Херсонський національний технічний університет

НАГОВСЬКИЙ ДМИТРО АНАТОЛІЙОВИЧ

УДК 669.1 :622.788

АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ

ГРАНУЛОУТВОРЕННЯМ ПРИ ОГРУДКУВАННІ

СИПУЧИХ МАТЕРІАЛІВ

05.13.07 – автоматизація процесів управління

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор,

Заслужений діяч науки і техніки України

Ісаєв Євген Олексійович,

Херсонський державний морський інститут,

завідувач кафедри суднових електроенергетичних систем.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Бойко Віталій Іванович,

Дніпродзержинський державний технічний університет,

завідувач кафедри електроніки і автоматики;

доктор технічних наук, професор

Хорольський Валентин Петрович,

Криворізький економічний інститут

завідувач кафедри менеджменту.

Захист відбудеться 15 лютого 2008 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.01 у Херсонському національному технічному університеті за адресою: Україна, 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корп. , ауд. .

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: Україна, 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

Автореферат розіслано 11 січня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради | А.В. Шеховцов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Практично всі підприємства металургійного комплексу України до теперішнього часу збільшили виробництво чавуну. Однак, багато країн з розвиненою металургійною промисловістю вже зараз постали перед фактом, що запаси багатих залізних руд будуть вичерпані найближчим часом . Отже збагачення руд здобуває першорядне значення. Отримані концентрати мають потребу в огрудкуванні для спрощення транспортування їх для подальшого зміцнення.

Через надмірну зволоженість залізорудних концентратів на фабриках огрудкування, для збереження прийнятності технологічного процесу виробництва окатишів доводиться додавати наднормативну кількість бентоніту для поглинання зайвої вологи, що, у свою чергу, крім невиправданих фінансових витрат приводить і до зменшення вмісту заліза й зниженню якості товарної продукції.

Некоректний вибір кількості основних складових шихти веде до погіршення якості готових окатишів, що спричиняє складності при їхньому транспортуванні до випалювальної машини.

Автоматизація контролю й керування є одним зі способів підвищення продуктивності агрегатів і поліпшення якості продукції. Найбільш ефективні, впроваджувані в останні роки, системи комплексної автоматизації агрегатів і цілих виробничих ділянок.

На сьогодні більшість фабрик огрудкування СНД оснащено засобами контролю й регулювання технологічних процесів виробництва сирих окатишів. Проведений аналіз літературних джерел показав, що в основному приділялася увага стабілізації продуктивності огрудкувального відділення в цілому. Однак, питанням оптимізації гранулоутворення й росту гранул уваги приділялося недостатньо.

Тому розробка математичних моделей гранулоутворення й росту гранул і створення ефективних систем керування роботою огрудкувача при оптимізації зволоженості шихти й при мінімальних додаткових витратах бентоніту для оптимального керування процесом є актуальною задачею.

Теоретичною базою для дисертаційних досліджень є роботи вчених В.І. Коротича, Є.О. Ісаєва, В.М. Вітюгіна, П.Н. Докучаєва, Ф.М. Журавльова, Ю.С. Юсфіна, М.М. Бережного, К.А. Шумілова, В.П. Тарасова та інших.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота пов'язана з науково-дослідними держбюджетними роботами, які виконуються в Херсонському національному технічному університеті відповідно до плану Міністерства промислової політики України, а також із планами Полтавського гірничопромислового об'єднання й ВАТ НДВІ "Механобрчермет", а також ЗАТ "Таврійська будівельна компанія". Отримані в дисертації результати досліджень й алгоритми керування можуть бути використані при проектуванні систем керування процесами огрудкування при модернізації існуючих і нових підприємствах огрудкування залізорудної сировини. Дисертаційна робота виконана на кафедрі технічної кібернетики Херсонського національного технічного університету в рамках держбюджетної теми № 0107U010533 “Розробка і випробування вимірювача вологості силікатноісуміші при виробництві цегли”.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка математичної моделі формування й росту гранул, розробка моделі переміщення грудкуємого матеріалу в огрудкувачі, а також розробка автоматизованої системи керування гранулоутворенням при огрудкуванні сипучих матеріалів. Для виконання поставленої мети в дисертаційній роботі були поставлені і розв’язані наступні задачі:

· вибір оптимального способу визначення параметрів і розробка основних принципів побудування кондуктометричного вимірювача вологості високої точності для залізорудних сипучих матеріалів, що надходять на огрудкування;

· вдосконалення аналітичної моделі гранулоутворення в процесі огрудкування сипучих матеріалів;

· створення алгоритму оптимального управління процесом грануло- утворення, що містить у собі оптимізацію зволоженості початкової шихти і роботу механічного обладнання, при огрудкуванні сипучих матеріалів;

· розробка узагальненої математичної моделі і використання її в системі управління процесом гранулоутворення.

