Система автоматизации технологического комплекса флотации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Управляемый объект

1.1 Описание комплекса медной флотации (СУМЗ)

1.2 Характеристика технологического комплекса медной флотации как управляемого объекта

1.3 Обоснование необходимости и эффективности автоматизации технологического комплекса

1.4 Анализ статических и динамических характеристик отдельных элементов и комплекса в целом

2. Библиографический и патентный обзор по автоматическому контролю и управлению технологическим комплексом

2.1 Характеристика работы аналогичных систем контроля и управления технологическим комплексом на отечественных и зарубежных фабриках

2.2 Сравнительный анализ методов и средств автоматического контроля и управления на отечественных и зарубежных горно-обогатительных производствах

3. Математическое моделирование технологического комплекса

3.1 Структурная идентификация комплекса

3.2 Параметрическая идентификация комплекса

3.3 Исследование статических и динамических свойств комплекса

4. Автоматизация технологического комплекса

4.1 Выбор структуры управления технологическим комплексом

4.2 Выбор принципов контроля и управления комплексом

4.3 Аппаратурная реализация систем автоматизации технологического комплекса

5. Синтез локальной автоматической системы регулирования

5.1 Выбор датчика и вторичного прибора

5.2 Выбор регулятора и расчет его настроек

5.3 Выбор исполнительного механизма и регулирующего органа

5.4 Расчет надежности системы

5.5 Статическая и динамическая настройка системы

Заключение

Список литературы



Введение

Автоматизация производственных процессов является одним из решающих направлений технического прогресса основным средством повышения производительности труда, качества выпускаемой продукции.

Автоматизация даёт возможность не только повысить производительность труда, но и обеспечить увеличение КПД агрегата, снизить удельные расходы топлива, сырья, повысить безопасность труда, увеличить межремонтный период, период работы оборудования в результате более строгого соблюдения режима и недопущения аварийных состояний агрегата или процесса. При автоматизации технологического комплекса флотации решаются следующие задачи.

1. Автоматический контроль состояния технологического оборудования:

· работы импеллеров и пеносъёмов флотационных машин;

· работы перекачных насосов;

· длительность работы и простоя механизмов.

2. Автоматический контроль технологических параметров комплекса:

· параметров пульпы, поступающей на флотацию (объёмного расхода, плотности, гранулометрического состава, щёлочности, температуры);

· вещественного состава руды и продуктов обогащения;

· расходов воздуха и реагентов во флотационные машины;

· ионного состава пульпы;

· уровней пульпы и толщины слоя пены во флотационных машинах.

3. Стабилизация технологических параметров комплекса:

· расхода реагентов и их концентраций по фронту флотации;

· расхода воздуха во флотационные машины;

· уровней пульпы во флотационных машинах.

4. Оптимизация технологического комплекса флотации по экономическому или технологическому критерию.

1. Управляемый объект

1.1 Краткое описание схемы технологического комплекса медной флотации

Среднеуральский медеплавильный завод, запущенный в работу в 1940 году на базе Дегтярского месторождения медистых пиритов, представляет собой крупный химико-технологический комплекс, включающий в себя пять основных производств:

· обогатительную фабрику, которая после реконструкции достигла мощности по переработке 1 миллиона тонн шлаков в год;

· медеплавильный цех, производящий свыше 100 тысяч тонн чёрной меди из собственного природного сырья. Попутно из концентратов и флюсов в готовую продукцию извлекаются золото и серебро;

· сернокислотный цех, вырабатывающий около 500 тысяч тонн серной кислоты в год. Здесь же извлекается сера из обжиговых и конверторных газов и газов печи Ванюкова;

· суперфосфатный цех, производящий фосфатные удобрения с использованием собственной серной кислоты;

· цех ксантогенатов - крупный производитель бутилового ксантогената калия, флотореагента для обогатительных фабрик.

Одним из основных технологических процессов при обогащении медесодержащего сырья является процесс флотации, для успешного протекания которого требуется подача флотационных реагентов в различные точки технологической цепочки. В настоящее время на обогатительной фабрике ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» основным сырьём для обогащения служат шлаки медеплавильного производства (конвертерные и комплекса плавки в печи Ванюкова). В качестве флотореагента используется бутиловый ксантогенат калия, производящийся на этом же заводе. В течение 15 лет для дозировки флотореагента использовалась полуавтоматическая система АДФР-5, разработанная и выпускаемая в НПО «Союзцветавтоматика». В последние годы система физически устарела и дозировка реагента практически велась вручную - посредством запорной арматуры, что снижало процент извлечения меди в концентрат и вело к перерасходу реагента. Поэтому было решено разработать и внедрить новую систему автоматической дозировки флотореагентов с использованием средств вычислительной техники и программируемых контроллеров.

Большое разнообразие типов и разновидностей, обогащаемых флотационным способом руд порождает значительное разнообразие технологических комплексов флотации. Состав технологического комплекса флотации определяется свойствами перерабатываемой руды и требованиями, предъявляемыми к качеству концентрата. Технологические комплексы флотации различаются числом операции флотации и включает в себя основные, перечистные и контрольные операции. В некоторых случаях технологический комплекс флотации может включать в себя и операции доизмельчения и классификации.

Основными элементами технологического комплекса флотации являются флотационные машины (механические, пневматические, пневмомеханические).

Технологический комплекс медной флотации на обогатительной фабрике «Среднеуральского медеплавильного завода» включает в себя основную операцию флотации, две перечистные флотации, две контрольные флотации с процессом классификации.

Для основного процесса флотации применяются флотационные машины ФПМ-3,2 (Днепропетровский завод горно-шахтного оборудования); для перечистных операций ФМ-3,2 (Усольский завод горного оборудования); для I контрольной операции флотации применяются флотационные машины - ФПМ-ПМО-1,6 (завод горно-шахтного оборудования); II контрольная операция флотации - ФПМ-ПМО-3,2. В технологическом комплексе флотации участвует вспомогательное оборудование - гидроциклон ГЦ-500.

