CC BY
63
УДК 681.513:691.216
ЕКСТРЕМАЛЬНЕ КЕРУВАННЯ ПРОДУКТИВН1СТЮ ПОМЕЛУ ВАПНЯКУ У ДВОКАМЕРНОМУ КУЛЬОВОМУ МЛИН1
УЖЕЛОВСЬКИЙВ. О. к. т. н, доц., РУДЕНКО О. А. 2*, маг.
1 Кафедра автоматики та електротехжки, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська aкaдемiя будгвництва та архгтектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дтпропетровськ, Укра!на, тел. +38 (056) 372-06-82, e-mail: uzhelovsky2015@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2908-3116
2 Кафедра автоматики та електротехнжи, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська aкaдемiя будшництва та архгтектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дтпропетровськ, Укра!на, тел. +38 (0562) 46-93-19, e-mail: olenka.rudenko@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-7131-6964
Анотащя. Постановка проблеми. Продуктившсть кульових млинiв - важливий технологiчний параметр. Оптимiзaцiя завантаження млина допоможе отримати максимальну ефектившсть помелу вапняку. Анал1з лтератури. У наукових працях iз питань керування технологiчним процесом помелу у кульових млинах, зокрема, Б. В. Алексеева, А. А. Максименко, Е. В. Утеуша, Д. Д. Бапата, А. Д. Камшського, доведено, що ощнка ефективносп управлшня помелом вапняку у кульовому млинi е бaгaтокритерiaльною i повинна передбачати досягнення максимально можливо! продуктивностi i необхвдно! тонкостi помелу при мшмальних витратах електроенерги. Суттевий фактор впливу на продуктивнiсть млина- це рiвень завантаження вапняком. Мета досл^ження - пвдвищення продуктивностi двокамерного кульового млина шляхом пiдтримaння оптимального рiвня завантаження барабана вапняком. Висновки. 1. У пакет Matlab розроблено i дослвджено iмiтaцiйну модель системи екстремального керування продуктивнiстю кульового млина шляхом ошгашзаци рiвня заповнення барабана вапняком. 2. На стади проектних робiт iмiтaцiйнa модель дозволяе виконувати дослвдження впливу рiзних фaкторiв на продуктившсть роботи млина та обчислювати попередш значення пaрaметрiв налагоджування екстремального регулятора з метою отримання бажаного переходного процесу iз заданою точшстю.
Ключовi слова: iMima^me моделювання, вапняк, pieeHb заповнення, продуктившсть, екстремальне регулювання
ЭКСТРЕМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ ПОМОЛА ИЗВЕСТНЯКА В ДВУХКАМЕРНОЙ ШАРОВОЙ МЕЛЬНИЦЕ
УЖЕЛОВСЬКИЙВ. А. к. т. н, доц., РУДЕНКО Е. А. 2*, маг.
1 Кафедра автоматики и электротехники, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днепропетровск, Украина, тел. +38 (056) 372-06-82, e-mail: uzhelovsky2015@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2908-3116
2 Кафедра автоматики и электротехники, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днепропетровск, Украина, тел. +38 (0562) 46-93-19, e-mail: olenka.rudenko@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-7131-6964
Аннотация. Постановка проблемы. Производительность шаровых мельниц - важный технологический параметр. Оптимизация загрузки мельницы поможет получить максимальную эффективность помола известняка. Анализ литературы. В научных работах по вопросам управления технологическим процессом помола в шаровых мельницах, в частности, Б. В. Алексеева, А. А. Максименко, Э. В. Утеуша, Д. Д. Бапата, А. Д. Каминского, доказано, что оценка эффективности управления помолом известняка в шаровой мельнице является многокритериальной и должна предусматривать достижение максимально возможной производительности и необходимой тонкости помола при минимальных затратах электроэнергии. Существенным фактором влияния на производительность мельницы является уровень загрузки известняком. Цель исследования - повышение производительности двухкамерной шаровой мельницы путем поддержания оптимального уровня загрузки барабана известняком. Выводы. 1. В пакете Matlab разработана и исследована имитационная модель системы экстремального управления производительностью шаровой мельницы путем оптимизации уровня заполнения барабана известняком. 2. На стадии проектных работ имитационная модель позволяет выполнять исследования влияния различных факторов на производительность работы мельницы и определять предыдущие значения параметров налаживания экстремального регулятора с целью получения желаемого переходного процесса с заданной точностью.
