CC BY
91
Розроблено новий метод управлтня про-цесом згущення шламових вод i освтлення вiдходiв флотаци в радiальному згущува-ni. Дослиджений вплив параметрiв процесу осадження, що змтюються, на ятсть регу-лювання. Запропонований метод видновлен-ня параметрiв моделi об'екту в ходi його нормального функщонування
Ключовi слова: радiальний згущувач, оптимальний дискретний регулятор, и)ен-
тифшатор параметрiв моделi об'екту □-□
Разработан новый метод управления процессом сгущения шламовых вод и осветления отходов флотации в радиальном сгустителе. Исследовано влияние изменяющихся параметров процесса осаждения на качество регулирования. Предложен метод восстановления параметров модели объекта в ходе его нормального функционирования
Ключевые слова: радиальный сгуститель, оптимальный дискретный регулятор, идентификатор параметров модели объекта
□-□
A new method of managing sludge thickening and clarification of waste water flotation radial thickener. Investigated influence of the changing parameters of the deposition process on the quality of regulation tion. A method of recovering the parameters of the model of the object during its normal functioning
Key words: radial thickener, an optimal discrete controller, the ID model parameters of the object
УДК 622.7-52:004.6
МЕТОД АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ СГУЩЕНИЯ ШЛАМОВЫХ ВОД И ОСВЕТЛЕНИЯ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ
А.В. Письменский
Старший препододаватель Кафедра „Системная инженерия" Восточноукраинский национальный университет
им. В. Даля Контактный тел.: 050-009-52-84 E-mail: [email protected]
Актуальность исследования
Постановка проблемы
Качество обогащения угля существенно зависит от функционирования водно-шламовой системы обогатительной фабрики, поскольку выход и зольность продуктов обогащения ухудшаются при нестабильном содержании твердой фазы в оборотной воде и плотности пульпы. Наиболее часто для целей сгущения и осветления шламов используют радиальные сгустители. В результате сгущения и осветления шламов получают оборотную воду, используемую в гравитационных процессах обогащения и сгущенный продукт, направляемый на дальнейшую переработку или выводимый за пределы фабрики. Замкнутый цикл, применяемый в углеобогащении, накладывает особые требования к качеству разделения в сгустителе, от которого зависят эффективность операций обогащения и снижение потерь воды фабрики.
Анализ систем автоматизации процессов сгущения и осветления шламов показал, что существующие системы не обеспечивают заданное качество оборотной воды и сгущенного продукта, так как в слив уносится значительное количество твердой фазы, плотность сгущенного продукта имеет большую дисперсию, увеличивается расход дорогостоящих флокулянтов и потери воды с отходами. Это обусловлено отсутствием системности при автоматизации процессов (учета при дозировании флокулянта, содержания твердой фазы в сливе, уровня осадка и др.), недостаточной точностью используемых моделей, невозможностью адаптации САУ к нестационарным параметрам объекта и возмущений, а также неполной информацией о технологическом процессе, что снижает эффективность управления.
Цель статьи
Разработка метода автоматического управления процессами сгущения шламовых вод и осветления отходов флотации обеспечивающего стабилизацию плотности сгущенного продукта Рсг в заданном диапазоне и поддержание содержания твердой фазы в сливе Рсл не выше допустимого уровня при минимальном расходе флокулянта (для сгустителя отходов флотации). Одним из важных требований, предъявляемых к САУ сгущения, является снижение расхода дорогостоящего флокулянта. Величина удельного расхода флокулянта может в зависимости от плотности исходного питания и конкретных условий на ОФ изменяться в пределах 15-20%. Автоматическая коррекция этого параметра делает процесс более экономичным.
Задачи исследований
Моделирование работы регулятора плотности сгущенного продукта. Определение влияния изменения параметров модели объекта на качество регулирования.
Изложение основного материала исследования
Поставленные цели достигаются тем, что в разработанном методе автоматического управления дополнительно стабилизируют уровень осадка, расход флокулянта рассчитывают с учетом обратной связи по содержанию твердой фазы в сливе, плотность сгущенного продукта поддерживают благодаря оптимальной дискретной системы управления с адаптацией ее к изменяющимся условиям процесса, введена коррекция заданной плотности сгущенного продукта по содержанию твердой фазы в сливе.