Таблица 1.1

Сертификация основного оборудования

Наименование оборудования	Количество	Характеристики оборудования
Флотомашина ФПМ-ПМО 1,6 пневмомеханическая (Завод горно-шахтного оборудования)	4	Количество камер одной флотомашины 16 Объём камеры 1,6 м3 Габаритные размеры: длина 1750 мм, ширина 1600 мм Производительность по потоку до 5 м3/мин
Флотомашина ФПМ-ПМО 3,2 пневмомеханическая (Днепропетровский завод горного оборудования)	7	Количество камер одной флотомашины 12 Объём камеры 3,2 м3 Габаритные размеры: длина 1750 мм, ширина 1600 мм Производительность по потоку до 7 м3/мин
Флотомашина ФМ-3,2 механическая (Усольский завод горного оборудования)	4	Количество камер одной флотомашины 12 Объём камеры 3,2 м3 Габаритные размеры: длина 1750 мм, ширина 1600 мм Производительность по потоку до 7 м3/мин
Гидроциклон ГЦ-500 (Усольский завод горного оборудования)	36	Диаметр 500 мм Угол конуса 20 град. Диаметр сливного отверстия 160 мм Диаметр пескового отверстия 150 мм Производительность по потоку от 60 до 200 м3/ч

Продолжительность операций флотации, мин.

Основная 25 мин

I контрольная 20 мин

I перечистная 25 мин

II контрольная 25 мин

II перечистная 40 мин

Расход реагентов на 1 тонну перерабатываемого шлака

ксантогенат бутиловый 300 г/т

рН 9-11

б-0,074,%	Qт, т/ч	бCu,%	%тв	Wв, м3/ч	Wп, м3/ч
90	78,5	0,82	32,8	161,2	184,5



Основная Cu флотация

10,6 2,8 39,5 16,2 19,2 9,1 2,6 40 13,6 16,1 I перечистная 2,6 8,5 45 3,1 3,9 8 0,96 38 13,1 15,3 0,4м3/ч II перечистная 1,5 4 36,5 2,6 3,1 1,1 14,87 55 0,9 0,8 Cu-концентрат	69,4 0,59 32 147,6 168,4 I контрольная 7,1 1,3 47 8 10,1 62,3 0,51 30,8 140,1 158,3 Классификация 0,5 2,05 70 0,2 0,4 61,8 0,5 30,6 140,2 157,9 II контрольная 61,1 0,48 30,5 139,4 156,9 0,7 2 45 0,8 1,0 Пиритный концентрат

Рисунок 1.1 Качественно-количественная схема отделения флотации

1.2 Характеристика технологического комплекса медной флотации как управляемого объекта

В состав данного технологического комплекса входят следующие операции:

· основная флотация;

· I контрольная операция;

· II контрольная операция;

· I перечистная операция;

· II перечистная операция;

· классификация.

Флотационный комплекс как объект управления может быть представлен следующим образом (рис. 1.2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.2 Схема флотационного комплекса как управляемого объекта

Управляющие воздействия:

Q_в^г - расход воды в зумпф гидроциклона;

q_р^о - расход реагентов в операции основной флотации, кг/т ;

q_р^1к - расход реагентов в операции I контрольной флотации, кг/т ;

q_р^2к - расход реагентов в операции II контрольной флотации, кг/т ;

q_р^1п - расход реагентов в операции I перечистной флотации, кг/т ;

q_р^2п - расход реагентов в операции II перечистной флотации, кг/т ;

q_в^о - расход воздуха в операции основной флотации, м³/ч;

q_в^1к - расход воздуха в операции I контрольной флотации, м³/ч;

q_в^2к - расход воздуха в операции II контрольной флотации, м³/ч;

q_в^1п - расход воздуха в операции I перечистной флотации, м³/ч;

q_в^2п - расход воздуха в операции II перечистной флотации, м³/ч;

б_о - положение регулирующего шибера в операции основной флотации, мм;

б_1к - положение регулирующего шибера в операции I контрольной флотации, мм;

б_2к - положение регулирующего шибера в операции II контрольной флотации, мм;

б_1п - положение регулирующего шибера в операции I перечистной флотации, мм;

б_2п - положение регулирующего шибера во операции II перечистной флотации, мм.

Входные возмущающие воздействия:

б_i - массовая доля полезных компонентов в исходном питании во всех операциях флотации, %;

Q_пi - объемный расход пульпы во всех операциях флотации, м³/ч;

б _-0.074 - содержание контрольного класса (0,074 мм) в питании всех операций флотации, отн. ед.;

С_i - исходная концентрация подаваемых в процесс реагентов;

Q_т - объёмный расход твёрдого;

pH - щёлочнось пульпы.

Помехи:

F(t) - износ импеллера, заиливание флотокамер и др.

Выходные параметры:

в_i^Cu - содержание меди в пенном продукте перечистной операции, %;

х_i^Cu- содержание меди в камерном продукте контрольной флотации, %;

Н_п - уровень пульпы во флотомашине, мм;

Q_п - объёмный расход пульпы Cu-концентрате;

Q_т - объёмный расход твёрдого в Cu-концентрате;

Q_п^хв - объёмный расход пульпы в хвостах;

Q_т^хв - объёмный расход твёрдого в хвостах;

h_п^г - уровень пульпы в зумпфе насоса гидроциклона.



1.3 Обоснование необходимости и эффективности автоматизации комплекса

Система управления процессом флотации строится как многоуровневая иерархическая система контроля и управления. Это сложная комбинированная система, включающая разомкнутые и замкнутые контуры управления, контуры стабилизации отдельных параметров процесса и учитывающая как влияние возмущающих параметров на процесс, так и результаты управления.

Целью управления процессом флотации может быть максимизация извлечения метала в концентрат или минимизация потерь металла с хвостами при ограничении на качество концентрата.

Основу системы управления процессом флотации составляют локальные автоматические системы контроля и управления. Ввиду большого числа и разнообразия, контролируемых и управляемых параметров в системах управления процессом флотации применяются локальные системы аналогового регулирования с расчетом заданий от ЭВМ (супервизорный режим) и систем НЦУ.

Система управления процессом флотации использует информацию о содержании металлов в руде и продуктах обогащения, параметрах пульпы, поступающей на флотацию. В системах управления процессом флотации используются следующие системы стабилизации параметров процесса:

· уровня пульпы во флотационных машинах;

· расхода воздуха во флотационных машинах;

· щелочности пульпы в процессе;

· остаточной концентрации реагентов в пульпе;

· качества выходных продуктов флотации.

Многоуровневая система управления процессом флотации основывается на статических моделях флотации, справедливых для различных временных интервалов.

