Стратегии выбора аппаратуры и управления циклами измельчения От редакции сайта:

Стратегии выбора аппаратуры и управления циклами измельчения
(реферат информации из английской части интернета).
От редакции сайта:
При работе всех циклов измельчения управление процессом весьма важно для
оптимизации работы всей фабрики. Эффективные и практичные системы
продвинутого управления, хорошо настроенные и устойчивые контуры управления и
солидный парк приборного оснащения - вот ключи к оптимизации цикла измельчения.
Автор:
Костров Константин Викторович, начальник лаборатории НТИ, аспирант СанктПетербургского горного университета. 2009 г.
Содержание:
1.Введение
2.Цели управления циклом измельчения
3.Основные элементы управления циклом измельчения
-элементы процесса
-первичные мельницы
-промежуточные (галечные) дробилки
-вторичные мельницы
-классификация
-вспомогательное оборудование
-элементы управления
-измерения
-кондиционирование сигналов (время снятия отчетов, фильтрация и др.)
4.Пространство измерительных средств
-весоизмерители
-расходомеры
-плотность
-мощность
-давление масла
-вес мельницы
-шум
-изображения
-модели (феноменологические)
-модели (нейронные сети)
-скорости изменения
5.Сервомоторы и управляемые величины
-тоннаж
-вода
-скорость насоса
-скорость мельницы
6.Регуляторы, ПИД-регулирование
7.Управление процессом цикла измельчения
8.Основные контуры автоматического управления
-управление тоннажем питания мельницы
-управление подачей воды в мельницу
-шум/скорость мельницы полусамоизмельчения
-управление уровнем материала в дробилке
-управление уровнем в питающей коробке насоса
-управление скоростью подачи питающей воды в классификатор
-управление давлением на входе в циклон
-управление скоростью подачи воды в питание шаровой мельницы
-управление подачей реагента
9.Супервизорное управление
-управление мультипитанием
-пример управления соотношением питателей без компенсации
-пример управления соотношением питателей с компенсацией
-управление тоннажом мельницы самоизмельчения по соотношению мощность /
давление
-перегрузка мельницы полусамоизмельчения
-управление тоннажом и скоростью мельницы полусамоизмельчения
-разгрузочная щель дробилки
-циркулирующая нагрузка шаровой мельницы
-баланс между первичным и вторичным циклами
10.Экспертные системы и продвинутые регуляторы
-экспертные системы
-управление, основанное на правилах
-оптимизация управления, основанная на модели
11.Примеры стратегий управления
-базовая схема управления циклом
(мельница полусамоизмелъчения / шаровое измельчение)
-схема продвинутого управления циклом
(мельница полусамоизмельчения / шаровое измельчение)
12.Заключение
1.Введение
Циклы измельчения проектируются для снижения крупности материала до величины,
позволяющей при последующей сепарации частиц по тому или иному физическому
свойству получить наилучшие технологические показатели. Их деятельность
определяет эффективность, с которой передаётся энергия разрушения, определяя
посредством этого общую эффективность всего передела рудоподготовки.
Процесс измельчения наиболее энергоёмкий и поэтому обычно наиболее дорогой
для типичной обогатительной фабрики. Распределение энергии может быть
рассмотрено как функция двух типов переменных:
-переменные оборудования, которые достаточно жёсткие (размеры мельницы,
шаровая нагрузка, геометрия гидроциклона и т.д.);
-манипулируемые переменные, которые могут изменяться непрерывно (скорость подачи
питания, разбавляющая вода, скорость мельницы, скорость насоса и т.д.).
Проект цикла измельчения - есть выбор переменных оборудования, в то время как
управление циклом измельчения - есть выбор манипулируемых переменных.
Управление циклом измельчения в своём многообразии включает следующие
непрерывно повторяемые четыре шага:
- определяется цель работы цикла измельчения;
- замеры в цикле используются для определения, работает ли цикл в
соответствии с заданной целью;
- значения замеров, потребные для сходимости с целью, определяют
- переменные, которыми следует манипулировать с тем, чтобы привести замеры
к желаемым значениям.
Разумно выполненные системы управления являются важной частью гарантии
эффективного расходования средств на управление. Составляя одну из наиболее
лимитирующих производительность производства операций, существенно, чтобы цикл
измельчения работал не только плавно, но и по возможности ближе к его
теоретическому оптимуму.
Успехи в создании приборов, продолжение практики применения обычных систем
регулирования и внедрение инструментов продвинутого управления (таких как
основанные на применении моделей, экспертных систем, нечёткой логики и
нейронных сетей) создают большие предпосылки для оптимизации работы циклов
измельчения.
2.Цели управления циклом измельчения
Для создания наилучшей схемы регулирования непременно (до компановки
интегральной стратегии управления) важно понять процесс и сформулировать цели
управления.
Ясная цель - есть существенный компонент стратегии управления циклом измельчения.
Без ясного направления даже наилучшие средства управления не могут помочь циклу
измельчения достичь оптимальных показателей и могут даже негативно сказаться на
производстве. Можно утверждать, что цели управления являются динамическими
целями, основанными на общей экономике фабрики (т.е. без металлургических
возвратов) и условий последующих переделов и требуют непрерывной переоценки
перед лицом изменений в работе последующих за измельчением переделов (например,
флотации) и цен на металлы.
Цели управления необходимы, чтобы обеспечить уникальные, реалистичные и
достижимые результаты. Должна быть, по крайней мере, одна степень свободы для
того, чтобы приспособиться к изменениям типа руды. Примеры целей цикла
измельчения:
-Максимальная производительность при поддержании плотности продукта свыше 42 %
твёрдого и крупности слива циклона 80% - 75 мкм.
-Тонина помола - наименее возможная крупность dso при минимуме 30% в 20мкм и
производительности в 2000 т\ч.
Цели определяют ограничения, с которыми цикл может безопасно работать. Последние
могут быть физические и экономические. Соответственно эти ограничения становятся
пределами, внутри которых стратегии управления, такие как «ограничение с основой
оптимизации», может работать.
3.Основные элементы управления циклом измельчения
Циклы измельчения применяются при большом разнообразии вариантов
использования и различных конфигурациях схем, наиболее подходящих для
последующих переделов. Фокусируясь на широком спектре компонентов, используемых
в обогащении полезных ископаемых, этот раздел ограничивается общими одно- и
многостадиальными циклами измельчения, как открытыми так и замкнутыми. Стратегии
управления будут изменяться в зависимости от конфигурации схемы, но всегда по
сравнению с комбинацией общих элементов процесса и управления.
Элементы процесса
Охват стратегии управления циклом измельчения обычно включает всё оборудование
между бункерами мелкодроблёной руды (или складами) и питанием флотации (или
другого последующего процесса). Циклы состоят из питателей руды, конвейеров,
мельниц измельчения, классификаторов и насосов, питающих классификаторы, а
также в зависимости от руды и характеристик разрушения включается или не
включается дробление гальки (дробление гальки - доизмельчение так называемого
«недробимого класса», который, например, образуется при использовании мельниц
само- и полусамоизмельчения).
Общие конфигурации цикла включают первичные мельницы в замкнутом цикле с
классификаторами (рис.1) или первичные мельницы со следующими за ними
вторичными мельницами в замкнутом цикле с классификаторами (рис. 2). В любом
случае элементы процесса являются подобными: измельчение в мельницах,
классификация и транспорт пульпы (например, перекачка насосами). Понимание
поведения и взаимодействия между этими компонентами - ключ к эффективному
осуществлению управления процессами измельчения. Далее следует резюме по
компонентам схемы измельчения и требования к управлению ими.
Рис. 1. Одностадиальный цикл мокрого замкнутого измельчения.
.
Рис.2. Схема двухстадиального измельчения с первичной мельницей
полусамоизмельчения и додрабливания в короткоконусной дробилке или центробежноударной дробилке
Первичные мельницы
Мельница первичного измельчения обычно представляет собой наиболее крупный
потребитель энергии на обогатительной фабрике и играет важную роль в подготовке
питания для последующих процессов. Первичными мельницами обычно являются
мельницы само- или полусамоизмельчения, за которыми следуют шаровые или
стержневые мельницы. Циклам шарового и стержневого измельчения предшествуют
циклы вторичного и третичного дробления и считаются относительно стабильными в
работе. С другой стороны, мельницам само- и полусамоизмельчения часто
предшествует только дробилка крупного дробления и в силу этого упомянутые
мельницы гораздо более чувствительны к колебаниям крупности и твёрдости
исходного питания. Эффективность мельниц первичного измельчения в основном
есть функция заполнения мельницы и движения загрузки. И в мельницах само- и
полусамоизмельчения, подобно тому как в первичных стержневых и шаровых
мельницах эти параметры изменяются значительно и нуждаются в пристальном
внимании.