Для реализации поставленных задач разработана САУ, имеющая три канала регулирования: расход сгущенного продукта - плотность сгущенного продукта; расход флокулянта - плотность слива; расход исходного питания сгустителя - уровень сгущенного продукта. Как было установлено [1], основным возмущающим воздействием является изменение плотности исходной пульпы. В большинстве схемах (с флоку-ляцией шламов) данное возмущение компенсируется соответствующим изменением расхода флокулянта. Система управления осуществляет снижение заданной плотности сгущенного продукта в допустимых пределах, так как выпуск менее густых пульп ведет к снижению содержания твердой фазы в сливе. Снижение заданной плотности сгущенного продукта осуществляется пропорционально превышению содержания твердой фазы в сливе. Таким образом, выполняется коррекция плотности сгущенного продукта в зависимости от содержания твердой фазы в сливе.
Стабилизация уровня сгущенного продукта применялась во многих процессах, в некоторых системах управления [4] он являлся главным регулируемым параметром, однако это не обеспечивало требуемого качества сгущения и осветления, ввиду недостаточной корреляции с главными регулируемыми координатами (Рсг,Рсл ), однако его можно использовать как вспомогательный к основным управляющим воздействиям.
Исследования, выполненные в работе [5], выявили достаточную корреляционную связь уровня сгущенного продукта с содержанием твердой фазы в сгущенном продукте (коэффициент корреляции 0,32), поэтому поддержание уровня сгущенного осадка на оптимальном значении является корректирующим параметром в трех контурах: плотность сгущенного продукта, плотность слива, момент на валу двигателя ферм.
Необходимость поддержания заданного уровня сгущенного продукта в радиальном сгустителе обусловлено тем, что при его увеличении возрастает опасность перегрузки электродвигателя вследствие значительного увеличения сопротивления движению фермы, а также возрастания уноса в слив твердой фазы и повышения плотности сгущенного продукта, что приводит к зашламовке регулирующего органа. При недостаточной величине осадка понижается плотность сгущенного продукта, снижается производительность сгустителя.
Суть метода объясняется функциональною схемою системы автоматического управления процессами сгущения и осветления шламовых вод в радиальном сгустителе (рис. 1), которая содержит оптимальный дискретный регулятор 1 плотности сгущенного продукта, наблюдатели состояний 2,3, идентификаторы параметров модели 4,5, элементы сравнения 6,7,8,9, исполнительные механизмы (ИМ) 10, 11, регулирующие органы (РО) 12, 13, датчики плотности 14, 15, 16, датчик расхода 17, датчик уровня сгущенного продукта 18, регулятор 19 коррекции заданной плотности сгущенного продукта, регулятор 20 расчета расхода флокулянта, дозатор флокулянта (ДФ) 21, дискретный РШ-регулятор 22 уровня сгущенного продукта, объект регулирования 23 (каналы регулирования: расход сгущенного продукта Цсг - плотность сгущенного продукта Рсг, расход флокулянта Цф - плотность слива Рсл , расход исходного питания - уровень сгущенного продукта Нсг ).
Отличие системы автоматического управления при сгущении шламовых вод перед флотацией заключается в отсутствии участка дозирования флокулянта, т.е. контура компенсации (на рис. 1 показано пунктирной линией).
Метод автоматического управления процессами сгущения шламовых вод и осветления отходов флотации осуществляется следующим образом. Система управления имеет четыре контура управления: главный, коррекции задания, компенсации, стабилизации. Задача главного контура - управление ста-билизациею плотности сгущенного продута. Контур коррекции задания рассчитывает изменение заданной плотности сгущенного продукта (в допустимом диапазоне) в зависимости от плотности слива. Контур компенсации выполняет расчет необходимого расхода флокулянта в зависимости от нагрузки на сгуститель и содержания твердой фазы в сливе. Контур стабилизации поддерживает оптимальный уровень сгущенного продукта в аппарате. Адаптация систем управления к изменяющимся условиям осаждения осуществляется за счет применения оптимального оценивающего фильтра, методики восстановления нестационарных параметров модели объекта при стохастическом воздействии и пересчете параметров регуляторов.
22, сигнал управления регулятора через ИМ 11 и РО 13 поступает на объект управления. Восстановление вектора параметров модели объекта происходит по аналогичной схеме с главным контуром.