Об’єкт дослідження – технологічний процес гранулоутворення і росту гранул при виробництві сирих окатишів.

Предмет дослідження - спільна робота сукупності технічних засобів: змішувача шихти й барабанного огрудкувача, і технологія виробництва сирих окатишів; режими дозування шихти в огрудкувач; режими гранулоутворення, росту гранул й отримання окатишів.

Методи дослідження засновані на розвитку існуючих методів і підходів, а також на створенні новим, адекватних розглянутим процесам, які відбуваються в розв'язуємих задачах. При рішенні поставлених у дисертації завдань використовувались положення механіки сипучих середовищ, апарат математичної фізики і теорії випадкових процесів, а також диференційного і інтегрального обчислень. Методологічну основу досліджень складає побудова удосконаленої аналітичної моделі взаємодії часток при гранулоутворенні, статистичної моделі процесу гранулоутворення при огрудкуванні в барабанному огрудкувачі, їх аналітичне й чисельне дослідження с широким застосуванням ЕОМ. Електронне моделювання містило в собі розробку варіантів електронних схем вимірювача вологості і імітаційне моделювання оптимального управління виробництвом, що містить в собі повний цикл процесу виробництва сирих окатишів, з використанням комп’ютерних програм Electronic Workbench 4.0, Mathcad 2000, Mathlab 6.5 Simulink.

Наукова новизна одержаних результатів:

· вперше запропонований новий спосіб управління огрудкуванням сипучих матеріалів, заснований на контролі виходу гранул;

· вдосконалена аналітична модель взаємодії часток на основі аналізу існуючих методів і проведених теоретичних та експериментальних досліджень з використанням нових теоретичних уявлень про взаємодію часток , ступеню шоркості поверхні цих часток та їх питомої поверхні за рахунок введення заміни тріщин конусами, яка дозволяє визначити оптимальну вологість шихти для ефективного гранулоутворення з максимальним виходом гранул;

· розроблена узагальнена математична модель гранулоутворення у виробничому процесі „змішувач-барабанний огрудкувач”. Використання моделі призвело до скорочення витрат бентоніту і підвищення продуктивності огрудкувача ;

· розроблена автоматизована система управління грануло утворенням по двом каналам управління: вологість шихти і швидкість обертання огрудкувача з використанням реалізованого у пристрої методу підвищеної точності вимірювання вологості залізорудних концентратів і шихти. Використання системи дозволило скоротити витрати сировини, підвищити якість і збільшити об’єм продукції.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що запропоновано спосіб оптимізації зволоженості шихти при мінімуму витрати бентоніту, розроблено статистичну модель оптимального гранулоутворення, що дозволяє ефективно використовувати виробничий процес, що відбувається шляхом змішування шихти з відповідними добавками в змішувачі, і оптимальну роботу барабанного огрудкувача; розроблена автоматизована система управління процесом гранулоутворення й росту гранул при виробництві окатишів з використанням корекції роботи обладнання за показниками вимірювача (індикатора) вологості залізорудного концентрату й шихти. Це дозволяє з нових позицій підійти до рішення проблеми гранулоутворення при огрудкуванні тонкоподрібнених залізорудних концентратів й одержати значну економію за рахунок зниження витрати бентоніту й покращення технологічного процесу й підвищення стабільності роботи обладнання.

Розроблена автоматизована система управління гранулоутворенням, що містить в собі високоточний кондуктометричний вимірювач вологості сипучих залізорудних матеріалів, випробувана на Центральному виробничому об’єднанні Полтавського гірсько-збагачувального комбінату. Обчислювальний алгоритм, що відображає оптимальне гранулоутворення при огрудкуванні залізорудного концентрату, використовується для управління повним циклом виробництва сирих окатишів в системі автоматичної оптимізації зазначеного процесу.

Результати роботи використовуються в проектах ВАТ науково-дослідницького і проектного інституту „Механобрчермет” для впровадження їх на гірсько-збагачувальних комбінатах галузі.

