Устройство автоматического управления процессом магнитной сепарации

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (5() 4 В 03 С 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3670369/22-03 . (22) 08.12.83 (46) 23.08.87. Бюл . № 31 (71) Криворожский горно-рудный институт и Научно-исследовательский про— ектный институт Механобрчермет" (72) Е.К. Бабец, В.П. Хорольский, С.В. Бабец, Н.И. Сокур, Т.Ю. Трач и В.В. Коломоец (53) 622.778(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР № 761009, кл. В 03 С 1/00, 1980.

Марю а А.Н. Автоматическая оптимизация процесса обогащения руд на магнитообогатительных фабриках. M.:

Недра, 1975, с. 291. (54)(57) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ, включающее датчик и задатчик плотности пульпы в питании магнитной сепарации,.соединенные с входом блока сравнения, исполнительный механизм и электрическую задвижку расхода воды в слив классификатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повы— шения качества концентрата путем устранения перерегулирования, оно снабжено четырьмя задатчиками опорных сигналов, тремя интеграторами, семью блоками умножения, тремя блоками алгебраического сложения, квадратором, пятью масштабными блоками, двумя блоками вычитания, двумя блоками деления, причем выход первого задатчика опорного сигнала соединен с первым входом первого блока умножения, выход которого соединен с третьим входом блока сравнения, к второму входу которого подключен выход датчика плотности, а выход блока сравнения соединен с входом первого интегратора и первым входом второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом первого блока сложения, выход которого соединен с входом исполнительного механизма и первым входом второго блока сложения, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, входом третьего интегратора и первым входом третьего блока умножения, выход которого соединен с первым входом третьего блока сложения, выход которого соединен с вторым входом второго блока сложения, выход первого интегратора соединен с первым вхо43 дом четвертого блока умножения, выход которого соединен с вторым входом первого блока сложения, выход второго задатчика опорных сигналов соединен с входом первого масштабного блока, выход которого соединен с первым входом первого блока деления, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока умножения, выход третьего задатчика опорного сигнала соединен с входом третьего масштабного блока и с первым входом пятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего интегратора, а выход пятого блока умножения соединен с вторым входом третьего блока сложения, выход четвертого задатчика опорного сигнала соединен с вторым входом третьего блока умножения, входом квадратора, первым входом шестого блока умножения и первым входом седьмого блока умножения, выход которого соединен с первым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом второго

1331562 блока деления, выход квадратора соединен с вторым входом шестого блока

1 умножения и первым входом второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, вью од которого соединен с вторым входом второго блока умножения, выход третьего масштабного блока

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами обогащения и может найти применение на обогатительных фабриках цветной и черной металлургии.

Цель изобретения — повышение качества концентрата путем устранения перерегулирования.

На фиг. 1 показаны переходные процессы плотности пульпы в питании магнитной сепарации по каналу "Изменение расхода воды в слив классификатора — Изменение плотности пульпы 15 в питании сепарации при уменьшении расхода воды на 6Х от номинального; на фиг. 2 — то же, при увеличении расхода воды на 6Z; на фиг. 3 — функциональная блок-схема устройства ав- 20 томатического управления процессом магнитной сепарации.

Устройство содержит датчик 1 плотпульпы, 33pBTчик 2 IIJIQTHocTH блок 3 сравнения, исполнительный механизм 4, задвижку 5 расхода воды, задатчики 6-9 опорных сигналов,интеграторы 10-12, блоки 13-19 умножения, блоки 20 — 22 алгебраического сложения, квадратор 23, масштабные блоки 24-28, блоки 29 и 30 вычитания, блоки 31 и

32 деления.

Объект управления представлен магнитным сепаратором 33, установленным после классификатора 34.

Датчик 1 плотности пульпы установлен в питании магнитного сепаратора 33, на который подается пульпа со слива классификатора 34. Плотность

40 пульпы в сливе классификатора регулируется исполнительным механизмом 4 и задвижкой 5, изменяющей расход воды соединен с вторым входом второго блока вычитания и входом четвертого масштабного блока, выход которого соединен с вторым входом седьмого блока умножения, выход шестого блока умножения соединенс входомпятого масштабного блока, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания. в слив классификатора 34. Выход датчика плотности пульпы соединен с отрицательным входом блока 3 сравнения, к положительному входу которого подключен выход задатчика 2 плотности пульпы.

