Исследование и разработка системы автоматического управления измельчением золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице

«Блок поиска значения интенсивности подачи исходной руды»  выполняет поиск такого значения интенсивности подачи исходной руды в барабан мельницы, при котором будет достигнут заданный расход фракции крупности не более 0,074 мм. Данный блок реализуется путем построения ПИД-регулятора, объектом управления которого выступает математическая модель процесса измельчения.

Введение данного  блока в сочетании с блоком математической модели позволяет компенсировать инерционность процесса измельчения (~30 минут) и построить систему управления на стандартных ПИД-регуляторах.

Входным параметром данного блока является задание интенсивности выхода фракции крупности не более 0,074 мм (т/ч) , данное значение устанавливается оператором технологического процесса в соответствии с технологической картой. Также входным параметром является поисковое значение выхода фракции не более 0,074 мм , полученное при подаче на вход математической модели поискового значения интенсивности загрузки мельницы исходной рудой , которое является выходным параметром данного блока. После того как было определено нужное поисковое значение интенсивности загрузки мельницы, оно подается на вход регулятора интенсивности питания мельницы.

«Регулятор  интенсивности загрузки мельницы» выполняет непосредственное управление вибропитателем, подающим дробленую руду на транспортер, который в свою очередь подает руду в загрузочную бутару мельницы. Данный блок реализуется путем построения ПИД-регулятора. Входными параметрами регулятора являются измеренная интенсивность загрузки мельницы и задание требуемой интенсивности , выходным параметром регулятора является управляющий сигнал на вибропитатель .

Одним из важнейших  параметров, подлежащих регулированию  при создании системы автоматического управления, является плотность пульпы на выходе из измельчительного агрегата, или величина «т:ж». Учитывая, что мельница является замкнутым аппаратом, предполагается известный метод регулирования этого параметра изменением расхода воды в загрузочную бутару мельницы пропорционально интенсивности потока загружаемой в мельницу руды (контур №2).

Кроме того, в  данной главе приводятся результаты моделирования адаптивной системы автоматического управления параметрами шаровой барабанной мельницы с параметрической идентификацией в процессе управления при помощи пакета прикладных программ MATLAB.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию системы автоматического регулирования частоты вращения барабана шаровой барабанной мельницы.

Известно, что в зависимости от профиля движения загрузки мельница может работать в одном из следующих режимов: каскадный, водопадный, смешанный и сверхкритический. От режима, в котором происходит процесс измельчения, напрямую зависит его эффективность. Кроме того, подробный анализ показывает, что именно режим, в котором наблюдается максимальная производительность по готовому классу, является и наиболее энергоэкономным. Установление того или иного режима зависит от интенсивности загрузки мельницы, а следовательно, от объема внутримельничного заполнения и частоты вращения барабана мельницы, в силу этого была поставлена задача дополнить имеющуюся систему управления контуром автоматического управления скоростью вращения барабана мельницы (рисунок 11).

 

Рисунок 11. Структурная схема трехконтурной системы автоматического управления параметрами измельчения руды в шаровой барабанной мельнице

 

Задачей системы  автоматического управления скоростью вращения барабана мельницы является поддержание нужного режима работы измельчительного агрегата с точки зрения профиля движения мельничной загрузки, следовательно, и эффективности измельчения.

Разрабатываемую систему управления скоростью вращения барабана мельницы можно представить в виде структурной схемы (рисунок 12).

Рисунок 12. Структурная схема системы автоматического управления скоростью вращения барабана мельницы

Как видно из рисунка 12, система управления состоит из блока расчета коэффициента внутреннего заполнения мельницы, блока расчета частоты вращения барабана мельницы и непосредственно регулятора, обеспечивающего выход скорости вращения барабана мельницы на заданный уровень.

Блок расчета  коэффициента внутреннего заполнения выполняет расчет коэффициента исходя из массы мельничной загрузки. Cуществует несколько способов оценки массы мельничной загрузки: с помощью виброакустического датчика, измерением давления мельничного барабана на подшипники; измерением потребляемой приводом барабана мощности; исходя из материального баланса мельничного агрегата. Кроме того, в мировой практике используется способ, заключающийся в установке тензодатчиков под опоры мельничного агрегата.

После этого выполняется расчет коэффициента внутреннего заполнения по формуле (15)

 (15)

где - объем загрузки, куб.м., - рабочий объем мельницы, куб.м., - масса загрузки, т; - насыпная плотность мельничной загрузки, т/куб.м., - диаметр барабана мельницы в свету, м, L – длина барабана, м.

Для определения насыпной плотности  применяется следующее выражение:

 (16)

где - насыпная плотность мельничной загрузки, куб.м., - масса загруженных шаров, т, - насыпная плотность шаров, кг/т, - масса находящейся в барабане мельницы руды, - насыпная плотность руды, кг/т.

