Адаптивная система управления дробильно-измельчительным комплексом Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Информационные технологии в музыке. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена,

Информационные технологии в музыке. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена,

1. Горбунова И.Б. Учебное пособие.

2009. Т. 1. 175 с.

2. Горбунова И.Б. Учебное пособие.

2010. Т. 2. 205 с.

3. Горбунова И.Б. Феномен музыкально-компьютерных технологий как новая образовательная творческая среда // Известия РГПУ им. А.И. Герцена: Научный журнал. 2004. № 4 (9). С. 123-138.

4. Горбунова И.Б., Заливадный М.С. Опыт математического представления музыкально-логических закономерностей в книге Я. Ксенакиса «Формализованная музыка» // Общество - Среда - Развитие: научно-теоретический журнал. 2012. № 4(25). С. 135-139.

Библиографический список

5. Горбунова И.Б., Заливадный М.С., Кибиткина Э.В. Основы музыкального программирования: Учебное пособие. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2012. 195 с.

6. Горбунова И.Б., Чибирёв С.В. Музыкально-компьютерные технологии: к проблеме моделирования процесса музыкального творчества. Монография. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2012. 160 с.

7. Романенко Л.Ю. Историческая проблема авторства в музыке и современная задача идентификации мелодии // Материалы Межд. науч.-практ. конф. «Региональная информатика РИ - 2012». СПОИСУ. СПб., 2012. C. 257-258.

8. Чибирёв С.В. Алгоритмическая модель процесса сочинения музыкальных фрагментов в формате MIDI. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611069 (Россия). Ноябрь 2012.

УДК 622.73-52

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДРОБИЛЬНО-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ

© И.А. Маринич1

Криворожский национальный университет, 50027, Украина, г. Кривой Рог, ул. 22 партсъезда, 11.

Рассматривается построение системы автоматического управления с применением распределенных регуляторов и согласованного адаптивного управления дробильно-измельчительным комплексом горно-обогатительного комбината на базе модели с распределенными параметрами функции сокращения крупности руды, которая может быть реализована на базе промышленных контроллеров. Представление дробильно-измельчительного комплекса горно-обогатительного комбината в виде структуры с распределенными параметрами функции сокращения крупности руды позволяет минимизировать удельные затраты на процессы дробления-измельчения, добиться максимальной производительности технологической линии и снижения нагрузок на конечную стадию -измельчение, что, в свою очередь, способствует общему снижению энергопотребления. Ил. 5. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: адаптивное управление; дробильно-измельчительный комплекс; промышленный контроллер; распределенный регулятор; функция сокращения крупности руды.

ADAPTIVE CONTROL SYSTEM FOR CRUSHING AND GRINDING COMPLEX

I.A. Marinich

Kryvyi Rih National University,

II, XXII Partz'yizdu St., Kryvyi Rih, Ukraine, 50027.

The paper considers the formation of the automatic control system using distributed controllers and coherent adaptive control of a crushing and grinding complex at the mining and processing plant based on the model with distributed parameters of ore size reduction function, which can be implemented through industrial controllers. Presentation of the crushing and grinding complex of the mining and processing enterprise in the form of the structure with distributed parameters of ore size reduction function allows to minimize unit costs for crushing and grinding, achieve maximum performance of the production line, and reduce loads at the terminal stage - reduction, that, in its turn, contributes to general decrease of power consumption. 5 figures. 5 sources.

Key words: adaptive control; crushing and grinding complex; industrial controller; distributed controller; function of ore size reduction.

Процессы переработки минерального сырья, особенно циклы дробления и измельчения, являются наиболее энергоемкими и ресурсоемкими в горнообогатительной отрасли промышленности: на операции дробления и измельчения руды расходуется до

70% потребляемой горно-обогатительным комбинатом электроэнергии [1,4]. Энергопотребление таких комплексов в значительной степени определяется качеством руды, поступающей на переработку. Уменьшить негативное влияние изменений характеристик исход-

1Маринич Иван Анатольевич, старший преподаватель кафедры информатики, автоматики и систем управления, тел.: (38067) 9742484, е-mail: imam76@rambler.ru

Marinich Ivan, Senior Lecturer of the Department of Information Science, Automation and Control Systems, tel.: (38067) 9742484, е-mail: imam76@rambler.ru

ной руды на энергопотребление дробильно-измельчи-тельных комплексов горно-обогатительных комбинатов и при этом максимизировать их производительность по готовому продукту заданного качества возможно лишь при наличии эффективного автоматизированного управления технологическим процессом.

