — Дніпропетровськ. — 2005. — №21 (62). — С.123-125.
6. Полінський О.М. Алгоритм оптимізації процесів механічної класифікації і магнітноїсепарації залізних руд // Тези доп.10-ї ювіл. міждерж. наук. — метод. конф.»Проблеми математичного моделювання". — Дніпродзержинськ. — 2006. — С.190-191.
7. Полінський О.М. Автоматичнийконтроль ефективності усереднення руди // Тези доп.13-їміжнар. конф. з автоматич. упр. «Автоматика-2006». — Вінниця. — 2006.- С.155.
8. Полінський О.М. Оцінка результатів усереднення руди // Академічний вісник криворізькоготериторіального відділення Міжнародної академії комп’ютерних наук і систем. — КривийРіг. — 2006. — №15-16. — С.82-85.
У результатах досліджень, опублікованих успівавторстві [4,5], автором виконана розробка математичних моделей, алгоритміві програм розрахунку числових характеристик констант в апроксимуючихзалежностях.
Анотація
Полінський О.М. Методиавтоматичного контролю та оптимізації технологічних комплексів мокрої магнітноїсепарації залізних руд. — Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступенякандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 — автоматизаціятехнологічних процесів. — Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2007.
Дисертація присвячена подальшому розвиткудосліджень автоматизації основного процесу збагачення залізних руд — магнітноїсепарації та розробці на цій основі методів автоматичного контролю йоптимізації технологічних комплексів мокрої магнітної сепарації залізних руд.
У дисертації вирішена актуальна задачанаукового обґрунтування методів автоматичного контролю й оптимізаціїтехнологічних комплексів магнітного збагачення за сигналами активноїпотужності, споживаної електродвигунами магнітних сепараторів. Розв’язання цієї проблеми має важливенародногосподарське значення й забезпечує практичне створення ефективних інадійних систем з автоматизації процесів та апаратів магнітного збагачення вумовах різноманітних технологічних схем магнітозбагачувальних фабрик.
Ключові слова: магнітнісепаратори, електродвигун, залізорудний концентрат, автоматичний контроль.
Аннотация
Полинский А.М. Методы автоматического контроля иоптимизации технологических комплексов мокрой магнитной сепарации железных руд.- Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидататехнических наук по специальности 05.13.07 — автоматизация технологическихпроцессов. — Национальный горный университет, Днепропетровск, 2007.
Диссертация посвящена дальнейшему развитию исследованийавтоматизации основного процесса обогащения железных руд — магнитной сепарациии разработке на этой основе методов автоматического контроля и оптимизациитехнологических комплексов мокрой магнитной сепарации железных руд.
В диссертации решена актуальная задача научного обоснованияметодов автоматического контроля и оптимизации технологических комплексовмагнитной сепарации по сигналам активной мощности, потребляемойэлектродвигателями магнитных сепараторов. Решение этой проблемы имеет важноенароднохозяйственное значение и позволяет практически создать эффективные инадежные системы автоматизации процессов и аппаратов магнитной сепарации вусловиях разных технологических схем магнитообогатительных фабрик.
В результате выполненного анализа установлено, чтоприменение магнитного сепаратора в качестве технического средства автоматизациии естественного анализатора результатов рудоподготовки позволяет повыситьэффективность горно-металлургического производства,качество железорудного концентрата, снизить затраты на производство концентрата.
Установлен вид и характер статических характеристиккомплекса магнитной сепарации с перечисткой промпродукта, а также комплексамагнитной сепарации с параллельно работающими магнитными сепараторами. Анализэтих зависимостей показывает, что характеристики отдельных сепараторов,работающих в одном и том же комплексе, могут быть смещены относительно друг друга,что дает возможность построения дифференциальных систем автоматическогоконтроля энергоресурсосберегающих технологических режимов.
Разработаны методы автоматического контроля колебанийсвойств обогащаемой руды, автоматического контроля технического состояниябарабанных магнитных сепараторов, автоматического контроля числа параллельноработающих магнитных сепараторов, автоматического контроля комплексов магнитнойсепарации с перечисткой промпродукта и хвостов. Исследовались особенноститехнологического контроля комплексов магнитного обогащения с шаровымимельницами и мельницами мокрого самоизмельчения с помощью сигнала активноймощности электродвигателей магнитного сепаратора и мельницы.
Разработана и исследована дифференциальная беспоисковаясистема автоматического контроля и оптимизации типового технологическогокомплекса магнитной сепарации с параллельно работающими магнитными сепараторами.Смещение статических характеристик обеспечивается подачей разного объемногорасхода добавочной воды в ванны сепараторов. В результате полученадифференциальная следящая система, поддерживающая такойрасход воды в ванну классификатора, который соответствует квазиоптимальному попроизводительности режиму работы комплекса магнитной сепарации. Техническаяреализация системы выполняется на компьютерных рабочих станциях, используемых впромышленности. Разработанная система интегрирована в АСУТП параллельных секцийобогащения обогатительной фабрики.
Полученные в работе теоретические и практические результатыиспользовали ОАО «Проектный и проектно-конструкторский институт „Металлургавтоматика“(г. Днепропетровск), Гипромашобогащение (г. Днепропетровск) и Ингулецкий ГОК (г.Кривой Рог).
Ключевые слова: магнитные сепараторы,электродвигатель, железорудный концентрат, автоматический контроль.
The summary
Polinskiy O. M. Automatic control andoptimization methods of iron ore wet magnetic separation technologicalcomplexes. — Manuscript.
Ph. D. thesis work for degree in speciality 05.13.07 — automation oftechnological processes. National Mining University of Ukraine,Dnipropetrovs’k, 2007.
The thesis is devoted to furtherdevelopment of research in automation of main iron ore concentrate process — magnetic separation, and to based on it development of automatic control andoptimization iron ore wet magnetic separation methods.
The urgency problem of scientific groundingfor automatic control and optimization technologied complexes of magneticseparation methods on the based of active power signals consumed by electricengines of magnetic separators is solved in the thesis. The solve of this problem have an important value tothe national economy and allows to create the effective and reliable automationprocesses systems and magnetic separation devices in different technological schemesof ore concentrate factories in practice.
Keywords: magneticseparators, electric engine, iron ore concentrated product, automatic control.