МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХАЙСАМ К А ШАМАЛЛАХ

УДК 621.926:534.16

МЕТОДИ АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ БАРАБАННИХ МЛИНІВ РУДОЮ

Спеціальність 05.13.07 – Автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі програмного забезпечення комп’ютерних систем (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент

АЛЕКСЄЄВ Михайло Олександрович,

завідувач кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем Національного гірничого університету

(м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

КОЧУРА Євген Віталійович, завідувач кафедри

економічної кібернетики та інформаційних технологій

Національного гірничого університету

(м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України;

кандидат технічних наук, доцент

БАБЕЦЬ Євген Костянтинович,

завідувач кафедри менеджменту

Криворізького технічного університету

Міністерства освіти і науки України.

Провідна установа Донецький національний технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

кафедра автоматизованих систем управління.

Захист відбудеться “10” листопада 2005 р. о 1415 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. К.Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К.Маркса, 19).

Автореферат розісланий “03” жовтня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., доцент А.А. Колб

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Сталий розвиток гірничо-металургійного комплексу України забезпечується ростом виробництва залізорудного концентрату.

Продуктивність кожного гірничо-збагачувального комбінату за залізорудним концентратом визначається продуктивністю збагачувальних фабрик. Збагачувальна фабрика складається з паралельно працюючих технологічних ліній збагачення. У голові кожної технологічної лінії розташовані кульові та безкульові млини першої стадії подрібнення, наприклад, кульові млини типу МШР 4х5 з робочою ємністю 70 м3 та електродвигуном потужністю 2500 кВт, млини мокрого самоподрібнення типу ММС 90х30А з робочою ємністю 160 м3 та з електродвигуном потужністю 4000 кВт. Продуктивність млинів першої стадії подрібнення з переробленої руди визначає продуктивність технологічних ліній і збагачувальної фабрики стосовно залізорудного концентрату.

Але коливання фізико-механічних властивостей руди, зміна загальної ваги подрібнюючих куль та стану футерівки часто провокують перевантаження млинів рудою. Це призводить до зупинки млина першої стадії подрібнення та технологічної лінії збагачення, недовипуску концентрату та великих економічних втрат.

За різними оцінками втрати концентрату внаслідок перевантаження млинів сягають 5-10 відсотків від загального виробництва концентрату.

Відомі методи та датчики контролю завантаження млинів рудою не дозволяють надійно контролювати перевантаження млинів рудою. Статичні характеристики цих датчиків нестабільні внаслідок зміни властивостей руди та стану подрібнюючого середовища кульового навантаження та футерівки млина.

Таким чином розробка нових більш ефективних методів автоматичного контролю перевантаження барабанних млинів рудою являє собою актуальну наукову задачу.

Рішення цієї задачі дозволяє на діючих збагачувальних фабриках та діючому обладнанні суттєво підвищити виробництво залізорудного концентрату.

Зв’язок з державними програмами та планами науково-дослідних робіт. В основу дисертації покладені матеріали, які узагальнюють дослідження автора в межах реалізації науково-дослідних та інжинірінгових робіт, державних і галузевих програм, що виконувались у Національному гірничому університеті та ВАТ „Проектний та проектно-конструкторський інститут – Металургавтоматика” у відповідності з законом України № 2623-14 від 11.07.2001 ”Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки”, Постановами Кабінету Міністрів України „Про заходи по розвитку гірничо-металургійного комплексу”, „Про хід виконання програми розвитку залізорудної промисловості України”, „Державною комплексною програмою розвитку гірничо-металургійного комплексу України”, затверджену постановою Кабінету Міністрів України. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень, проведених у Національному гірничому університеті за держбюджетною темою „Розробка програмно-технічного комплексу автоматизації гірничого виробництва” (№ ДР 0101U005688), в якій автор брав безпосередню участь як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка методів автоматичного контролю перевантаження рудою барабанних млинів залізорудних збагачувальних фабрик на засадах визначення закономірностей формування звукометричних та енергетичних сигналів, які характеризують перевантаження млина рудою, та вейвлет-аналізу цих сигналів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- виконати аналіз методів і систем автоматичного контролю та управління завантаженням барабанних млинів рудою з метою їх удосконалення та підвищення ефективності;