Ключевые слова: имитационное моделирование, известняк, уровень заполнения, производительность, экстремальное регулирование
EXTREME MANAGEMENT OF PERFORMANCE GRINDING OF LIMESTONE INTO TWO-CHAMBER BALL MILLS
UZHELOVSKY V. A. ^ Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof., RUDENKO E. A. 2*, Master
'Departmentofautomationandelectricalengineering, thestateuniversity «Pridneprovsk State Academy of Civi Engineering and Architecture», St. Chernyshevsky, 24-a, 49600, Dnipropetrovs'k, Ukraine, phone +38 (056) 372-06-82, e-mail: uzhelovsky2015@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2908-3116
2Department of automation and electrical engineering, the state university «Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture», St. Chernyshevsky, 24-a, 49600, Dnipropetrovs'k, Ukraine, phone +38 (0562) 46-93-19, e-mail: olenka.rudenko@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-7131-6964
Summary. Problem statement. The productivity of ball mills is an important process parameter. Optimization of loading of the mill will get the maximum efficiency of grinding limestone. Analysis of theresent research. In the scientific work on the process control of grinding in ball mills, particularly interesting are the work of Alekseev B. V., Maksimenko A. A., Uteush E. V., Bapat D. D., Kaminsky A. D. It is proved that the assessment of management effectiveness limestone grinding in a ball mill is a multiobjective and must provide to achieve the highest possible performance and the required fineness of electricity at the lowest cost. A significant factor affecting the performance of the mill is utilization level of limestone. Purpose. Performance of two-chamber ball mill increased by maintaining an optimal level of loading of the drum limestone. Conclusions. 1. In Matlab package developed and investigated simulation model of extreme performance management of a ball mill by optimizing the filling level of the drum limestone. 2. Simulation model allows you to study the influence of various factors on the performance of the mill and determine the previous settings establish extreme regulator to obtain the desired transition process with a given accuracy at the stage of design work.
Keywords: imitating modeling, limestone, fill level, performance, extreme regulation
Постановка проблеми. В умовах рин-кових вщносин та розвитку промисловосп будiвельних матерiалiв рiзко зростае попит на продукщю пщприемств iз виробництва цементу. Великого значення набувають пи-тання полшшення якосп вапняку i зниження його собiвартостi, необхщносп збшьшення надшносп, продуктивносп i термiну екс-плуатацп технолопчних агрегатсв. Найбшьш перспективний напрям виршення цих пи-тань -це створення i впровадження на цеме-нтних тдприемствах АСУ (автоматизова-них систем управлшня).
Помел рiзних видiв матерiалiв - основна технологична операщя в рiзних галузях промисловосп: виробницга будiвельних мате-рiалiв, прничоруднш, харчовш, фармацев-тичнш та ш. При значних обсягах помелу продукту класу «мшус 100 мкм»у багатьох галузях базовими помольними агрегатами е трубнi кульовi млини.
Одним iз факторiв, що стримують по-ширення цих млинiв, е !х низький ККД [2; 3; 4; 5; 12], який коливаеться в межах 0,5-2 %. Тому необхщно придшяти увагу питанням тдвищення ефективностi роботи кульових млинiв.
Анал1з л1тератури. У наукових працяхiз питань керування технолопчним процесом
помелу у кульових млинах стверджуеться, що оцшка ефективносп керування помелом 6агатокритер1альна i повинна передбачати досягнення максимально! продуктивносп за необхщно! тонкостi помелу та мшмальних витрат електроенергл [6]. До використання систем керування узгодження даних крите-рпв визначалося системою цшностей та пе-реваг осi6, що приймали ршення: операто-рiв, фахiвцiв-технологiв, iнженерiв вироб-ничого вiддiлу пщприемства.
Для з6iльшення продуктивностi помелу слщ молольнi тiла (найчастiше це - кул^ замiнювати цильпебсами, якi мають вщно-шення довжини до дiаметра близько 2 [1]. Також указано, що тонюсть помелу матерiа-лу i, вiдповiдно, продуктивнiсть млина за-лежить вiд твердостi розмелюваного матерь алу. Розмельнiсть вапняку дорiвнюе 1,2-1,8 порiвняно з розмельнiстю клiнкеру, яка приймаеться за одиницю.
Актуальним е створення систем автоматичного регулювання, яю реагують на осно-вне збурення (навантаження) i його похщш в часг Сучаснi можливостi дозволяють створити системи, якi поеднують у ^6í регулювання за вщхиленням i регулювання за збуренням [13].