Особистий вклад дисертанта. Усі положення, що виносяться на захист, розроблені самостійно й належать авторові У роботі [1] автором розглянуто існуючі способи управління приводом огрудкувача та запропоновано використовувати ейлерівський регулятор приводу огрудкувача. У роботі [2] автором розглянуті фактори, що впливають на процес гранулоутворення, і встановлено, що найбільшою мірою з вихідними факторами й параметрами шихти, роботою обладнання зв'язаний вихід кондиційних окатишів, а також на вихід гранул 7-9мм. У роботі [3] автором розглянута система „огрудкувач - двигун” і одержано вирази моментів інерції барабану та матеріалу в барабані. У роботі [4] представлена вдосконалена модель взаємодії часток , отримано вираз оптимальної зволоженості матеріалу. Автор має патент України на корисну модель Ас. №24920 [5]. В процесі виконання дисертаційної роботи автором вдосконалено модель взаємодії часток, одержано адекватну статистичну модель гранулоутворення в барабанному огрудкувачі, вдосконалено вимірювач (індикатор) вологості, а також виконані лабораторні й промислові експерименти й програмна реалізація автоматизованої системи управління гранулоутворенням.

Апробація результатів дисертації. Основні концепції, положення і результати роботи доповідались на IX, X Міжнародній науково-практичній конференції “ Інформаційні технології в освіті та управлінні” (Нова Каховка, 2006, 2007), ВАТ НДВІ “Механобрчермет”, ЗАТ “Таврійська будівельна компанія, міжкафедральному семинарі ХНТУ и в ХДМІ в період 2006-2007р, розширеному семінарі кафедри ТЕЕС НУК м. Миколаїв, 2007р.

Публікації. Основні наукові положення, висновки й результати дисертаційного дослідження знайшли відображення в 5 друкованих роботах, з них: 4 статті у виданнях, що входять до Переліку ВАК України, 1 авторське свідотство.

Структура і об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 129 найменувань і трьох додатків. Вона містить 37 рисунків й 42 таблиці. Загальний обсяг дисертації становить 249 сторінок, в тому числі 158 сторінок основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить загальну характеристику роботи, актуальність теми, зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами, мету й завдання дослідження, одержані наукові результати і їхнє практичне значення, оцінку особистого внеску здобувача, відомості про апробації й публікацію результатів дослідження.

Перший розділ дисертації присвячений аналізу предметної області і постановці задач дослідження. Досліджені сучасні способи управління огрудкуванням сипучих матеріалів, а також проблеми автоматизації цього управління. У результаті проведеного аналізу інформації отримані наступні висновки:

· Розроблені пристрої виміру вологості не можуть бути застосовані для оптимізації процесу гранулообразования.

· Застосовувані методи дослідження не дозволяють відшукати справжній оптимум гранулоутворення, тому що не дають можливості врахувати взаємозв'язки й взаємозумовленість факторів.

· На сьогодні відсутній достатній математичний апарат, за допомогою якого встановлювалися б кількісні залежності між факторами процесу гранулоутворення.

· Для оптимізації процесу огрудкування шихти необхідна розробка математичної моделі гранулоутворення, що дозволяє одержати оптимальне значення вологості шихти при відповідних параметрах роботи обладнання.

З метою одержання гранул високої якості необхідна розробка методу мінімізації витрати бентоніту при підготовці шихти достатньої зволоженості.

Другий розділ присвячений розробці статистичної моделі гранулоутворення в лабораторному й промисловому барабанних огрудкувачах. Проведено дослідження впливу мінералогічного складу шихти на процес гранулоутворення на моделі барабанного огрудкувача (рис.1), а також здійснений вибір критеріїв оптимізації процесу на основі проведених досліджень.

Рис.1. Лабораторний зразок барабанного огрудкувача

Проведені дослідження дозволили використати в якості критеріїв оптимізації наступні:

y1=S і y2=Kc,

де S – вихід гранул розміром від 0,8 до 0,9 от нижньої межі підрешетного продукту грохоту на виході огрудкувача, тобто розміром 9-7 мм,

Kc – коефіцієнт скидання;

В результаті розрахунків отримані рівняння регресії для параметрів, що оптимізуються: |

(1)

де y1 і y2 – координати виходу гранул 7-9мм та їх міцності, Х1 – вологість шихти, Х2 – швидкість обертання барабану, Х3 – час гранулювання.

Показано при аналізі виразів (1), що існує єдиний максимум, при якому гранулоутворення йде найліпшим образом. Крім того як критерій оптимізації з великою ймовірністю (? > 0,86) прийняти вихід гранул 7-9мм.

Для визначення ступеня значимості групи параметрів, найбільшою мірою зображуючих процес одержання окатишів, залежно від наведених вище факторів, на промисловому обладнанні був поставлений пасивний експеримент і виконана спроба використати один з методів експертних оцінок - метод розміщення пріоритетів. Для одержання узагальненої якісної оцінки будь-якого із запропонованих варіантів знайдена сума добутків величини значимості кожного параметра на відносну оцінку його величини по даному розглянутому варіанту.