Выход первого задатчика 6 опорного сигнала соединен с первым входом первого блока 13 умножения, выход которого соединен с третьим (отрицательным) входом блока 3 сравнения, т.е. полярности входов, к которым подключены выходы блоков 1 и 13, совпадают.

Выход блока 3 сравнения соединен с входом первого интегратора 10 и первым входом второго блока 14 умножения, выход которого соединен с первым входом первого блока 20 сложения, а выход блока 20 соединен с входами исполнительного механизма 4 и первым входом второго блока 21 сложения.

Выход блока 21 соединен с входом второго интегратора 11, выход которого соединен с вторым входом первоГо блока 13 умножения, входом третьего интегратора 12 и первым входом третьего блока 15 умножения. Выход блока 15 соединен с первым входом третьего блока 22 сложения, выход которого соединен с вторым входом второго блока 21 сложения. Выход первого интегратора 10 соединен с первым входом четвертого блока 16 умножения, выход которого соединен с вторым входом первого блока 20 сложения.

Выход второго эадатчика 7 .опорных сигналов соединен с входом первого масштабного блока 24, выход которого соединен с первым входом первого блока 31 деления и входом второго масштабного блока 25, выход которого со1331562 единен с первым входом второго блока 32 деления. Выход блока 32 соединей с вторым входом четвертого блока 16 умножения. Выход третьего за5 датчика 8 опорного сигнала соединен с входом третьего масштабного блока 26 и с первым входом пятого блока 17 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего интег- 1О ратора 12.

Выход пятого блока 17 умножения сосоединен с вторым входом третьего блока 22 сложения. Выход четвертого эадатчика 9 опорного сигнала соеди- 15 нен с вторым входом третьего блока 15 умножения, входом квадратора 23, первым входом седьмого блока 19 умножения, вьгход которого соединен с первым входом первого блока 29 вычита- 20 ния. Выход блока 29 соединен с вторым входом второго блока 32 деления.

Выход квадратора 23 соединен с вторым входом шестого блока 18 умножения и первым входом второго блока 30 25 вычитания, вход которого соединен с вторым входом первого блока 31 деления. Выход блока 31 соединен с вторым входом второго блока 14 умножения.

Выход третьего масштабного блока 26 30 соединен с вторым входом второго блока 30 вычитания и входом четвертого масштабного блока 27, выход которого соединен с вторым входом седьмого блока 19 умножения. Выход шестого бло-35 ка 18 умножения соединен с входом пятого масштабного блока 28, выход которого соединен с вторым входом первого блока 29 вычитания.

Сущность изобретения заключается 40 в следующем.

Обычно в практике автоматизации процессов обогащения переходной процесс в цитании сепарации при изменении расхода воды в слив классифика- 45 тора аппроксимируют экспонентой (штриховая линия, фиг. и 2), представляя передаточную функцию объекта в виде

W(p) = K(Tp +1) exp (-<.P), (1)

50 где К вЂ” коэффициент усиления;

,Т вЂ” запаздывание и постоянная

1 времени.

Для такой аппроксимации переходного процесса и передаточной функции обосновано использование линейных

ПИ- и ПИД-регуляторов.

Практика автоматизации показала неудовлетворительное качество синтецесса.

Реальная переходная характеристика объекта, представленная на фиг. 1 и

2, должна быть аппроксимирована выражением вида

К< м(р) х (2) т р+! где К и К вЂ” коэффициенты усиления;

< 2

Т, и Т вЂ” постоянные времени; — время запаздывания.

Выражение (2) путем разложения

exp(- р) в ряд Тейлора сводится к выражению вида

-ТР+ К

W(P)

aã,P + a<, (3) где a,, a — динамические параметры процесса, что следует из вида переходных процессов, представленных на фиг. 1 и 2. Параметры К„, К, Т,, Т и с определяются методом Купфмюллера по экспериментально снятой на объекте переходной характеристике и показаны на фиг. 1 н 2.

При аппроксимации передаточной функции по методу Купфмюллера реальная переходная характеристика, изображенная на фиг. 1 и 2, аппроксимируется суммой двух экспонент, вторая из которых сдвинута на время запаздывания с . При этом из фиг. следует, что постоянная времени Т, близка к времени запаздывания с .

Воспользовавшись разложением E в ряд Тейлора, получаем т, Р (т,Р)

М 1 1 + --- + — — — — — +

1 < 2!