- провести теоретичні і експериментальні дослідження та виявити закономірності формування сили звуку та частоти акустичного сигналу млина при перевантаженні рудою;

- провести теоретичні і експериментальні дослідження особливостей формування сигналу активної потужності приводного електродвигуна кульових та безкульових млинів при перевантаженні їх рудою;

- виконати теоретичний та експериментальний аналіз формування та проходження випадкових технологічних збурень через млин як об’єкт автоматичного контролю при перевантаженні рудою;

- обґрунтувати використання вейвлет-перетворення для виявлення моменту початку перевантаження млина рудою;

- розробити технічні пропозиції на основі наукових положень та результатів дисертації з проектування систем автоматичного контролю перевантаження барабанних млинів рудою.

Об’єкт дослідження технологічний процес подрібнення руди у барабанних млинах.

Предмет дослідження методи автоматичного контролю перевантаження рудою кульових та безкульових барабанних млинів.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використовувалися наступні методи: теоретичні методи дослідження барабанних млинів як об’єктів автоматичного контролю для дослідження процесів формування акустичного сигналу млина та сигналу активної потужності його електричного двигуна при перевантаженні рудою; методи математичної статистики для обробки експериментальних даних при експериментальному визначенні статичних характеристик млинів; методи статистичної динаміки та спектрального аналізу, засновані на швидкому перетворюванні Фур’є, для експериментального визначення спектральних щільностей сигналів активної потужності електродвигунів млинів у нормальному режимі роботи та при перевантаженні рудою; методи вейвлет-перетворення сигналів для розробки методу визначення моменту перевантаження млина рудою у реальному часі.

Ідея роботи полягає у використанні нових закономірностей формування акустичних та енергетичних сигналів млина при перевантаженні рудою та метода вейвлет-аналізу цих сигналів, які у поєднанні дозволяють визначити момент перевантаження млина рудою у реальному часі.

Основні наукові положення і результати досліджень, їх новизна.

Наукові положення:

1. Встановлено, що при перевантаженні барабанного млина рудою дисперсія сигналу активної потужності приводного електродвигуна млина, що вимірюється в діапазоні технологічних інфранизькочастотних коливань, прагне до нуля, що дозволяє використати цю нову закономірність для підвищення ефективності автоматичного контролю перевантаження барабанних млинів рудою.

2. Перевантаження барабанних млинів рудою визначається шляхом вейвлет-аналізу акустичного сигналу млина або сигналу активної потужності його електричного двигуна, що на відміну від відомих методів контролю завантаження млина за акустичним сигналом та сигналом активної потужності, дозволяє однозначно виявляти момент перевантаження млина рудою у реальному часі.

Наукові результати:

1. Одержані нові теоретичні залежності частоти та сили звуку звукометричного сигналу кульового млина від завантаження рудою, які пояснюють закономірності формування акустичного сигналу кульового млина при перевантаженні його рудою.

2. Запропонований метод автоматичного контролю перевантаження барабанного млина рудою, який відрізняється тим, що момент часу перевантаження визначається шляхом вейвлет-аналізу нестаціонарних сигналів, які характеризують зміну завантаження млина рудою.

3. Обґрунтовано застосування пакету Wavelet Toolbox для програмного забезпечення комп’ютерної системи автоматичного контролю перевантаження рудою барабанних млинів, що, на відміну від програм швидкого перетворювання Фур’є, дозволяє аналізувати нестаціонарні режими роботи млинів та визначати початок перевантаження млина рудою у реальному часі.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються тим що в роботі використані: апробовані методи спектрального аналізу Фур’є та вейвлет-аналізу сигналів, фундаментальні положення теорії коливань і механіки барабанних млинів, акустики і електроприводу, експериментальним підтвердженням результатів теоретичних досліджень.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці методу автоматичного контролю перевантаження барабанних млинів рудою шляхом вейвлет-аналізу акустичних та енергетичних сигналів млина, який дозволяє визначити момент перевантаження млина рудою у реальному часі.