Статические модели строятся по данным, усредненным за определенный промежуток времени,

Y=F(X,U,Z),

где Y={в_i,х_i,е_i…} - вектор выходных величин; Z={бQ_т, д, С_Х...} - вектор возмущающих воздействий; X={pH, c_i, H_п, Н_пн…} - вектор управляющих воздействий.

Эти модели используются для управления процессом с учетом ограничений на управляющие воздействия.

Решением задачи стабилизации или оптимизации процесса служит выработка задания Y_з, которое остается постоянным на некотором временном интервале

Y_з=ц(X,U,Z,Y).

Регулирование Y_з осуществляется изменением заданий локальным системам стабилизации.

Управляющие воздействия формируются в виде

X _з=ц(U,Z,Y-Y_з).

Стабилизация регулируемых величин Х_з осуществляется на основании уравнений динамики по одному из типовых законов регулирования (П, ПИ, ПИД).

Таким образом, система управления процессом флотации осуществляет статическое регулирование с использованием модели процесса и динамическое регулирование при помощи локальных систем стабилизации. Рассчитанные по модели управляющие воздействия могут выдаваться также в виде советов технологическому персоналу. При использовании подобных систем управление процессом флотации реализуются по программе, определяемой моделью флотации, а эффективность процесса управления зависит от точности модели и времени ее соответствия реальному процессу.

Из-за нестационарности процесса флотации модели сравнительно быстро становятся неадекватными реальному процессу. Они пригодны для описания процесса при условии изменения характеристик питания и параметров в узком диапазоне и неизменности технологического оборудования. Практически эти условия не соблюдаются - часто изменяются производительность, содержание металлов в руде, минералогический состав руд. Нарушения в работе технологического оборудования, вызывающие его остановки, приводят к глубоким нарушениям процесса флотации.

Поэтому следует корректировать коэффициенты модели во времени. Информация, необходимая для этой процедуры, накапливается в процессе эксплуатации системы управления. Модель корректируется периодически при расхождении предсказанного и действительного значений показателей. Функции сбора и обработки информации, а также определения поправок коэффициентов модели, осуществляет ЭВМ верхнего уровня системы управления. При этом в статическом массиве самые ранние данные заменяются только что полученными и с учетом их уточняются коэффициенты модели.

Процессом флотации можно управлять также по ситуациям, когда процесс представляется набором моделей, каждая из которых соответствует возможной реальной ситуации. В этом случае модель процесса составляется из множества моделей, и управляющие воздействия рассчитываются для каждой ситуации.

В памяти ЭВМ хранится библиотека всех ситуаций, которые могут возникнуть в процессе. Алгоритмы ситуационного управления можно реализовать разомкнутыми, замкнутыми и комбинированными системами управления в зависимости от параметров, используемых при оценке ситуации и регулирующих воздействий при управлении.

1.4 Анализ статических и динамических свойств отдельных элементов и комплекса в целом

Основные свойства процесса флотации, характеризующие его как управляемый объект, - многомерность, большая инерционность, наличие технологических обратных связей и помех, а также сложность физико-механических процессов, происходящих при флотации руд. Поэтому получение статических и динамических характеристик процесса весьма затруднительно.

Статические характеристики процесса флотации получают с применением методов математической статистики.

На рис. 1.3 приведены статические характеристики процесса флотации.

Рис.1.3 Статические характеристики процесса флотации по каналам:

а - "щелочность пульпы в основной медно-пиритной флотации - содержание меди в концентрате";

б - "плотность питания - извлечение меди в коллективный концентрат".

Статические характеристики процесса в рабочем диапазоне изменения линейны и описываются уравнениями типа:



в=а_о + а₁*Q; (1.1)

х=b_o+b₁*б и т.д.

где a_о, a₁, b_о, b₁ - экспериментальные коэффициенты.

В широком диапазоне изменения входных параметров эти характеристики нелинейны и имеют экстремумы или зону насыщения и описываются нелинейными уравнениями:

в = a_o + a₁ * б + a₂ * б₂ и т.д. (1.2)

Наиболее полно статические свойства процесса флотации описывают многомерные уравнения, связывающие выходные параметры процесса с входными, линейные с нелинейными:

в=b_o+b₁*б+b₂*б₂+b₃*у-b₄*у₂+b₅*Cх+b₆*Cx²; (1.3)

х=a₀+a₁*Q-a₂*Cx-a₃*у+a₄*б-a₅*pH.

Коэффициенты этих уравнений переменны, т.к. статические и динамические свойства процесса изменяются под воздействием помех (изменение характеристик флотационных машин в межремонтные промежутки времени; сезонные колебания ионного состава и температуры воды; изменение свойств реагентов в зависимости от срока их хранения), а также вследствие влияния внутренних технологических обратных связей.

На рис. 1.4 (а, б) приведены динамические характеристики процесса флотации по каналам: а - "расход ксантогената -- содержание цинка в коллективном концентрате"; б - "расход известкового молока -- щелочность пульпы".



Рис. 1.4. Динамические характеристики процесса флотации по каналам:

а - "расход ксантогената -- содержание цинка в коллективном концентрате";

б - "расход известкового молока -- щелочность пульпы"



2. Библиографический и патентный обзор по автоматическому контролю и управлению технологическим комплексом

2.1 Характеристика работы аналогичных систем контроля и управления технологическим комплексом на отечественных и зарубежных фабриках

Анализ литературных источников позволяет дать характеристику работы систем на отечественных и зарубежных фабриках.

На Зыряновской обогатительной фабрике внедрена система автоматического регулирования расхода цианида и активированного угля в процесс разделения медно-свинцового концентрата. Система включает установленный во флотационной машине погруженный фильтр, датчик рН, анализатор ксантогената, которые представляют собой узлы установки " Реагент-ЗА ", в которой стеклянный электрод потенциометрического блока заменен ионоселективным электродом ЭМ-СН-01; для измерения концентрации меди применяется анализатор СРМ-18. Датчики ионного состава связаны с управляющей ЭВМ, с которой также связан комплекс АДФР. Достоинства: система позволяет повысить эффективность разделения медно-цинкового концентрата, снизить потери меди и свинца в разноименные концентраты на 0,8% при повышении содержания металлов в одноименных концентратах на 0,5-0,8%.