Воспользовавшись первыми двумя членами разложения и подставив их в (2), получаем

К< К2

W(P)

Т,Р + (Т P + 1)(Т<Р+1)

После преобразования

К < (ТаР+1)-К

W(P)

23 (Т,Р+1)(Т Р+1) К Т,Р + К< — Ка

Т Т<Р + (T,+Т )+1

К «Т К< -К

P + т т< Tg т <

Т2 1

Р (†††) Р + — —— т,т, т,т, зированных по такому закону систем управления, их низкую устойчивость и возникновение автоколебаний всего про!

33!5 введя обозначения

К Т К,-К Т +Т, — — Т; — — -> K- - — а

Т2Т т 2Т1 Т2Т1

1 5 а т-т, получаем вид передаточной функции объекта (3).

Для повышения устойчивости и ка1О чества замкнутой системы управления необходимо синтезировать структуру, которая при управлении компенсировала бы неустойчивый числитель передаточной функции объекта вида (3) или !2) !

5 и одновременно обладала бы устойчивостью, равной максимальной степени устойчивости системы вида

К

W(P) (4)

Рх+ а2Р + а, 20 при линейном ПИ-управлении.

Для выполнения этого вводим в с структуру замкнутой системы управления параллельно объекту динамический фильтр вида

25 т, W (Р) (5)

9 Р +аР+а, подав на его вход результирующее управление от системы, а его выход подаем на вход блока сравнения системы управления с ПИ-регулятором.

В этом случае передаточная функция замкнутой системы имеет вид

Ы(Р) = PT+a P2+а Р+КК Р+КК ()

35 где K „K настройки ПИ-регулятора.

Для синтеза оптимальной структуры 40 управления объектом (3) необходимо выбрать такие настройки. параметров

К и Ки, чтобы устойчивость системы для объекта (3) совпадала с максимальной степенью устойчивости для замк- 45 нутой системы вида (6).

Максимальная степень устойчивости

I« a Ha KI)aHHe I)a a Ko H)0 P характеристического управления замкнутой системы (6), т.е. I ö, = -Р м

Находим I „, продифференциров ав дважды знаменатель выражения (6) и приравняв его нулю. Тогда

Р = †. - ; Т = - (7)

3 о" 3

Для того, чтобы качество управления объектом (3) было не хуже качества управления объектом (4) или объектом (1), "наслаиваем" все корни на

62

P, откуда определяем, что исходные параметры V „ и К„ равны и = (3a, — a )(3K) (8)

К „= (18a, а — 11а ) (27К), (9) а передаточная функция регулирующей части системы равна

K()P + Ки

W (Р) р (27а -9а Р+18а, а +11a2

27КР

Таким образом, оптимальная структура системы управления синтезирована и включает в себя элементы с передаточными функциями (S) и (10), что соответствует передаточной функции замкнутой системы (6), где параметры

Т, К, а и а2 определяются первоначально для снятых экспериментально усредненных переходных процессов вида, изображенного на фиг. 1 и 2, а

К „ и Ки определяются выражениями (8) и (9).

Учитывая изложенное, синтезированная система управления может быть записана в виде следующей системы уравнений

U(t) = К.Е(с)+К, J E(t)dt

g(e) = х...„- х() - х () (!1) х (t) = тхч(t)

Х +(t)+a Х„ (г.)+а, Х, (t) = U(g), где Х((с) и Х, (t) — первая и вторая производные величины Х, (e).

Устройство автоматического управления реализует разработанную оптимальную структуру и работает следующим образом.

Блоки взаимодействуют следующим образом.

Измеряют плотность пульпы р в т — датчиком 1 плотности пульпы в пим танин магнитного сепаратора 33. Измеренный сигнал плотности пульпы преобразуют в аналоговый сигнал электрического напряжения U<.

Задают задатчиком 2 постоянное напряжение задания П, пропорциональное заданному значению плотности т пульпы в питании „в --,. м

Задают задатчиком 7 постоянное напряжение U пропорциональное коэф7 фициенту усиления объекта К. Усиливают сигнал U7 от блока 7 три раза в масштабном блоке 24, т.е. на выходе

7 13315 блока 24 формируется сигнал U, про24 порциональный величине ЗК.

Аналогично блоку 24 в блоке 25 формируют сигнал напряжения пропорциональный величине 27К, путем усиления сигнала 1124 в девять раз.

Задают задатчиком 8 постоянное напряжение U8, пропорциональное динамическому параметру а,. Усиливают 10 сигнал U< от блока 8 в три раза в масштабном блоке 26, т.е. на его выходе формируют сигнал U, пропорциональный величине За<.