Визначені узагальнені оцінки якості , і встановлено, що найбільшою мірою з початковими факторами й параметрами шихти, роботою обладнання пов’язаний вихід кондиційних окатишів Qу2. Далі, зазначені параметри досить істотно впливають на міцність окатишів на скидання Qу1, , а також відображають в достатній мірі вплив на вихід підкласу 0,8-1,0 від верхньої межі крупності підрешетного продукту грохоту Qу3.

На основі проведеного експерименту отримані гістограми розподілу змінних (виходу гранул і вологості концентрату), що дозволяють прийняти гіпотезу про нормальний закон розподілу цих змінних. (рис. 2, рис.3)

Рис. 2. Гістограма розподілу виходу гранул 9-7мм,кг

Рис. 3. Гістограма розподілу вологості концентрату

Використовуючи метод кореляційного й регресійного аналізів одержали рівняння регресії, що описують статистичну залежність між випадковими вихідними змінними і вхідними випадковими змінними . Показано, що при надійності виводу і числі ступенів свободи коефіцієнти вірогідно відображають взаємозв’язок між параметрами процесу гранулоутворення.

В результаті обробки дослідних даних отримані адекватні рівняння регресії для шуканих параметрів:

де – міцність на скидання (кількість падінь зразка отриманої продукції з висоти 200 мм до початку його руйнування), раз; – вологість шихти Ш,%; – (кількість заліза у шихті),%; – (кількість кремнезему у шихті),%; – (вапняк), %, – кількість тонких класів мінус 0.053 мм; – витрата , т/год; – швидкість обертання барабану , об/хв, – витрата бентоніту б, кг/т; – витрата вапняку и, кг/т.

Розрахунки показали, що різниця між і мала. Таким чином, можна зробити висновок, що отримане рівняння регресії найкращим образом відображає взаємозв’язок між факторами, що аналізуються.

де – вихід готових окатишів, т/год;

Значення коефіцієнту кореляції для нашего випадкузнаходиться в межах

де – вихід гранул розміру 9-7мм, т/год.

Коефіцієнт множинної кореляції =0,774. Значення коефіцієнту кореляції для нашего випадкузнаходиться в межах .

Третій розділ присвячений фізиці взаємодії часток між собою при гранулоутворюванні, а також математичному опису цієї взаємодії. Такі дослідження необхідні для отримання оптимальної вологості шихти для гранулоутворювання.

Представлено удосконалену дисертантом систему взаємодії часток у зволоженому матеріалі, що характеризується наявністю рідинного прошарку між частками (рис.4)

Рис. 4. Схема взаємодії частки з гранулою (радіусами і відповідно) | Рис. 5. Взаємодія часток при тетраедричному способі укладання

Запропоноване тетраедричне укладання часток (рис.5).

Оскільки в дійсній роботі розглядається більше реальний випадок взаємодії часток, що не мають поверхневого контакту між собою. Кут визначається кутом змочування , кількістю рідини у верхній частині манжети (тобто ) і радіусом частки :

.

У такий спосіб остаточно маємо

,

де ;

;

; ;

;

;

- крайовий кут змочування твердої частки меншого розміру радіусу ;

- крайовий кут змочування твердої частки більшого розміру радіусу .

З огляду нерівностей і шорсткостей поверхні гранули представлена модель заміщення тріщин її поверхні, вм'ятин, нерівностей, у вигляді конусів. Знайдено загальне число конусів на поверхні:

,

де - радіус основи конусу;

- якщо парне;

- якщо непарне.

Загальна кількість часток, що прилипли на поверхню гранули, визначали підсумовуванням числа часток у парних і непарних перетинах.

,

де - число часток у непарних шарах

,

- число часток у парних шарах

.

Виходячи із прийнятої моделі нашарування часток тонких класів на гранулі, загальна вологість гранули й часток визначалася з виразу

,

де Q – кількість рідини в місці одного контакту, що доводиться на одну частку.

N - число приєднаних часток;

R1 – радіус частки;

R2 - радіус гранули;

- масова щільність води;

- масова щільність грудкуємого матеріалу;

- об’єм води в місці контакту гранули й частки.

Зусилля удару, що сприяє приросту маси гранули за рахунок приєднання часток і формуванню позначеної півсфери, визначалося виразами:

; ;

.

Представлена аналітична модель зображує процес росту маси гранул.

