1 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С

ЛОГИКИ
ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
Кафедра вычислительной

техники и прикладной математики

Научный руководитель:
д-р техн. наук, доцент О.С. Логунова

Полько Павел Геннадьевич

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

измельчения медно-цинковой руды в шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле,

в условиях обогатительной фабрики Сибайского филиала ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат»

автоматизированной системы оптимизации управления процессом мокрого измельчения, включающие математические модели

процесса измельчения рудного материала в шаровых мельницах, метод формализации задачи оптимального управления с целью повышения производительности в замкнутых многостадийных циклах, комплекс технических и программных средств, реализующих поисковый режим оптимизации управления процессом измельчения.

рудных материалов, работающих в замкнутом цикле за счет создания автоматической

системы оптимизации управления процессом с использованием принципов нечеткой логики и поисковых динамических принципов экстремального регулирования.

Задачи работы:
1. теоретико-информационный анализ технологических особенностей процесса мокрого измельчения рудных материалов в агрегатах с замкнутым циклом и определение концепции синтеза поисковой системы автоматической оптимизации для достижения максимальной производительности цикла.
2. анализ результатов экспериментальных исследований динамических параметров многостадийного цикла мокрого измельчения и выбор основного управляющего параметра для цикла измельчения медно-цинковой руды при автоматизированном управлении.
3. синтез замкнутого контура стабилизации с использованием принципов нечеткой логики, включающий разработку структурной схемы и базы нечетких правил.
4. синтез двухконтурной системы автоматической оптимизации, включающей быстрый поисковый регулятор и экстремальный регулятор функционирующей на принципах нечеткого управления.

измельчения медно-цинковой руды СФ ОАО «Учалинский ГОК»
Рис. 1. Качественный вид

статической характеристики процесса измельчения

по классу крупности 2362 мкм на уменьшение расхода материала: а)

изменение расхода исходного рудного материала в питании стержневой мельницы; б) выход класса крупности 2362 мкм в разгрузке

Рис. 2. Реакция стержневой мельницы, работающей в открытом режиме на увеличение питания: а) изменение питания во времени; б) изменение величины класса крупности 2362 мкм в разгрузке мельницы во времени; в) изменение величины класса крупности 417 мкм в разгрузке мельницы во времени

для управления технологическим параметром питания
Рис. 1. Структура замкнутого контура стабилизации:

К1 , К2 – блоки масштабирования входного сигнала; НР – нечеткий регулятор; СР – логический сигнум-реле; ТР – триггер-реверс; ИМ – исполнительный механизм; Д – дифференцирующее звено; ОУ – объект управления

Сигнал задания ZЗАД():

Zзад() = Zто()  Zкор(),

Функция выходного сигнала сигнум-реле

Функция выходного сигнала исполнительного механизма:

рассогласование
2) переменная X2 – скорость рассогласования
3) переменная Y –

нормированный управляющий сигнал

Рис. 1. Функции принадлежности (х) нечетких множеств для входных переменных х1 и х2

рассогласования близка к нулю и возникло большое отрицательное рассогласование между

заданным и текущим значениями регулируемого параметра, то на выходе нечеткого регулятора должен быть сигнал, пропорциональный максимальному перемещению исполнительного механизма в направлении, необходимом для уменьшения значения регулируемого параметра В5.

1. Зоны действия правил нечеткого регулирования применительно к режиму работы

ПИ-регулятора при управлении инерционным с запаздыванием технологическим параметром

Рис. 2. Переходный процесс в системе регулирования с использованием принципов нечеткой логики: Z() – выходной регулируемый сигнал; XВХ() – управляющее воздействие

между МПК и АРМ оператора с использованием SCADA системы InTouch
Рис.

2. Окно визуализации процесса первой стадии измельчения рудных материалов, реализованного с использованием SCADA системы Wonderware InTouch

схема системы оптимизации управления процессом измельчения рудных материалов
Рис. 2. Структурная

схема взаимодействия подсистем блока «МПК»

fш – изменение физических параметров (особенно твердости) исходного материала; Qш – изменение производительности агрегатов предыдущих стадий измельчения, т/ч; GШ – изменение массы твердого материала на входе в агрегаты стадий измельчения, т/ч; GВ – изменение расхода воды в агрегаты каждой стадии измельчения, т/ч; qШ – изменение плотности пульпы, т/м3; qД – изменение массы дробящих элементов (стержней и шаров) в барабанах агрегатов, т; GЦ – изменение расхода циркулирующей нагрузки в контурах замкнутого цикла, т; П – изменение уровня пульпы в зумпфах стадий измельчения, м; GЗ – изменение заданной величины производительности цикла измельчения за счет питания, т/ч; – изменение массы шихты из-за неравномерного схода материала из расходных бункеров, т/ч; Т0, З – изменение динамических параметров процесса вследствие технологических возмущений, мин; Sq – изменение скорости двигателей при работе частотных пре­образователей, об/мин;  – стохастические факторы случайного типа, влияющие на величину питания цикла; об – изменение скорости вращения барабанов, об/мин.

