Устройство автоматического управления процессом магнитной сепарации

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) 11) 1)4 В 03 С 1/00 ЕНИЯ ч первым ния В входом которо тельно торог о сое тора,рым вхвходом входом ход ко дом тр которо орог о и ключающее дат и задатчи ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР761009, кл. В 03 С 1/00, 1980.Марюта А.Н. Автоматическая оптимизация процесса обогащения руд на магнитообогатительных фабриках. М, Недра, 1975, с. 291.(54)(57) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МАГНИТНОЙ СЕПА плотности пульпы в питании магнитносепарации, соединенные с входом блосравнения, исполнительный механизм и электрическую задвижку расхода водв слив классификатора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества концентрата путем устранения перерегулирования, оно снабжено четырьмя задатчиками опорныхсигналов, тремя интеграторами, семьюблоками умножения, тремя блоками алебраического сложения, квадратором,ятью масштабными блоками, двумя блоами вычитания, двумя блоками деления, причем выход первого задатчикаопорного сигнала соединен с первымвходом первого блока умножения, выхокоторого соединен с третьим входомблока сравнения, к второму входу которого подключен выход датчика плотности, а выход блока сравнения соединен с входом первого интегратора и входом второго блока умножегход которого соединен с первым первого блока сложения, выход го соединен с входом исполниго механизма и первым входом о блока сложения, выход котородинен с входом второго интеравыход которого соединен с втоодом первого блока умножения, третьего интегратора и первым третьего блока умножения, выторого соединен с первым вхоетьего блока сложения, выход о соединен с вторым входом блока сложения, выход первогратора соединен с первым вхо дом четвертого блока умножения, выходкоторого соединен с вторым входомпервого блока сложения, выход второго задатчика опорных сигналов соединен с входом первого масштабного блока, выход которого соединен с первымвходом первого блока деления, выходкоторого соединен с вторым входомчетвертого блока умножения, выходтретьего задатчика опорного сигналасоединен с входом третьего масштабного блока и с первым входом пятогоблока умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего интегратора, а выход пятого блока умножения соединен с вторым входом третьего блока сложения, выход четвертогозадатчика опорного сигнала соединенс вторым входом третьего блока умножения, входом квадратора, первым входом шестого блока умножения и первымвходом седьмого блока умножения, выход которого соединен с первым входомпервого блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом второго1331562 блока деления, выход квадратора соединен с вторым входом шестого блокаумножения и первым входом второгоблока вычитания, вьпсод которого соединен с вторым входом первого блокаделения, вылод которого соединен свторым 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 6 Е от номинального; на фиг. 2 - то же, при увеличении расхода воды на 67; на фиг. 3 - функциональная блок-схема устройства ав томатического управления процессом магнитной сепарации. Устройство содержит датчик 1 плотнОсти пульпы, Задатчик 2 плОтнОсти, 2 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. Плотность40 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 блокаумножения, выход шестого блока умножения соединен с входомпятого масштабного блока, выход которого соединен свторым 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 1 О 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 со 1331562единен с первым входом второго блока 32 деления, Выход блока 32 соединей с вторым входом четвертого блока 16 умножения, Выход третьего за 5датчика 8 опорного сигнала соединенс входом третьего масштабного блока 26 и с первым входом пятого блока 17 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего интег Оратора 12,Выход пятого блока 17 умножения сосоединен с вторым входом третьегоблока 22 сложения. Выход четвертогоэадатчика 9 опорного сигнала соединен с вторым входом третьего блока 15умножения, входом квадратора 23, первым входом седьмого блока 19 умножения, выход которого соединен с первым входом первого блока 29 вычитания. Выход блока 29 соединен с вторымвходом второго блока 32 деления,Выход квадратора 23 соединен свторым входом шестого блока 18 умножения и первым входом второго блока 30 25вычитания, вход которого соединен свторым входом первого блока 31 деления. Выход блока 3 соединен с вторымвходом второго блока 14 умножения.