Результати роботи прийняті для впровадження ВАТ „Проектний та проектно-конструкторський інститут – Металургавтоматика” в проект АСУ ТП промислової установки по виробництву гранатового концентрату (концерн "Надра", проект 04254-АСУ) та АСУ ТП збагачувальної фабрики Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд, що будується (проект 04256-АСУ).

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно сформулював задачі дослідження, наукові положення і результати, виконав теоретичну і практичну частину роботи. Зміст дисертації викладений автором особисто.

Особистий внесок здобувача в роботи, написані в співавторстві: [2] обґрунтування методу звукометричної діагностики перевантаження млинів рудою, [5] запропоноване застосування вейвлет-аналізу нестаціонарних сигналів, які характеризують функціональний стан промислових об’єктів.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати дисертації доповідалися і одержали схвалення на п’яти міжнародних конференціях: Другій міжнародній науково-практичній конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем”
(м. Дніпропетровськ, 2004 р.), VIII міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта 2005” (м. Дніпропетровськ, 2005 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації” (м. Кременчук, 2005 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості – 2005 (м. Кривий Ріг, 2005р.), ”8-ій міжнародній науково-практичній конференції “Теорія і практика збагачення і переробки мінеральної сировини” (м. Маріуполь, 2005 р.), на науково-технічних конференціях і семінарах у Національному гірничому університеті.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладені в 6 друкованих працях, з них 5 у виданнях, затверджених ВАК України, 1 матеріали конференції. Чотири наукові праці написані без співавторів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів та висновків. Вона містить 140 сторінок друкованого тексту, у тому числі 112 сторінок тексту основної частини з 67 рисунками та однією таблицею, списку використаних джерел з 67 найменувань на 6 сторінках, 4 додатки на 9 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дослідження і показаний її зв'язок із науковими програмами, сформульовані мета, основні наукові й практичні завдання дослідження. Викладені наукові положення, що виносяться на захист, сформульовані наукові результати та практична цінність роботи. Показаний рівень апробації результатів роботи, кількість публікацій за темою й особистий внесок автора.

У першій главі дисертації виконано аналіз відомих методів та датчиків автоматичного контролю завантаження млинів рудою. Великий вклад в теорію і практику автоматичного контролю і управління барабанними млинами внесли слідуючи вчені: Андрєєв С.Є., Ареф’єв Б.А., Бабець Є.К., Воронов В.А., Гринман І.Г., Гейзенблазен Б.Є., Гончаров Ю.Г., Крюков Д.К., Качан Ю.Г., Кочура Є.В., Марюта О.М., Новицький І.В., Тихонов О.М., Утеуш З.В., Хорольський В.П., Лінч А.Дж. та інші. Але задача автоматичного контролю перевантаження млина рудою залишилась недостатньо дослідженою.

Наприклад, на рис.1 наведені узагальнені статичні характеристики акустичного датчика завантаження кульового млина рудою. Аналіз статичних характеристик акустичного датчика завантаження при різноманітних кульових завантаженнях 1, 2, 3 показує, що одному й тому ж самому значенню рівня шуму млина А1 можуть відповідати три різноманітні ступені завантаження млинів рудою 1, 2, та 3. Ця неоднозначність показань акустичного датчика завантаження млина рудою не дозволяє надійно контролювати перевантаження млина.

На рис.2 наведені статичні характеристики радіоізотопного датчика завантаження рудою млинів мокрого самоздрібнювання типу ММС 90х30А, які одержані в умовах збагачувальної фабрики №3 Лебединського ГЗК. Аналіз статичних характеристик радіоізотопного датчика завантаження показує, що при різній щільності руди одному й тому ж значенню гамма-випромінювання на виході млина 12 відповідають різні ступені завантаження рудою 1, і 2. Ця неоднозначність показань радіоізотопного датчика не дозволяє надійно контролювати перевантаження рудою млина самоздрібнювання.

Рис.1. Статичні характеристики акустичного датчика завантаження.

Рис.2. Статичні характеристики радіоізотопного датчика завантаження.