Соответственно со схемой реализуют такие алгоритмы управления:
• для регулятора коррекции 19
рк =
ДРГ -Кь
0,
ДРсл < 0; ДРсл > 0,
где ДРсдгоп - допустимое отклонение от заданного содержания твердой фазы в сгущенном продукте;
р _ рта
сл сл
К1 =:
ко-
Рис. 1. Функциональная схема САУ процесса сгущения: Рсэгад — задаваемое значение содержания твердой фазы в сгущенном продукте; Рскг — корректировочное изменение Рсэгад ; Р = Рсзгад _Рскг; Р™^ — максимально-допустимое значение содержания твердой фазы в сливе;
ДРсл = РШ^ _Рсл ; Нсг — высота сгущенного осадка; Н;??4 — задаваемое значение высоты сгущенного продукта; ДНсг = Н„д _ Нсг; Цфад — задаваемое значение расхода флокулянта;
ир1, ир2 — сигнал управления с регуляторов 1 и 22; х — фазовый вектор; S ■
параметров модели объекта
вектор
Рмп _ рШ!
сл сл
эффициент, который устанавливают экспериментально;
Рсл1 - максимально прогнозируемое содержание твердой фазы в сливе;
• для регулятора 20 расчета расхода флоку-лянта
В главном контуре сигнал отклонения ДРзг = Р _ Рзг с элемента сравнивания 6 посылают на вход наблюдателя состояния 2. Сигнал задания Р = Рсзг _Рскг с элемента сравнивания 7 может изменяться в допустимом диапазоне в зависимости от содержания твердой фазы в сливе. С наблюдателя состояния 2, восстановленный в условиях шума фазовый вектор х , посылают на оптимальный дискретный регулятор 1, реализующий регулирующие воздействие Цсг на объект управления 23 через ИМ 10 и РО 12. Сигналы ДРсг и ир1 (сигнал управления с регулятора 1) посылают на идентификатор параметров модели 4, с помощью которого восстанавливают вектор параметров модели объекта S .
В контуре коррекции регулятором 19 в зависимости от значения ДР^ = Рс1лах _ Рсл с элемента сравнивания 8 рассчитывают величину коррекции Рскг.
В контуре компенсации регулятором 20 в зависимости от значения ДРсл с элемента сравнивания 8, расхода (сигнал с датчика 16) и содержания твердой фазы Ри (сигнал с датчика 17) в пульпе на входе рассчитывают необходимое значение расхода флокулянта Цф , поступающее на ДФ 21.
В контуре стабилизации отклонение ДНсг = Нсг _ Нсг с элемента сравнивания 9 и ир2 (сигнал управления с регулятора 22) посылают на наблюдатель состояния 3, откуда восстановленный фазовый вектор посылают на дискретный РШ-регулятор
Цф = Ци-Ри -qу,
где qу - удельный расход флокулянта; к, + ДЯ„ - К1, ДРСл < 0,
qу =
Ял, ДРсл >0;'
- изменение номинального расхода
ДЯн = Ямд _ Ян
флокулянта;
Ямд - максимально допустимое значение удельного расхода флокулянта;
- номинальный удельный расход флокулянта. Для объекта управления по каналу регулирования Цсг _ Рсг описываемого уравнениями:
(1) (2)
для сгустителя от-
х1(п +1) = _а1 - х1(п) +1-и(п) + %(п), у(п) = Ь1 - Х1(п) + ^(п),
где а1 = 0,9363, Ь1 = 2,0406-10_3 ходов флотации;
а1 = 0,9699, Ь1 = 1,1059 -10_3 - для сгустителя шламовых вод;
^(п), Vн(n) - последовательности гауссовских случайных величин с нулевыми математическими ожиданиями и ограниченными дисперсиями Do(n) и ^(п), представляющие соответственно шумы объекта и наблюдения,
выполнен синтез оптимального дискретного регулятора содержания твердой фазы в сгущенном продукте с учетом шума объекта (содержание твердой фазы в питании) при квадратичном критерии оптимальности
[2]. На рис. 2 приведен пример моделирования работы оптимальной дискретной системы стабилизации плотности сгущенного продукта сгустителя отходов флотации, с восстановлением выходной величины при возмущающих воздействиях с помощью фильтра Калмана
[3]. При выполнении моделирования были приняты следующие исходные значения параметров: дисперсия шума объекта 32,01 (г/л)2; период дискретизации Трцсц = 54 (с); весовые коэффициенты квадратичного функционала q = 1 и г = 21,2; число итераций при оценке выходной координаты п=10; время моделирования работы системы 8 (ч).