Отже, на продуктившсть помелу вапня-
ку впливають багато р1зних фактор1в. Один з основних - р1вень завантаження млина вапняком.
Залежшсть продуктивносп млина вщ рь вня його завантаження розглянута в [11] i шдтверджуе складну екстремальну залежшсть показниюв.
Мета дослщження. Шдвищення проду-ктивност двокамерного кульового млина шляхом тдтримання оптимального р1вня завантаження барабана вапняком.
Виклад матер1алу. В науковш робот у
пакет Matlab для досягнення поставлено! мети розроблено i дослщжено 1м1тацшну модель системи екстремального керування продуктившстю кульового млина шляхом тдтримки оптимального р1вня заповнення барабана вапняком. З метою отримання максимально! продуктивносп було розроблено структурну схему, в якш враховано елемен-ти контуру заповнення, що взаемод1ють, та вщображаеться процес, який вщбуваеться у контур1 (рис.1).
Эадвтчик Pes.
^длсзегнрняя
ПП
ПЧ
МП
вм
ТП
Д-к
Мпин
Q At'/^ot?
Рис. 1. Загальна структурна схема САР за контуром заповнення: Рег-р - П1Д-регулятор; ПП - попереднш пiд-силювач; ПЧ - перетворювач частоти; МП - мaгнimний пускач; ВМ - виконавчий мехашзм; ТП - таршчастий живильник; Д-к - датчик заповнення (електроакустичний пристрт)
Контур регулювання заповнення (рис.2) включае передатш функцп елеменпв системи: блок завдання заповнення (Constant), П1Д-контролер (PIDController), попереднш шдсилювач (Gain, Gain3, Gain4), перетво-
рювач частоти (Gain1), виконавчий мехашзм (TransferFcn), таршчастий живильник (TransferFcn1, TransportDelay), млин (TransferFcn2), датчик заповнення (Gain2) [7; 9; 10].
Рис. 2. Структурна схема
Пщтримка оптимально! продуктивносп 1з заданою яюстю помелу вапняку досяга-еться за допомогою екстремального регулювання (шляхом знаходження екстремуму статично! характеристики залежносп про-
y = 0,00002 л3 -
За допомогою блоку Fcn реал1зуемо р1в-няння (1) у пакет Matlab, знайдемо похщт та отримаемо модель екстремального регулятора. Визначення похщно! здшснюеться
САР за контуром регулювання
дуктивност млина вщ заповнення його барабана вапняком) [11]. Знайдемо р1вняння лшп тренду y = f(x), яке з точшстю R2 = 0,9944 вщображае вищеозначену залежшсть (рис.3):
0,0024л2 + 0,0872л + 0,0092 . (1)
за допомогою блоку дшення Product - похь дна 1з сигналу на початку р1вняння дшиться на похщну 1з сигналу виходу блоку Fcn (рис. 4.).
Рис. 3. Графж залежностi npodyxmuenocmi млина eid його заповнення вапняком
Dematwe
Рис. 4. Модель екстремального регулятора
З метою уникнення дшення на 0 додаемо до першо! похщно! поправний коефщент. Результат похщно!' сумуеться з поправним коефщентом (Constant 1) i подаеться у контур регулювання заповнення. Виконавчий мехашзм регулюе завантаження вапняку, пщтримуючи таким чином оптимальну про-дуктившсть млина.
За допомогою функцп PidTuner у блоку PID Controller можна розрахувати оптима-
——» нвд |-—
льш значення коефiцiентiв контролера з П1Д-законом регулювання. Результати роз-рахунку наведено на рисунку 6. Шсля пщставляння налагоджувальних коефщен-гiв отримано аперюдичний перехiдний про-цес iз перерегулюванням 6,67% (заповнення барабана вапняком вщповщае параметру S, м3) та аперюдичний процес без перерегулю-вання (продуктившсть вiдповiдае параметру Q, м3/год.) (рис. 7).