Промежуточные (галечные) дробилки
Дробилки используются впереди или в замкнутом цикле с первичными мельницами для
ускорения разрушения материала промежуточных или «критических (недробимых)»
классов крупности. Дробление менее энергозатратно, чем измельчение, поэтому
эксплуатационные расходы на тонну руды для установки дробления обычно ниже.
Использование дробления может увеличить производительность цикла вплоть до
15% или более. Используются центробежно-ударные дробилки для преддробления
питания первичной мельницы. «Критическая крупность» (0-70мм) выделяется для
них из исходной руды. В тоже время короткоконусные дробилки часто используются
для дробления крупного класса разгрузки первичной дробилки.
Вторичные мельницы
В общем случае требуется стадия вторичного измельчения для того, чтобы достичь
требуемого качества продукта для последующих операций. За стержневыми и
первичными шаровыми мельницами обычно следует вторичная (а иногда и
третичная) стадия измельчения, в которой опять же используются шаровые мельницы.
И хотя некоторые мельницы самоизмельчения в состоянии достичь крупности
конечного продукта в одну стадию, большинство циклов само- и полусамоизмельчения
имеют две и более стадий для увеличения эффективности. Вторичные мельницы
почти всегда работают в замкнутом цикле с классификаторами, но чтобы управлять
вторичной мельницей, требуется оптимизация цикла мельница - классификатор.
Связи вторичная мельница - классификатор играют важную роль в общей
оптимизации схемы измельчения.
Классификация
Классификаторы нужны для выделения уже готового продукта или мелкого продукта
от того, которому требуется дальнейшее разрушение.
Мелкие классы
классификаторов поступают в ниже следующие процессы, а крупные классы обычно
возвращаются в мельницы для дальнейшего измельчения. Частицы могут быть
выделены при классификации по крупности и/или плотности. Например, крупность
разделения в гидроциклонах, может быть усложнена присутствием вторичных тяжёлых
частиц сульфидных минералов. Типичными классификаторами являются грохоты,
гидроциклоны и спиральные классификаторы, хотя последние становятся менее
употребляемыми.
Вспомогательное оборудование
Важность вспомогательного оборудования, такого как насосы, приёмные коробки
насосов, пульпопроводы, конвейеры и желоба часто недооценивается в стратегиях
управления циклами измельчения. Насосы и коробки насосов играют объединяющую
роль в разделении пульпы между мельницами и классификаторами. Нестабильная
работа в этой промежуточной стадии процесса может привести к колебаниям расходов
и переливам (со связанными с ними нерегулируемыми добавками воды в схеме), что
имеет отрицательное влияние на работу последующих операций схемы. Желоба,
пульпопроводы и конвейеры, которые перегружены, повреждены или блокированы,
могут ограничить поток материала, усиливая проблему переливов и просыпей и
оказывая дальнейшее негативное влияние на работу цикла. Важно, чтобы
вспомогательные устройства не создавали проблем для работы фабрики.
Элементы управления
Есть три основных элемента в контуре управления: датчик (чувствительный
элемент, измеряющий тот или иной параметр процесса), регулятор (компьютер,
снабжённый алгоритмом управления) и манипулируемая переменная (конечный
управляющий элемент). На простом контуре управления расходом (рис.3) - это
расходомер, ПИД-регулятор и управляющий клапан. В более сложном контуре
управления эти элементы могут включать динамическую модель мельницы
полусамоизмельчения, экспертную систему «контроллер» и регулятор скорости подачи
питания в мельницу. Детальный качественный анализ измерений должен быть
первым шагом в работе любого цикла измельчения
.
Рис. 3. Пример аппаратуры для замкнутого контура управления.
Измерения
Надёжные и точные измерения - основа хорошего управления. Во всех случаях качество
измерения должно быть известно, чтобы гарантировать его использование в стратегии
управления. Неточные, ненадёжные измерения трудно поддаются обработке. Кроме
того, кондиционирование входных сигналов должно делать их подходящими для
использования. Например, в простой цепи измерения расхода, цифровая фильтрация
замера расходомера должна обеспечить регулятору возможность не реагировать на
высокую частоту шума, а только на огибающую «реального» процесса. В более
сложном, основанном на использовании модели контуре, относительная надёжность
входов для модели мельницы будет даваться более ли менее взвешенной,
предпочтительно со смещением результата вперёд, что делает более надёжным
измерение. Кондиционирование сигналов является, поэтому, суммарным шагом в
достижении надёжных измерений процесса.
Кондиционирование сигналов
Время снятия отсчётов, цифровая фильтрация и сглаживание - вот три важнейших
составляющих кондиционирования сигнала. Выбор подходящего времени снятия
отсчётов - ключ к эффективному определению точной динамической информации о
функционировании процесса. Для скоростей исходного питания и объёмных расходов
материальных потоков в связи со значительными их изменениями в циклах само- и
полусамоизмельчения важно выбрать время цифрового снятия отсчёта
подходящим для всех условий работы. Например, как только скорости питания
возрастают, постоянные времени процесса в приёмных коробках насосов (т.е. время
задержки) будут снижаться, потенциально требуя более высокой частоты вращения
двигателей насосов для адекватного регулирования уровня. Слишком малое время
снятия показаний будет вызывать излишние запросы к подсистеме сбора данных и
получение шумовых сигналов может заставить контроллер реагировать на шум
высокой частоты вместо полезного сигнала процесса (как ранее упоминалось). Отбор
сигналов при слишком медленной скорости для процесса с неточно представленной
динамикой приводит, в результате, к плохой работе регулятора. Рекомендуется
достаточно высокая частота отбора для обработки всех предугадываемых
обстоятельств.
Фильтрация, - есть методика, используемая для снижения влияния на измерение
шума процесса при оставлении важной информации, содержащейся в сигнале.
Фильтрация может делаться на уровне измерительного средства, где обычно
используются аналоговые фильтры для удаления высокочастотного шума (с
появлением smart - инструментов появились цифровая фильтрация на уровне
пространства измерительных средств). Общие формы фильтров следующие:
«экспоненциальный» фильтр, который придаёт больший вес недавно полученным
замерам; фильтр «скользящего среднего», который обрабатывает все последние
ординаты с тем же самым весом. Обе методики эффективно удаляют высокочастотный
шум, но могут передемпфировать процесс, когда слишком велика память фильтра
(«передемпфирование» делает процесс более инерционным путём увеличения
кажущейся постоянной времени).
«Неровность» сигнала - есть проблема, которая возрастает с качеством дискретного
считывания сигналов для цифровых контроллеров. Сигнал может быть снят слишком
медленно для частоты изменчивости процесса и может сделать процесс кажущимся
много менее изменчивым, чем на самом деле. Это есть основа неравномерности и если
её не выявить, то это будет вызывать соответствующую перестройку цифровых
фильтров и, в результате, ПИД-регуляторы будут плохо работать. Более того, ПИДрегулятор будет реагировать для компенсации на «неровный» сигнал вместо полезного.
«Неровность» - есть потенциальная проблема при использовании фильтров
«скользящего среднего».
4.Пространство измерительных средств
При рассмотрении этой проблемы сфокусируем внимание не столько на специфике
самих датчиков, сколько на проблемах связанных с их использованием для
управления.
Весоизмерители.
Измерение тоннажа на конвейерных весах всегда требует некоторой фильтрации
сигнала. Сильно изменчивые исходные результаты замера тоннажа могут содержать
броски сигнала, превышающие заданные пределы шкалы (называемые saturation),
приводящие к неправильному замеру. Питатели обычно имеют время реакции от 4 до
10 секунд, так что вариации с частотами меньшими, чем 0,25 цикла в секунду должны
быть удалены подходящим фильтром. Настройки регулирования калибровки - есть
ключ к правильной организации измерения на конвейерных весах.
Расходомеры.
Для контроля объёмных расходов воды и пульпы широко используются магнитные
расходомеры. Инструменты обычно надёжные и требуют мало внимания при
эксплуатации, если установлены в правильном месте. Клапаны управления расходом
обычно быстродействующие, так что измеренные расходы не требуют большой
фильтрации. Малые изменения расхода могут быть немедленно скорректированы
небольшими изменениями в положении клапана. Однако, на протяжённых линиях
устранение этих многочисленных незначительных изменений будет приводить к
увеличению срока службы управляющего клапана без значительного влияния на
процесс измельчения. То же самое справедливо в отношении сигналов расхода,
используемых в расчётах, где быстрые вариации в положении клапана могут и
должны быть предотвращены.