Використання отриманої моделі дозволяє в достатній мері описати процес гранулоутворення аналітичними виразами, що, у свою чергу, сприяє застосуванню сучасних методів і засобів управління до даного процесу.

Четвертий розділ дисертації присвячений питанню створення системи оптимізації гранулоутворення по двох каналах управління: вологості шихти й роботі механічного обладнання. Розглядається питання мінімізації витрати бентоніту, як дорогої сировини. Використовуючи здатність бентонітів поглинати воду отримана наступна формула

,

де - набрякаємість;

- об’єм добавки сухого бентоніту.

Використовуючи результати дослідження співвідношення між бентонітом і вапняком і знаючи, що вапняк поглинає в три рази менше води стосовно бентонітових глин маємо:

,

де - співвідношення відповідної кількості вапняку до 0,5% бентоніту;

- об’єм добавки вапняку.

Отже, об’єм води, поглинений даними речовинами, доданими в концентрат, що надходить на огрудкування з технологічних міркувань, буде становити:

.

Визначаємо оптимальний об’єм води розраховуючи на 1 тону концентрату:

,

де - оптимальна вологість при огрудкуванні сипучих залізорудних матеріалів. Таким чином визначили надлишковий об’єм води

.

Якщо триманий об’єм води , то більше в шихту ніяких добавок робити не потрібно й процес огрудкування сипучих залізорудних матеріалів буде оптимальним.

Якщо ж отриманий об’єм води , то для досягнення оптимальності процесу грануляції в шихту необхідно добавити необхідний об’єм води, що дорівнює .

При в шихту добавляється певна кількість зв'язувальних речовин, таких як бентоніт та вапняк. При цьому враховуються, відповідні цим матеріалам, пропорції.

У такий спосіб досягається оптимальна вологість шихти, що забезпечує найвище гранулоутворення. Наведений алгоритм можна використовувати при оптимізації вологості шихти, що надходить на огрудкування.

Для врахування впливу роботи механічного обладнання на процес гранулоутворення розглянута двомасова система “двигун-огрудкувач”.

Рис.6 Схема електромеханічної системи “двигун-огрудкувач” для огрудкуання сипучого матеріалу в барабані

Отримано момент інерції порожнього барабану:

,

момент інерції вмісту:

,

Момент опору обертанню барабану:

Виходячи з експериментальних даних і проведених розрахунків одержали вираз значення швидкості обертання барабану, що забезпечує максимальне гранулоутворення в статичному режимі залежно від вхідних параметрів (вологості шихти, мінералогічного складу, кількості бентоніту тощо):

Х8 = - 65,349-2,4965Х1 + 0,7511Х2 -1,093Х3 -1,179Х4 +0,7502Х6-

-0,098Х7+2,3611Х9+1,3028Х10+0,1385Х21- 0,0036Х26 +0,0007Х27,

при Y 3 = Y 3мах , 3 Y1 8, разів, где Y1 – міцність на скидання, Y3 – вихід гранул розміру 9-7мм, т/год, Х1 – вологість шихти Ш, %; Х2 – (вміст заліза в шихті), %; Х3 – (вміст кремнезему в шихті), %; Х4 – (вапняк), %; Х6 – вміст тонких класів мінус 0.053 мм; Х7 – витрати , т/год; Х8 – швидкість обертання барабану , об/хв; Х9 – витрати бентоніту б, кг/т.

Оскільки барабан – масивний об’єкт, при перехідних режимах його інерція істотно впливає на гранулоутворення. Для компенсації впливу на процес гранулоутворення коливань барабанного огрудкувача був застосований эйлеровский регулятор.

Статистична модель управління швидкістю обертання барабану у системі Matlab має вигляд (рис.7):

Рис.7. Статистична модель управління швидкістю обертання барабану

Структурна схема розробленої аналітичної моделі управління процесом гранулоутворення, що радить в прийнятті рішень, виглядає в такий спосіб (рис.8)

Рис. 8. Структурна схема аналітичної моделі, управління процесом гранулоутворення

Тут: 1 – кондуктометричний вимірювач ( індикатор) вологості;

2 –аналогово-цифровий перетворювач; 3 – блок визначення достатньої вологості, кількості бентоніту, вапняку й води; 4 – блок оптимізації параметрів гранулоутворення з позиції роботи механічної системи.