Аналогично, в блоке 27 формируют 15 сигнал U г, пропорциональный 18а<, путем усиления сигнала U в шесть раз. Задают эадатчиком 9 постоянное напряжение U9, пропорциональное динамическому параметру аг. В квадрато- 20 ре 23 формируют сигнал U >, пропорг циональный величине а

В блоке 18 умножения перемножают сигналы U21 и U т.е. формируют сигнал Uts пропорциональный величи1

2 не аг. Усиливают в масштабном блоке 11 сигнал U â одиннадцать раэ, т.е. выходной сигнал блока 11 U npo1

tI порционален величине llа

Умножают в блоке 19 сигналы U и З0

U т.е. формируют сигнал Б19, пропорциональный величине 18а,а . Вычитают в блоке 29 из сигнала U сигнал

U< T. е напряжение 1129 HG выходе пропорционально величине (18а„а — 11аг)35

Делят в блоке 32 сигнал U от блока 29 на сигнал U от блока 25, т.е. формируют на выходе блока 32 напряжение U пропорциональное параметру К„, определяемому по выраже- 40 нию (9). Вычитают в блоке 30 иэ сигнала U26 сигнал U>э формируя напряже ние U, пропорциональное величине (За< -аг). Делят в блоке 31 сигнал 01() на сигйал U „,,т.е. формируют сигнал 45

U,, пропорциональный параметру К, определяемому по выражению (8).

Работу во взаимодействии блоков 21, 22,11,12,15,17,8,9, 6 и 13 опишем следую<) им образом. 50

Данные блоки составляют подсистему динамической фильтрации, входом ко,торой являетсявыходной сигнал(J,пропорциональный напряжению, формируемому всоответствии с (11) по выражению 55

U(i) = К„ (С)+К f E(i)di, (12) о где f(t) определяется по (11).

62

Выходным сигналом динамического фильтра является сигнал U с выхода блока 13, пропорциональный параметру

Х (t). Взаимосвязь между указанными величинами U(t), X(t), Х „(t), Х (й), Т, К, К< и К „ задана системой ийтегродифференциальных уравнений (11) и передаточной функцией фильтра (5).

Передаточная функция динамического фильтра И,р(Р) определена выражением (5), которое пропорционально отношению выражения выходной величины Х (P) к операторному выражению входной величины фильтра, т. е. 0 (р) .

Учитывая, что при операторном описании формально время t заменяется на оператор Р, т.е. U(t) записывается как U(P), а также, что интегрирование заменяется умножением на величину

1 учитывая, что операторное выражение постоянной величины равно этой постоянной, покажем верность выражения (5) для данного состава и схемы соединения блоков 6, 8, 9, 11, 12, 13, 15, 17, 21 и 22. !

Составляем последовательно систему уравнений, начиная от выхода Х((t) (выход блока 13) к входу U(t) (выход блока 20).

В соответствии с фиг. 3

U,3(P) = U(,-(P) U1i (P) = UiI(Р) Т, так как Гь(Р) =T(P) = Т= const)

U„(P) = U„(P) г<(P) = Uzo(P) 22(Р) (13)

"го(Р) гг() 19( ()<9(Р) = Ц„(Р). 1) 9(Р) = 1У«(Р)" аг так Ka<(U>(P) = s (P) = s2 const;

U„(P) "<г(Р) Ug (P) "<г(P) так как Б (Р) = а, (Р) = а, = const;

U, (Р) U„(P)

Последовательно подставляем значения сигналов из системы уравнений, в первое уравнение

1Ь (.)21(Р) — (14) откуда Uzi(Р) PU„(P) (15)

21(P) U (P) 22(U (P) U.(P) U(P) ага< (P)

-U, (Р) а, = U(P) — à U, (Ð) (P) (16) 1331562

Приравняв (15) и (16), получаем

РБя(Р) = U(Р) -а ((1п(Р)

U„(P)), (17) откуда

П(Р) Р

U (P) Р +а Р+а, Учитывая что Х (Р) 1

Б„(Р)Т, получаем

ТР

Х (P) =- U(P) -z — . (18)

9 +aãP+a

Или по определению

Х (Р) Т

w (р) = - --- = — — — ——

"1 U(P) P +à Р+а т.е. выражение (5) описывает функциониро ние указанных блоков, составл по. п.,,пнамический фильтр.