2.932 0.011 ч
0.54st-1 1.0634-1
Transport Delay
O.OD002"u"3-0.0024V2+0.0872*u+0.0092
Scope
►Q
О-
li
■f x
г
Рис. 5. Структурна схема екстремального керування заповнення вапняком кульового млина з пiдmримкою
оптимальноï продyкmивносmi
Tuned Block
р 1.6817 1.6817
I 2.157 2.157
D 0 0
N 100 100
Performance and Robustness
Tuned Block
Rise time 3.4 seconds 3,4 seconds
Settling time 11.2 seconds 11.2 seconds
Overshoot 6.67 % 6.67 %
Pea It 1.07 1.07
Gain margin 12.6 dB ©1.07 rad/s 12.6 dB © 1.07 rad/s
Phase margin 60 deg ©0.322 rad/s 60 deg ©0.322 rad/s
Closed-loop stability Stable Stable
Рис. 6. Коефщенти PID Controller
S м3 /" __
t, с
Q, м /год —
—— t, с
10 20 30 40 50 60
Рис. 7. Отримат nepexidm процеси заповнення барабана S та щодо продуктивности О
Рис. 8. Структурна схема екстремального керування заповнення вапняком кульового млина з тдтримкою оптимальноï продуктивностi з включенням вузла зовншнiх збурень
На роботу САР впливають не лише сиг-нали керування, а також збурювальш дп, що безпосередньо можуть порушити роботу системи. Необхiдно, щоб система при будь-яких збуреннях, що надходять iззовнi, пiдтримувала значення заданих параметрiв. У зв'язку з цим як збурювальну д1ю у сис-
тему було введено блок Step, який iмiтував зовнiшнiй вплив (рис. 8).
Отримано перехщш процеси, що вщо-бражають роботу САР, в якш за рахунок уведення блоку екстремального керування пiдтримуються вс заданi параметри (рис. 9).
S, м3 __
Q, м3/год —
-------
Рис. 9. Перехiднi процеси САР за впливу зовнiшнiх збурень
Висновки. 1. У пакет! МайаЬ розробле-но i дослiджено iмiтацiйну модель системи екстремального керування продуктивнютю кульового млина шляхом оптимiзацii рiвня заповнення барабана вапняком.
2. На стади проектних робiт iмiтацiйна модель дозволяе виконувати дослiдження
впливу рiзноманiтних факторiв на продук-тивнiсть роботи млина та визначати попере-дш значення параметрiв налагоджування екстремального регулятора з метою отри-мання бажаного перехщного процесу iз за-даною точнiстю.
ВИКОРИСТАН1 ДЖЕРЕЛА
Алексеев Б. В. Технология производства цемента / Б. В. Алексеев. - Москва : Высш. школа, 1980. - 266 с. Андреев Е. Наивыгоднейшее число оборотов шаровой мельницы / Е. Андреев // Горный журнал. - 1954. -№ 10. - С. 44-49.
Бапат Д. Д. Повышение качества цемента с использованием современных процессов помола / Д. Д. Бапат // Цемент и его применение. - 1999. - № 2. - С. 8-10.
Берк Г. Опыт эксплуатации первой мельницы LM 56.3+3 в Турции / Г. Берк, X. А. Фишер, К. Х.-Вайбадт // Цемент. Известь. Гипс. - 2008. - № 1. - С. 36-40. 5. Каминский А. Д. Некоторые вопросы теории помола в многотрубных мельницах / А. Д. Каминский, А. А. Каминский // Цемент. - 1980. - № 7. - С. 8-10.
Максименко А. А. Советующая система с нечеткой логикой по управлению мельницей помола клшкера : автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.13.07 / А. А. Максименко. - Белгород, 2000. - 32 с. Машины и аппараты химических производств / [Доманский И. В., Исаков В. П., Островский Г. М., Реша-нов А. С., Соколов В. Н.] ; под общ. ред. В. Н. Соколова. - Ленинград : Машиностроение, 1982. - 384 с. Нов1 вимоги щодо оформлення списку лгтератури // Бюлетень ВАК Укра'ни. -2009. - № 5. - Режим доступу: http://lib.pu.if.ua/file/bibl_opis.pdf.
Попович М. Г. Теор1я автоматичного керування / М. Попович, О. Ковальчук. - Ки!в : Либвдь, 1997. - 544 с. 10. Расчет исполнительных, корректирующих и преобразовательных элементов автоматических систем : справ. пособие / [Чинаев П. И., Чумаков Н. М., Жданов А. П., Панов В. И., Сивов Н. С., Судлочевский А. И., Чугу-нов И. И.] ; под общ. ред. Н. М. Чумакова. - Киев : Техшка, 1971. - 308 с.
3.
4.
6.
7.
9.