. ........... '
■А Г ! ТЩИш^
Рис. 2. Моделирование работы дискретной оптимальной системы с оценкой вектора состояния
При моделировании исследовалось влияния начального отклонения, изменения параметров объекта, характеристики шума на время регулирования и дисперсию выходного сигнала (рис. 3-8).
t. (Л и)
420-Лу%,) 350280210140" 70-
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
ли
6 38 %
а)
(Ли' ) 294 252 ,Лу%) 210 " 168
2 4 6 8 10 12 14 1 6 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 4
ли* %
б)
Рис. 3. Зависимость времени регулирования от начального отклонения: а — сгуститель отходов флотации; б — сгуститель шламовых вод; Ди — отклонение в %; ^(Ди) — время регулирования, с
640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820
Т %
а)
58*5 Р ~ 1' Д'
4 5
* 0
Л
325
, I
"1
б)
Рис. 4. Зависимость времени регулирования от постоянной времени: а — сгуститель отходов флотации; б — сгуститель шламовых вод; ^(Т) — время регулирования
Г~ « » |
* * Ч \
* - т т'
Г
1
1
1
КР._ 4
а)
1
600 " - » ¡-
525 |
) 375 300 \
|
150
\
А1 Е-
0.45 0.47 0.5 0.52 0.54 0.57 0.59 0.61 0.64 0.66 0.68 0.71 0.73 0.75 0.78
к.
б)
Рис. 5. Зависимость времени регулирования от коэффициента усиления: а — сгуститель отходов флотации; б — сгуститель шламовых вод; ^(Крс1) — время регулирования
880
660
'р (Т)1М 550
440
330
220
Т
%
р \ Р
49и
Р.1
Рч Р.1
1 т * •О Д
- ... ... •-
ДТ
640 649 658 667 676 685 694 703 712 721 730 739 748 757 766 775 784 793 802 81 Т С
'Лр»;
550
400
300
б)
Рис. 6. Зависимость дисперсии отклонения выходного сигнала от постоянной времени: а — сгуститель отходов флотации; б — сгуститель шламовых вод; D(T)— дисперсия
0(К ^
600 540 480
~ V 1
и
360 300 ... +
1
10 1
1
60 1 Л 1
0.35 0.36 0.38 0.39 0.4 0.41 0.43 0.44 0.45 0.46 0.48 0.49 0.5 0.51 0.53 0.54 0.55 0.56 0.58 0
к„г,
а)
1
1 "" ^
— — с»
— -г
0 45 0 47 0 49 0 52 0 54 0 56 0 58 С К .6 0 рс\ 63 0 65 0 67 0 69 0 71 0 73 0 76
б)
Рис. 8. Зависимость времени регулирования от интенсивности шума объекта: а — сгуститель отходов флотации; б — сгуститель шламовых вод; — время
регулирования
Характеристика шума объекта D0 была определена в [1]. Будем считать, что все ошибки наблюдения нормированы (дисперсия равна 1) и некоррелированы, т.е. принимаем N0 = 1 [6]. Были приняты следующие входные данные: D0 = 5,718-103 - для сгустителя отходов флотации, D0 = 8,103 103 - для сгустителя шламовых вод, N0 = 1.
Моделированием работы САУ плотностью сгущенного продукта установлено, что обеспечивается устойчивое функционирование во всем диапазоне изменения коэффициента передачи, постоянной времени, начального отклонения и характеристик шума объекта. Установлено, что время регулирования и дисперсия изменяются пропорционально постоянной времени. Так, для сгустителя отходов флотации при изменении постоянной времени на 10% время регулирования изменяется на 8,5%, дисперсия на 7% (для сгустителя шламовых вод соответственно 11% и 8%). При изменении коэффициента усиления объекта (10%) примерно обратно пропорционально изменяется время регулирования (5,6%) и пропорционально дисперсия (5,8%). Соответственно для сгустителя шламовых вод - 4,6% и 8%. Изменение интенсивности шума объекта на 10% приводит к пропорциональному изменению времени регулирования (для сгустителей соответственно на 1,58% и 1,62%).
