Факультет Переработки минерального сырья Кафедра Автоматизации технологических

процессов и производств»


Моделирование и управление процессом получения

никеля из окисленных медно-никелевых руд в трубчатых вращающихся печах
Научный руководитель:
д.т.н., проф. Шариков Юрий Васильевич

Автор работы:
аспирант 4 года обучения Лиу Цзыфэнг

Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в металлургии)

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕНННО БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

пунктам паспорта научной специальности 05.13.06 – Автоматизация управления технологическими процессами

и производствами:

п. 6. Научные основы, модели и методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления.
п. 10. Методы синтеза специального математического обеспечения, пакетов прикладных программ и типовых модулей функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включающие задачи управления качеством, финансами и персоналом.

зависят от четырех важнейших процессов, протекающих в этих печах: химического

процесса, движения материалов, движения газов, процесса теплообмена.
Главным в печи является процесс физико-химических превращений исходных материалов и продуктов металлургической переработки. Все процессы должны быть подчинены этому главному процессу.
Для оптимальной работы ТП необходима система автоматического управления, поддерживающая параметры процесса на заданном уровне. Главным управляющим параметром является температурный профиль в ТП, который должен быть определен и выдержан в течение всего процесса. Важным условием для определения и поддержания оптимального управления процессом является наличие математической модели, устанавливающей связь между параметрами технологического процесса и качеством получаемой продукции.
Актуальным является изучение концентрационных и тепловых полей в процессе восстановительного обжига шихты в ТП при различных законах управления температурой в наиболее чувствительных точках по длине аппарата.

Актуальность

в промышленности, однако исследований в области механизма процесса и установления

количественных связей между переменными состояния и управляющими воздействиями с использованием современных инструментальных методов, проведено недостаточно для построения детерминированной математической модели. Такая модель необходима для оптимизации процесса и создания необходимой структуры управления. Существующая система управления базируется на опыте операторов и не позволяет вносить изменения при изменении качества сырья и входных условий.
Большую известность получили результаты работ следующих зарубежных авторов: В.И. Береговский,  А.В. Ванюков, Жунусов М.Т.
В.И. Береговский, Б.Б. Кистяковский Металлургия меди и никеля.
А.В. Ванюков,  Н.И. Уткин, А.В. Ванюков, Комплексная переработка медного и никелевого сырья.
Жунусов М.Т. Металлургия никеля на комбинате «Североникель».
А.Ф. Фёдоров, Е.А. Кузьменко, Системы управления химико–технологическими процессами: учебное пособие.
Большой вклад в развитие и совершенствование алгоритмов управления процессами в ТП внесли специализированные научно-исследовательские и проектные организации, среди них «ВАМИ», «СибВАМИ», «Цветметавтоматика», «Союзцветметавтоматика» и др. Хорошо известны работы и достижения в этой области таких крупных специалистов как В.Я. Абрамов, А.И. Лайнер Н.И. Еремин, А.Н. Наумчик и ряд других ученых.

Создание системы оптимального управления процессов восстановления закиси никеля с использованием

математической модели.

трубчатых вращающихся печках (ТВП) и температурным профилем;
– создание статичеcкой

модели процесса в программном комплексе ReactOp для определения оптимальных условий восстановления закиси никеля;
– создание динамической модели процесса для выбора оптимального управления;
– определение оптимального температурного профиля;
– определение зависимости между степенью завершенностью процесса и температурным профилем восстановительного обжига в ТВП;
– исследование процессов регулирования температуры в ТВП при использовании динамической модели и различных законах ре-гулирования;
– выбор оптимального закона регулирования и разработка предложения по выбору технических средств САУ для ТВП.

данных о состоянии объекта управления с позиций Интернета вещей;

– создана детерминированные математические модели процесса для статического и динамического режима работы ТВП при проведении восстановительного обжига закиси никеля;
– найден оптимальный закон управления температурой в ТВП для процесса восстановительного обжига;
– определены функции АСУ ТП при проведении восстановительного обжига закиси никеля в ТВП.

Предполагаемые объекты внедрения результатов исследования

Китайский завод: Синьцзянская промышленность цветных металлов- “Фу Кан” металлургический завод по переработке медно-никелевых руд.

закиси никеля в ТВП необходима детальная математическая модель статического режима

процесса.

модели в программном комплексе ReactOp

динамическом режиме в программном комплексе ReactOp

динамическая модель процесса.

и температуре в самой горячей зоне печи:
Зависимость температуры на выходе

из печи
при увеличении расхода закиси никеля на 50%

Зависимость температуры на выходе из печи
при увеличении расхода угольной крошки на 20%

Зависимость температуры на выходе из печи
при увеличении расхода природного газа на 10%

Зависимость температуры на выходе из печи
при увеличении температуры в самой горячей зоне печи на 100°С

никеля на 50%:

Увеличении расхода угольной крошки на 20%:
Увеличении расхода

природного газа на 10%:

Увеличении температуры в наиболее
горячей зоне печи на 100°С:

ПИД – регулятором

никеля с регулятором Смита

- регулятором

систем с ПИД – регулятором, регулятором Смита и
fuzzy –

регулятором

печей, можно сделать следующие выводы:
– Проведен анализ автоматизации технологических процессов

с позиций Интернета вещей и показана роль создания общей базы данных о процессе для оптимального управления производством.
– Создана математическая модель трубчатой вращающейся печи в стационарном режиме работы с использованием программного комплекса ReactOp Cascade.
– Построена модель управления обжигом закиси никеля в трубчатой вращающейся печи в программном пакете Matlab.
– Исследована динамика процесса восстановительного обжига закиси никеля.
– Проведено сравнение систем управления по параметрам качества переходного процесса восстановления закиси никеля в трубчатой печи с разными схемами управления
– Для разработанного отделения предложен аппаратурно-технический синтез АСУ ТП.