11. Справочник по обогащению руд : в 4 т. / гл. ред. О. С. Богданов. - Москва : Недра, 1982-1984. - Т. 1 : Подготовительные процессы. - 1982. - 367 с.
12. Ужов В. Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами / В. Н. Ужов - Москва : Химия, 1967. - 344 с.
13. Утеуш Э. В. Основы автоматизации измельчения материалов в шаровых мельницах. / Э. В. Утеуш, З. В. Утеуш. - Москва : Химия, 1968. - 156 с.
REFERENCE
1. Alekseev B.V. Tekhnologiya proizvodstva tsementa [Technology of cememt prodction]. Moskva: Vysh. shkola, 1980, 266 p. (in Russian).
2. Andreev E. Naivygodneshee chislo oborotov sharovoj melnitsi [The most profitable rotation number of ball mills]. Gornyj zhurnal [Mining journal]. 1954, no. 10, pp. 44-49. (in Russian).
3. Bapat D.D. Povyshenie kachestva tsementa s ispol'zovaniem sovremennykh protsessovpomola [Improving the cement quality using modern milling processes]. Tsement i ego primenenie [Cement and its implication]. 1999, no. 2, pp. 8-10. (in Russian).
4. Berk G., Fischer H.A. and Vajbadt K.H Opyt ekspluatatsii pervoj melnitsy LM 56.3 + 3 v Turtsii [Operating experience of the first mill LM 56.3 + 3 in Turkey]. Tsiment. Izvest'. Gips [Cement. Limestone. Gyps]. 2008, no. 1, pp. 36-40. (in Russian).
5. Kaminskij A.D. and Kaminskij A.A Nekotorye voprosy teorii pomola v mnogotrubnykh melnitsakh [Some questions in the theory of grinding in multiple-tube mills]. Tsiment [Cement]. 1980, no. 7, pp. 8-10. (in Russian).
6. Maksimenko A.A. Sootvestvuyushchaya sistema s nechetkoj logikoj po upravleniyu melnitsej pomola klinkera: avtoref. dis. na soisk. step. kand. tekhn. nauk 05.13.07 [Proper system with fuzzy logic in mill operation of clinker grinding: authors abstract of Cand. Sc. (Tech.) Dissert. 05.13.07]. Belgorod, 2000, 32 p. (in Russian).
7. Domanskij I.V., Isakov V.P., Ostrovskij G.M., Reshanov A.S. and Sokolov V.N. Mashiny i apparaty himicheskikh proizvodstv [Machines and apparatus of chemical industry]. Leningrad: Mashinostroenie, 1982, 384 p. (in Russian).
8. VAK Ukrai.ny. Novi vymogy shchodo oformlennia spysku literatury [New requirements for bibliography registration]. Bjuleten VAK Ukraiini [Bulletin of High Attestation Commission of Ukraine]. 2009, no. 5. Available at: http://lib.pu.if.ua/file/bibl_opis.pdf. (in Ukrainian).
9. Popovich M.G. and Kovalchuk O. Teoriia avtomatichnogo keruvannia [Theory of automatic regulation]. Kyiv: Lybid, 1997, 544 p. (in Ukrainian).
10. Chinaev P.I., Chumakov N.M., Zhdanov A.P., Panov V.I., Sivov N. S., Sud-Zlochevsky A.I and Chugunov I.I. Raschet ispolnitelnykh, korrektiruyushchikh i preobrazovatelnykh elementov avtomaticheskikh sistem [Calculation of the executive, corrective and conversion elements of automatic systems]. Kiev: Tehnika, 1971, 308 p. (in Russian).
11. Bogdanov O.S. Spravochnik po obogashcheniyu rud: v 4 t. [Manual in ore-dressing: in 4 volums]. T. 1: Podgotovitelnyeprocessy [T. 1. Peparative processes]. Moskva.: Nedra, 1982, 367 p. (in Russian).
12. Uzhov V.N. Ochistka promyshlenykh gazov elektrofil'trami [Cleaning of industrial gases with electrostatics]. Moskva: Himiya, 1967, 344 p. (in Russian).
13. Uteush E.V. and Uteush Z.V. Osnovy avtomatizatsii izmel'cheniya materialov v sharovyh melnitsah [Fundamentals of automation of materials grinding in ball mills]. Moskva: Himiya, 1968, 156 p. (in Russian).
Рецензент: д-р т. н., проф. В. Г. Заренбт
Надшшла до редколегп: 17.08.2015 р. Прийнята до друку: 20.09.2015 р.