На рис.3 наведені статичні характеристики датчика контролю завантаження кульового млина рудою за сигналом активної потужності приводного електродвигуна, які одержані Марютою О.М. та Кочурою Є.В. Аналіз статичних характеристик датчика активної потужності приводного двигуна млина при різних кульових завантаженнях G1, G2, G3 показує, що одному й тому ж самому значенню активної потужності Р1 відповідає декілька значень ваги руди Gр1 - Gр6 у млині. Ця неоднозначність показань датчика викликана дрейфом статичних характеристик при зношуванні куль, футерівки й зміні властивостей руди, а також екстремальним характером статичних характеристик. Це не дозволяє контролювати перевантаження млинів рудою за сигналом активної потужності.

Аналіз літературних джерел показав, що обґрунтування методів контролю завантаження млинів рудою носить здебільше емпіричний характер.

Відсутні теоретичні моделі, що описують формування сигналів млина в області перевантаження рудою.

Рис.3. Статичні характеристики датчика контролю завантаження кульового млина МШР 3,6х4,0 за сигналом активної потужності приводного електродвигуна.

У другому розділі дисертації виконані теоретичні дослідження формування сигналів, що побічно характеризують завантаження млинів в області перевантаження їх рудою. При дослідженні формування сили звуку кульового млина він надавався як звуковий генератор, що перетворює кінетичну енергію падаючих куль РЕ в енергію звукового тиску, яка визначає силу звуку І.

Кінетична енергія падаючих куль:

. (1)

Сила звуку, що видається млином у зоні встановлення датчика звуку –мікрофону:

. (2)

Сила звуку у відносних одиницях:

. (3)

Позначення у формулах (1), (2), (3): L – довжина млина; Rб – радіус барабана млина; - товщина футерівки млина; S – ковзання кульового завантаження; n – щільність пульпи в млині; 'ш – насипна вага куль; ш – питома вага куль; – радіус епюри заповнення млина рудою; r – радіус епюри заповнення млина кулями; R0 – радіус барабана млина у світлі при порожньому млині; A, b – коефіцієнти; SВ – площа випромінювання звуку у зоні встановлення мікрофону; Іmax – сила звуку млина, що завантажений тільки кулями.

На рис.4 наведені графіки залежностей відносної сили звуку, що видається млином , від ступеня його завантаження рудою 0 при різних ступенях кульового завантаженнях млина к1=35%, к2=40%, к3=45%. Залежності розраховані за формулами (1), (2), (3) для параметрів млина МШР 3,6х4,0 з урахуванням відомих з літератури формул, які зв’язують радіуси епюри заповнення млина r та із ступеню заповнення млина кулями к та рудою р. Заштриховані області відповідають перевантаженню млина рудою.

завантаження рудою р при різних кульових

Рис.4. Залежності відносної сили звуку відн., видаваного млином від ступеня його завантаження рудою р при різних кульових завантаженнях к1= 35%;

к2 = 40%; к3 = 45%.

Аналіз графіків рис.4 показує, що при будь-якому кульовому завантаженні перевантаження млина рудою призводить до різкого зменшення сили звуку млина.

У дисертації отримані теоретичні залежності середньої частоти вимушеної складової коливань звукометричного сигналу кульового млина у зоні розташування мікрофону від ступеня завантаження млина рудою р.

Середня частота вимушеної складової коливань акустичного сигналу млина f визначається числом m ударів куль у зоні розташування датчика за час одного оберту млина t:

, (4)

де , а n – швидкість обертання барабана млина у обертах за хвилину.

З другого боку

, (5)

де - число циклів кульового навантаження, яке визначається числом проходжень кулями повного замкненого шляху по траєкторіям, яки включають підйом і падіння куль у барабані млина за один його оберт; N - число куль, які знаходяться у поперечному шарі об’єму млина яка контролюється акустичним датчиком.

Із літератури відомо, що:

, (6)

, (7)

де - загальна кількість куль у млині; - товщина поперечного шару об’єму млина, яка контролюється акустичним датчиком; - довжина млина;

- загальна вага куль у млині; - середня вага однієї кулі.