Плотность.
Ядерные датчики плотности - почти повсеместно распространенные приборы,
используемые для контроля плотности пульп в циклах измельчения, хотя
датчики перепада давления иногда используются на зумпфах, спиральных
классификаторах и колонных флото-машинах. Плотность пульпы преобразуется в
процент твёрдого расчётным путём с использованием средней плотности твёрдой
фазы. Обычно измеряется плотность питания гидроциклона (и плотность слива тоже,
хотя получение полезного сигнала здесь бывает трудным). Успешные замеры слива
циклона могут быть получены, однако, путём направления части потока через
анализатор на потоке (например, монитор крупности частиц). Рассчитанная для
установившегося состояния плотность слива гидроциклона также используется в
некоторых схемах управления.
Мощность.
Точный мониторинг (и регулирование) потребляемой мощности мельницы важно
виртуально для всех схем управления мельницами и обязательно для большинства
мельниц само- и полусамоизмельчения. Электро- и электромеханические
измерители обычно используются для измерения потребляемой мощности мельниц и
дробилок. Сигналы мощности мельниц часто содержат лишь некоторый шум и,
соответственно, требуют некоторой степени фильтрации. В то время, как сигналы
мощности дробилки обычно очень шумные и должны быть тщательно отфильтрованы.
Давление масла.
Давление масла в подшипнике мельницы (т.е. обратное давление в магистрали
гидростатики) является крайне важным для мельниц само- и полусамоизмельчения и
требует специального внимания, как очень информативный сигнал о загрузке этих
мельниц. Замеры давления в подшипнике важны, как для питания, так и для механики
работы мельницы и могут показать вариации во вращении мельницы. Если вариации
питания и механики правильно отфильтрованы, то любое истинное изменение
давления подшипника обнаруживается. Если применяется слишком сильная
фильтрация, изменения в давлении подшипника демпфируются, приводя в результате
к неоправданному и неправильному кажущемуся времени задержки. Главный
частотный шум сигнала давления в подшипнике пропорционален удвоенной частоте
вращения мельницы. Если этот сигнал измеряется слишком медленно, то
возникают неправильность и соответствующие проблемы в управлении.
Успешными методиками фильтрации являются основанные на частоте (FFT быстрое преобразование Фурье) и подавлении шума. Так как давление в подшипнике
чувствительно к температуре и качеству масла (влияние вязкости) логично включение
компенсации дрейфа сигнала.
Вес мельницы.
Вес мельницы, - ключ к измерению в классических стратегиях управления мельницами
само - и полусамоизмельчения. Вес мельницы в настоящее время измеряется с
помощью нагрузочных элементов, стратегически расположенных под подшипниками
мельниц и является реальной заменой датчиков давления масла в подшипниках, хотя
часто используются оба сигнала. Преимущество нагрузочных элементов перед
давлением в подшипнике в их контроле абсолютного веса и снижении сигнала
помехи, зависящего от вязкости масла, температуры и других эффектов. Они
устанавливаются на новых мельницах как модификация поставки. Недостатки их в
относительно большей стоимости по сравнению с датчиками давления масла и дорогая
замена при неисправности. Установка должна осуществляться тщательно, так как при
неправильной установке может возникать значительная ошибка измерения (т.е.
необходимо монтировать измерительные кабели подальше от силовых и использовать
провода соответствующей длины для эквивалентного сигнала затухания).
На больших мельницах полусамоизмельчения нагрузочные элементы устанавливаются
под неприводным концом мельницы. Этот «концевой вес» используется для калибровки
нагрузки мельницы. Перед запуском мельница заполняется водой и элементы
калибруются по известной массе. При этой первоначальной калибровке часть веса от
нагрузочных элементов (т.е. на неприводном конце) принимается за константу на
весь срок службы мельницы и используется для определения содержимого мельницы
при различных состояниях нагрузки, встречающихся при работе мельницы.
Данные от нагрузочных элементов также содержат информацию об условиях работы
лифтёров. Извлечение, анализ и использование этой информации для эксплуатации
и управления является интересным направлением дальнейших исследований.
Шум.
Широкий спектр шума, генерируемого содержимым работающей мельницы, включает
информацию о внутренних процессах и является многообещающей областью для
будущих разработок по управлению мельницей. Раньше интенсивность шума в
определённой полосе частотного спектра использовалась для управления питанием
мельницы или скоростью мельницы, но не без некоторых проблем (например,
шумовой сигнал мог быть при пустой мельнице подобен сигналу при хорошо
работающей мельнице и являлся функцией измеряемой частоты, типа руды и т.д.).
В недавних исследованиях оборудование компьютерного модема использовалось
для непрерывного цифрового преобразования и декомпозиции акустических
сигналов и последующего определения как положения, так и природы ударов частиц о
футеровку. В одном случае характеристический спектр каждого типа события в
мельнице полусамоизмельчения (камень о камень, шар о футеровку и т.д.)
использовался для определения относительной доли каждого события. В другом
случае, количество пиков интенсивности в определённой частоте спектра
подсчитывалось для определения числа ударов шаров о футеровку в секунду.
Подходящие микрофоны и кондиционирование сигналов требуется, поэтому для
изоляции важнейших частот.
Изображения.
Вижн-системы используют в циклах само- и полусамоизмельчения и дробления для
качественной
характеристики
питающих
материалов.
Гранулометрическая
характеристика материала на ленте конвейера измеряется с помощью одной из
нескольких
применяемых
в
промышленности
систем,
основанных
на
изображениях.
Системы
варьируются
в
методиках,
используемых
для
манипулирования двухмерным видеоизображением для производства трёхмерного
распределения по крупности. Конверсия должна пояснить различие в ориентации
расслоения частиц на ленте конвейера и проблемы, связанные с перекрытием
частиц друг другом. Во всех случаях двухмерного изображения п ервое
обрабатывается для очерчивания границ частицы, где в одной системе для
очерчивания контура частицы используется эквивалентный по площади эллипс, а
эмпирическая коррекция применяется для преобразования этого в гранулометрическую
характеристику распределения частиц по крупности; а в другой, - длина хорды,
пересекающей частицу используется для определения их крупности и распределения.
Дискуссия продолжается в пользу каждой и их полезности для управления, но в обоих
случаях некоторые изображения нуждаются в анализе для производства статистически
значимого количества замеров.
Модели (феноменологические).
Модели процесса представляют другую форму технологических «измерений».
Математические модели, так называемые «мягкие датчики» {soft sensors), могут быть
использованы для представления оценок значений параметров процесса, которые либо
трудно измерить (например, измельчаемость руды или заполнение мельницы), либо
ключевых физических измерений, требующих дублирования. Первые основываются на
феноменологических моделях, которые разрабатываются исходя из глубокого знания
процесса. В случае само- и полусамоизмельчения они могут описывать зависимость
между мощностью, давлением, скоростью мельницы и скоростями измельчения. Эта
методика также снабжает модель структурой, которая может быть использована для
описания цикла в целом.
Такие модели являются текущими при использовании и применяются для оптимизации
алгоритмов, которые определяют входные величины, необходимые для наилучшего
соответствия предопределённому рабочему критерию. Эти модели также можно
использовать для прогноза ближайшего будущего поведения цикла.
Методика фильтров Калмана обеспечивает механизм для регулировки параметров
модели согласно последнему действительному измерению процесса. Предсказанные
моделью значения и измеренные технологические переменные взвешиваются в
соответствии с их относительной реальностью и используются для обновления
коэффициентов модели. Вновь откалиброванная модель используется до тех пока,
пока не станет доступным новое измеренное значение параметра; процесс повторяется
с заданной цикличностью. Модернизируемый процесс непрерывен и особенно полезен,
если время между считываниями длительное (например, мультиплексированный
анализатор крупности частиц может давать результат по крупности частиц каждые
30 минут с оценочными значениями, рассчитываемыми каждую минуту между
замерами). Фильтр Калмана в комбинации с феноменологической моделью, также даёт
дублирование «измерения», должен был бы заглушить измерения на процессе. Вновь,
используя пример анализатора крупности частиц, следовало бы линии питания
анализатора закрыть вызывая потери сигнала, затем оценки модели могут быть
использованы в промежутке времени, пока анализатор ремонтируется.
Модели (нейронные сети).