управления процессом многостадийного измельчения
Рис. 1. Структурная схема блока ОР, реализующего

систему поисковой динамической оптимизации управления процессом многостадийного измельчения

ЭР – система экстремального регулирования (ЭР);
БПР – подсистема быстрого поискового регулятора;
К – ключ;
УП – устройство управления переключением;
– величина выхода;
– логический дискретный сигнал;
– заданная величина питания;
– сигнал рассогласования;
– заданное содержание материала определенной крупности;
– текущее содержание рудного материала заданной крупности;
– корректирующее заданное значение стабилизирующему контуру.

Структурно-функциональная схема блока «ЭР» оптимизации процесса измельчения рудного материала
Параметры:

– величина выхода;
– заданная величина питания;
– сигнал рассогласования;
– корректирующее заданное значение стабилизирующему контуру;
– коэффициенты масштабирования;

Переменные:
x1 – «Приращение выходного продукта»;
x2 – «Приращение питания цикла измельчения»;
x3 – «Рассогласование»;
y – «Коррекция задания»;

выходного продукта
2) X2 – Приращение питания цикла измельчения
4) Y

– Коррекция задания

3) X3 – Рассогласование

Рис. 1. Функции принадлежности (х) нечетких множеств для нормированных значений входных переменных х1 и х2

Рис. 2. Функции принадлежности (х) нечетких множеств для сформированных значений входной переменной х3

случайно направлении изменения управляющего воздействия произошло изменение приращения массы выходного

продукта измельчительного агрегата «отрицательное» и если начальное случайное изменение приращения массы питания мельницы исходным материалом «отрицательно» и если изменение отклонения от заданного значения массы на выходе мельницы тоже «отрицательно», то выбранное направление изменения задания следует считать ошибочным и следует принять меры к увеличению расхода питания мельницы на большую величину «положительное большое».

схема алгоритма расчета выходного управляющего воздействия при реализации блока «ЭР»
Рис.

2. Структурная схема работы алгоритма блока «УП»

Масштабирование входных параметров

Операция дефаззификации

Расчет выходного значения

Фаззификация входных параметров

Операция определения выходных нечетких множеств

измельчения
Рис. 1. Расчетная траектория изменения выходного оптимизируемого параметра в процессе

функционирования САОУ процессом измельчения: 1 – статическая характеристика процесса измельчения; 2 – изменение выходного параметра

Рис. 2. Расчетные траектории изменения во времени основных параметров процесса: 1 – расход питания; 2 – измельченный продукт

классификации рудных материалов не обладают достаточной информативностью для синтеза систем

автоматической оптимизации управления технологическим процессом мокрого измельчения, в связи с чем синтез системы автоматического управления технологическим процессом измельчения целесообразно производить с использованием правил нечеткой логики и поискового экстремального регулирования.
Экспериментально установлено, что в качестве оптимизируемого параметра целесообразно использовать текущую производительность цикла путем непрерывного контроля объемного расхода и плотности пульпы на сливе гидроциклона; изменение подачи воды вызывает значительное изменение объемного расхода и плотности питания гидроциклона, что следует учитывать при стабилизации режима управления процессом измельчения.
Синтезирован замкнутый контур стабилизации величины питания цикла многостадийного мокрого измельчения рудного материала на основе правил нечеткой логики, поддерживающий постоянные качественные параметры переходного процесса при воздействии неконтролируемых изменений характеристик и исключающий перерегулирование подачи рудного материала в агрегаты мокрого измельчения.
Разработан оптимизирующий регулятор, функционирующий на принципах нечеткого управления, содержащий блок быстрого поискового регулятора, обеспечивающий оперативный перевод режима работы измельчительного цикла в область, близкую к оптимальной, и блок экстремального регулирования, позволяющий определить и поддерживать режим максимальной производи­тельности агрегата.
Разработана двухконтурная система автоматического управления технологическим процессом измельчения рудных материалов, состоящая из оптимизирующего ведущего регулятора и стабилизирующего ведомого регулятора, каскадная схема включения которых обеспечивает устойчивую работу агрегата мокрого измельчения рудных материалов в условиях действия интенсивных технологических возмущений.