Підставимо формули (5), (6), (7) у вираз (4), та одержимо формулу для розрахунку залежності середньої частоти f вимушеної складової коливань звукометричного сигналу кульового млина від ступеня завантаження його рудою р :

. (8)

На рис.5 наведені результати розрахунків за формулою (8) з урахуванням відомих із літератури залежностей r=f(GK), K= (r), середньої частоти f вимушеної складової коливань звукометричного сигналу кульового млина МШР 3,6х4,0 від ступеня завантаженням його рудою р. При перевантаженні млина рудою зростає опір руху куль, число циклів різко зменшується. Це провокує зменшення середньої частоти f вимушеної складової коливань звукометричного сигналу кульового млина.

Рис.5. Залежності середньої частоти f вимушеної складової коливань звукометричного сигналу млина МШР 3,6х4,0 від ступеня його завантаження рудою р.

На рис.5 зона номінального режиму роботи млина розташована між точками N та A. Аналіз залежності рис.5 показує, що при перевантаженні кульового млина рудою зменшується середня частота вимушеної складової коливань звукометричного сигналу млина.

У дисертації зроблений висновок, що при перевантаженні млинів рудою одночасно різко зменшуються і сила звуку і середня частота звукометричного сигналу.

Виявлені закономірності дозволяють автоматично контролювати момент перевантаження млина рудою стосовно одночасної зміни сили звуку та частоти звукометричного сигналу млина.

У дисертації були виконані теоретичні дослідження динамічних характеристик млина, які впливають на формування сигналу активної потужності приводного електродвигуна млина при його перевантаженні рудою.

Виконано аналіз формули коефіцієнту передачі КP млина за каналом „зміни радіусу епюри завантаження млина рудою - зміни активної потужності двигуна млина ”:

, (9)

де - кут відриву куль в млині. Інші позначення у формулі (9) такі ж як і у формулі (1).

Показано, що при перевантажені млина рудою, при =0, коефіцієнт передачі млина за каналом „зміни завантаження рудою - зміни сигналу активної потужності двигуна млина” прагне до нуля. Це призведе до того, що логарифмічна амплітудно-частотна характеристика млина по цьому каналу буде прагнути зайняти положення осі абсцис. Тому при перевантаженні млина рудою дисперсія коливань активної потужності млина повинна різко зменшитися.

Враховуючи те, що згідно з результатами досліджень багатьох вчених всі технологічні збурення на процес подрібнення впливають на роботу млина через зміну завантаження млина рудою, зроблений висновок, згідно з яким при перевантаженні млина рудою дисперсія сигналу активної потужності двигуна млина прагне до мінімуму. Ця закономірність може бути використана для автоматичного контролю моменту часу перевантаження млина рудою.

У третьому розділі дисертації наведені результати експериментальних досліджень, що підтверджують знайдені теоретичні закономірності формування вихідних сигналів млина при його перевантаженні рудою.

На рис.6, 7, 8 наведені спектральні характеристики звукометричного й енергетичного сигналів кульового млина МШР 3,6х4,0 і млина самоздрібнювання МБ-70х22 при номінальних режимах роботи й при перевантаженні рудою.

Аналіз експериментальних спектральних характеристик підтверджує правильність отриманих теоретичних закономірностей формування вихідних сигналів млина при його перевантаженні рудою, а саме:

- різке зменшення рівня звукометричного сигналу млина при його перевантаженні рудою;

- зменшення середньої частоти вимушеної складової коливань звукометричного сигналу млина при його перевантаженні;

- зменшення дисперсії сигналу активної потужності електродвигуна млина при його перевантаженні.

Таким чином, теоретичними й експериментальними дослідженнями встановлені закономірності формування акустичних й енергетичних сигналів млина при його перевантаженні, які можуть бути використані для автоматичного контролю перевантаження млинів рудою.

Рис.6. Типові згладжені частотні спектри звукових тисків млина МШР 3,6х4,0 РЗФ Північного ГЗК: 1 - повне розвантаження; 2 - номінальний режим роботи;

3 - режим перевантаження.

Рис.7. Спектральні щільності сигналу активної потужності двигуна млина МШР 3,6х4,0: 1 - номінальний режим роботи; 2 - режим перевантаження млина.