Таким образом, при появлении на выходе блока 20 сигнала управления

0() на выходе блока 13 формируется .".гнал Х (t).

В бл ке 3 сравнения определяют величину рассогласования P(t) по выражс.н.по (. )

Х „() — X(t) — Х,Р(а) пут и т ычита ия из сигнала Б сигналов U, и 11, . Умножают сигнал Ь „в бчоке 14 на сигнал U » т.е. выходной сигнал П,д блока 14 пропорционален величине К E(t). Интегрируют в блои ке 1О сигнал 11, и умножают его в блоке 16 на сигнал U,,т.е. на выходе блока 16 формируют сигнал, пропорциональный величине К„ Е(г.)Й .

Сигналы П, и U, складываются в блоке 20, т.е. на его выходе формиру.,т сигнал U.o пропорциональный (1(t)

lIo выражению (12). Сигнал управления 40

U Я поступает на вход динамического фильтра, т.е. на блок 21 арифметического сложения для формирования сигнала Х () на выходе блока 13, а также на исполнительный механизм 4.

Исполнительный механизм 4 изменяет положение задвижки 5, изменяющей расход воды в сливе классификатора 34.

Сигнал текущей плотности пульпы в питании магнитного сепаратора от датчика 1 поступает на блок 3 сравнения, где вначале складывается с сигналом от первого блока 13 умножения, а затем сравнивается с заданным значением плотности от блока 2. Величина рассогласования с выхода блока 3 поступает на блок 14 и через интегра— тор 10 на блок 16.

В блоках 4 и 16 сигнал рассогласования умножается на сигналы с блоков 31 и 32 деления соответственно и затем суммируются в блоке 20 сложения. С блоков 31 и 32 деления поступают сигналы равные (8) и (9) соответственно, а сформированный блоком 20 сложения сигнал определяется выражением (10). Он поступает на исполнительный механизм 4 задвижки 5, оптимальным образом изменяя расход воды в сливе классификатора, не допуская возникновения аварийных колебаний, стабилизируя плотность пульпы в питании сепаратора.

Одновременно с этим сигнал управления с выхода блока 20 сложения поступает на блок 21 сложения, где алгебраически складывается с сигналом от блока 22 сложения со знаком минус. Сигнал на выходе блока 22 сформирован блоками 11, 12, 8, 9, 15, 17 и

22 таким образом, чтобы сигнал после второго интегратора ll, умноженный в блоке 13 умножения на величину параметра Т, задаваемую задатчиком 6, был равен (5). Величины а, и à < задаются задатчиками 8 и 9 опорных сигналов.

Заданное значение параметра К, заданное задатчиком 7, поступает последовательно на масштабирующие блоки 24 и 25 с коэффициентами масштабирования 3 и 9 соответственно.

Заданное значение параметра а пот ступает на квадратор, с выхода KQTQ рого сигнал равный а поступает на блок 18 умножения, в котором умножается на величину а от задатчика 9.

Сигнал с выхода блока 18, равный а, поступает на масштабирующий блок 28 с коэффициентом масштабирования равным 11. Сигнал величиной а, от задатчика 8 поступает последовательно на масштабные блоки 26 и 27 с коэффициентами масштабирования 3 и 6 соответственно, а в блоке умножения 19 сигнал, равный 18 а,, умножается на величину а от задатчика 9.

В блоке 29 вычитания определяется числитель выражения (9), который в блоке 32 деления делится на величину 27К от блока 25. Сформированный по выражению (9) сигнал поступает на блок 16. Аналогичным образом определяется по выражению (8) сигнал, по13315

Jl l„

ЮО

О 60 120 180 240 300

Риг. 2 ступающий с выхода блока 3 деления на блок 14 умножения.

Таким образом, устройство управляет расходом воды в сливе классифи5 катора и всем процессом обогащения в целом, не допуская аварийных колебаний содержания готового продукта в питании, промпродукте и хвостах магнитного сепаратора. Дисперсия коле- 10 баний грансостава снижается на 25I

62 12

307, повышается общая производительность цикла по готовому продукту.

Управление процессом магнитной сепарации с помощью предлагаемого устройства обеспечивает повышение производительности на 0,4Х повышение содержания полезного компонента в в продукте на О,IX при одновременном снижении содержания полезного компонента в хвостах на 0,25Х.

1331562

Составитель И. Назаркина

Редактор П, Гереши Техред А.Кравчук Корректор А.Ильин

Заказ 3754/7 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4