Нейронная сеть (NN) есть математическая модель, которая пытается использовать
функцию мозга очень простым способом. Она состоит из технологических
элементов, - аналогов биологических нейронов. Нейроны, каждый из которых
имеет ряд внутренних параметров, называются весами. Изменение весов будет
изменять реакцию сети в соответствии со стимулами (например, входа, измерения и
т.д.). Технологические элементы, обычно организованные в группы, называются
слоями с типовой сетью, состоящей из одного или более слоев. Сеть
взаимодействует с внешним миром через взаимосвязи в некоторых из слоев со
входными и выходными буферами. Входной буфер содержит данные, представленные
сети, а выходной, - соответствующие реакции сети. Целью является выбор весов для
всех нейронов в сети для того, чтобы достичь желаемого соответствия между входами
и выходами. Этот процесс осуществляется автоматически самой сетью и известен как
тренинг или обучение.
В случае применения для целей управления могут потребоваться две сети. Первая
сеть тренируется на модели фабрики. Она обычно используется для анализа
состояния процесса. Вторая сеть может тренироваться на управлении путём
использования первой сети для пересчёта потребного управляющего воздействия. Это
управляющее воздействие потом становится желаемым выходом для обратного
продолжения тренинга сети «регулятора».
Скорости изменения.
Расчётная скорость изменения, хотя, строго говоря, не является принадлежащей
пространству измерений, может быть очень полезным управляющим сигналом.
Например, перегрузки по причине повышения вязкости загрузки шаровых мельниц,
характеризуются быстрым падением мощности мельницы, что необходимо
дифференцировать от допустимых тенденций затяжного снижения мощности и
обычного шума процесса. Мониторинг скорости изменения мощности, потребляемой
мельницей, даёт ключевой индикатор, который можно использовать для запуска
корректирующего воздействия перед физическими проявлениями перегрузки (исключая
скрап и стальные обломки из разгрузки мельницы). Подобным образом, мониторинг
скорости изменения мощности и нагрузки мельницы само- полусамоизмельчения
есть ключ для внедрения классического регулятора мощность/нагрузка питания
мельницы. Скорости изменения могут быть рассчитаны с использованием простой
разницы между соседними значениями за период времени, разница между
текущим значением и сильно отфильтрованной величиной, линейная регрессия от
набора точек в функции времени и кумулятивная сумма разностей по отношению к
эталону.
5.Сервомоторы
В цикле измельчения имеется ограниченное количество манипулируемых
переменных. Несмотря на то, что существует много возможных измерений и
справочных величин, схемы управления могут манипулировать только одной из
следующих величин:
Тоннаж.
Питание цикла измельчения является одним из главнейших механизмов управления. В
зависимости от целей цикла измельчения может понадобиться одна из следующих
стратегий: фиксированный тоннаж или максимальный тоннаж. В мельницах само- и
полу самоизмельчения тоннаж может быть единственным эффективным механизмом
управления. Обычно условия производства диктуют, что стратегии супервизорного
управления увеличивают тоннаж как один из первых корректирующих шагов, а
снижение тоннажа как один из последних. Обычно питающим тоннажом манипулируют
регулируя скорость соответствующего питателя под бункерами мелкой руды или
крупной руды со складов. Динамика питателя и длина конвейерной ленты могут
диктовать использование более сложных алгоритмов управления, включающих учёт
времён запаздывания и/или мультипитание.
Вода.
Добавка воды в цикл измельчения используется для поддержания плотности питания
первичной мельницы (например, соотношение руда/вода в питании), поддержания
реологии во вторичной мельнице, манипулирования циркулирующей нагрузкой шаровой
мельницы (например, поддержания заданного значения плотности питания циклона),
и/или управления плотностью слива циклона. Вода часто подаётся по соотношению или
по каскадной схеме от первичного регулятора, например, подача воды в мельницу от
регулятора исходного тоннажа, или подача воды в питание циклона от регулятора
плотности питания циклона.
Скорость насоса.
Скорость насоса часто используется для регулирования уровня в зумпфе насоса
в лице изменений в скоростях исходного питания и/или циркулирующих нагрузок. Они
обычно полезны в циклах само- полусамоизмельчения, где скорости исходного питания
будет необходимо изменять для получения необходимых условий в загрузке
мельницы.
Скорость мельницы. Мельницы с переменной частотой вращения барабана
рассматриваются как необходимость в некоторых, но не индульгенция в других
случаях. Часто капитальные затраты на двигатель с переменной скоростью
перевешивают потенциальную экономическую выгоду от его использования.
Переменная скорость, - потрясающее преимущество, когда изменяется твёрдость
руды, так как она будет оказывать влияние как на скорость измельчения в
мельнице, так и на скорость разгрузки. Это может быть единственной альтернативой
при значительных изменениях в твёрдости руды или крупности питания, которые не
могут быть компенсированы изменениями в подаче тоннажа и/или воды; т.е.
поддержанием либо переработки мельницы, либо сохранением загрузки мельницы.
Наиболее гибким и дорогим двигателем с переменной скоростью является кольцевой
мотор (wrap-around motor), который позволяет изменять скорость непрерывно от 0
об/мин. Кольцевой мотор благоприятен для больших мельниц, где механические
ограничения исключают использование зубчатых приводов. Кольцевой мотор может
служить также как малый привод. Более ограниченным, но менее дорогим приводом
является инвертор с коммутированной нагрузкой (load-commutated inverter - LCI),
который позволяет изменять скорость в более узком диапазоне от 65% до 80% от
критической.
Большие шаровые мельницы также оборудуются кольцевыми приводами. В
ситуациях, когда ожидается значительное изменение в хрупкости и твёрдости руды
за период эксплуатации рудника, приводы с переменной скоростью используются для
сохранения различий баланса в нагрузках измельчения между циклами мельниц
полусамоизмельчения и шарового измельчения.
6.Регуляторы
Регулятор исполняет алгоритмы для манипулирования сервоприводом, основанные на
измерениях процесса и попытках поддержания процесса на заранее заданных
уставках (соотношения, каскадная, дистанционно установленная с помощью
супервизорной подпрограммы или установленная оператором). Регулятором наиболее
общего типа является ПИД-регулятор, хотя другие типы кажется более используются,
например, подпрограммы компенсации «мёртвого» времени.
ПИД-регулирование
ПИД-регулятор является стандартным алгоритмом управления, используемым
виртуально во всех системах автоматического управления. ПИД является настолько
повсеместным, что хорошее понимание его использования и ограничений является
существенным для оптимального управления. При данной уставке и измерению ПИДалгоритм вычисляет свой выход как функцию любой комбинации следующих трёх
величин:
-Пропорциональной, - величина разницы между заданием и измерением,
называемая рассогласованием;
-Интегральной, - интеграл от рассогласования по времени;
-Дифференциальной, - скорость изменения либо рассогласования, либо измерения.
Важным для надлежащей настройки ПИД-регулятора является правильный выбор
интервала опробования. Здесь большое значение имеет частота вариаций сигнала.
Важно понять сможет ли регулятор и/или процесс удалить вариации отдельного
диапазона частоты (например, 20 герц или меньше), или эти вариации слишком
быстрые для удаления и поэтому могут быть проигнорированы. Критическим
является выбор подходящей фильтрации сигнала и констант настройки. Это диктуется
следующими тремя факторами:
-Действительная динамика процесса изменений манипулируемой переменной.
-Желаемая
динамика процесса изменений манипулируемой переменной.
-Количество быстрых и медленных вариаций в исходном измерении по сравнению с
динамикой процесса.
Один фактор, который обычно рассматривается есть выполнение частоты ПИД
контура или интервала опробования измерения (Ts ) . Большинство систем
управления позволяет это время устанавливать для каждой цепи, но оно часто
находится слева от значения, устанавливаемого по умолчанию или чаще
устанавливается в соответствии с загрузкой процессора, нежели условиями
самого процесса. Установка Т, слишком малой вынуждает регулятор реагировать
главным образом на высокую частоту шума, нежели на низкую частоту изменений
процесса. Установка Ts слишком большой может заставить регулятор потерять
важную динамическую информацию. Выбор Ts остаётся субъективным, но должен
удовлетворять следующим соображениям:
1).основанный на физических переменных: - для расхода = 1 сек и
меньше; - для уровня = 5 сек.
2).основанный на реакции открытого контура процесса:
•0,1< TS /Tmax <0,2 , где Ттах - доминантная постоянная времени процесса.
•0,2< T/i < 1,0, где i - мёртвое время процесса.
3).основанное на установках регулятора: Ts > 0,01 Ти, где Ти – время интегрирования
регулятора.