Блок 1 представляє схему перетворення зовнішніх аналогових сигналів у цифровий код на основі перетворювача (АЦП) 1108ПВ1. Далі оброблений сигнал надходить на ОМК через блок 2, що представляє собою дешифратор адресного простору вводу-виводу. Як елементна база використаються ІМС серії 74LS138, 74LS373, 74LS374. Після обробки прийнятої інформації й на підставі описаної в ПЗП математичної моделі процесу ОМК видає управляючі сигнали, що дозволяють контролювати весь технологічний процес, а в блоці 6 створюються масиви даних, використовуваних у роботі ОМК. Блок 4 являє собою схему виводу даних на індикатор. Із блоку 3 сигнали надходять на один із сегментів індикатора, реалізованого на ІМ 74ALS3739- блок вводу інформації із клавіатури. Якщо необхідно змінити режими роботи мікроконтролера протягом технологічного процесу, то це здійснюється через блок 9, що представляє собою групу кнопок вводу цифр від 0 до 9 і вибору режиму через кнопки “*” “#”,розташовану для зручності введення інформації.

Описаний пристрій дозволяє ефективно впливати на систему управлінням дозуванням бентоніту й вапняку й взаємодіяти з оператором з метою зміни режимів роботи залежно від вологості концентрату й одержання гранул у найбільшій кількості й задовільної якості.

Розроблена інформаційно-аналітична модель, що радить, може використовуватись для управління як барабанним, так і чашовим огрудкувачем після введення в ПЗП мікроконтролера відповідного математичного опису процесу у використовуваному грануляторі.

П’ятий розділ присвячений питанню індикатору вологості у через відсутність прямого датчика вологості для поставлених завдань. У розділі розглянуті існуючі способи виміру вологості, їхньої переваги й недоліки.

У результаті проведеного аналізу був обраний кондуктометричний спосіб вимірювання вологості. Вивчалися поляризаційні властивості шихти. Для вивчення властивості поляризації шихти проводили дослідження впливу вхідної напруги різної форми й амплітуди, що подається на електроди первинного перетворювача, на тривалість визначення вологості. Для лінеаризації залежності електричного опору шихти від вологості застосований нелінійний дільник напруги. На рис.9 показана оптимальна напруга на електродах, що зменшує ефект поляризації

Рис. 9. Вплив форми напруги на перехідний процес у нелінійній ланці

для шихти с =8,9%;

1- напруга на вході =50В;

2- напруга на вході =30В.

Відзначимо, що найбільш швидко завершується перехідний процес при подачі напруги порядку 50В на вхід нелінійної ланки. Такому протіканню процесу, очевидно, сприяє більша щільність струму через контрольований матеріал.

Виходячи з викладеного, запропоновано подавати на електроди датчика напруга величиною більше+45В. Найбільший ефект по зниженню впливу поляризації (Рис.9) досягається при подачі на електроди первинного перетворювача напруги східчасто-лінійної форми.

Функціональна схема розробленого приладу і результати його випробувань надані нижче (рис.10, рис.11)

Рис. 10: Функціональна схема вимірювача (індикатора) вологості

1 - електроди первинного перетворювача вологості;

2 - котушка контуру L;

3 - датчик положення ножа;

4 - індикатор положення ножа відносно електродів;

5 - датчик вологості;

6 - ніж для очищення поверхні від налиплого матеріалу

Рис.11 Результати випробувань вимірювача ( індикатора) вологості

Ламана крива-контроль повітряно-тепловим способом;

Плавна крива-показання вимірювача (індикатора) вологості.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведені нові наукові результати, які відповідно до мети досліджень у цілому є рішенням актуального завдання розробки інформаційно-аналітичної моделі оптимального управління процесом гранулоутворення при огрудкуванні сипучих матеріалів.

Використання розроблених у роботі моделей і методів оптимізації гранулоутворення , а також вимірювача (індикатора) вологості концентрату підвищеної точності, дозволяють значно підвищити ефективність процесу виробництва окатишів й ефективність технологічної взаємодії обладнання: змішувача шихти й барабанного огрудкувача.

Рішення цього питання засновано на використанні залізорудного концентрату, що надходить на огрудкування, з вологістю, оптимальної для ефективного гранулоутворення при мінімальних витратах бентоніту.

Таким чином, наукові розробки дисертаційної роботи, у першу чергу, спрямовані на підвищення ефективності процесу огрудкування, зниження матеріальних витрат на тонну готової продукції, надійності і якості прийнятих рішень оператором при управлінні технологічним процесом.

В результаті проведених дисертаційних досліджень, одержані наступні результати:

1. З позицій оптимізації гранулоутворення представлений спільний розгляд роботи обланднання: змішувач шихти - барабанний огрудкувач. Розроблені згідно із запропонованим підходом моделі оптимізації відрізняються такою важливою властивістю як здатність об'єднати по каналу управління двох зазначених пристроїв, стосовно параметрів концентрату, що змінюються.