Блок расчета  частоты вращения барабана мельницы реализует расчет функции

 (17)

где – частота вращения барабана мельницы об/мин, – радиус барабана мельницы, м.

Регулятор частоты  вращения барабана мельницы выполняет непосредственное управление синхронным приводом барабана мельницы и реализуется путем построения ПИД-регулятора. Входными параметрами регулятора являются измеренная скорость вращения барабана мельницы и рассчитанная требуемая частота , выходным параметром регулятора является управляющий сигнал на синхронный электродвигатель .

Как было показано ранее, одним из показателей эффективности  процесса измельчения руды, является его непрерывность. Кроме того, при  остановке мельницы под загрузкой для её повторного запуска требуется обеспечить момент на валу электропривода, в несколько раз превышающий номинальный, что крайне негативно сказывается на ресурсоемкости электропривода. Исследования показали, что от момента отключения центрального электроснабжения фабрики до момента запуска штатных электрогенераторов может пройти время, достаточное для полной остановки мельницы. Ввиду вышесказанного был проведен анализ технических характеристик автономной станции электроснабжения, пригодной для питания электропривода мельницы, удовлетворяющей сложным условиям эксплуатации, а также способной обеспечить безостановочность процесса измельчения.

Проведенными  исследованиями установлено, что большинство  параметров электрогенераторов может быть улучшено при использовании в составе дизельного привода схемы со свободным расположением поршней в цилиндре. По сравнению с другими поршневыми двигателями внутреннего сгорания свободнопоршневой дизель отличается существенным уменьшением потерь энергии, высвобождающейся при сгорании топлива. Снижение потерь энергии отработавших газов, уменьшение механического трения и теплоотдачи в стенки обеспечивается при отсутствии боковых нагрузок на поршни, уменьшении площадей трущихся поверхностей и сопротивления газового тракта, возможности увеличения времени процесса газообмена, исключении из конструкции ряда традиционных узлов, сокращении доли энергии, теряемой с отработавшими газами при работе двигателя на повышенных степенях сжатия, реализации цикла с продолженным расширением и уменьшением уровня механических потерь при работе на бедных смесях.

Кроме того, в данной главе приводятся результаты моделирования системы автоматического регулирования частоты вращения барабана шаровой барабанной мельницы при помощи пакета прикладных программ MATLAB.

Разработанная в диссертационной работе система  автоматического управления параметрами измельчения золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице была принята к реализации компанией ООО «ИЛЬДИКАНЗОЛОТО» на участке рудоподготовки обогатительной фабрики в п.Чашино-Ильдикан, Читинская область. Внедрение системы позволило увеличить производительность данного участка.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной  работе решена научно-техническая задача разработки системы автоматического  управления измельчением золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице, позволяющая с использованием регулирования на основе автоматической идентификации состояния объекта управления стабилизировать производительность по готовому классу и минимизировать удельный расход электроэнергии.

 

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:

1. Разработана математическая модель технологического процесса измельчения золотоносных руд в шаровой барабанной мельнице, описывающая функциональное соотношение между входным массовым расходом руды и фракционным составом готового продукта мельницы
2. Разработан алгоритм автоматической идентификации основного параметра процесса измельчения, позволяющий в темпе реального времени находить в явном виде передаточную функцию объекта управления.
3. Разработана многоконтурная система автоматического управления параметрами процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице, позволяющая на основе алгоритма параметрической идентификации адаптивно стабилизировать массовый расход готового продукта мельницы требуемого фракционного состава.
4. Разработан алгоритм в контуре управления частотой вращения барабана шаровой барабанной мельницы, позволяющий поддерживать рациональный режим измельчения в зависимости от загрузки мельницы, что ведет к снижению энергопотребления процесса измельчения.
5. В результате внедрения системы автоматического управления шаровой барабанной мельницей на участке рудоподготовки обогатительной фабрики ООО «ИЛЬДИКАНЗОЛОТО», п.Чашино-Ильдикан, Читинская область, использующей результаты, полученные в данной научной работе, было получено повышение производительности данного передела на 4%.

 

Основные  положения диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России:

1. Певзнер Л.Д., Костиков В.Г., Леттиев О.А. Математическая модель процесса подготовки измельченной руды// Горное оборудование и электромеханика -2009. - №8. - С.43-48.
2. Певзнер Л.Д., Леттиев О.А., Костиков В.Г. Математическое моделирование параметров процесса измельчения руды// Горный информационно-аналитический бюллетень – 2010. - № 2. - С.186 -195.
3. Леттиев О.<span class="dash