7.Управление процессом цикла измельчения
Уровень управления процессом, т.е. степень описания и сложности может быть легко
представлен. Как показано на рис. 4, увеличение описания процесса приводит к
увеличению работы управления. Автоматическое управление обеспечивает
большую часть бенефиций, получаемых от продвинутого управления. Более высокие
уровни управления требуют большего управления, но вероятно с меньшим
добавлением и можно потребовать получить более высокие показатели.
Предельный теоретический оптимум, может быть, вероятно, никогда не достигнут.
Рис.4. Рост эффективности с уровнем управления по Роджертсу 1985
год).
8.Основные контуры автоматического управления
Минимально допустимый уровень управления процессом есть уровень автоматического
управления. На этом уровне система регулирования просто поддерживает заданные
значения для компенсации возмущений процесса и изменяет уставки. Типичные
контуры автоматического регулирования в цикле измельчения следующие:
• Управление тоннажом питания мельницы (манипулирование скоростью
питателя).
• Управление подачей воды в мельницу (по соотношению к количеству подаваемой
руды).
• Контроль шума мельницы полусамоизмельчения.
• Контроль уровня руды в камере дробления дробилки.
• Управление уровнем в зумпфе насоса (часто с двигателем с
переменной скоростью).
• Управление скоростью подачи воды в классификатор (поддержание плотности
питания циклона).
• Управление давлением в питании циклона (числом работающих циклонов и
песковым отверстием).
• Управление скоростью подачи
поддержания внутренней реологии).
• Управление подачей реагента.
воды
в
шаровую
мельницу
(для
Управление тоннажем питания мельницы
Управляет тоннажом питания мельницы обычно простой контур ПИ-регулирования,
хотя из-за времён запаздывания и шумов возникают проблемы при настройке.
Там, где есть рецикл многие операторы предпочитают управлять подачей свежего
питания, нежели регулировать суммарную нагрузку в отличие от супервизорной цепи,
где учитывается влияние циркуляции. Время запаздывания между питателями и
весоизмерителем является общей проблемой. ПИД-регулятор должен быть
перенастроен (например, настроен на медленную реакцию), если имеется
значительное время запаздывания. В теории д ифференциальная составляющая
алгоритма управления должна быть использована, если время запаздывания
превосходит постоянную времени процесса. На практике, если время запаздывания
более чем в пять раз превосходит время реакции питателей лучше использовать
регулятор компенсации мёртвого времени такой как алгоритм Далина {Dahlin
Algorithm) или предиктор Смита (Smith Predictor) (например, если требуется 10
секунд для питателя, чтобы завершить изменение скорости при времени
запаздывания большем 50 секунд, следует воспользоваться алгоритмом Далена).
Запаздывание между питателями и мельницей может оказаться достаточно
длительным, иногда вплоть до двух минут. Однако значимость этого времени должна
быть сопоставима с временем реакции мельницы (например на изменение тоннажа
питания) перед принятием решения, необходимо ли специальное управляющее
воздействие. На некоторых больших мельницах в последние годы стала
устанавливаться
переменная
скорость
конвейеров,
питающих
мельницу
полусамоизмельчения в расчёте использования скорости ленты и скорости питателя
совместно для ускорения изменений в питании мельницы. Нет неизбежности в
необходимости улучшать качество управления, если схема работает стабильно
и переналажена так, что реакция питателей и конвейера подобна той, что достижима
при единственной цепи управления с фиксированной скоростью ленты. Например, если
как на питателе, так и на конвейере скорость регулируется, то должен быть регулятор с
постоянной времени процесса 100 секунд и временем запаздывания 0 сек; в то время
как при фиксированной скорости конвейера следовало бы иметь регулятор с
постоянной времени 15 сек и временем запаздывания 75 сек, - это компромисс между
постоянной времени процесса и запаздыванием, но запаздывание может быть
эффективно обработано с помощью специальных ранее упомянутых алгоритмов, а
протяжённая постоянная времени требует более медленной реакции.
Управление подачей воды в мельницу
Вода в питании мельницы служит для управления условиями измельчения.
Добавка воды может быть использована для увеличения скорости разгрузки
материала из мельницы. Чувствительность мельниц само-и полусамоизмельчения от
изменений в добавках воды зависит от руды; при мягких рудах обычно
чувствительность меньшая. Вода обычно добавляется и в разгрузку мельницы,
чтобы откорректировать условия работы последующих операций, таких как
грохочение, классификация и дальнейшее измельчение.
Вода в первичную мельницу добавляется в воронку загрузки исходного питания в
соотношении к питающему тоннажу. Для того чтобы гарантировать нужную
плотность пульпы в мельнице следует заметить что в этом случае «тоннаж питания»
есть действительное питание мельницы; например, свежее питание плюс рецикл
(как галька или пески классификатора и т.д.). Заметим, что весоизмеритель может
находиться на значительном расстоянии от мельницы, так что замер тоннажа может
нуждаться в учёте времени запаздывания. Управление подачей воды может быть
организовано либо по соотношению, либо по расчётному значению плотности.
Шум/скорость мельницы полусамоизмельчения
Для регулирования скорости мельницы полусамоизмельчения может быть использован
регулятор. Контур регулирования шума, - каскадный по отношению к заданию
регулятора привода. На некоторых установках регулятор шума каскадный к
регулятору скорости в системе управления мельницей, которая в свою очередь
устанавливает задание регулятору привода мельницы. В этой последней тройной
каскадной конфигурации однако «экстра» цепь факультативно служит как
дополнительная стадия фильтрации и замедляет общее быстродействие управления.
Следовало бы её исключить для упрощения наладки регулятор шума.
Управление скоростью по шуму может быть использовано для предохранения
обечайки мельницы и как регулировка нагрузки мельницы (например, регулирование
скорости перед пересортировкой при снижении тоннажа питания). Возрастание скорости
мельницы обычно приводит к увеличению шума мельницы и наоборот.
Управление уровнем материала в дробилке
Короткоконусные дробилки часто используются для дробления материала рецикла в
схемах само- полусамоизмельчения. Эффективность дробления высока, когда уровень
в питающей камере дробилки может манипулироваться при запрессовке питания.
Логичней регулировать объединённый рецикл дробилки, хотя это дороже. Мониторинг
мощности и управление питанием дробилки используются как защита от перегрузки. На
питании дробилки необходимы механические устройства байпассного типа для отвода
кусков металла (прохождение под магнитами или другими защитными
устройствами) и обеспечения непереполнения камеры дробления. Сглаживающий
бункер с управляемым питателем обеспечивает буфер и временный рельеф при
высоких скоростях питания, но не может поддерживать малую скорость питания, когда
бункера заполнены. Байпас питания должен всегда быть в наличии. Ручное или
автоматическое управление разгрузочной щелью дробилки даёт дальнейшую
регулировку, если забивка питающей камеры не может быть устранена или уровень в
ней слишком велик.
Управление уровнем в питающей коробке насоса
Управление уровнем в питающей коробке насоса требуется для поддержания
сбалансированной работы цикла измельчения. Важно не столько точное
поддержание заданного уровня в коробке, сколько недопущение перелива или
опорожнения её. Переполнение коробки приводит к переливам, которые
необходимо убирать и перерывам в измерениях на время уборки,
неконтролируемой воде в процессе и к увеличению возможности химического
заражения (например, попадание масла во флотацию). Очень низкий уровень в
приёмной коробке приводит к кавитации, возмущениям потока пульпы и негативному
влиянию на работу циклона. Обычно стараются держать уровень в верхней части
коробки насоса (например, 70% задание по уровню ± 25%). Уровень часто определяют
ультразвуковым устройством и регулируют с помощью насоса с переменной скоростью.
На насосе должно быть ограничение по нижнему пределу скорости, дабы избежать
слишком малых скоростей при которых возможно оседание пульпы в пульпопроводах.
В случаях, когда насос имеет фиксированную скорость, добавкой воды манипулируют
для поддержания уровня. Эта процедура удовлетворительна только тогда, когда ниже
следующие аппараты могут легко компенсировать изменения в плотности. Если насос
работает в замкнутом цикле с гидроциклоном, то манипулирование водой для
управления уровнем осложняет работу цикла, поскольку это возмущения на плотность
питания циклона и циркулирующую нагрузку (т.е. изменения эффективности
классификации с изменением плотности питания). Предпочтительнее управлять
уровнем изменением скорости насоса, т.к. в этом случае мы имеем более прямое
«измерение» на реакцию «сервомотора».