б)
Рис. 7. Зависимость дисперсии отклонения выходного сигнала от коэффициента усиления: а — сгуститель отходов флотации; б — сгуститель шламовых вод; D(Kрсl) - дисперсия
Выводы
Исследование переходных процессов показали, что при изменении параметров объекта регулятор
вследствие недостоверности модели объекта и оценки фазового вектора не обеспечивает требуемого качества, время регулирование больше в среднем на 40%, управляющее воздействие в ряде случаев превышает рассчитанное допустимое значение.
Анализ результатов исследований показал, что вследствие зависимости точности регулирования от изменения характеристик объекта и возмущения, возникает необходимость в текущей идентификации параметров модели в реальном масштабе времени. Для задач идентификации вектора параметров объекта S решето использовать рекуррентный метод наименьших квадратов.
Литература
1. Письменский А. В., В.А. Ульшин. Корреляционный анализ возмущающих воздействий и выходных параметров для выбора канала управления радиальным сгустителем // Вестник СНУ им. В.Даля -2004 - №11. - С. 117-121.
2. Письменский А.В.Синтез оптимального цифрового регулятора радиального сгустителя / А.В. Письменский, В.А. Ульшин // Вестник СНУ им. В.Даля. -2005 - №3. - С. 146-155.
3. Письменский А.В. Моделирование работы оценивающего фильтра при восстановлении фазового вектора процесса сгущения / А.В. Письменский, В.А. Ульшин // Вестник СНУ им. В.Даля. -2009 - №12. - С. 98-104.
4. Управление технологическими процессами на зарубежных углеобогатительных фабриках / В.А. Ульшин, Г.И. Бедняк, М.И. Башков, В.В. Бирюк. - М.: ЦНИЭИуголь., 1982. - Выпуск 2 - с. 27-28. (Экспресс-информ: серия «Механизация и автоматизация производственных процессов»).
5. Головков Б.Ю. и др. Системы и средства автоматизации обогатительных фабрик / Б.Ю. Головков - М.: Недра, 1990. - 231с.
6. Браммер К. Фильтр Калмана-Бьюси / К. Браммер, Г. Зифлинг; [пер. с нем.]. - М.: Наука. глав. Ред. физикома-темат. лит., 1982. - 200 с.
В cmammi проведена eKOHOMi4Ha оцш-ка збиттв, що заподiяна pi4HUMU викида-ми пилу в забш шахти, також наведено розрахунок економiчног ефективностi вид впровадження принципово новог конструкции пиловловлювача в установщ для очистки повтря вид вугшьного пилу
Ключовi слова: вугшьне виробництво, циклон, пил, оцтка, економiчна ефектив-тсть
□-□
В статье проведена экономическая оценка убытков, которые зависят от годового выброса пыли в забой шахты, также приведен расчет экономической эффективности от внедрения принципиально новой конструкции пылеуловителя в установке для очистки воздуха от угольной пыли
Ключевые слова: угольное производство, циклон, пыль, экономическая эффективность
□-□
In the article the economic evaluation of damages caused annual emissions into the mine face, also included the calculation of economic efficiency from the introduction of a new design dedusters to install air cleaning of coal dust
Keywords: coal production, cyclone, dust,
assessment, economic efficiency -□ □-
УДК 621.928.9
ЕКОНОМ1ЧНА ЕФЕКТИВН1СТЬ ДЛЯ УСТАНОВОК ПИЛОВЛОВЛЮЮЧОГО ОБЛАДНАННЯ
I.В. Проскурина
Асистент
Кафедра прикладноТ гщромеханки Донбаський державний техшчний уыверситет пр. Ленша, 16, м. Алчевськ, Луганська обл., УкраТна,
94204
Контактний тел.: (06442) 2-63-92 E-mail: [email protected]
1. Вступ
EKOHOMi4He значення пиловловлення полягае не пльки у використанш коштовних компоненпв пилу
й газових домшок, але i у запобтнню збитку, запод-тваного пилом, що викидаеться як в повггря робочо! зони, так i в атмосферу, i у чималш Mipi збереженню здоров'я людей.
