CC BY
82
УДК 65.011.56
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕЙ РУДЫ
© Ю.А. Подкаменный1, О.В. Лазарева2
Научно-исследовательское геологоразведочное предприятие АК «АЛРОСА», 478174, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Мирный, Чернышевское шоссе, 16. 2Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты математического моделирования системы автоматического регулирования комплекса измельчения и классификации алмазосодержащей руды (CAP). Рассмотрены все элементы комплекса, получены их передаточные функции. Математическое моделирование САР осуществляли в системе MATLAB, используя пакет моделирования динамических систем Simulink. Рассмотрены одноконтурная и каскадная САР; выбран закон регулирования; определены настройки ПИ-регулятора и прямые показатели качества регулирования. Ключевые слова: мельницы самоизмельчения; технологические параметры; система автоматического регулирования; математическое моделирование; передаточная функция; настройки регулятора.
MODELING AN AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR A DIAMOND-BEARING ORE GRINDING COMPLEX Yu.A. Podkamenniy, O.V. Lazareva
Research and Development Geological Prospecting Company "ALROSA" JSC, 16 Chernyshevskoe Shosse, Mirny, Republic of Sakha (Yakutia), 478174, Russia. Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The results of mathematical modeling of the automatic control system (ACS) of the diamond ore reduction and classification complex are given. All elements of the complex are considered, their transfer functions are obtained. ACS mathematical modeling has been carried out in MATLAB using a dynamic system simulation package Simulink. A single-circuit ACS and a cascade ACS are considered; a regulation law is selected; the settings of PI-controller and direct indicators of regulation quality are determined.
Keywords: autogenous mill; process parameters; automatic control system; mathematical modeling; transfer function; controller settings.
Введение
Классическое решение по автоматизации работы мельницы мокрого самоизмельчения (ММС), как правило, содержит системы: стабилизации загрузки мельницы рудой; регулирования соотношения руда-вода; подачи воды в зумпф пульпового насоса; отслеживания режимных параметров функционирования ММС [1]. Определение и предотвращение перегрузки ММС является одной из важнейших задач оптимального управления комплексом измельчения и классификации алмазосодержащей руды. Возможности же оптимизации САР загрузки ММС связаны в первую очередь с использованием промежуточного выходно-
го параметра, например, электрического параметра работы привода мельницы (рис. 1).
Для исследования САР загрузки ММС необходимо определить числовые параметры модели, исходя из режимных значений работы комплекса и его размеров, согласно техническим характеристикам оборудования обогатительной фабрики:
1. Ж : Т мельницы - (0,3-0,45 : 1);
2. Вода в мельницу - (45-67,5) м3/ч;
3. Диаметр барабана мельницы -
7,0 м;
4. Длина барабана мельницы -
2,3 м;
1
Подкаменный Юрий Александрович, ведущий инженер-технолог комплексного отдела минералогических исследований, тел.: 89041212570, e-mail: mirniy.yuriy@mail.ru
Podkamenniy Yuriy, Leading Process Engineer of the integrated Department of Mineralogical Studies tel.: 89041212570, e-mail: mirniy.yuriy@mail.ru
^Лазарева Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации производственных процессов, тел.: (3952) 405519, e-mail: lov_2126@mail.ru
Lazareva Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automation of Manufacturing Processes, tel.: (3952) 405519, e-mail: lov_2126@mail.ru
Рис. 1. Структурная схема САР-комплекса измельчения: Wр - передаточная функция редуктора привода мельницы; Wдвиг - передаточная функция двигателя мельницы; Wконв - передаточная функция конвейера; WММС - передаточная функция мельницы мокрого самоизмельчения; Wдатч. - передаточная функция датчика активной мощности; и - управляющее воздействие; Р - текущее значение активной мощности
5. Производительность мельницы -150 т/ч;
6. Скорость вращения барабана мельницы, критическая - 16 об./мин;
7. Мощность электродвигателя мельницы - 1600 кВт;
8. Длина конвейера - 14 м;
9. Частота вращения привода конвейера - 1500 об./мин;
10. Производительность конвейера -
170 т/ч.
Определение параметров модели
Задающим воздействием САР загрузки ММС рудой является сигнал значения активной мощности - Рz синхронного двигателя, вращающего мельницу. Регулятор формирует управляющее воздействие (^ - скорости вращения привода конвейера, ориентируясь на сигнал рассогласования Рz-Р. В зависимости от скорости вращения привода конвейера происходит пропорциональное изменение расхода руды с конвейера в мельницу ^р). Возмущение (0 зависит от физико-механических особенностей измельчаемого материала, износа футеровки и т.д.