Управление скоростью подачи питающей воды в классификатор
Вода, добавляется в питание классификатора для манипулирования/поддержания
плотности питания классификатора (особенно с гидроциклонами) и циркулирующей
нагрузки; часто добавляется оператором путём введения задания, но может быть
каскадное управление от регулятора плотности питания циклона или массового
расхода. Замечено, что много воды может потребоваться для поддержания задания по
плотности, если цикл работает нестабильно, или задание по плотности монотонно
долго держится на одном уровне, - слишком высоком или слишком низком. Логика
управления должна была бы предусмотреть защиту от сползания уставки по скорости
подачи воды к слишком высокой или слишком низкой.
В некоторых случаях управление плотностью передаётся непосредственно на
управляющий клапан (например, цепь прямого воздействия, а не каскадная схема).
Эта практика может вызвать срыв в управлении, если датчик плотности станет
неисправным, или цикл слишком нестабильным. Следовало бы в случае
неисправности регулятора плотности по любой причине, переходить на ручное
управление манипуляцией положения клапана с обратной связью по скорости
расхода. Ясно, что задание по скорости расхода предваряет уставку положения
клапана, особенно, если известно, что давление в магистрали изменяется.
Там, где поддерживается заданное содержание твёрдого в продукте классификации
(например, слив циклона), задание на подачу питающей воды в классификатор обычно
регулируется по данным расчёта массового баланса на потоке. Продукт классификации
не часто легко измеряется и обычно не возможно получить реальное значение
содержания твёрдого по результату измерения вследствие проблем с
трубопроводами и измерительными средствами для прямого управления плотностью.
Управление давлением на входе в циклон
Управление давлением в питании циклона необходимо, если наблюдаются
большие колебания в циркулирующей нагрузке (как можно ожидать для циклов самополусамоизмельчения). Циклоны должны работать эффективно при стабильной
скорости потока в питании и постоянном рабочем давлении. Когда давление
становится слишком большим, следует добавлять количество циклонов и наоборот.
Этот процесс может быть автоматизирован через использование пневматически
управляемых ножевых клапанов, связанных с регулятором давления на магистрали
питания циклона. Для успешного управления циклонный коллектор должен иметь
достаточное количество циклонов, так, чтобы добавление или удаление одного
циклона не приводило к сильным возмущениям в цикле. Обычно пять или шесть
рабочих циклонов является минимальным. Регулятор может быть настроен на
открытие циклона, когда давление выше задания плюс зона нечувствительности и
закрытие циклона, когда давление ниже задания минус зона нечувствительности. Эта
зона нечувствительности является важной, поскольку гарантирует, что циклоны не
открываются и закрываются слишком часто. Управление давлением в циклоне может
также быть связано со скоростью питающего циклоны насоса для того, чтобы
обеспечить постоянный расход на циклон.
Управление скоростью подачи воды в питание шаровой мельницы
Иногда подача воды в питание шаровой мельницы необходима для поддержания
подходящей реологии в мельнице; например, если непосредственные пески
классификатора содержат слишком мало воды, вызывая перегрузки из-за повышенной
вязкости. Это может случиться, когда перерабатываются руды со значительным
содержанием глины. Вода в шаровую мельницу обычно добавляется оператором,
меняющим задание до уровня достаточного для приостановки перегрузки. Слишком
большое количество воды может уменьшить плотность пульпы в мельнице и привести к
потере эффективности измельчения. Добавка воды в питание классификатора
включает любую воду в питании мельницы и общий регулятор воды в питании
используется для управления добавкой воды в зумпф питания классификатора.
Управление подачей реагента
Во многих установках в цикл измельчения добавляются реагенты. Типичный пример, добавка извести для поддержания определённой величины рН в питании флотации.
Реагенты могут добавляться в сухом виде на ленту конвейера или в жидкой форме в
точку подачи воды в мельницу. Реагенты могут подаваться в заданном соотношении к
тоннажу питания или по содержанию металла; например, вспениватель по питающему
тоннажу, а коллектор по содержанию металла. Для обеспечения обратной связи на
регулятор рН может использоваться датчик рН. Динамика реакции рН и каждой точки
подачи извести должна быть измерена. Во многих случаях известь добавляется в
заданном соотношении к питанию мельницы полу-самоизмельчения, а затем в питание
шаровой по рН-регулятору. Кривая разгона изменения рН при подаче извести по
каналу питание мельницы полу-самоизмельчения - слив циклона очень близка к
аналогичной по каналу питание шаровой мельницы - слив циклона. В этом
случае есть преимущества в регулировании подачи извести параллельными
клапанами, а не последовательными.
9.Супервизорное управление
Управление мультипитанием
Питание в первичную мельницу регулируется изменением скорости одного или
нескольких питателей. Контур управления тоннажом должен иметь возможность
устранения возмущений (автоматическое управление) и реагировать на изменения
заданий (управление сервоприводом). В больших установках управление подачей
руды осуществляется двумя и более питателями одновременно. Соотношение
скоростей между этими питателями манипулируется для достижения желаемой смеси
руды или профиля уровня на складе. Важно обеспечить, чтобы изменения в
соотношении питателей не приводили к возмущениям в системе управления подачей
руды в мельницу. Это включает старт и остановку питателей, которая эквивалентна
изменению числа питателей от заданного до нуля. Система управления
мультипитанием используется для того, чтобы настроить управление тоннажом
независимо от числа работающих питателей и их соотношения.
В качестве примера рассмотрим систему управления мультипитанием, состоящую из
трёх питателей, где 1% изменения скорости одного питателя даёт изменение тоннажа
в 11,2 т/ч. Если скорость каждого из питателей просто манипулировалась выходным
сигналом регулятора тоннажа (WIC) путём соотношения (например, доля питания,
подаваемого данным питателем), коэффициент усиления оказался бы различным для
регулятора в зависимости от используемого соотношения, как показано в табл. 1.
Это требует изменения настройки регулятора тоннажа в зависимости от
соотношения питателей.
Таблица 1
Пример управления соотношением питателей без компенсации.
Изменение
Изменение
выхода WIC соотношения номеров
контура
питателей
1
2
3
+ 1%
2
3
4
+ 1%
0,5
0,8
1,2
Изменение скорости на
соответствующем
питателе
1
2
3
+ 2%
+3%
+4%
+0,5% +0,8% +1,2%
Изменение
тоннаже
в
78,4 т/ч
28,0 т/ч
Для того, чтобы сделать настройку WIC контура независимой от конфигурации
питателей, скорость питателя рассчитывается с использованием следующего
выражения:
Скорости = (WIC.СО • N) • соотношение /(Е( соотношенииеi• статусi),
где скорость - выходная скорость питателя, WIC.CO - выходной тоннаж регулятора (%),
N- номер установленного питателя, соотношение i - го питателя, статус - статус i - го
питателя (1=работа, 0=остановка).
Использование уравнения, например, для данных таблицы 3.1 позволяет
пересчитать, как показано в табл.2 настройку тоннажа регулятора неизменной.
Заметим, эта схема реализуется при постоянном коэффициенте усиления (тоннаж на %
скорости). Коэффициент усиления питателя может изменяться со скоростью;
включение линеаризации позволяет сделать коэффициент усиления постоянным для
регулятора. Кроме этого, запаздывающее звено и фильтр могут быть добавлены, так
чтобы реакция 2-го и 3-го питателей оказалась той же самой, что и первого.
Например, рассмотрим установку, показанную на рис. 5 (см.ниже), где время, для
прохождения конвейрной ленты между питателями (t1-2 и t2-3) сопоставимо с временем
изменения скорости питателей.
Пример управления соотношением питателей с компенсацией.
Изменение
Изменение
выхода WIC соотношения номеров
контура
питателей
1
2
3
+ 1%
2
3
4
+ 1%
0,5
0,8
1,2
Изменение скорости на
соответствующем
питателе
1
2
3
+ 0,7%
+1%
+1,3%
+0,6%
+1%
+1,4%
Таблица 2
Изменение в
тоннаже, т/ч
33,6
33,6
Если соотношение питателя 1 уменьшается, то скорость питателей 2 и 3 должна быть
увеличена, чтобы получить тот же самый тоннаж, который показан как высота слоя
материала на ленте. Питатели 2 и 3 должны ждать до тех пор пока участок ленты,
который был под питателем 1, когда скорость его упала, не достигнет их перед
изменением их скоростей.
Рис. 5. Множественная разгрузка питателей на конвейерную ленту.