Рис.8. Спектральні щільності млина само-подрібнення МБ-70 х 22 при 1 = 40%; 2 = 44%;

3 = 48%; 4 = 52%.

На рис.8 1 < 2 < 3 < 4, де 4 відповідає перевантаженню млина.

У четвертому розділі дисертації розроблений метод автоматичного контролю перевантаження барабанних млинів рудою, заснований на вейвлет-аналізі сигналів, що побічно характеризують перевантаження млинів рудою.

Ідея методу полягає у виявленні моменту часу зміни спектральних характеристик звукометричного сигналу або сигналу активної потужності двигуна млина, що спостерігається при перевантаженні млина рудою.

Вейвлет-аналіз має істотну перевагу в порівнянні з перетворенням Фур'є, тому що дозволяє аналізувати нестаціонарні випадкові сигнали, що характеризують завантаження млина рудою.

На рис.9 наведені вейвлет і Фур'є перетворення звукометричного сигналу млина.

Рис.9. Вейвлет і Фур’є перетворення звукометричного сигналу млина.

На діаграмі чітко видний момент зміни частотних характеристик сигналу, зафіксований методом вейвлет-аналізу (точка А).

Як програмне забезпечення системи технологічної діагностики перевантаження млинів рудою можна застосувати пакет Wavelet Toolbox. У дисертації досліджені можливості використання цього пакету для вейвлет-аналізу звукометричних сигналів млинів.

Аналіз вейвлет-перетворень звукометричних сигналів млинів, представлений у дисертації, показує високу розв'язну здатність вейвлетів при виявленні тонкої структури сигналів, що надзвичайно важливо для надійної роботи системи автоматичного контролю перевантаження млинів рудою.

На рис.10, 11 наведені функціональні схеми системи технологічної діагностики перевантаження млинів рудою за допомогою вейвлет-аналізу звукометричного сигналу млина І або сигналу активної потужності Рм.

ис.Рис.10. Функціональна схема системи автоматичного контролю перевантаження млина рудою за звукометричним сигналом.

Позначення на рис.10: 1 – млин; 2 – конвеєр; 3 – бункер з рудою; 4 – регулюючий орган; 5 – регулятор завантаження млина рудою; 6 – конвеєрні терези; 7 – датчик шуму; 8 – вейвлет-аналізатор; 9 – релейний пристрій виводу інформації; Л – світлова сигналізація; З – звукова сигналізація; І – акустичний сигнал млина; Q – продуктивність по руді.

Рис.11. Функціональна схема системи автоматичного контролю перевантаження млина рудою за сигналом активної потужності приводного електродвигуна.

Позначення на рис.11: 1 – бункер з рудою; 2 – конвеєр; 3 – млин; 4 – електродвигун; 5 – перетворювач активної потужності, 6 – вейвлет-аналізатор; 7 – релейний пристрій виводу інформації; 8 – пристрій алгебраїчного складання сигналів; 9 – регулятор навантаження млина по руді; 10 – регулюючий орган; 11 – терези; Рм – сигнал активної потужності; Q0 – продуктивність по руді; Вm – розхід води у млин; Q03 - завдання по навантаженню; Л – система світової сигналізації; З – система звукової сигналізації.

На обох схемах сигнали І або Рм надходять на вхід вейвлет-аналізатора (8, рис.10; або 6, рис.11), виконаного на ІВМ сумісній комп'ютерній робочій станції (промисловому персональному комп'ютері). Сигнал з вейвлет-аналізатора надходить на вхід релейного пристрою виводу інформації (9, рис.10; 7, рис.11). При перевантаженні млина рудою сигнал з вейвлет-аналізатора через релейний пристрій виводу інформації відключає або зменшує завдання регулятору завантаження млина рудою й видає в диспетчерську сигнал аварійної сигналізації на світлову сигналізацію Л та звукову сигналізацію З.

Поріг чутливості системи реально визначається експериментально при налаштуванні системи автоматичного контролю.