Передаточная функция конвейера включает в себя следующие составляющие:
- передаточная функция двигателя (№двиа(р)) - интегрирующее звено с постоянной времени, соразмерной переходному процессу якорной цепи (Т~0,01мин)
Wdelr (Р)= K =
1
- передаточная функция редуктора (Мр(р)) - усилительное звено, с коэффициентом усиления K = 1;
- передаточная функция преобразователя частоты ^пч (р)) - апериодическое звено, и учитывая, что выходным сигналом данной модели является частота вращения привода, которая находится в пределах 0-1500 об./мин, передаточная функция преобразователя частоты примет вид:
Wпч (р) = — = пч Тр +1 0.01 р +1.
1
- передаточная функция ленты конвейера ^ЛК(р)), которая по каналу «скорость вращения двигателя привода - расход руды» представляется пропорциональным звеном с коэффициентом передачи Кр:
Ш (р))=
170 т / ч 2,83 т / мин
к = Q max р U max
1500 об. / мин 1500 об./ мин
■ = 0,002.
Таким образом, передаточная функция конвейера:
Конв (р) = Ждвиг (р) ■ Wp(p) ■ Wпч (р) X
хжлк(р) = X1 Хд _15 ^ X 0,002;
или
0.01 p 0.01 p +1
/Л 0,03
ууконв.(p) = -
Tp 0,01p
0,001 р2 + 0,01 р Датчик активной мощности представляет собой апериодическое звено с постоянной времени Т - 0,01 мин:
Wdam4.( p) = ■
1
0,01р +1
Основным объектом управления в контуре загрузки измельчительного комплекса является мельница мокрого самоизмельчения (ММС). Для выбора и обоснования структуры модели мельницы по каналу загрузки рассмотрим статические и динамические закономерности процесса измельчения, т.е. закономерности изменения массы запасаемого материала G и его входных и выходных потоков Q.
Для однокамерных измельчитель-ных установок уравнение материального баланса имеет вид
§=а - а.
м
где G - величина внутримельничного заполнения; Q1 - количество подаваемой в мельницу руды; Q2 - количество руды в разгрузке мельницы.
Учитывая, что = /(С), уравнение приобретает вид
^ = а - /(О).
л ^ у
В нормальном режиме работы из-мельчительного агрегата величина внутримельничного заполнения G линейно зависит от количества подаваемого материала Q1, и 01 = кО, где к - коэффициент, характеризующий условия измельчения (состав, размолоспособность, вязкость и тем-
Р , МПа
РЕ, Вт 3,1
1200 3,0
1000 2,9
800 2,6
600 — 2,4
400 2,2
200 — 2,1
1,9
0
10
20
пература руды, состояние футеровки, за-липание решетки ММС и т.д.). Величину внутримельничного заполнения G косвенно оценивают по сигналу активной мощности двигателя привода ММС на линейном участке характеристики (рис. 2).
Так как основная работа системы осуществляется на участке характеристики до экстремума, то в этой зоне можно провести линеаризацию зависимости и в дальнейшем рассматривать линеаризованные уравнения:
^ + кО = 01,
т—+о = —01, м
где К - коэффициент самовыравнивания; Т - постоянная времени (Т = К = 1/к).
Таким образом, передаточная функция загрузки мельницы WММc(p) имеет вид
к
№ммс(Р) = ~—:.
Тр +1
Для расчетов коэффициентов модели (К, Т1, Т2) и определения настроек регулятора рассмотрим номинальный стационарный режим работы измельчительного агрегата, при котором наблюдается баланс входа и выхода по твердому (табл. 1). Это условие нарушается в случаях, когда начинается завал.
РЕ
% % % % ч
Р % %
30
40
50
60
%
Рис. 2. Статические характеристики мельницы мокрого самоизмельчения по каналам: «производительность - давление масла в опорных подшипниках (Р)»; «производительность - мощность двигателя (РЕ)» [2]
Таблица 1
Средние значения параметров, характерных для номинального режима _измельчительного агрегата_
Наименование технологического параметра Единица измерения Значение Условное обозначение
Мощность, потребляемая электродвигателем мельницы кВт 1,2 Pe
Производительность по руде т/ч 130 Овх.р
Расход воды в мельницу м3/ч 18 Qbx-в
Степень заполнения поперечного сечения барабана мельницы % 40 Ф
При плотности руды 2,5 т/м3, количество входного потока по объему:
Оех. = Овх. р. + Овх.в =
130т / ч 3 , _ 3 ,
+18 м3/ ч = 70 м3/ ч.
Коэффициент усиления по каналу
2,5т / м
Доля твердого во входном потоке:
Овхр__ 52м3 / Ч _ 74
бех. 70 м3/ Ч , ' Рабочий объем камеры мельницы:
^с = кЯ'Ьф = 3,14 X 3,52 X 2,3 X 0,4 = 35,4 м3
Содержание внутри мельницы твердой фазы
по рабочему объему:
0,74 x Грамме = 0,74 x 35,4м3 = 26,2 м3;
по массе:
0,74 xV й x 2,5 = 0,74 х 35,4 х 2,5 = 65,5 т.
' pao. ммс ' ' ' ' '
В стационарном режиме количество твердого на выходе совпадает с количеством твердого на входе: т/мин.