Управление тоннажом мельницы самоизмельчения по соотношению
мощность/давление
Работа мельницы полусамоизмельчения есть функция её загрузки. Объём и масса
загрузки редко измеряются в промышленности, но обычно оперируют с мощностью
привода и массой мельницы либо напрямую, либо с использованием программного
датчика (soft sensor) или непосредственно в логике управления. Масса загрузки в
мельнице управляется изменением тоннажа питания (материал в мельницу) или
скоростью разгрузки (материал из мельницы). Скоростью разгрузки можно
манипулировать изменением скорости подачи воды или скоростью мельницы.
Характеристика любой данной мельницы требуется для выбора подходящей структуры
управления.
Наиболее общим методом управления загрузкой мельницы является использование
веса (или давления) и/или регулятора мощности для манипулирования тоннажем
питания. Выбор между мощностью и весом/давлением зависит от процесса и
условий работы мельницы. В различных схемах применяют комбинации мощности
и веса/давления. В о д н о й и з р а б о т о б с у ж д а е т с я т р ё х к а с к а д н ы е к о н т у р ы
мощность/нагрузка/тоннаж или мощность управляет скоростью изменения мониторинга
мощности и давления. Все упомянутые схемы более или менее успешны до
определённой степени, но имеют ограничения в эффективности в силу
ограниченностей, присущих структуре ПИД-регуляторов.
Прямое ПИД-управление мощностью обычно проблематично вследствие
зависимости на мельницах само- и полусамоизмельчения от перегрузки (т.е.
снижение мощности мельницами само- и полусамоизмельчения, когда они
попадают в условия перегрузки) и того обстоятельства, что максимальная
мощность привода не всегда соответствует максимуму производительности,
особенно для мягких руд. В этом случае можно предпочесть управление нагрузкой (при
оптимальном уровне). На мельницах с переменной скоростью вращения барабана
мощность используется для блокировки. При любом типе управления реакция на
управляющее воздействие обычно медленная и должно использоваться execution
frequency . Использование ПИД-регулятора часто не годится.
Перегрузка мельницы полусамоизмельчения
Определение и предотвращение перегрузки мельницы полусамоизмельчения
является одной из важнейших подпрограмм супервизорного управления.
Классически перегрузка мельницы полусамоизмельчения определяется по падению
приводной мощности с соответствующим увеличением нагрузки мельницы (например,
возрастание веса или давления в подшипниках). При условиях перегрузки настолько
много материала аккумулируется в мельнице, что это препятствует движению
загрузки, вызывая падение эффективности работы мельницы и дальнейшее
накапливание материала. Когда объём загрузки возрастает, её центр тяжести
перемещается в направлении к осевой линии мельницы, приводя к падению
мощности. Больший объём загрузки, однако, даёт повышение давления масла в
подшипниках (и массы мельницы) в то же самое время.
На больших мельницах полусамоизмельчения, перерабатывающих мягкие/тонкие руды
падение мощности может быть не очевидным, так это возникает только при очень
больших нагрузках (возможно вне диапазона рабочих условий мельницы) и
единственный способ определения перегрузки заключается в чистом приросте веса
мельницы. Если условия перегрузки сохраняются объём загрузки может вырасти очень
значительно вплоть до вываливания из мельницы или давления на загрузочную
воронку мельницы приводя иногда к механическим повреждениям. Точные условия,
которые идентифицируют перегрузку для данной мельницы должны определяться
путём наблюдения. Действия, которые следует предпринять для коррекции условий
работы мельницы с целью ликвидации перегрузки должны быть специфическими для
каждой мельницы.
Обычно управляющая логика проверяет скорость изменения мощности и давления
(или веса) для определения приближения перегрузки и автоматического включения
корректирующих действий, например, ограничения тоннажа наполовину. Важен
метод измерения скорости изменения.
Управление тоннажом и скоростью мельницы полусамоизмельчения
Нагрузка в мельнице полусамоизмельчения будет изменяться с изменением свойств
руды и может привести к серьёзным предперегрузочным и перегрузочным состояниям,
если своевременная коррекция не произведена. Относительное влияние тоннажа,
скорости мельницы и питающей воды на нагрузку для любой мельницы должно быть
определено из наблюдений за мельницей перед разработкой подходящей стратегии
управления
нагрузкой.
Общая
стратегия
управления
в
мельницах
полусамоизмельчения, где целью является максимальный тоннаж, заключается в
попытке подачи дополнительного тоннажа как реакции на снижение нагрузки.
Подобным образом, урезание тоннажа, как первая реакция на увеличение нагрузки.
Разгрузочная щель дробилки
Дробилки используются в циклах измельчения, для того чтобы ускорить
разрушение крупных фракций, которые измельчаются не эффективно в мельнице
(например, общеизвестные классы «критической крупности»). Производительность
дробилки регулируется шириной разгрузочной щели. Супервизорный контур
оценивает аккумуляцию материала в цикле измельчения для определения,
существуют ли в цикле измельчения проблемы, которые могут быть решены
изменением разгрузочной щели дробилки. Современные дробилки имеют
возможность автоматического регулирования щели на закрытой стороне. Эти дробилки
имеют обычно логику от производителя для открытия щели, основанную на
чрезмерной вибрации или приводной мощности и закрытии щели по мощности.
Использование схемы автоматизации дробилки может иметь значительное влияние на
производительность. Так, например, для цикла мельница полусамоизмельчения шаровая мельница - дробилка (SABC) стратегия управления будет определять должна
ли щель быть отрегулирована на весь накопленный в рецикле тоннаж, или если
дробилка поддерживается на минимальной щели с любым тоннажем, который не может
быть издроблен простым обходом (bypassing) дробилки.
Циркулирующая нагрузка шаровой мельницы
Циркулирующая нагрузка есть количество материала, возвращаемого в мельницу из
классификатора, выраженное в процентах от питания цикла. (Во многих циклах
классификатором является циклон и поэтому здесь мы будем использовать
иллюстрацию к подобному циклу). Циркулирующая нагрузка не может быть легко
измерена непосредственным способом, но может быть выведена из скорости питания
циклона (измерение плотности и расхода питания) и/или изменений уровня пульпы в
питающей коробке циклона или скорости питающего циклон насоса и давления
(например, увеличение циркулирующей нагрузки определяется по увеличению
давления, измеренной скорости насоса и/или увеличения уровня в зумпфе насоса).
Давление в циклоне и управление скоростью питающего циклон насоса используются
для изменения производительности классификатора чтобы получать различные
циркулирующие нагрузки. Есть два независимых механизма для изменения
циркулирующей нагрузки:
-Изменение скорости питания цикла. Увеличение скорости питания приводит
к
более крупному продукту а также более высокой циркулирующей нагрузке.
Реакция изменений скорости питания умеренно низкая. Цикл движется к новому
равновесному состоянию с максимальным изменением, когда достигается новое
равновесное состояние.
-Изменение расхода воды в питании циклона. Увеличение разбавляющей
воды в питании вызывает немедленное падение граничной крупности разделения
циклона, давая более тонкий продукт. Это вызывает аккумуляцию материала в
цикле
с
увеличением циркулирующей нагрузки. Как только цикл достигнет
установившегося состояния, продукт циклона начинает загрубляться, в конечном счёте
давая
тонину
продукта
ниже
уровня,
бывшего
в
начале,
перед
изменением. Этот процесс может продолжаться от 20 минут до трёх часов, в
зависимости от размера мельницы и циркулирующей нагрузки.
Использование того или иного механизма управления зависит от цели управления.
Управление циклом шаровой мельницы, усложнённым зависимостью между
классификацией и измельчением и является областью, где рекомендуются тщательно
организованная симуляция и фабричные опыты для определения подходящих
управленческих решений. Одно из решений использовать регулятор циркулирующей
нагрузки для управления добавками воды и крупностью продукта регулируя тоннаж
питания.
Баланс между первичным и вторичным циклами
Во многостадиальных циклах баланс между нагрузкой первичной и вторичной (и
третичной) циклами может регулироваться в достаточной степени путём увеличения
производительности. Если цикл вторичной шаровой мельницы работает на
максимальной производительности, супервизорное управление может определить,
если это возможно передачу части нагрузки на первичный цикл. Идеей является
баланс
циклов
такой,
чтобы
оба
использовались
на
максимальную
производительность.