Висновки

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій вирішена науково-практична задача підвищення ефективності автоматичного контролю перевантаження барабанних млинів рудою шляхом використання нових закономірностей формування звукометричних та енергетичних сигналів барабанних млинів при перевантаженні їх рудою та метода вейвлет-аналізу цих сигналів, що дозволяє однозначно виявляти момент перевантаження млина рудою у реальному часі. Основні висновки і результати роботи полягають у наступному:

1. Встановлено, що при перевантаженні кульових барабанних млинів рудою відбувається одночасне зменшення сили звуку і середньої частоти звукометричного сигналу, що є основою методу автоматичної комп’ютерної діагностики перевантаження кульових барабанних млинів рудою за звукометричним сигналом.

2. Встановлено, що при перевантаженні кульових і безкульових млинів рудою різко зменшується дисперсія сигналу активної потужності приводного електродвигуна млина в області технологічних инфранизьких частот, що є основою автоматичного контролю перевантаження млинів за сигналом активної потужності приводного двигуна.

3. Отримані теоретичні формули формування середньої частоти вимушених коливань і сили звуку звукометричного сигналу, видаваного кульовим млином при номінальному режимі роботи і при перевантаженні млина рудою.

4. Показано, що при перевантаженні барабанних млинів рудою коефіцієнт передачі млина по каналу “заповнення млина рудою - сигнал активної потужності приводного двигуна млина” прагне до нуля, що призводить до зменшення дисперсії сигналу активної потужності двигуна при перевантаженні млина.

5. На підставі вейвлет-перетворення сигналів розроблено метод автоматичної комп'ютерної діагностики моменту початку перевантаження барабанних млинів рудою.

6. Виконано комп'ютерне моделювання перевантажувальних режимів млина і доведена можливість застосування програмного пакета Wavelet Toolbox для комп'ютерної діагностики перевантаження барабанних млинів рудою.

7. Основні наукові положення і результати роботи використані при проектуванні АСУ ТП промислової установки по виробництву гранатового концентрату (концерн "Надра", проект 04254-АСУ) та АСУ ТП збагачувальної фабрики Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд, що будується (проект 04256-АСУ).

Основні наукові положення та результати дисертації опубліковано в наступних роботах:

1. Шамаллах Х. Теоретическое и экспериментальное обоснование способа автоматического контроля перегрузки барабанных мельниц рудой. Науковий вісник НГУ. – 2005. – № 2. – С. 51 – 53.

2. Алексеев М.А., Шамаллах Х. Метод звукометрической диагностики перегрузки шаровых мельниц рудой. Збагачення корисних копалин: Наук.-техн.зб. – 2005.- Вып. 22 (63). – С. 166 – 168.

3. Шамаллах Х. Технологическая диагностика перегрузки барабанных мельниц рудой с использованием вейвлет-преобразований. Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2005. – № 3. – С. 74 – 76.

4. Шамаллах Х. Технологическая диагностика перегрузки шаровых барабанных мельниц. Збагачення корисних копалин: Наук.-техн.зб. – 2005.- Вып. 21 (62). – С. 126 – 131.

5. Алексеев М.А., Хайсам Шамаллах. Применение вейвлет-анализа при решении задач функционального контроля промышленных объектов. Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2004. – № 2. – С. 77 – 78.

6. Шамаллах Х. Обоснование применения вейвлет-анализатора для технологической диагностики перегрузки барабанных мельниц рудой. //Матеріали VIII міжнародної науково-практичної конф. “Наука і освіта 2005”. – 2005.- Том 63. – Технічні науки. Дніпропетровськ. - Наука і освіта С. 76 – 77.

Анотація

Хайсам К А Шамаллах. Методи автоматичного контролю перевантаження барабанних млинів рудою. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – Автоматизація технологічних процесів. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2005.

Дисертація присвячена розв’язанню актуальної наукової задачі підвищення ефективності автоматичного контролю перевантаження рудою барабанних млинів шляхом встановлення нових закономірностей формування звукометричних та енергетичних сигналів млина при перевантаженні млина рудою.