2. Вдосконалено аналітичної моделі взаємодії часток вхідного матеріалу, що надходить на огрудкування, що дозволило одержати теоретичну залежність сили зчеплення часток під дією рідинної манжети подвійної кривизни в області контакту й залежно від відстані між частками, обсягу рідини й кута змочування, що змінюються.

3. Одержано математичну модель, що розкриває залежність ступеня тріщинуватості й шорсткості від питомої поверхні реальних часток, що дозволило:

- розробити методику визначення кількості рідини, що поглинається порожнинами, розташованими на поверхні частки вихідного матеріалу;

- одержати вирази, що дозволяють визначити необхідну й достатню кількість рідини в грудкуємому матеріалі для формування гранул.

4. Вдосконалено вимірювач (індикатор) вологості тонкоподрібнених залізорудних матеріалів з погрішністю виміру 0,28 % абсолютних одиниць вологості, що відрізняється підвищеною точністю виміру й перешкодозахищеністю.

5. Вперше розроблена математична модель управління гранулоутворенням залежно від складу сировини, що дозволяє оптимізувати зволоженість шихти, що надходить на огрудкування, й при цьому забезпечити мінімум витрати бентоніту при зв'язуванні зайвої рідини у вхідному концентраті.

6. Розроблено аналітично-інформаційну модель управління процесом гранулоутворенням на базі мікро ЕОМ, що дозволила значно підвищити ефективність процесу виробництва окатишів й ефективність технологічної взаємодії обладнання: змішувача шихти й барабанного огрудкувача за рахунок вироблення управляючих сигналів у САУ дозатора бентоніту й барабана- огрудкувача, а також надійність й якість прийнятих рішень оператором при ручному управлінні технологічним процесом.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Исаев Е.А., Чернецкая И.Е., Наговский Д.А. К вопросу оптимизации окомкования тонко измельченных материалов // Фундаментальні дослідження. Материалы международной научной конференции “Интеллектуальные системы и прикладные аспекты информационных технологий”. – Евпатория, 2006. – Т.4. – С. 148-153.

Здобувачем запропоновано використовувати ейлерівський регулятор приводу огрудкувача, показані результаті моделювання, що відображають ефект від використання регулятора.

2. Исаев Е.А., Наговский Д.А. К выбору факторов, характеризующих окомкование тонкоизмельченных железорудных материалов // ААЭКС. – 2007. – № 1(19). – С. 149-152.

Здобувачем встановлено, що найбільшою мірою з вихідними факторами й параметрами шихти, роботою обладнання зв'язаний вихід кондиційних окатишів, а також на вихід гранул 7-9мм.

3. Исаев Е.А., Наговский Д.А., Чернецкая И.Е. Оценка динамических свойств нагруженного барабанного окомкователя // “Информационные технологии и компьютерная инженерия”. – Винница, 2007. – № 2(9). – С. 90-95.

Здобувачем розглянута система „огрудкувач-двигун”, отримано вирази моментів інерції барабану та матеріалу в барабані.

4. Исаев Е.А., Наговский Д.А., Чернецкая И.Е. Математическая модель гранулообразования в увлажненном тонко измельченном материале // Вестник ХНТУ, 2007. – № 4(27). – С. 107-112.

Дисертантом представлена вдосконалена модель взаємодії часток, отримано вираз оптимальної зволоженості матеріалу.

5. Спосіб керування огрудкуванням дисперсних матеріалів: Ас. №24920 Україна МПК С22В 1/24 Ісаєв Є.О., Наговський Д.А. -№ u 2006 13397: Заяв. 18.12.2006: Опубл. 25.07.2007 Бюл. № 11.

Здобувачем запропоновано й доведено доцільність використання контролю по виходу гранул 0.8-1.0 від значення верхньої межі крупності підрешетного продукту грохоту

АНОТАЦІЯ

Наговський Д.А. Автоматизована система керування гранулоутворенням при огрудкуванні сипучих матеріалів - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів - Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2008.

Дисертаційна робота присвячена рішенню актуальної наукової проблеми - оптимізації процесу гранулоутворення при огрудкуванні сипучих матеріалів.

