CC BY
142
УДК 658.52.011.56:622.765:622.343
A.М.КУРЧУКОВ, аспирант, kurchukov@spmi. ru
B.Н.КОРДАКОВ, д-р техн. наук, профессор
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)
А.М.KURCHUKOV, post-graduate student, kurchukov@spmi. ru
V.N.KORDAKOV, Dr. in eng. sc., professor
Saint Petersburg State Mining Institute (Technical University)
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД
В статье предложена функциональная схема и методика расчета автоматизированной системы управления процессом флотации медно-никелевых руд, основанные на оптимизации реагентного режима и параметров пенообразования. Их использование на стадии проектирования системы управления гарантирует повышение эффективности процесса флотации и увеличение качественных показателей обогащения.
Ключевые слова: функциональная схема, методика расчета, управление флотацией, кинетика флотации, пенообразование.
AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR THE FLOTATION PROCESS OF COPPER-NICKEL ORES
This article introduces the functional diagram and calculation methodology of the automated control system the flotation of copper-nickel ores, based on the optimization of reagent conditions and parameters of froth. Their use in the design stage control system guarantees the efficiency of flotation process and increase quality rate of enrichment.
Key words: functional diagram, calculation methodology, control flotation, kinetics of flotation, froth.
Задачи существующих АСУ ТП процессом флотации заключаются в стабилизации параметров первичных технологических контуров, таких как уровень пульпы во флото-машине, расход флотационного воздуха и реагентов. Основные функции управления выполняет оператор-технолог, роль которого заключается в осуществлении воздействий непосредственно на технологические контуры, изменяя задания расхода воздуха, реагентов, уровни пульпы во флотомашинах. Несвоевременные и неадекватные действия оператора, невозможность учета дополнительных возмущающих воздействий не позволяют оптимизировать процесс флотации*.
* Курчуков А.М. О принципах управления флотационным переделом / А.М.Курчуков, А.О.Смирнов, Н.В.Лучков // Автоматизация и современные технологии. 2009. № 7. C. 23-28.
Kurchukov A.M. About management maxims of the flotation change / A.M.Kurchukov, A.O.Smirnov, N.V.Luchkov // Automation and modern technology. 2009. № 7. P. 23-28.
Для повышения эффективности процесса флотационного обогащения медно-никелевых руд предлагается при разработке автоматизи рованной системы управления комплексно контролировать параметры ионного состава и пенообразования флотационной пульпы. На основе анализа статистико-технологических моделей осуществляется оптимизация режи мов пенообразования и управление парамет рами флотации.
Автоматизированная система управле ния процессом флотации медно-никелевых руд содержит три уровня: фабрики, секции, технологического аппарата и ее функциональная схема приведена на рис.1.
На фабричном уровне реализуется оптимизационное управление технологичес кими показателями фабрики, в том числе осуществляется учет содержания полезного компонента в готовом концентрате. Крите рием оптимизации данной подсистемы
и экспресс-анализа
Рис. 1. Функциональная схема АСУТП флотации медно-никелевых руд
является стабилизация содержания никеля в готовом концентрате при минимизации потерь никеля в отвальных хвостах. Она управляет технологическими показателями фабрики, формирует задание подсистемам управления кинетикой флотации (по операциям) на основе заданного оператором качества готового концентрата.
Подсистема технологической типизации, основанная на анализе информационной базы, учитывает параметры ионного состава пульпы, пенообразования, результаты экс пресс-анализа и алгоритм определения технологических типов руд. Она позволяет осуществить типизацию перерабатываемого сырья и формировать пределы изменения остаточной концентрации реагентов, что необходимо для оптимизации параметров ионного состава пульпы. Информация о перера батываемом в данный момент техноло гическом типе сырья и его физико-химичес кие особенности передаются оператору, что целесообразно для принятия организационно-
296
технических решений при аварийных ситуациях.
На секционном уровне реализуется управление кинетикой флотации (по операциям) и оптимизация реагентного режима флотационной пульпы. Решается задача стабилизации выхода концентрата (по операциям), поддержание остаточной концентрации реагентов и pH на заданном уровне.
Учет ионного состава флотационной пульпы позволяет упростить модель объекта, за счет выделения из нее физико-химических параметров. Подсистема оптимизации пара метров ионного состава пульпы включает в себя контуры стабилизации остаточной концентрации диметилдитокарбамата натрия (ДМДК), стабилизации pH пульпы и расхода ксантогената. Для контроля остаточной концентрации ионов ДМДК были разработаны специальные ионоселективные электроды.
На уровне технологического аппарата функциональной схемы представлены аппа-
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.189
ратные средства управления расходом воздуха, вспенивателя, уровнем пульпы и кинетикой флотации. Формируются первич ные управляющие контуры для оперативного управления параметрами пенообразования (аэрационной способностью пульпы, интенсивностью пеносъема).