Коэффициент пропорциональности k:
k = Qex^ = Al = 0,034. G 65,5
Qbx. - G:
*=i=
1
■ = 29,4.
к 0,034 Коэффициент усиления по каналу Qвx-PE определим из соотношения величин РЕ и Qвx. в установившемся режиме:
К =
PE 1,2
Q
= 0,54
вх.
1
T = =
1
2,2
= 29,4 мин.
к 0,034
В непрерывном виде модель мельницы по каналу загрузки имеет вид
ш г л- К 0,54
™ММС. ЗАГР.(р ) = ^~Л -ГГ .
Тр +1 29,4 р +1
Определение настроек ПИ-регулятора
Выбор закона регулирования и определение настроек регулятора осуществляли в системе МА^АВ, используя пакет моделирования динамических систем 81ти!1пк.
На рис. 3 представлена одноконтурная САР загрузки ММС по заданию, а на рис. 4 - по возмущению.
Дап-iwK акт. ^ зщн пстя
Рис. 3. САР загрузки ММС по каналу «задание»
Датчик а кг. ьющн ости
Рис. 4. САР загрузки ММС по каналу «возмущение»
Одноконтурная САР загрузки ММС реализует ПИ-закон регулирования с параметрами настройки регулятора:
Кр = 0,1; К = 0,07 (табл. 2). Графики переходного процесса приведены на рис. 5, 6.
/ / / > -
1 - - - -
-1-1-1-1-1-I-1-
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Рис. 5. График переходного процесса САР загрузки ММС по каналу «задание»: время переходного процесса tp = 24 с; заданное значение Азад. = 1200;
Атах = 1440
Рис. 6. График переходного процесса по каналу «возмущение»: время переходного процесса tp = 22 с; Атах = 0,39
Таблица 2
Значения параметров регуляторов и показатели качества _переходных процессов САР_
САР Настроечные параметры ПИ-регулятора Показатели качества переходного процесса
Кр Ki Азад. Amax tp
Одноконтурная по заданию 0,1 0,07 1200 1440 24
по возмущению 0,1 0,07 - 0,39 22
Выводы
Определение и предотвращение перегрузки мельницы самоизмельчения является важнейшей задачей оптимального управления комплексом измельчения и классификации алмазосодержащих руд, для решения которой используется система управления с функцией диагностики пе-
регрузки мельницы. На основании проведенного моделирования САР выбран ПИ-закон регулирования, обеспечивающий высокую точность в установившемся режиме и хорошие показатели качества переходных процессов.
Статья поступила 27.11.2015 г.
Библиографический список
1. Лазарева О.В., Подкаменный Ю.А. Автоматизи- 2. Троп А.Е., Козин В.З., Прокофьев Е.В. Автома-
рованный способ управления комплексом измель- тическое управление технологическими процессами
чения и классификации алмазосодержащих руд // обогатительных фабрик: учебник для вузов. М.:
Вестник ИрГТУ. 2014. № 4. С. 128-133. Недра, 1986. 303 с.
УДК 519.876.5
БИНАРНАЯ СЕТЕВАЯ ДОРОЖНАЯ КАРТА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЦЕНТРА ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫХ И МУНИЦИПАЛЬНЫХ УСЛУГ» (МФЦ)
© А.В. Чуев1
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 308012, Россия, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.
Рассмотрены вопросы обеспечения информационной безопасности многофункциональных центров предоставления государственных и муниципальных услуг (МФЦ). Обоснована потребность в построении дорожной карты для обеспечения информационной безопасности МФЦ и тиражирования такого решения. В качестве инструмента для построения дорожной карты выбран математический аппарат бинарных индикаторных сетей (БИС). Построены графы целей и действий БИС. Отмечено, что формализация процедуры составления дорожных карт на основе БИС дает ряд преимуществ.
Ключевые слова: дорожная карта; бинарная индикаторная сеть; граф целей; граф действий; лента поведения; информационная безопасность.
"STATE AND MUNICIPAL SERVICES MULTIFUNCTIONAL CENTER INFORMATION SECURITY PROVISION" BINARY NETWORK ROAD MAP A.V. Chuev
Belgorod State Technological University after V.G. Shukhov, 46 Kostyukov St., Belgorod, 308012, Russia.
The paper deals with the issues of ensuring information security of multifunctional centers of state and municipal services (MFC). It substantiates the need for the development of a road map in order to provide MFC information security and replicate this decision. A mathematical apparatus of binary indicator networks (BIN) has been chosen as a tool for the road map construction. The graphs of BIN targets and actions have been built as well. Formalization of the procedure of BIN-based road map construction is shown to have a number of advantages.
Keywords: roadmap; binary indicator network; targets graph; actions graph; behavior tape; information security.
Чуев Александр Викторович, аспирант, тел.: +79155268663, e-mail: chuev_a@mail.ru Chuev Aleksandr, Postgraduate, tel.: +79155268663, e-mail: chuev_a@mail.ru