Выход третьего масштабного блока 26 30соединен с вторым входом второго блока 30 вычитания и входом четвертогомасштабного блока 27, выход которогосоединен с вторым входом седьмогоблока 19 умножения. Выход шестого бло-З 5ка 18 умножения соединен с входом пятого масштабного блока 28, выход которого соединен с вторым входом первого блока 29 вычитания.Сущность изобретения заключается 40в следующем.Обычно в практике автоматизациипроцессов обогащения переходной процесс в цитании сепарации при изменении расхода воды в слив классификатора аппроксимируют экспонентой (штриховая линия, фиг.и 2), представляяпередаточную функцию объекта в видеМ(р) = К(то +1) ехр (-сР), (1)50где К - коэффициент усиления;7,Т - запаздывание и постоянная1времени.Для такой аппроксимации переходного процесса и передаточной функцииобосновано использование линейныхПИ- и ПИД-регуляторов.Практика автоматизации показаланеудовлетворительное качество синте цесса.Реальная переходная характеристика объекта, представленная на фиг, 1 и 2, должна быть аппроксимирована выражением видаК"(Р) г(2)т р+ где К и К - коэффициенты усиления;гТ, и Тг - постоянные времени;7, - время запаздывания.Выражение (2) путем разложения ехр(-ср) в ряд Тейлора сводится к выражению вида-ТР + КИ(Р)Рг+ аР+а,(3) где а аг - динамические параметрыпроцесса, что следует из вида переходных процессов, представленных нафиг. 1 и 2. Параметры К, К , Т Ти с определяются методом Купфмюллерапо экспериментально снятой на объектепереходной характеристике и показанына фиг. 1 н 2,При аппроксимации передаточнойфункции по методу Купфмюллера реальная переходная характеристика, изображенная на фиг. 1 и 2, аппроксимируется суммой двух экспонент, вторая изкоторых сдвинута на время запаздывания с . При этом из фиг.следует,что постоянная времени Т, близка квремени запаздывания с, .дВоспользовавшись разложением 3в ряд Тейлора, получаем,Р Т,Р (ТР)1 + ----- +2Воспользовавшись первыми двумячленами разложения и подставив их вТг+Т 1 Р ( в в в ) Р + ---Т,Т, зированных по такому закону системуправления, их низкую устойчивость ивозникновение автоколебаний всего про13315 введя обозначенияКсТ К,-К Т +Т,Т; -- - К - аТТ,ТТ, ф ТТ,1 5-- -щаТ -Т,получаем вид передаточной функцииобъекта (3).Для повышения устойчивости и ка 1 Очества замкнутой системы управлениянеобходимо синтезировать структуру,которая нри управлении компенсировалабы неустойчивый числитель передаточной функции объекта вида (3) или 2)5и одновременно обладала бы устойчивостью, равной максимальной степениустойчивости системы видаКИ(Р) (4)Рх+ атР + а,20при линейном ПИ-управлении.Для выполнения этого вводим в сструктуру замкнутой системы управления параллельно объекту динамическийфильтр вида25Т,1 (Р) (5)9 Р +аР+а, фподав 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 30 Рт+а Р 2+а Р+КК Р+КК35 где Ки К - 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 нутой системы вида (6).Максимальная степень устойчивости 1равна крайнему правому корню Р характеристического управления замкнутой системы (6), т.е, 1= -Р 50еНаходим 1 , продифференцировав дважды знаменатель выражения (6) и приравняв его нулю. ТогдаР = в . -; 1 = - (7)3О 355Для того, чтобы качество управления объектом (3) было не хуже качества управления объектом (4) или объектом (1), "наслаиваем" все корни на 626Р , откуда определяем, что исходныепараметры Ки К равныК = (За, - а 2)(ЗК) (8)и = (18 а,а - 11 а 1)(27 К) , (9)а передаточная функция регулирующейчасти системы равнаКР + КиЧ (Р)Р(27 а,-9 аР+18 а,а+11 аг27 КРТаким образом, оптимальная структура системы управления синтезирована и включает в себя элементы с передаточными функциями (5) и (10), что соответствует передаточной функции замкнутой системы (6), где параметры Т, К, а и а определяются первоначально для снятых экспериментально усредненных переходных процессов вида, изображенного на фиг. 1 и 2, а Ки Ки определяются выражениями (8) и (9).