Виконано аналіз існуючих методів рішення проблеми. Проведено дослідження в предметній області, у результаті яких виділені основні критерії оптимізації процесу: вихід гранул і міцність на скидання . Представлено вдосконалену модель взаємодії часток вихідного матеріалу; отримана математична модель, що відбиває залежність ступеня тріщинуватості й шорсткості від питомої поверхні реальних часток, що дозволило розробити методику визначення кількості рідини, що поглинає порожнинами, розташованими на поверхні частки вихідного матеріалу, одержати вираження, що дозволяють визначити необхідна й достатня кількість рідини в грудкуємому матеріалі, для формування гранул. Уперше розроблена математична модель керування гранулоутворенням залежно від складу сировини, що дозволяє оптимізувати зволоженість шихти, що надходить на огрудкування й при цьому забезпечити мінімум витрати бентоніту при зв'язуванні зайвої рідини у вихідному концентраті.

Ключові слова: гранулоутворення, оптимізація, гранула, рідина, математична модель, управління.

АННОТАЦИЯ

Наговский Д.А. Автоматизированная система управления гранулообразованием при окомковании сыпучих материалов – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – Автоматизация технологических процессов – Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2008.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научной проблемы – оптимизации процесса гранулообразования при окомковании сыпучих материалов.

В диссертационной работе приведены новые научные результаты, которые в соответствии с целью исследований в целом есть решение актуальной задачи разработки информационно-аналитической модели оптимального управления процессом гранулообразования при окомковании сыпучих материалов.

Выполнен анализ существующих методов решения проблемы. Проведены исследования в предметной области, в результате которых выделены основные критерии оптимизации процесса: выход гранул и прочность на сбрасывание . Представлена усовершенствованная модель взаимодействия частиц исходного материала; получена математическая модель, отражающая зависимость степени трещиноватости и шероховатости от удельной поверхности реальных частиц, что позволило разработать методику определения количества жидкости, поглощаемой полостями, расположенными на поверхности частицы исходного материала, получить выражения, позволяющие определить необходимое и достаточное количество жидкости в комкуемом материале, для формирования гранул. Впервые разработана математическая модель управления гранулообразованием в зависимости от состава сырья, позволяющая оптимизировать увлажненность шихты, поступающей на окомкование и при этом обеспечить минимум расхода бентонита при связывании излишней жидкости в исходном концентрате.

Выбран и обоснован способ измерения влажности шихты. Усовершенствован измеритель влажности шихты за счет введения нелинейного делителя напряжения и использования подачи напряжения ступенчато-изменяющейся формы при измерении на электроды для снижения эффекта поляризации материала.

Разработана автоматизированная система управления процессом гранулообразования на базе микро ЭВМ, позволившая значительно повысить эффективность производства окатышей. При этом увеличивается эффективность технологического взаимодействия оборудования: смесителя шихты и барабанного окомкователя за счет выработки управляющих сигналов в САУ дозатора бентонита и барабана-окомкователя, а также надежность и качество принимаемых решений оператором при ручном управлении технологическим процессом.

Ключевые слова: гранулообразование, оптимизация, гранула, жидкость, математическая модель, управление.

SUMMARY

Nagovsky D.A. An automated control system of granulemaking at a pelletizing of loose materials - the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.13.07 - Automation of technological processes - the Kherson national technical university, Kherson, 2008.

Dissertational work is devoted to the decision of an actual scientific problem - to optimization of process of granulemaking at pelletizing of loose materials.

The analysis of existing methods of the decision of a problem is executed. Researches in a subject domain as a result of which the basic criteria of optimization of process are allocated are lead an output of granules and durability on throwing. The advanced model of interaction of particles of an initial material is submitted; the mathematical model reflecting dependence of a degree of cracking and a roughness from a specific surface of real particles that has allowed to develop a technique of definition of quantity{amount} of the liquid absorbed by cavities, located on surfaces of a particle of an initial material is received, to receive the expressions, allowing to define necessary and enough of a liquid in granulated a material, for formation of granules. For the first time the mathematical model of management of granulemaking is developed depending on structure of the raw material, allowing to optimize liquid materials, acting on pelletizing and thus to provide a minimum of the charge of bentonite at linkage of an excessive liquid in an initial concentrate.

Key words: granulemaking, optimization, granule, liquid, mathematical model, control

Відповідальний за випуск Шеховцов А.В.

Підписано до друку 10.01.2008 р. Формат 60х90/16.

Друк ризографія. Гарнітура Times New Roman.

Ум. друк. арк. 1,0. Тираж 100 прим. № замовл. 10

Віддруковано з готових оригінал-макетів в ТОВ „Айлант”

Свідоцтво про реєстрацію ХС №1 від 20.08.2000 р.

73000, м. Херсон, пров. Пугачова, 5/20

тел.: 26-67-22