На Талнахской обогатительной фабрике внедрены импульсные питатели реагентов ПРИУ-4. Недостатки исполнения и принципиального решения: нестабильность расходных характеристик, погрешность дозирования более значительна при малых длительностях управляющих импульсов.

На фабриках "Лондон" (США) и "Нью-Брокен-Хилл" (Австралия) при общей разомкнутой структуре управления процессами флотации предусматривались системы стабилизации отдельных параметров состояния процесса флотации -- таких, как уровень пульпы и рН. При этом эффективность управления увеличилась за счет компенсации части неконтролируемых возмущений в замкнутых контурах регулирования параметров состояния.

На медно-цинковой обогатительной фабрике "Лейк Дюффо" (Канада) используется комбинированная система управления процессом флотации. Оператором регулируется рН пульпы (с помощью подачи извести), расход сульфида натрия в медный цикл, уровень пульпы и расход пульпы по секциям. В медном цикле регулирование расходов реагентов осуществляется по разомкнутому принципу с использованием модели флотации. Изменение дозы реагентов пропорционально количеству перерабатываемой руды и содержанию металла в исходном продукте производится вычислительной управляющей машиной с дискретностью регулирования 7 минут.

На Тырныаузской обогатительной фабрике применяют комбинированное управление, при котором большая часть реагента подается пропорционально потоку пульпы в начале процесса, а остальная часть реагента подается замкнутым контуром по отклонению рН от задания. Также на фабрике внедрена пьезометрическая система регулирования уровня пульпы и одновременного измерения ее расхода на основе вторичного прибора ЭПИД-03 и прибора МПП-25. Такая система позволяет добиться стабилизации уровня пульпы с точностью + 2,5 мм.

На Текелийской обогатительной фабрике разработана система автоматического регулирования остаточной концентрации ксантогената для свинцовой флотации. Система предусматривает стабилизацию удельного расхода ксантогената при постоянном рН пульпы. Регулирование концентрации ксантогената и степени поглощения его пульпой дает возможность оптимизировать его расход с учетом изменения вещественного состава пульпы. Система создана на базе устройства контроля остаточной концентрации ксантогената типа "Реагент".

В настоящее время модернизируется технология переработки медно-цинковых руд на Гайской обогатительной фабрике. Одновременно идет и обновление средств автоматизации флотационного комплекса, находят применение новые технологии автоматизации и новые технические средства (дозаторы, микропроцессорные контроллеры и т.п.).

2.2 Сравнительный анализ методов и средств автоматического контроля и управления на отечественных и зарубежных горно-обогатительных производствах

Для объективной оценки современного состояния и уровня автоматизации на отечественных и зарубежных фабриках, а также для принятия эффективных решений по автоматизации объектов в работе проведен патентный обзор по автоматическому управлению комплексом флотации (таблица 2.1).