Существующие системы автоматизированного управления процессами дробления и измельчения руды, вследствие устаревших методов идентификации и моделирования объектов управления, которые используются при их разработке и эксплуатации, не обеспечивают качественного формирования и поддержания оптимальной степени измельчения сырья, перерабатываемого в условиях изменяющихся физико-механических и химико-минералогических характеристик, что негативно отражается на качестве конечного продукта и энергоэффективности технологического процесса.

К основным направлениям, позволяющим уменьшить эти расходы, следует отнести разработку и внедрение в производство нового высокоэффективного оборудования, совершенствование схем дробиль-но-измельчительных переделов, а также оптимизацию управления технологическим процессом. Для обеспечения оптимальной работы обогатительных аппаратов необходимо получение продукта с максимальным выходом заданных классов крупности, то есть продукта с определенной гранулометрической характеристикой. Решение этих задач позволит снизить безвозвратные потери ресурсов, повысить качество конечного продукта и оптимизировать энергопотребление в целом.

Целью исследований является разработка принципов, структуры и системы энергоэффективного адаптивного управления дробильно-измельчительным комплексом горнообогатительного комбината на базе модели с распределенными параметрами функции сокращения крупности руды.

В процессе дробления - измельчения руды происходит изменение ее гранулометрических характеристик. Эти операции носят случайный характер и в любой момент времени характеризуются переходными вероятностями [4]. При математическом описании этих процессов можно считать, что параметр крупности распределен по объекту «перерабатываемая руда», а сам дробильно-измельчительный комплекс целесообразно рассматривать как систему с распределенными параметрами функции сокращения крупности перерабатываемого сырья [2].

Математические модели распределенных систем, в отличие от моделей систем с сосредоточенными параметрами, рассмотренными в классической теории управления, описываются дифференциальными уравнениями в частных производных, что ведет к принципиальному усложнению. Усложнение класса систем ведет к усложнению методов их исследования и проектирования, а также к широкому использованию численных методов вследствие невозможности получения аналитических решений в большинстве случаев [2].

Одним из возможных вариантов решения такой задачи является совершенствование системы автома-

тического управления процессом рудоподготовки за счет того, что дробильно-измельчительный комплекс представляется в виде модели последовательно соединенных дробильных и измельчительных агрегатов.

Модель дробильно-измельчительного комплекса представляют в виде многоступенчатой структуры с распределенными параметрами функции сокращения крупности руды, каждая ступень которой характеризуется областью оптимальной производительности, удельным энергопотреблением и ресурсоемкостью. Это обеспечивает с минимальными энергозатратами формирование и поддержание оптимальной производительности и гранулометрического состава исходных продуктов взаимосвязанных дробильных и измельчи-тельных агрегатов в условиях неполной информации о характеристиках объекта управления, которые существенно изменяются во времени.

Распределенный регулятор, входящий в состав системы, с помощью интегрального критерия формирует согласованное управление многостадийным процессом сокращения крупности руды дробильно-измельчительным комплексом, учитывает скорость формирования определенных фракций крупности руды, производительность и удельные затраты на производство единицы исходного продукта каждой стадии [5].

На рис. 1 приведена блок-схема системы автоматического управления процессом рудоподготовки, в основе которой лежит предложенный выше способ управления.

На схеме приняты следующие обозначения: 1 -распределенный регулятор; 2 - блок вычисления соотношения параметров потребляемой активной мощности; 3, 4 - датчики активной мощности приводных двигателей шаровой мельницы и магнитного сепаратора соответственно; 5 - блок согласованного адаптивного управления регуляторами производительности по руде; 6, 7, 8 - регуляторы производительности по руде соответствующих стадий; 9, 10, 11 - питатели соответствующих стадий; 12, 13, 14 - соответствующие стадии дробления; 15 - подсистема сбора информации от технологических датчиков; 16 - блок преобразования информирования; 17, 18 - блоки вычисления параметров функции распределения руды по крупности; 19 - датчик содержания класса 74 мкм в сливе классифицирующего аппарата; 20 - блок вычисления соотношений гранулометрических характеристик; 21, 22 - регуляторы, управляющие положением клапанов; 23, 24 - клапаны расхода воды в классифицирующий аппарат первой стадии измельчения и шаровую мельницу этой же стадии; 25 - первая стадия измельчения; 26 - магнитный сепаратор; 27 - грохоты; 28 - сумматор.