10.Экспертные системы и продвинутые регуляторы
Экспертные системы
Экспертные системы начали широко использоваться для мониторинга и управления
интерактивными механизмами в циклах измельчения и особенно популярны для
больших циклов, где экономические бенефиции даже при небольших улучшениях в
работе весьма значительны. Различные авторы показали успешные результаты с
повышением производительности от 4 до 8%. Призывом к руководству фабрики
является квалифицировать эти «небольшие» бенефиции в свете различных факторов
процесса, которые усложняют расчёты. Разработаны методики тестов случайной
выборки (random period) включено-выключено для точного осуществления такого
«статистически - защищенного» анализа бенефиций. Считается, что вначале
необходимо охарактеризовать цикл, для чего найти подходящую структуру и параметры
управления, которые гарантируют максимальную прибыль от введения экспертной
системы. Это значит, что вначале должна быть определена управляющая стратегия
и только затем должно наступить её применение.
Пока термин экспертная система в настоящее время используется для описания
диапазона решений продвинутого управления, имеются важные различия между
действительным управляющим осуществлением. Термин «экспертная система» строго
относится к системам, которые используют жёсткую или нечёткую логику с
эвристическими правилами, но в нашем случае включают синонимы с более общим
набором элементов, причём экспертная система является их ядром в поддержке
моделей, нейронных сетей и т.д. Согласно Broadly, присущими особенностями систем
являются:
-основанное на правилах управление (жёсткое или нечёткое);
-основанное на правилах управление + модели (программируемые датчики);
-основанное на правилах управление + модели (программируемые датчики) +
модель, основанная на оптимизации.
Экспертные системы измельчения полагаются на инкапсулирование вида анализа и
разработки решения, используемого безупречно тренированным и опытным
оператором. Это знание записывается как сводка взаимосвязанных правил для
производства действий (например, изменения уставок),
основанных
на
превалировании условий цикла. Правила применяются последовательно и
непрерывно и если правильно составлены, будут учитывать все технологические
изменения для исполнения как миниум, на уровне наилучших технологических
команд. Уставки манипулируются для достижения предварительно определённых
целей с технологическими ограничениями с учётом безопасности, установленными
техническим руководством, технологами, менеджерами и т.д. Это позволяет оператору
направлять работу цикла, пока экспертная система находится во взаимодействии и
опознавании и устранении любой из обнаруженных проблем.
Усиление пространства измерений с помощью оценок «мягких датчиков», может
ещё более улучшить управление. Как упоминалось выше, модели могут быть
использованы для предсказания неизмеряемых величин, таких как измельчаемость,
или оценки измеряемых величин (например, между измерениями), основанные на
текущих условиях. Современные методики моделирования позволяют обеспечивать
обновление в темпе с процессом параметров модели, так что модели непрерывно
тестируются по данным нового процесса и перекалибровываются в случае
необходимости. На высочайшем уровне эти модели используются для вычислений
изменений уставок, что позволит максимизировать работу измельчения.
Управление, основанное на правилах
Структура типичного, основанного на правилах регулятора измельчения может
быть проанализирована на последовательно выполняемых элементах как:
-Проверка точности каждого используемого измерения.
-Идентификация любых тревожных сигналов и решение о корректирующих
действиях.
-Анализ цикла для идентификации любых технологических проблем.
-Анализ цикла для идентификации, достигнуты ли цели
и выработка
решения о действии.
-Оценка относительной важности действий и исполнение наиболее важного
действия.
Этот цикл повторяется на каждом интервале управления; например между 20
секундами и одной минутой, в зависимости от динамического быстродействия объекта.
Оптимизация управления, основанная на модели
Когда в модели есть программируемый датчик, она имеет естественное расширение
возможностей использования для формирования оптимизирующего управления.
Модель прогнозного управления (MFS) обычно мультипеременная по природе и
часто включает прогноз поведения мельницы. Одной из основ успешного
применения MFS является создание подходящего критерия оптимизации для
переменных процесса.
Критерий часто включает взвешивание определённых переменных, более важных чем
прочие или штрафование определённых манипулируемых переменных, более важных
чем другие. Например, крупность продукта цикла измельчения является более
важной, чем уровень в зумпфе насоса и манипуляция водой должна
предшествовать манипуляции питающим тоннажом
для
кратковременных
вариаций.
Хотя
это
интенсивно
не используется в обогащении полезных
ископаемых, функция оптимизации может также включать прогнозы по модели.
Функция оптимизации может также включать ограничения (например, ограничения по
производительности оборудования), либо самого цикла измельчения, либо
предшествующих и/или последующих переделов. Разумеется, функция оптимизации
может напрямую включать экономические соображения.
Доля нерешительности в использовании MFS в обогащении полезных ископаемых
заключается в необходимости обеспечения оболочки вокруг главного алгоритма MFS
для гарантии надёжного применения. Эта оболочка может состоять из экспертной
системы, которая проверяет датчики, контролирует предсказывающие способности
модели и гарантирует, что результаты MFS являются достоверными. Можно также
включить составляющую, которая управляет адаптацией параметров модели, так чтобы
модель не пыталась адаптироваться в ненормальных ситуациях, таких как
неисправность датчика.
11.Примеры стратегий управления
Рассмотрим некоторые примеры управления циклами измельчения. Первый пример
касается простой схемы автоматического регулирования, а
включающего управление, основанное на использовании модели.
второй,
-
цикла,
Базовая схема управления циклом
(мельница полусамоизмелъчения / шаровое измельчение)
Простая структура ПИД-регулирования, показанная на рис.6. (см.ниже) включает:
- регулятор давления масла в подшипнике мельницы полусамоизмельчения,
вырабатывающий по каскадной схеме уставку контуру регулирования тоннажа
исходного питания;
- регулирование подачи воды в мельницу в соотношении с суммарным питанием
(свежая руда + тоннаж рецикла);
- регулирование скорости мельницы самоизмельчения по шуму;
- определение перегрузки мельницы
самоизмельчения или сигнала высокой
потребляемой мощности, вызывающее 40% сокращение подачи исходной руды;
- регулирование питания дробилки по уровню рециркуляции (гальки) в дробилке;
- регулирование плотности питания циклона добавкой воды в зумпф;
- регулирование давления в питании циклонов числом работающих циклонов
(например, открытие и закрытие циклонов в зависимости от величины давления);
- регулирование уровня в зумпфе питания циклона скоростью насоса;
- мониторинг крупности слива циклона с помощью анализатора крупности частиц.
Схема продвинутого управления циклом:
(мельница полусамоизмельчения / шаровое измельчение)
AIT - Датчик контроля крупности.
DIT - Датчик контроля плотности.
FIT - Датчик контроля расхода пульпы.
FIC - Регулятор расхода.
PIT - Датчик контроля
PIC - Регулятор давления.
SIT - Датчик контроля скорости.
IIT - Датчик контроля тока
JIT - Датчик контроля мощности
LIT - Датчик контроля уровня
LIC - Регулятор уровня.
WIT - Датчик контроля веса
WIC - Регулятор расхода руды.
XIT - Датчик контроля шума.
Те же самые контуры автоматического управления применяются, как и в базовом
цикле рис. 3 с добавкой основанного на модели компонента. Основанное на модели
оптимизационное управление использует фильтр Калмана для непрерывной
адаптации параметров модели мельницы полусамоизмельчения, модели шаровой
мельницы и модели классификации в циклоне. Оптимизатор, настроенный на
максимизацию, использует входы модели и найденные уставки по тоннажу, расходу
воды в мельницу полусамоизмельчения и плотности питания циклона, которые при
крупности помола, равной 80% по классу - 120 мкм движут агрегат в направлении
более высокой производительности. Экспертная система проверяет эти новые
уставки на предмет разумности, что моделирование точное и что физически цикл в
состоянии воспринять рекомендуемые изменения. Новые уставки затем подвергаются
анализу оператором на набор ограничений (например, оператор ограничивает
увеличение тоннажа ввиду низких уровней руды на складе, ограниченности фронта
флотации и т.д.).
9.Заключение
Стратегии для аппаратурного оснащения и циклов управления измельчением
созрели за последние несколько десятилетий и теперь окружили автоматическое
регулирование через оптимизацию управления. Где раньше были только ПИДрегуляторы единственным подходящим инструментом, теперь можно выбирать из числа
более продвинутых методик. Основы управления циклом, однако, остались
неизменными. Пространство инструментов и ПИД-регуляторы не должны быть
игнорированы при движении к более уточнённым применениям. Установка более
правильных инструментов и эксплуатация, подходящее кондиционирование сигнала,
хорошая настройка контуров и соответствующее выполнение регулятора обеспечивают
стабильную работу на твёрдом фундаменте управления.
Иерархия управления строится на базе регулирования с включением стратегий
супервизора и оптимизации. Автоматическое регулирование даёт стабильность
процессу, супервизорное управление гарантирует адаптацию уставки к изменяющимся
параметрам процесса, а оптимизация управления максимизирует цели тонины или
производительности.