Таблица 2.1

Патентный обзор по автоматическому управлению комплексом флотации

Объект изобретения	Особенность изобретения	Страна	Номер авторского свидетельства, патента, класс по МКИ4	Источник информации
1	2	3	4	5
1.1 Способы и устройства управления по уровню	Изменение положения разгрузочного шибера по уровню пульпы	Финляндия	42302	“Изобретения за рубежом”, 1965
1.2 Способы и устройства управления по уровню	Изменение положения разгрузочного шибера по уровню пульпы	ПНР	66276, В03D 1/14	“Изобретения за рубежом”, 1973
1.3 Способы и устройства управления по уровню	Измерение положения пускового шибера по уровню пены	США	3255882, 209-1, BO3D 1/00	“Изобретения за рубежом”, 1973
1.4 Способы и устройства управления по уровню	Измерение положения пускового шибера по уровню пены	США	3530987, 209-467, BO3D 1/00	“Изобретения за рубежом”, 1973
1.5 Способы и устройства управления по уровню	Увеличение периметра слива	СССР	1002019, BO3D 1/14	Б.И.N 19, 1983
1.6 Способы и устройства управления по уровню	Совместное изменение сливочного и пескового шиберов	СССР	956024, BO3D 1/00	Б.И.N 33, 1982
1.7 Способы и устройства управления по уровню	Совместное изменение сливочного и пескового шиберов с коррекцией по плотности пескового потока пульпы	СССР	1045937, BO3D 1/00	Б.И.N 37, 1983
1.8 Способы и устройства управления по уровню	Снабжение двумя заслонками и стабилизирующей пластиной	СССР	1049108, BO3D 1/14	Б.И.N 39, 1983
2.1 Способы и устройства управления по уровню	Управление по уровню пульпы и толщине пенного слоя	США	3474902, 209-11	“Изобретения за рубежом”, 1969
2.2 Способы и устройства управления по уровню	Управление по уровню пульпы и толщине пенного слоя	СССР	258184, BO3D 1/00	Б.И.N 1, 1970
3.1 Способы и устройства управления по уровню	Управление по уровню пульпы и толщине пенного слоя с коррекцией по цвету пены	СССР	415051, BO3D 1/02	Б.И.N 5, 1974
3.2 Способы и устройства управления по уровню	Изменение расхода реагента по расчетной толщине пены	Великобритания	1287274, 05D 5/02	“Изобретения за рубежом”, 1972
3.3 Способы и устройства управления по уровню	Изменение расхода реагента по расчетной толщине пены	СССР	762705, BO3D 1/00	“Изобретения за рубежом”, 1960
4.1 Способы и устройства управления по уровню	Управление по плотности двухфазной пены под минерализованным слоем	США	484011, BO3D 1/02	Б.И.N 34, 1975
4.2 Способы и устройства управления по уровню	Управление по положению минерализованного слоя	СССР	1036381, BO3В 13/00 BO3D 1/02	Б.И.N 34, 1975
4.3 Способы и устройства управления по уровню	Управление по содержанию металла на высоте минерализ. слоя	СССР	1036382, BO3В 13/00 BO3D 1/02	Б.И.N 31, 1983
5.1 Регулирование по уровню	Изменение расхода реагента по плотности двухфазной пены	СССР	518232, BO3D 1/02	Б.И.N 23, 1976
5.2 Регулирование по уровню	Управление по расходу пенного продукта	США	3471010, 209-1	“Изобретения за рубежом”, 1969
5.3 Регулирование по уровню	Управление по временным функциям расхода пенного продукта	СССР	740284, BO3D 1/00	Б.И.N 22, 1971
5.4 Регулирование по уровню	Управление толщиной слоя пены изменением расхода реагента	СССР	319347, BO3D 1/00	Б.И.N 23, 1971
5.5 Регулирование по уровню	Управление по расходу твердого и толщине слоя пены	СССР	290771, BO3D 1/14	Б.И.N 3, 1971
6.1 Регулирование по параметрам ионного состава	Остаточная концентрация ионов серы	СССР	199048, BO3D 1/14	Б.И.N 15, 1967
6.2 Регулирование по параметрам ионного состава	Остаточная концентрация ионов серы	СССР	199048, BO3D 1/14	Б.И.N 15, 1968
6.3 Регулирование по параметрам ионного состава	Разность потенциалов индикаторных электродов	СССР	443371, BO3В 13/04, BO3D 1/00	Б.И.N 34, 1974
6.4 Регулирование по параметрам ионного состава	Поглотительная способность рудной пульпы	СССР	341527, BO3D 1/00	Б.И.N 19, 1972
6.5 Регулирование по параметрам ионного состава	Степень поглощения реагентов в пульпе	СССР	403440, BO3D 1/00	Б.И.N 43, 1973
6.6 Управление процессом по параметрам ионного состава (ПИС)	Ионный состав пульпы	СССР	939084, BO3В 1/13	Б.И.N 24, 1982
6.7 Управление процессом по ПИС	Точное значение остаточной концентрации ксантогената за счет обработки пульпы растворимой солью железа или цинка	СССР	900861, BO3D 1/00	Б.И.N 4, 1982
6.8 Управление процессом по ПИС	Электрохимический потенциал пульпы в различных точках	СССР	1063464, BO3D 1/00	Б.И.N 48, 1983
6.9 Управление процессом по ПИС	Применение трехходового дозатора	СССР	1071319, BO3D 1/00	Б.И.N 5, 1984
6.10 Управление процессом по ПИС	Электродный потенциал	США	3779265, 137-93,BO3D 1/00	“Изобретения за рубежом”, 1973
7.1 Управление процессом по ПИС	Управление по значению рН	СССР	218983, BO3D 1/00	Б.И.N 18, 1968
7.2 Управление процессом по ПИС	Управление по значению рН и по электропроводимости	США	3844303, 137-5, 05D 11/02	“Изобретения за рубежом”, 1974
7.3 Управление процессом по ПИС	Управление по значению рН и по электропроводимости	СССР	231462, ВОD 1/14	Б.И.N 36, 1968
8.1 Управление процессом по ПИС	Скачок потенциала	СССР	593742	Б.И.N 7, 1978
8.2 Управление процессом по параметрам ионного состава	Управление по спаду производной концентрации реагента	СССР	997814, ВОЗВ 13/00	Б.И.N 9, 1983
8.3 Управление процессом по ПИС	Управление по приращению потенциала	СССР	984493, BO3D 1/00	Б.И.N 48, 1982
8.4 Управление процессом по ПИС	Управление по отношению приращений индикаторного электрода	СССР	1036389, BO3D 1/00	Б.И.N 31, 1983
9.1 Управление по содержанию твердого	Содержание полезного компонента в исходном питании	СССР	191869, BO3D 1/00	Б.И.N 3, 1967
9.2 Управление по содержанию твердого	Управление по содержанию твердого в пульпе	ФРГ	1129905, BO3D 1/00	“Изобретения за рубежом”, 1982
9.3 Управление по содержанию твердого	Управление по содержанию твердого в пульпе	Франция	128999, BO3D 1/00	“Изобретения за рубежом”, 1980
9.4 Управление по содержанию твердого	Вещественный состав всех продуктов	США	3255881, 209-1	“Изобретения за рубежом”, 1966
9.5 Управление по содержанию твердого	Содержание нерастворимых шламов	СССР	325036, BO3D 1/14	Б.И.N 3, 1972
10.1 Управление по флотируемости	Управление по соотношению флотируемости частиц по операциям	СССР	1005918, BO3D 1/00	Б.И.N 11, 1983
10.2 Управление по флотируемости	Изменение распределения циркулирующих потоков по флотируемости	СССР	1039575, BO3D 1/00	Б.И.N 33, 1983
10.3 Управление по флотируемости	Управление по обогатимости	СССР	856565, BO3D 1/00	Б.И.N 31, 1981
11.1 Оптимальное управление процессом	Оптимизация с учетом запаздывания	СССР	252442, BO3D 1/00	Б.И.N 29, 1969
11.2 Оптимальное управление процессом	Управление по возмущению на основе качества и расхода исходного питания	СССР	202021, BO3D 1/00	Б.И.N 19, 1967
11.3 Оптимальное управление процессом	Комбинированное управление с распознаванием	СССР	332436, BO3D 1/00	Б.И.N 10, 1972
11.4 Оптимальное управление процессом	Экстремальное управление	СССР	387338, BO3D 1/00	Б.И.N 27, 1973
11.5 Оптимальное управление процессом	Беспоисковое экстремальное регулирование	СССР	496537, BO3D1/00	Б.И.N 47, 1975
11.6 Оптимальное управление процессом	Самонастраивающаяся система с эталонной моделью	США	3551897, 340-172.5	“Изобретения за рубежом”, 1968
11.7 Оптимальное управление процессом	Управление по программе в виде криволинейных поверхностей	СССР	272212, BO3D 1/00	Б.И.N 19, 1970
11.8 Оптимальное управление процессом	Управление по экономическим критериям	ПНР	67700, B03D 1/14	“Изобретения за рубежом”, 1972
11.9 Оптимальное управление процессом	Управление процессом с переменной структурой	СССР	688228, B03D 13/00	Б.И.N 36, 1979



3. Математическое моделирование технологического комплекса

3.1 Структурная идентификация комплекса

Большое разнообразие типов и разновидностей обогащаемых флотационным способом руд порождает значительное разнообразие технологических комплексов флотации. состав технологического комплекса флотации определяется свойствами перерабатываемой руды и требованиями, предъявляемыми к качеству концентрата. Технологические комплексы флотации различаются числом операций флотации. Данный технологический комплекс включает в себя основную, 2 контрольные и 2 перечистные операции, а также операцию классификации.