Система работает следующим образом.

Информация о состоянии технологического процесса поступает из подсистемы 15 сбора информации от датчиков производительности и уровня заполнения в первой 12, второй 13 и третьей 14 стадиях дробления, проходит первичную обработку и преобразование в удобную для дальнейших операций форму в блоке 16 преобразования и нормирования, после чего попа-

Г' 5

1 2 4

* *

24 «*

20

15

»• 21

22

12 -N -V 9 -N -V 13 -N -V 10 N -1/ 14 N -V

19

11

23

Рис.1. Блок-схема системы автоматического управления процессом рудоподготовки

дает в первый блок 17 вычислений параметров функции распределения по крупности перерабатываемого сырья.

Ввиду того что для эффективного управления целесообразно рассматривать дробильно-измельчитель-ные комплексы как единое целое, устройство содержит второй блок 18 вычислений параметров функции распределения руды по крупности первой стадии измельчения, на вход которого поступает информация от датчика 19 содержания класса 74 мкм в сливе классифицирующего аппарата, а выход соединен с блоком 20 вычислений соотношения гранулометрических характеристик, к которому присоединен первый блок 17 вычислений параметров функции распределения руды по крупности всех стадий дробления.

Используя данные блоков вычислений 17 и 18 в блоке 20 вычисления соотношения гранулометрических характеристик, возможно вычисление оптимальной управляющей характеристики подключенных к его выходу регуляторов 21, 22, управляющих положением клапана подачи воды 23, 24 в классифицирующий аппарат и шаровую мельницу первой стадии измельчения 25, которые в дальнейшем поддерживают рассчитанное соотношение. Выход блока 20 также соединен с сумматором 28, к которому присоединены выходы блоков 17, 18 вычислений параметров функции распределения руды по крупности всех стадий дробления и измельчения соответственно, а выход сумматора 28 подключен к распределенному регулятору 1, выполняющему согласованное управление распределенным процессом.

Коррекция параметров распределенного регулятора 1 осуществляется вторым блоком 2 вычисления соотношения параметров активной мощности 3, потребляемой приводным двигателем шаровой мельницы, и датчика активной мощности 4, потребляемой приводным двигателем магнитного сепаратора 26, который выступает как естественный индикатор качества ведения технологического процесса.

Причем, максимальное значение активной мощности, потребляемой приводным электродвигателем магнитного сепаратора, соответствует максимальной производительности комплекса с извлеченного магнитного железа и определяется оптимальными значениями степени заполнения мельницы рудой, шарами, плотности пульпы в мельнице, плотности слива классифицирующего аппарата.

Выход распределенного регулятора 1 подключен к блоку 5 управления регуляторами производительности по руде, который с помощью интегрального критерия формирует согласованное управление многостадиальным процессом сокращения крупности руды дробильно-измельчительным комплексом, учитывающим скорость формирования определенных фракций крупности руды, производительность и удельные затраты на производство единицы исходного продукта каждой стадии.

Управляющие сигналы блока 5 поступают на регуляторы 6, 7, 8 производительности по руде соответствующих стадий, которые управляют скоростью питателей 9, 10 и 11, меняя производительность технологической линии рудоподготовки таким образом, чтобы обеспечить с минимальными энергозатратами формирование и поддержание оптимальной производительности и гранулометрического состава исходных продуктов взаимосвязанных дробильных и измельчи-тельных агрегатов.

Разделение алгоритма управления между множеством процессоров целесообразно и в случае, когда расстояние между различными точками съема данных и приложения управлений несущественно. Такое разделение позволяет заменить один дорогой, высокопроизводительный процессор, воплощающий в себе весь разум системы, на ряд менее производительных, дешевых процессоров, работающих параллельно и согласовывающих свои действия по мере необходимости. Это позволяет построить систему управления, отличающуюся рядом достоинств:

3

6

7

8

• легкостью сопровождения, ремонта и модернизации, поскольку компоненты алгоритма управления, исполняемые на разных процессорах, заменяются независимо друг от друга;

• живучестью, поскольку выход из строя нескольких узлов теоретически менее разрушителен, нежели выход из строя центрального процессора;

• экономической эффективностью, поскольку замена одного высокопроизводительного процессора на несколько (или множество) простых процессоров экономически оправдана, так как цена процессора возрастает гораздо быстрее, чем его производительность; это тем более справедливо, когда система датчиков и исполнительных органов так или иначе распределена, т.е. если затраты на создание инфраструктуры коммуникаций так или иначе неизбежны.

