RU2366495C1 - Способ управления процессом смешивания сыпучих компонентов - Google Patents

Info

Publication number

RU2366495C1

RU2366495C1 RU2008119863/15A RU2008119863A RU2366495C1 RU 2366495 C1 RU2366495 C1 RU 2366495C1 RU 2008119863/15 A RU2008119863/15 A RU 2008119863/15A RU 2008119863 A RU2008119863 A RU 2008119863A RU 2366495 C1 RU2366495 C1 RU 2366495C1

Authority

RU

Russia

Prior art keywords

oxides

averaging

chemical elements

values

contents

Prior art date

2008-05-19

Links

• Espacenet
• Global Dossier
• Discuss

• 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
• 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims description 10
• 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims abstract description 88
• 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 67
• 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 11
• 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
• 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
• 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
• 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 3
• 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
• 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
• 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 4
• 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
• 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
• XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
• 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
• 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
• 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 3
• 239000000463 material Substances 0.000 description 3
• VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
• NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
• BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
• 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
• ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
• 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
• 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
• 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
• SPAGIJMPHSUYSE-UHFFFAOYSA-N Magnesium peroxide Chemical compound [Mg+2].[O-][O-] SPAGIJMPHSUYSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
• 241000948268 Meda Species 0.000 description 1
• BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
• -1 accumulate Substances 0.000 description 1
• 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
• 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
• 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
• 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
• 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
• 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
• 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
• 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
• 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
• 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
• 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
• 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
• 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
• 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
• 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
• 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1

Description

Изобретение относится к способам для контроля и управления процессом смешивания текущих потоков сыпучих компонентов и может широко применяться в химической, строительной, силикатной, горнорудной, агломерационной, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ усреднения сыпучих материалов в непрерывном потоке, по которому последовательно измеряют насыпную плотность сыпучего материала в неусредненном потоке, неусредненный поток разделяют на два вспомогательных потока по знакам приращения плотности перемешиваемого сыпучего материала, накапливают, смешивают, вновь измеряют приращение плотности, при превышении плотности над заданной сыпучий материал возвращают и вновь перемешивают с исходным (А.с. СССР №663423, кл. B01F 3/18, G05D 27/00, опубл. 25.05.1979 г.).

Недостатками известного способа являются энергоемкость, низкая производительность, повышенные потери при усреднении, исключена возможность использования способа для усреднения многокомпонентных сыпучих смесей и значительных (порядка тысяч тонн и выше) объемов усредняемых компонентов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известный способ усреднения сыпучих материалов в непрерывном потоке, предусматривающий дополнительный блок прогнозирования возмущений, обусловленных отклонениями фактических результатов анализа от расчетных значений (А.с. СССР №1122516, кл. B28C 5/60, опубл. 07.11.1984 г.).

Недостатком известного способа является запаздывание информации о результатах измерений, что снижает эффективность управления процессом смешивания сыпучих компонентов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности управления процессом смешивания сыпучих компонентов за счет прогнозирования средневзвешенных значений содержаний химических элементов и оксидов, например, железа, серы, оксида кальция, двуокиси кремния, в емкости усреднения, например на складе концентратов, на период ее полной загрузки.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе управления процессом смешивания сыпучих компонентов, включающем смешивание и дозирование, дополнительно определяют массы

сырьевых компонентов, поступающих в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, определяют содержания

химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, определяют средневзвешенные значения Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, определяют значения постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+1 и содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, по зависимости

T=-t₀/ln((Y_k+l-Y_k)/(Y_k-Y_k-l))

где t₀ - интервал квантования, с,

определяют значения коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, по зависимости

K=(Y_k-Y_k-1)/(1-(Y_k+1-Y_k)/(Y_k-Y_k-1),

определяют переходную функцию β(t) прогнозируемых средневзвешенных значений содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения, а также прогнозируемые средневзвешенные значения содержаний

химических элементов и оксидов на весь период формирования емкости усреднения по зависимостям

β(t)=K·(1-exp(-t/T))

где t - текущее время, ч;

Т - инерционность емкости усреднения, ч;