Основными элементами технологических комплексов флотации являются флотационные машины (механические, пневматические, пневмомеханические). На рисунке 3.1 представлена алгоритмическая структура модели флотомашины, выполненная на основе системного анализа процесса флотации.

Структура отражает связи входных управляющих (расхода реагентов во флотомашину Q_р, положение регулирующего шибера б_ш ) и возмущающих воздействий (объемного расхода Q_п, расхода твердого в пульпе Q_т, массовой доли полезного компонента в руде Q_cu) с выходными параметрами флотомашины (объемный расход пульпы Q_п^вых, расход твердого Q_т^вых и массовая доля полезного компонента Q_cu^вых).

Технологический комплекс флотации представлен в приложении. Поток отходов основной флотации направляется на контрольную флотацию, концентрат которой идёт на классификацию, а пески классификации - на вторую контрольную. Поток концентрата основной флотации отправляется на первую перечистную флотацию. Концентрат первой перечистной переходит во вторую перечистную операцию. Хвосты второй перечистной переходят в основную флотацию.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.1 Алгоритмическая структура модели флотационной машины

3.2 Параметрическая идентификация комплекса

Под параметрической идентификацией понимают определение численных значений параметров оператора математической модели объекта, связывающего входы и выходы модели. В нашем случае таким оператором является матрица передаточных функций, дающих алгебраическую связь между изображениями по Лапласу входов и выходов модели. Таким образом, параметрическая идентификация заключается в определении численных значений параметров передаточных функций по отельным каналам связи модели (k_i, T_i, ф_i).

Технологический комплекс флотации включает в себя несколько операций флотации (основная, контрольные, перечистные). Каждая операция флотации осуществляется во флотокамерах, объединенных в одну или несколько флотомашин. Динамические свойства отдельной операции флотации определяются объемом флотокамеры, общим количеством флотокамер в операции и производительностью флотомашины.

Отдельную флотационную камеру по каналам отходов и концентрата можно идентифицировать инерционным звеном первого порядка с запаздыванием:

(3.2.1)

где ф_к - время транспортного запаздывания, связанное с перетоком пульпы (по каналам концентрата ф_к = 0),

Т_к - постоянная времени флотокамеры.

Постоянная времени флотационной камеры зависит от ее рабочего объема V_p и производительности Q. Пренебрегая изменением объема из-за колебаний уровня пульпы и ее аэрированности, можно записать:

(3.2.2)

где V_р - рабочий объем флотокамеры

V_р=(0.7-0.8) V_г,

V_г - геометрический объем флотокамеры, м³

Q - производительность флотокамеры, м³/ч.

Вычисленные по выражению (3.2.2) значения Т_к справедливы для всех каналов, динамические свойства которых определяются гидравлическими свойствами:

· «объемный расход пульпы - объемный расход пульпы в хвостах (концентрате)»;

· «расход твердого в руде - расход твердого в хвостах (концентрате)»;

· «расход твердого в руде- содержание меди в хвостах (концентрате)».

По каналам, динамические свойства которых определяются закономерностями кинематики флотации:

· «содержание меди в руде - содержание меди в хвостах (концентрате)»;

· «уровень пульпы над сливным порогом - содержание меди в хвостах (концентрате)»;

· «объемный расход реагентов - содержание меди в хвостах (концентрате)» переходные процессы протекают медленно, и поэтому

Т_к = Т_к / (0.7ч0.6).

Передаточная функция отдельной операции флотации, состоящей из n последовательно соединенных камер, по каналам отходов запишется следующим образом:

(3.2.3)

где ф₃ - время транспортного запаздывания в точке контроля выходной величины

- передаточный коэффициент операции по i-му каналу отходов.

Эта передаточная функция аппроксимируется передаточной функцией инерционного звена с запаздыванием:



(3.2.4)

где - постоянная времени аппроксимирующего звена (всей операции флотации);

ф₁ - эквивалентное переходное запаздывание.

Величины и ф₁ определяются по таблице 3.1 в зависимости от числа флотокамер в машине или операции и постоянной времени флотокамеры:

=f (n, Т_к ); ф₁ = f (n, Т_к ).

Основная флотация - 12 флотокамер;

I контрольная флотация - 16 флотокамеры;

II контрольная флотация - 12 флотокамеры;

I перечистка - 12 флотокамер;

II перечистка - 12 флотокамеры;

Таблица 3.1

Параметры звена, аппроксимирующего объект с передаточной функцией

n	/ Тк	ф1 / Тк
12	8,38	7,90
16	9,69	11,42

Время транспортного запаздывания флотокамеры по каналу отходов определяется гидравлическими процессами, происходящими в камере, а именно - накоплением пульпы и ее расходом через сливной порог. Тогда величину ф_к можно определить из выражения:

(3.2.5)

где S_к - площадь флотационной камеры, м²;

h - величина напора (уровень пульпы над сливным порогом), м;

q₀ - объемный расход пульпы в отходах, м³ /ч.

Учитывая последовательное соединение флотокамер во флотомашине и пренебрегая изменением объемного расхода пульпы с отходами, из-за расхода пульпы в концентрат, можно записать:

ф₃ = n * ф_к (3.2.6)

Передаточная функция отдельной операции флотации по каналу концентрата для n камер запишется:

(3.2.7)

где - передаточный коэффициент операции флотации по i-му каналу концентрата.

Это выражение может быть аппроксимировано передаточной функцией инерционного звена первого порядка с запаздыванием:

(3.2.8)

где Т_в - постоянная времени аппроксимирующего звена (всей операции флотации);

ф_в - переходное эквивалентное запаздывание по каналу концентрата.



(3.2.9)

ф_в = 0,3 Т_в (3.2.10)

Коэффициенты передачи отдельных операций флотации определяются по качественно-количественной схеме (рис. 1.1) с учетом весовых коэффициентов влияния на выходные параметры.

Постоянные времени и времена запаздывания для гидроциклона с учетом конструктивных и технологических параметров можно определить по следующим аналитическим выражениям:

1. по каналам сливного потока:

(3.2.11)

где D - диаметр гидроциклона, см. D = 50см;

d₀ - диаметр воздушного столба. Определяется по формуле (3.2.12);

б - угол конусности гидроциклона, рад. б = 0,35 рад;

з - коэффициент распределения объемных расходов песков и слива, отн. ед. Определяется по формуле (3.2.13)

Q_пит - объемный расход пульпы в питании гидроциклона, м³/ч.