Система с распределенным алгоритмом управления требует надежной связи между элементами (компонентами) системы. Задача весьма нетривиальная в промышленных условиях (промышленные помехи, электростатические и магнитные наводки, температурные перепады, вибрация и др.).

Управление дробильно-измельчительным комплексом осуществляется операторами через операторские станции, на которых технологический процесс отображается в виде мнемосхем, графиков, рапортов и сообщений. При этом контроллеры опрашивают состояние приборов измерения, проводят все стадии предварительной обработки сигналов, выполняют необходимые расчеты, передают актуальную информацию в выходные блоки. Система визуализации запрашивает информацию о ходе процесса для архивирования и визуализации, записывает данные для длительного хранения, выводит информацию о состоянии и ходе технологического процесса на экран, сообщает в особой форме о выходе технологического параметра за рамки допустимого. Кроме этого, система визуализации позволяет пользователю осуществлять оперативное управление технологическими механизмами непосредственно с операторской станции. При этом управляющие воздействия, команды, заданные значения и т.п. передаются в контроллер. Обмен данными между контроллерами и системой визуализации происходит посредством локальной сети Ethernet.

Параметры математической модели по каналу загрузки передаются в соответствующие контроллеры и используются для наблюдения переменных состояния объекта. Найденные переменные состояния передаются в регулирующие устройства для обеспечения необходимого качества управления отдельными технологическими стадиями и всего комплекса в целом.

Контроллеры должны обеспечивать сбор и первичную обработку информации, а также принимать на себя непосредственное управление исполнительными механизмами по соответствующим алгоритмам управления. За счет применения распределенной структуры управления они позволяют решать любые, даже самые сложные задачи.

На сегодняшний день реализовать рассматриваемую систему можно на базе промышленных контроллеров фирм Schneider Electric и Siemens, так как

именно они выпускают наиболее производительные и гибко настраиваемые ПЛК, которые в своей основе идентичны и базируются на одних и тех же принципах действия оборудования и программной реализации законов управления.

Анализ информационной базы по техническим решениям этих фирм указывает на то, что Siemens лидирует по своим внедрениям в металлургической отрасли, однако в горнодобывающей отрасли представлен недостаточно, а Schneider Electric преобладает по своим внедрениям на горнорудных предприятиях нашего города.

Один из возможных вариантов реализации данной системы на базе оборудования компании Schneider Electric приведен на рис.2 [3] .

Важным компонентом автоматизированных систем является SCADA система. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) - это совокупность аппаратно-программных средств, обеспечивающих возможность мониторинга (непрерывного наблюдения, контроля), анализа и управления параметрами технологического процесса человеком. Она является составной частью автоматизированной системы.

Рабочая станция реализует следующие функции:

- отображение на мониторе мнемосхемы технологического процесса;

- выдачу на экран текущих значений технологических параметров;

- сигнализацию о нарушениях технологического регламента;

- сигнализацию о нарушениях в работе контроллера и в канале связи ПЭВМ-контроллер;

- просмотр истории технологических параметров в графической форме;

- дистанционное включение или выключение технологического оборудования;

- изменение уставок локальных контуров регулирования;

- просмотр протокола аварийных ситуаций;

- просмотр протокола действий операторов;

- анализ состояния системы управления.

Для управления процессом дробления - измельчения используется система управления и наблюдения класса SCADA Vijeo Citect, разработанная специалистами компании Schneider Elektric. Данная система визуализации и управления обеспечивает технологическому персоналу доступ к всевозможным данным, занесенным в систему контроля, а также управление исполнительными механизмами с пульта оператора (рис. 3).

Система автоматизации комплекса относится к классу распределенных и должна состоять из двух уровней:

1) уровень интерфейса пользователя (верхний уровень);

2) уровень автоматизации (нижний уровень).

На нижнем уровне системы реализуются следующие функции:

- сбор первичной информации от датчиков измерения параметров технологического процесса;

- обработка информации в соответствии с разра-

I Слив

Концентрат

Рис. 2. Схема аппаратной реализации системы по каналу удельных затрат электроэнергии

ботанными алгоритмами;

- выдача управляющих воздействий исполнительным механизмам технологического оборудования.

На верхнем уровне системы реализуются следующие функции:

- визуализация технологического процесса в реальном масштабе времени;

- управление оборудованием (дистанционный запуск/останов механизмов, управление контурами регулирования);

- хранение и отображение архивных данных о состоянии оборудования;

- обработка информации в соответствии с разработанными алгоритмами.