синтезе цифровых контуров автоматической стабилизации технологических процессов / П.Г. Полько,

О.С. Логунова, С.М. Андреев [и др.] // Автоматизация в промышленности. – 2010. – № 11. – С. 32 – 37.
Полько, П.Г. Достижение максимальной производительности оптимизируемого процесса измельчения руды при использовании принципов нечеткого экстремального управления / П.Г. Полько, С.М. Андреев, О.С. Логу­нова [и др.] // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2011. – № 2. – С. 45 – 49.
В других изданиях:
Полько, П.Г. Имитационная модель цифровых контуров автоматической стабилизации технологических параметров на основе правил нечеткого управления / П.Г. Полько, О.С. Логунова // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету «Харкiвский полiтехнiчний iнститут». Збiр­ник наукових праць. Тематичный випуск: Iнформатика i моделювання. – Харкiв: НТУ «ХПИ», 2010. – № 31. – С. 133 – 144.
Полько, П.Г. Оптимизация управления процессом мелкого дробления материалов в горно-обогатительном производстве / О.С. Логунова, П.Г. Полько // Инновационное развитие горно-металлургической отрасли: материалы всерос. конф. с элементами научной школы для молодежи [электронный ресурс]. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009.
Полько, П.Г. Имитационная модель цифровых контуров автоматической стабилизации технологических параметров на основе правил нечеткого управления / О.С. Логунова, П.Г. Полько // Проблеми iнформатики i моделювання: тезиси десятоï мiжнародноï науково-технiчноi конференцiï. – Х.: НТУ «ХПИ», 2010. – С. 11., росiйською мовою.
Полько, П.Г. Реализация нечеткого цифрового управления инерционными с запаздывающими параметрами технологического процесса / П. Г. Полько, Е.С. Рябчикова, О.С. Логунова [и др.] / Инженерная поддержка инновации и модернизации: материалы междунар. заочной конф., посвященной 15-летию со дня создания РУО АИН. – Екатеринбург: УГТУ МПИ, 2010. – С. 254 – 257.
Полько, П.Г. Автоматическая стабилизация технологических параметров измельчения руды на основе принципов нечеткого управления / П.Г. Полько, О.С. Логунова // Высокие технологии, исследования, промышленность: сб. тр. девятой междунар. научн.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». – С-Пб.: Из-во Поли­техн. у-та, 2010. – С. 306 – 309.
Полько, П.Г. Имитационная модель процесса измельчения рудных материалов с использованием Scada – системы WonderWare in Touch / П.Г. Полько // Математическое и программное обеспечение в промышленной и со­циальной сферах : междунар. сб. научн. тр. – Магнитогорск : ГОУ ВПО МГТУ, 2011. – С. 345 – 351.
Полько, П.Г. Нечеткий регулятор V.1.01 / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611994 от 04.03.011. / П.Г. Полько, С.М. Андреев, О.С. Логунова [и др.] – М. : Роспатент, 2011.
Полько, П.Г. Система экстремального регулирования на основе нечеткой логики / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ ЭВМ № 2011611998 от 05.03.2011. / П. Г. Полько, С. М. Андреев, О. С. Ло­гунова [и др.] – М. : Роспатент, 2011.

материалов, отличающаяся от ранее известных тем, что для формирования управляющего

воздействия использованы правила нечеткой логики;
Двухконтурная система автоматического управления технологическим процессом измельчения рудных материалов, основанная на совместном использовании правил нечеткой логики и поискового динамического экстремального управления, способная эффективно функционировать в условиях неполной и недостаточной информации о параметрах оптимизируемого процесса;
Поисковый алгоритм системы автоматической оптимизации, содержащий два переключаемых поисковых блока и способный определять и поддерживать максимально возможную производительность измельчительных агрегатов мокрого измельчения, работающих в замкнутом режиме.

материалов, которая позволяет реализовать ресурсосберегающие режимы работы технологических агрегатов;
предлагается техническое

решение задачи оптимизации в управлении процессом измельчения, позволяющая обеспечить высокопроизводительный режим работы технологических агрегатов путем поддержания их максимально возможной текущей производительности;
программно реализована система автоматической оптимизации управления технологическим процессом измельчения, способная эффективно функционировать в условиях неполной и недостаточной информации о параметрах оптимизируемого процесса;
даны рекомендации по использованию результатов настоящей работы в учебном процессе, выполнении курсовых и дипломных проектов и при проведении научно-исследовательских работ на кафедрах «Вычислительная техника и прикладная математика» и «Промышленная кибернетика и системы управления» ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

технологического процесса и системы автоматической оптимизации управления технологическим процессом измельчения,

синтезированных на принципах нечеткой логики;
структуры систем автоматической стабилизации параметров и оптимизации управления технологическим процессом измельчения рудных материалов с целью достижения максимально возможной производительности цикла и стадий измельчения, построенных с использованием методов поисковой оптимиза­ции и правил нечеткой логики;
алгоритмы автоматической стабилизации технологических параметров процесса и поисковой оптимизации, выполняющие функции определения и поддержания максимально возможной производительности измельчительных агрегатов мокрого измельчения, работающих в замкнутом цикле, и их программная реализация.