Т_ш - период формирования емкости усреднения с,

определяют целевую функцию J, обеспечивающую минимальное отклонение прогнозируемых средневзвешенных значений

содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения от заданного значения, по зависимости

,

где Q_i - расход i-го сырьевого компонента, кг;

β* - требуемое содержание химического элемента или оксида в емкости усреднения, %,

в соответствии с целевой функцией J определяют оптимальные задания регуляторам расходов сыпучих сырьевых компонентов, поступающих в емкость усреднения, путем приравнивания нулю частных производных

при выполнении ограничений

ΣQ_i=Q*,

Q_imin≤Q_i≤Q_imax,

где Q^* - сменное задание по объему сырья, загружаемому в емкость среднения, м³;

Q_imin, Q_imax - соответственно минимально допустимый и максимально возможный объемы сырьевых компонентов смеси, м³,

синхронизируют значения

масс сырьевых компонентов, поступающих в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, значения

содержаний химических элементов и оксидов в сырьевых компонентах, поступающих в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, значения средневзвешенных Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, значения постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, и значения коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения.

На чертеже изображена структурная схема для реализации предлагаемого способа управления процессом смешивания сыпучих компонентов.

Схема содержит по числу смешиваемых сырьевых компонентов накопительные емкости 1, анализатор 2 химического состава i-го сырьевого компонента, смеситель, выполненный в виде соответствующего поточного транспортера 3 i-го сырьевого компонента с соответствующим регулируемым приводом 4, дозатор расхода i-го сырьевого компонента, выполненный в виде последовательно соединенных соответствующих конвейерных весов 5, соответствующего регулятора 6 расхода i-го сырьевого компонента и соответствующего привода 4 соответствующего поточного транспортера 3 подачи i-го сырьевого компонента в емкость усреднения 7. Схема дополнительно содержит блок 8 расчета масс

i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блок 9 расчета содержаний

химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блок 10 расчета средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блок 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, блок 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, последовательно соединенные блок 13 расчета переходной функции β(t) прогнозируемых средневзвешенных значений содержаний химических элементов или оксидов и прогнозируемых средневзвешенных значений

содержаний химических элементов или оксидов в емкости усреднения 7 на весь период ее формирования, входа которого соединены с выходами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, блок 14 расчета целевой функции J минимизации отклонений прогнозируемых средневзвешенных значений

содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 от заданных значений, блок 15 расчета оптимального задания регулятору 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента и первый вход соответствующего регулятора 6 расхода i-го сырьевого компонента, второй вход которого соединен с первым выходом соответствующих конвейерных весов 5, а также блок 16 синхронизации работы блоков 8, 9, 10, 11, 12, выходы которого соединены с соответствующими им первыми входами блока 8 расчета значений массы

сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блока 9 расчета значений содержаний

химических элементов и оксидов в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блока 10 расчета средневзвешенных Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, при этом выход соответствующего анализатора 2 химического состава i-го сырьевого компонента последовательно соединен с вторым входом блока 9 расчета содержаний

химических элементов и оксидов в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, второй выход соответствующих конвейерных весов 5 i-го сырьевого компонента последовательно соединен с вторым входом блока 8 расчета масс расчета значений массы

i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-l)-й, k-й, (k+l)-й интервалы времени, первые, вторые и третьи выхода блока 8 расчета масс расчета значений массы

i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, и блока 9 расчета содержаний

химических элементов и оксидов в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым, шестым, седьмым входами блока 10 расчета средневзвешенных значений Y_k-l, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, первый, второй и третий выхода которого соединены соответственно с вторыми, третьими и четвертыми входами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения.

В качестве блоков 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 используется компьютер, например, IBM PC-совместимый, в котором по специальной программе, алгоритм которых описан ниже, осуществляются операции суммирования, вычитания, интегрирования, синхронизации сигналов и дальнейшей обработки величин, определяемых математической постановкой задачи.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходный материал смешиваемого i-го сырьевого сыпучего компонента из соответствующей накопительной емкости 1 поступает по соответствующему поточному транспортеру 3, например ленточному конвейеру, в емкость усреднения 7, при этом непрерывное измерение расхода i-го сырьевого компонента осуществляется соответствующими конвейерными весами 5, например, типа ВЕКО 2М фирмы Метран.