На рис. 4, 5 представлены окна визуализации, выполненные в среде Vijeo Citect, дробильной фабрики, в которую интегрируются подсистемы контроля оптимальной производительности соответствующих стадий, и обогатительной фабрики, в которую интегрируются подсистемы плотности слива классификатора, подачи воды в измельчительный аппарат и оптимальной загрузки шаровой мельницы.

Выводы. Основным условием оптимизации управления дробильно-измельчительным комплексом является формирование гранулометрического состава руды, обеспечивающее необходимое качество ее обогащения в соответствии с текущими характеристиками перерабатываемого сырья. Представление модели

Рис. 3. Общий вид структуры АСУ ТП процесса рудоподготовки

Рис.4. Окно визуализации дробильной фабрики

дробильно-измельчительного комплекса горнообогатительного комбината в виде структуры с распределенными параметрами функции сокращения крупности руды позволяет минимизировать удельные затраты на процессы дробления-измельчения и добиться максимальной производительности технологической линии.

Экономический эффект от использования пред-

Рис.5. Окно визуализации обогатительной фабрики

ложенной системы обеспечивается за счет перераспределения нагрузок между отдельными стадиями процесса рудоподготовки в соответствии с текущими характеристиками перерабатываемой руды и состояния технологического оборудования, позволяет добиться снижения нагрузок на конечную стадию - измельчение, что, в свою очередь, способствует общему снижению энергопотребления.

Библиографический список

1. Купш А.1. 1нтелектуальна щентифка^я та ке-рування в умовах процеав збагачувальноТ технологи: монографiя. Кривий Р^: КТУ, 2008. 204 с.

2. Маринич И.А. Математическое описание дробиль-но-измельчительного комплекса горнообогатительного комбината в виде структуры с распределенными параметрами // Вюник Криворiзького техшчного ушверситету : зб. наук. праць. 2011. №29. С.250-256.

3. Маринич И.А., Савицкий А.И. Распределенная система автоматического управления рудоподготов-кой на базе промышленных контроллеров // Новое в

технологии и технике переработки минерального сырья: сб. науч. трудов. Кривой Рог, 2012. С.143-154.

4. Моркун B.C., Цокуренко А.А., Луценко И.А. Адаптивные системы оптимального управлення технологическими процессами. Кривой Рог: Минерал, 2005. 261 с.

5. Пат. на корисну модель № 72410 УкраТна, МПК 2012.01. Споаб управлшня дробильно-подрiбнювальним комплексом / Маринич I.A.; заявник i патентовласник Криворiзький техн. ун-т. -№201110455; заявл. 29.08.2011; опубл. 27.08.2012, Бюл. № 16.

УДК 004.94

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ГРУППОВЫХ ЭТАЛОНОВ

К.К. Паскал1, И.А. Серышева2, Н.С. Царёва3, Ю.П. Хрусталев4

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Недоопределенными называются системы, в которых размерность вектора наблюдений меньше размерности вектора состояния. Для повышения точности оценок вектора состояния таких систем можно использовать его прогнозы, вычисляемые на предыдущих тактах обработки измерительной информации. В работе исследуются процессы построения прогнозирующих моделей, когда исходных временных рядов (обучающая выборка) нет в распоряжении исследователя.

1 Паскал Кристина Константиновна, студентка факультета кибернетики, тел.: 89516283436, e-mail: paskal@istu.edu Paskal Kristina, Student of the Faculty of Cybernetics, tel.: 89516283436, e-mail: paskal@istu.edu

2Серышева Ирина Анатольевна, старший преподаватель кафедры автоматизированных систем, тел.: (3952) 405164, e-mail: sia_cyber@mail.ru

Serysheva Irina, Senior Lecturer of the Department of Automated Systems, tel.: (3952) 405164, e-mail: sia_cyber@mail.ru

3Царёва Наталья Сергеевна, студентка факультета кибернетики, тел.: 89526236560, e-mail:tsarevans@istu.edu Tsaryova Natalya, Student of the Faculty of Cybernetics, tel.: 89526236560, e-mail: tsarevans@istu.edu

4Хрусталёв Юрий Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры вычислительной техники, тел.: (3952) 405107, email: khrustalev@istu.irk.ru

Khrustalev Yuri, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Computing Machinery, tel.: (3952) 405107, e-mail: khrustalev@istu.irk.ru