Математическая модель оптимизацион ного управления параметрами пенообразо вания имеет вид
^ИНТ - B0 + В1РПУЛ + B2G
2^ ОПЕР
+
+ B3? Ni ,ОПЕР + B4a №,ПИТ + B5a Си,ПИТ + + A1FB03 + A2FАФ + A3H ; A - С0 + С1рПУЛ + С2GОПЕР + + СзР Ni ,ОПЕР + C4a Ni, ПИТ + C5a См, ПИТ +
АРАСЧ - КФ
+ AF^ +D2F^ + D3H ;
FB03 (GOnEP + G^PK ) (GОПЕРрПУЛ + бЦиР^ПУЛцирк^ФМ
-100%
где 7ИНг - выход пенного продукта с камеры флотомашины, характеризуемый интенсив ностью пеносъема, %; А - варьируемая аэрационная способность пульпы в камере флотомашины, %; ^РАСЧ - расчетная аэраци-онная способность пульпы, %; Fвoз - расход воздуха во флотомашину, м3/мин; FАФ -расход аэрофлота, г/т; Н - уровень пульпы, м; РпуЛ - плотность пульпы питания, кг/см3; РцИРК - плотность циркуляции, кг/см3; СОПЕР - переработка секции, т/ч; СцИРК -
циркуляционная нагрузка, т/ч;
а NiПИГ,а СиПИГ - содержание никеля и меди в питании соответственно, %; Р № ОПЕР -
содержание никеля в концентрате операции, %.
Для измерения физического выхода 7ИНг пенного продукта на флотационных машинах установлены датчики интенсивности пеносъема ДВК-2МК.
Определение управляющих параметров математической модели производится для каждой камеры флотомашин всего каскада. Ограничением к изменению управляющих параметров является задание кинетики фло тации. Таким образом, оптимизационное управление пенообразованием основано на регулировании расхода воздуха, уровня пуль
пы, расхода вспенивателя для каждой флотомашины, что отражено в представлен ной функциональной схеме.
При проектировании АСУТП рассматриваемой системы необходимо вычислить регулируемые параметры и пределы их изменения. Алгоритм методики определения оптимальных параметров управления представлен на рис.2 и основан на анализе статистико-технологических моделей. При разработке статистико-технологических моделей использовался факторный анализ (в работе применялся программный продукт STATISTICA 8.0 модуль FACTOR ANALYSIS) и алгоритмы адаптации. Цель адаптации сводится к минимизации остаточной дисперсии модели путем варьирования значений коэффициентов уравнения модели. В блоках 2-4 алгоритма производится первичная фильтрация данных технологического процесса и определение статистических входных переменных. В блоках 5-8 выполняется расчет коэффициентов математической модели с учетом изменения значимых возмущающих и управляющих параметров процесса. Для управляющих и возмущающих воздействий вычисляются матрицы весов факторного пространства, что необходимо для получения коэффициентов математической модели. На основе анализа адаптивных алгоритмов в блоках 10-12 производится расчет коэффициентов, которые удовлетворяют условию минимизации остаточной дисперсии модели YUHm и A. Для вычисления границ изменения управляющих параметров предлагается учитывать рекомендованные пределы возмущающих воздействий с учетом технологического типа перерабатываемого сырья (блоки 13-15). Это необходимо учитывать при решении уравнений приведенной модели для условий Y^t = const и A ^ max. В блоках 16-17 определяются оптимальные параметры полученной модели, а в блоках 18-19 вычисляются прогнозируемые показатели качества процесса флотации в реальном времени.
Повышение эффективности технологического процесса флотации обеспечивается путем разработки технических предложений по реализации рассмотренной АСУТП, ос-
Запуск 1 алгоритма
Исходные данные ТП флотации
Первичная фильтрация 3
данных, отсеивание недостоверных значений
Расчет статистических входных переменных
5
Расчет матриц весов факторного пространства
для возмущающих и управляющих параметров
Расчет координат точек 6
наблюдений в полученном факторном пространстве
Определение наиболее 7 значимых коэффициентов
в матрице весов для каждого управляющего и возмущающего воздействий.
Расчет коэффициентов 8 мат. модели (в стандартизованном виде)
путем перемножения значения в матрице весов для каждого параметра на соответствующий этому фактору коэффициент уравнения регрессии
Запуск оптимизации на
основе статистико-технологической модели
False
False
False
True
Формирование 13
границ регулирования управляющих параметров
Перерасчет нижних и верхних допустимых пределов изменения управляющих
переменных
15
Перерасчет 16 уравнения в натуральный вид,
сортировка коэффициентов
_А_
Определение 17 оптимального решения уравнения модели
Перерасчет результатов решения в натуральный вид
18
19
Расчет прогнозируемого значения качества концентрата
Рис.2. Алгоритм методики определения оптимальных параметров управления
нову которой составляют приведенные функциональная схема (рис.1) и методика определения оптимальных параметров модели управления (рис.2).
Применительно к Норильской обогатительной фабрике ОАО «ГМК «Норильский Никель» разработаны и внедрены функ-
циональная схема АСУТП и методика определения параметров статистико-техно логической модели оперативного управления процессом флотации. Это позволило повысить увеличить содержание полезного компонента в готовом концентрате на 1,5 %.
298 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.189