Сигнал с первого выхода соответствующих конвейерных весов 5 поступает на второй вход соответствующего регулятора 6 расхода i-го компонента, со второго - на второй вход блока 8 расчета значений масс

i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, который выполняется по зависимостям

где t₀ - интервал квантования, с;

Q_i(t_m) - расход i-го смешиваемого сырьевого сыпучего компонента в момент времени t_m, кг/с.

Установленный на выходе соответствующей накопительной емкости 1 соответствующий анализатор 2 химического состава i-го сырьевого компонента, например рентгено-флуоресцентный анализатор «МЭДА», осуществляет дискретный экспрессный количественный анализ i-го сырьевого компонента, выход анализатора 2 химического состава i-го сырьевого компонента в накопительных емкостях соединен со вторым входом блока 9 расчета значений химических элементов и оксидов, например,

железа, серы, оксида кальция, двуокиси магния, в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, который выполняется по зависимостям

где Fe_i - содержание одного из химических элементов и оксидов, например, железа, в i-м сырьевом компоненте в момент времени t_m, %.

Первый, второй, третий выходы блока 8 расчета значений массы

i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, и блока 9 расчета значений содержаний химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым, шестым, седьмым входами блока 10 расчета средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов, например железа, в емкости усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, который выполняется по зависимостям

Первый, второй, третий выхода блока 10 расчета средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени соединены с соответствующими им вторым, третьим, четвертым входами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, а также с соответствующими вторым, третьим, четвертым входами блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, расчет выполняется по зависимостям

T=-t₀/ln((Y_k+l-Y_k)/(Y_k-Y_k-l)),

K=(Y_k-Y_k-l)/(1-(Y_k+l-Y_k)/(Y_k-Y_k-l)).

Выходы блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+l содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, соединены с соответствующими им первым и вторым входами блока 13 расчета прогнозируемых средневзвешенных значений

содержаний химических элементов и оксидов и переходной функции β(t) прогнозируемых средневзвешенных значений содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 на весь период ее формирования, который выполняется по зависимостям

β(t)=K·(1-exp(-t/T)),

где Т_ш - период формирования емкости усреднения 7, с;

t - текущее время, ч;

Т - инерционность емкости усреднения, ч.

Выход блока 13 соединен с входом блока 14, рассчитывающего целевую функцию J, обеспечивающую минимальное отклонение прогнозируемых средневзвешенных

значений содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 от заданного значения по зависимости

,

где β* - требуемое содержание химического элемента или оксида в емкости усреднения 7, %.

Выход блока 14 соединен со входом блока 15 расчета оптимального задания соответствующему регулятору 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента, обеспечивающего минимальные отклонения прогнозируемых средневзвешенных значений

содержаний химических элементов или оксидов в емкости усреднения 7 от заданных значений, выход которого соединен с первым входом соответствующего регулятора 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента. Оптимальные задания соответствующему регулятору 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7, находят путем приравнивания нулю частных производных

при выполнении ограничений

ΣQ_i=Q*,

Q_imin≤Q_i≤Q_imax,

где Q^* - сменное задание по объему сырья, загружаемому в емкость усреднения 7 м³;

Q_imin, Q_imax - соответственно минимально допустимый и максимально возможный объемы сырьевых компонентов смеси, м³.

Блок 16 синхронизирует работу блоков 8, 9, 10, 11, 12, выходы блока 16 синхронизации работы соединены с соответствующими им вторыми входами блока 8 расчета значений массы

i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, и блока 9 расчета значений содержаний химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, седьмым входом блока 10 расчета средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, четвертыми входами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения.

Благодаря введенным блокам и связям, учитывается динамика изменения средневзвешенных значений Y_k-1, Y_k и Y_k+1 содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, расчет прогнозирования средневзвешенных значений

химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 на период ее полной загрузки позволяет уменьшить величину отклонений прогнозируемых средневзвешенных значений

содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 от заданного значения и достичь технического результата изобретения - повысить эффективность управления процессом смешивания сыпучих компонентов.

Cited By (1)