Показано, що при перевантаженні кульового барабанного млина рудою одночасно зменшується верхня межа частотного діапазону та сила звуку акустичного сигналу млина на всіх частотах діапазону, що дозволяє шляхом вейвлет-аналізу акустичного сигналу виявляти момент перевантаження млина у реальному часі.

Обґрунтовано використання програмного пакета Wavelet Toolbox у якості програмного забезпечення комп’ютерної системи автоматизованого контролю перевантаження млинів рудою.

Результати роботи впровадженні в проект і можуть бути використанні на залізорудних збагачувальних фабриках гірничо-металургійної промисловості.

Ключові слова: подрібнення руди, барабанні млини, автоматичний контроль завантаження, інформаційне забезпечення.

Аннотация

Хайсам К А Шамаллах. Методы автоматического контроля перегрузки барабанных мельниц рудой. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 Автоматизация технологических процессов. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2005.

Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи повышения эффективности автоматического контроля перегрузки рудой барабанных мельниц путем установления новых закономерностей формирования звукометрических и энергетических сигналов мельницы при перегрузке мельницы рудой.

Выполнен анализ методов и систем автоматического контроля и управления загрузкой барабанных мельниц рудой и выявлены пути их усовершенствования и повышения эффективности работы.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей формирования акустического сигнала и сигнала активной мощности приводного электродвигателя мельниц при перегрузке их рудой.

Показано, что при перегрузке шаровых барабанных мельниц рудой одновременно уменьшается верхняя граница частотного диапазона и сила звука акустического сигнала мельниц на всех частотах диапазона, что позволяет при использовании вейвлет-анализа акустического сигнала выявить момент перегрузки мельниц в реальном времени.

При перегрузке шаровых и безшаровых барабанных мельниц рудой уменьшается дисперсия случайных колебаний сигнала активной мощности электрического двигателя мельниц в инфранизком диапазоне технологических частот, что позволяет при использовании вейвлет-анализа сигнала активной мощности выявить момент перегрузки мельниц в реальном времени.

Предложен метод автоматического контроля перегрузки барабанной мельницы рудой, при котором момент перегрузки определяется путем вейвлет-анализа нестационарных сигналов, косвенно характеризующих загрузку мельниц рудой. Выполнено компьютерное моделирование формирования сигналов при перегрузочных режимах мельницы.

Предложены функциональные схемы систем автоматического контроля перегрузки мельницы рудой по звукометрическому сигналу и по сигналу активной мощности приводного электродвигателя.

Обосновано использование программного пакета Wavelet Toolbox в качестве программного обеспечения компьютерной системы автоматизированного контроля перегрузки мельниц рудой.

Разработаны технические предложения по проектированию систем автоматического контроля перегрузки барабанных мельниц рудой.

Результаты работы внедрены в проект и могут быть использованы на железорудных обогатительных фабриках горно-металлургической промышленности.

Ключевые слова: измельчение руды, барабанные мельницы, автоматический контроль загрузки, информационное обеспечение.

The summary

Haytham K A Shamallakh. The methods of automatic control of overloading drum mills with ore. – The manuscript.

The thesis on competition for scientific degree of the candidate of technical sciences by speciality 05.13.07 Automation of technological processes”. National Mining University, Dnepropetrovsk, 2005.

The thesis is devoted to the solution of topical scientific problem –the drum mills with ore overloading automatic control effectiveness increasing by establishing of the new dependencies for forming soundmetric and energetic signals of the mill when it is overloaded with ore.

The using of a software suit wavelet Toolbox as software for computer system for automatic control of overloading mills with ore is well-grounded.

The results of the work are included into the real project and may be used on iron ore concentration plants of mining and metallurgical industries.

Key words: grinding, drum, mills, automatic loading control, software.

ХАЙСАМ К А ШАМАЛЛАХ

МЕТОДИ АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ БАРАБАННИХ МЛИНІВ РУДОЮ

(Автореферат)

Підписано до друку .09.2005. Формат 30х42/4.

Папір Polspeed. Ризографія. Умовн. друк. арк. 0,9

Обліково-видавн. арк. 0,9. Тираж 100 прим. Зам № 22

РВК НГУ

49027, ДСП, м. Дніпропетровськ, 27, пр. К.Маркса, 19