(3.2.12)

где d_сл - диаметр сливного патрубка гидроциклона, см. d_сл = 16см;

(3.2.13)



где d_пес - диаметр песковой насадки гидроциклона, см. d_пес = 7,5см;

Q_пес, Q_сл - объемные расходы песков и слива, м³/ч.

(3.2.14)

2. по каналам пескового потока:

(3.2.15)

(3.2.16)

Коэффициенты передачи гидроциклона по различным каналам определяются по качественно-количественной схеме (рис. 1.1) данного технологического комплекса.

Основная флотация

Исходные данные:

V_г=3,2 м³; n=12; Q=184,5 м³/ч; q=168,4 м³/ч, h=150 мм

V_р=3,2*0,8=2,56 м³

Для каналов: Q_п-Q_п^х, Q_т-Q_т^х, Q_т-Q_Cu^х

Для каналов: Q_п-Q_п^к, Q_т-Q_т^к, Q_т-Q_Cu^к

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^х, Q_p-Q_Cu^х, H-Q_Cu^х

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^к, Q_p-Q_Cu^к, H-Q_Cu^к

Для канала: Q-H

Для канала: б_ш-Н



I перечистная флотация

Исходные данные:

V_г=3,2 м³; n=12; Q=19,2 м³/ч; q=15,3 м³/ч, h=150 мм

V_р=3,2*0,8=2,56 м³

Для каналов:Q_п-Q_п^х, Q_т-Q_т^х, Q_т-Q_Cu^х

Для каналов: Q_п-Q_п^к, Q_т-Q_т^к, Q_т-Q_Cu^к

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^х, H-Q_Cu^х

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^к, H-Q_Cu^к

Для канала: Q-H

Для канала: б_ш-Н

II перечистная флотация

Исходные данные:

V_г=3,2 м³; n=12; Q=3,9 м³/ч; q=3,1 м³/ч, h=150 мм

V_р=3,2*0,8=2,56 м³

Для каналов:Q_п-Q_п^х, Q_т-Q_т^х, Q_т-Q_Cu^х

Для каналов: Q_п-Q_п^к, Q_т-Q_т^к, Q_т-Q_Cu^к

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^х, H-Q_Cu^х

автоматизация управление медный флотация

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^к, H-Q_Cu^к

Для канала: Q-H

Для канала: б_ш-Н

I контрольная флотация

Исходные данные:

V_г=1,6 м³; n=16; Q=168,4 м³/ч; q=158,3 м³/ч, h=150 мм

V_р=1,6*0,8=1,28 м³

Для каналов:Q_п-Q_п^х, Q_т-Q_т^х, Q_т-Q_Cu^х

Для каналов: Q_п-Q_п^к, Q_т-Q_т^к, Q_т-Q_Cu^к

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^х, H-Q_Cu^х

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^к, H-Q_Cu^к

Для канала: Q-H

Для канала: б_ш-Н

II контрольная флотация

Исходные данные:

V_г=3,2 м³; n=12; Q=157,9 м³/ч; q=156,9 м³/ч, h=150 мм

V_р=3,2*0,8=2,56 м³

Для каналов:Q_п-Q_п^х, Q_т-Q_т^х, Q_т-Q_Cu^х

Для каналов: Q_п-Q_п^к, Q_т-Q_т^к, Q_т-Q_Cu^к

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^х, H-Q_Cu^х

Для каналов: Q_Cu-Q_Cu^к, H-Q_Cu^к

Для канала: Q-H

Для канала: б_ш-Н

Гидроциклон

Исходные данные: D=50 см, б= 20 є= 0,35 рад., Q_пит=158,3 м³/ч,

d_сл=16 см, d_пес=7,5 см

По сливу:

По пескам:

Расчетные параметры отдельных операций флотации (с учётом весовых коэффициентов) с их передаточными функциями приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Параметрическая идентификация элементов технологического комплекса флотации

Канал управления	Передаточный коэффициент, К	Постоянная времени,Т	Переходное запаздывание, ф	Передаточная функция
Основная флотация
	0,90	417,32	484,98
	0,10	323,70	97,11
	0,87	417,32	484,98
	0,13	323,70	97,11
	0,002	417,32	484,98
	0,000036	323,70	97,11
	0,30	596,15	653,56
	0,32	464,41	138,72
	0,001	596,15	653,56
	0,0007	464,41	138,72
	0,0003	596,15	653,56
	0,00036	464,41	138,72
	1,5	15	5
	0,41	5,76	1,73
I перечистная флотация
	0,80	4022,40	4800,00
	0,20	3120,00	936,00
	0,75	4022,40	4800,00
	0,25	3120,00	936,00
	0,007	4022,40	4800,00
	0,0002	3120,00	936,00
	0,20	5746,25	6425,11
	0,48	4457,12	1337,13
	0,0006	5746,25	6425,11
	0,00045	4457,12	1337,13
	1,5	15	5
	3,906	52,5	15,75
II перечистная флотация
	0,80	19802,61	23643,29
	0,20	15360,02	4608,01
	0,58	19802,61	23643,29
	0,42	15360,02	4608,01
	0,02	19802,61	23643,29
	0,018	15360,02	4608,01
	0,26	28289,46	31644,01
	0,444	21942,90	6582,87
	0,0004	28289,46	31644,01
	0,0001	21942,90	6582,87
	1,5	15	5
	19,23	258,46	77,54
I контрольная флотация
	0,94	265,12	442,37
	0,06	232,56	69,77
	0,90	265,12	442,37
	0,10	232,56	69,77
	0,005	265,12	442,37
	0,0014	232,56	69,77
	0,08	378,78	576,33
	0,23	332,27	99,68
	0,0003	378,78	576,33
	0,0007	332,27	99,68
	1,5	10	3
	0,45	5,99	1,80
II контрольная флотация
	0,99	489,14	514,40
	0,01	379,41	113,85
	0,99	489,14	514,40
	0,01	379,41	113,85
	0,005	489,14	514,40
	0,0003	379,41	113,85
	0,95	698,77	757,06
	0,045	542,04	162,61
	0,002	698,77	757,06
	0,0001	542,04	162,61
	1,5	15	5
	0,48	6,38	1,91
Гидроциклон
	0,003	291	132
	0,997	187,5	60
	0,008	291	132
	0,992	187,5	60
	0,0002	291	132
	0,005	187,5	60
	0,03	291	132
	0,97	187,5	60

3.3 Исследование статических и динамических свойств комплекса

Исследование статических и динамических закономерностей технологического комплекса флотации на модели по основным каналам возмущающих и управляющих воздействий производилось с помощью математического пакета MATLAB.

Результаты моделирования представлены в виде графиков, связывающих входные и выходные величины комплекса медной флотации.

Технологические процессы и аппараты обогатительных фабрик представляют собой сложные системы, состояние которых в каждый момент времени характеризуется несколькими входными и выходными величинами. Значения выходных величин характеризуют состояние технологического процесса, его эффективность и качество продукта.

Каждая выходная величина зависит от нескольких входных величин (контролируемых или неконтролируемых). Влияние входных величин на выходные происходит по каналу передачи воздействия. Общее число их определяется числом контролируемых m и неконтролируемых n входных и выходных p величин и составляет (m + n)p. Число возможных каналов регулирования равно mp. Из них выбирают необходимый канал регулирования на основании анализа влияния управляющих воздействий на управляемый параметр.

При выборе канала управления исходим из следующих положений:

- в качестве выходной управляемой величины выбираем технологический параметр, который наиболее полно отражает сущность технологической операции или процесса;

- производим оценку возможностей непрерывного автоматического контроля выбранного регулируемого параметра путем анализа существующих технических средств контроля этого параметра и оценки точности контроля. Если автоматический непрерывный контроль этого параметра невозможен, либо нас не удовлетворяет точность контроля, в качестве регулируемого параметра принимают другой, который тесно связан с первым, и может служить косвенным показателем процесса, и для него имеются необходимые средства контроля с достаточной точностью;

- в качестве управляющего воздействия выбираем входную контролируемую величину, степень влияния которой на выбранную управляемую переменную наибольшая. Оценка влияния входного параметра на выходной производится по величине коэффициента передачи объекта по этому каналу;

- производится оценка возможностей осуществления плавного изменения выбранного регулирующего параметра в рабочем диапазоне. Если нет такой возможности, выбирается другой параметр, имеющий эти возможности, хотя и с меньшим коэффициентом передачи;

- производится оценка динамических свойств выбранного канала управления. Оценка производится по отношению ф/Т и предпочтение отдается каналу с меньшим значением этого отношения, а при равенстве отношений предпочтение отдается каналам с меньшим Т и ф.

В качестве регулируемой величины выбираем величину уровня пульпы во флотомашине.

Для контроля этой величины существуют технические средства, удовлетворяющие требуемой точности и надежности, например, датчик уровня ''PROBE''.

Величина уровня пульпы регулируется перемещением регулирующего органа, в качестве которого используем шибер.

На основании этого анализа выбирается один из возможных каналов управления «положение шибера - уровень пульпы во флотомашине» (“Дб_ш - ДH”).

Рис. 3.2 Статическая и динамическая характеристика канала управления объектом регулирования

Рис. 3.3 Статическая и динамическая характеристика канала управления объектом регулирования

Рис. 3.4 Статическая и динамическая характеристика канала управления объектом регулирования

Рис. 3.5 Статическая и динамическая характеристика канала управления объектом регулирования

Рис. 3.5 Статическая и динамическая характеристика канала управления объектом регулирования



4. Автоматизация технологического комплекса

4.1 Выбор структуры управление технологическим комплексом

Технические средства электрической ветви ГСП характеризуются высокой чувствительностью, точностью, значительным быстродействием, возможностью передачи сигналов на большие расстояния, высокой степенью унификации (схемной и конструктивной). Приборы электрической ветви обеспечивают возможность непосредственной связи с управляющими вычислительными машинами, что очень важно при функционировании автоматической системы регулирования в составе АСУТП в составе обогатительной фабрики. Электрическая ветвь ГСП непрерывно совершенствуется на базе новых схем и элементов, что приводит к уменьшению габаритов и массы приборов, расширению их функциональных возможностей повышению надежности и сокращению потребляемой энергии.

Технические средства пневматической ветви ГСП могут использоваться во взрывоопасных и агрессивных средах, они надежно работают в тяжелых условиях, при наличии пыли, вибрации, устойчивы к перегрузкам.

Блочная структура позволяет на элементах пневматики реализовать любые сложные системы контроля и регулирования.

Недостатками приборов пневматической ветви являются ограниченная протяженность каналов вязи, малое быстродействие по сравнению с приборами электрической ветви, необходимость сухого и сжатого чистого воздуха.

Технические средства гидравлической ветви ГСП позволяют получить при небольших габаритах значительные механические усилия с высокой точностью, устройства работают в тяжелых условиях, позволяют простыми средствами плавно изменять регулирующее воздействие в широких диапазонах. Недостатками этих приборов являются ограниченность радиуса действия и необходимость специального источника энергии.

Исходя из вышеперечисленного выбираем электрическую ветвь государственной системы промышленных приборов, так как в данном случае она обладает рядом преимуществ перед пневматической и гидравлической ветвями ГСП.

И используем следующую структуру управления:

1) Приборы по месту

2) Щиты местные

3) Анализатор Курьер 30 ХР

4) АСУДР «Реагент» (панель локального управления, шкаф управления, АРМ)

5) Контроллерный уровень (визуализация, регулирование, задание, сигнализация)

6) ЭВМ (Scada - уровень)

4.2 Выбор принципов контроля и управления комплексом

Для управления технологическим комплексом флотации необходимы следующие системы стабилизации и контроля:

1. система автоматического контроля содержания металлов в исходном питании и продуктах обогащения;

2. система стабилизации щелочности пульпы в исходном питании (рН);

3. система автоматического контроля расхода пульпы в исходном питании и продуктах обогащения;

4. система автоматического контроля плотности пульпы в исходном питании и продуктах обогащения;

5. система автоматического регулирования уровня пульпы во флотомашине изменением положения регулирующего органа;

6. система автоматического регулирования дозирования реагентов в процесс на базе АСУДР «Реагент»;

7. система автоматического регулирования расхода воздуха;

8. система автоматического регулирования уровня пульпы в зумпф насоса изменением частоты вращения вала двигателя;

9. система автоматического регулирования расхода воды в зумпф насоса;