Учитывая изложенное, синтезированная система управления может быть записана в виде следующей системы уравненийи(с) = К,Е(с).к,й с)с)с= х,- х- хх= тх,Х, (с)+а (г.)+а, ХР = 1(с), где Х (С) и Х, (Т) - первая и вторая производные величины Х, (й).Устройство автоматического управления реализует разработанную опти- мальную структуру и работает следующим образом.Блоки взаимодействуют следующим образом.Измеряют плотность пульпы Э в т- датчиком 1 плотности пульпы в пимтанин магнитного сепаратора 33. Измеренный сигнал плотности пульпы преобразуют в аналоговый сигнал электрического напряженияЗадают задатчиком 2 постоянное напряжение задания П , пропорциональное заданному значению плотноститпульпы в питаниивмЗадают задатчиком 7 постоянное напряжение 0 , пропорциональное коэфффициенту усиления объекта К. Усиливают сигнал 07 от блока 7 три раза в масштабном блоке 24, т.е. на выходе7 13315блока 24 формируется сигнал Ц , про 24порциональный величине ЗК.Аналогично блоку 24 в блоке 25формируют сигнал напряжения Цпропорциональный величине 27 К, путемусиления сигнала Ц 4 в девять раз.Задают задатчиком 8 постоянное напряжение Ц 8 , пропорциональное динамическому параметру а,. Усиливают 10сигнал Ц от блока 8 в три раза вмасштабном блоке 26, т.е. на его выходе формируют сигнал Ц , пропорциональный величине ЗаАналогично, в блоке 27 формируют 15сигнал Ц г 7 , пропорциональный 18 а 1,путем усиления сигнала Цв шестьраз. Задают эадатчиком 9 постоянноенапряжение Ц,) , пропорциональное динамическому параметру аг. В квадраторе 23 формируют сигнал Ц, пропоргциональный величине аВ блоке 8 умножения перемножаютсигналы Цг и Ц , т.е. формируютсигнал Ц,8 пропорциональный величи 2не аг. Усиливают в масштабном блоке 11 сигнал Ц в одиннадцать раэ,т.е. выходной сигнал блока 11 Ц пропорционален величине 11 аУмножают в блоке 19 сигналы Ц и 3013 , т.е. формируют сигнал Ц пропорциональный величине 18 а,а . Вычитают в блоке 29 из сигнала Ц сигналЦ , т,е. напряжение Ц на выходепропорционально величине (1 Яаа - 11 аг)З 53Делят В блоке 32 сигнал Цг 7 Отблока 29 на сигнал Ц от блока 25,т.е. формируют на выходе блока 32 напряжение Ц , пропорциональное параметру К, определяемому по выражению (9). Вычитают в блоке 30 иэ сигнала Ц сигнал Ц , формируя напряжение Ц , пропорциональное величине(За -аг). Делят в блоке 31 сигнал 010на сигйал Цд, т.е. формируют сигнал 45Ц пропорциональный параметру К 1,определяемому по выражению (8).Работу во взаимодействии блоков 21,22,11,12,15,17,8,9, 6 и 13 опишем следующим образом. 50Данные блоки составляют подсистему динамической фильтрации, входом ко,торой являетсявыходной сигнал(1,пропорциональный напряжению , формируемому в соответствии с 1, 1) по выражению 55(с) Е(с)+ И)йс, 2)о2 де Я(С) определяется по (11). 62Выходным сигналом динамического фильтра является сигнал Ц, с выхода блока 13, пропорциональный параметру Х (С). Взаимосвязь между указанными величинами Ц(С), Х(С), Х (С), Х, Т, К, Ки Кзадана системой ийтегродифференциальных уравнений (11) и передаточной функцией фильтра (5).Передаточная функция динамического фильтра 1) (Р) определена выражением 5), которое пропорционально отношению выражения выходной величины Х (Р) к операторному выражению входной величины фильтра, т. е. 1 ( р) .Учитывая, что при операторном описании формально время Т заменяется на оператор Р, т.е. Ц(С) записывается как Ц(Р), а также, что интегрирование заменяется умножением на величину 1учитывая, 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, 5, 17, 21 и 22.Составляем последовательно системууравнений, начиная от выхода Х 1 (1)(выход блока 13) к входу Ц(Т) (выходблока 20).В соответствии с фиг, 3Ц 1(Р) = Ц(Р) Ц, (Р) = Ц,(Р) Т,так как Ць(Р) =Т(Р) = Т= сопзС; Ц(Р) = Ц,(Р) 13,(Р) = Ц (Р) - Ц (Р); (13)Цго(Р)Цгг(Р) Ъ(Р) Ц 12(Р) фЪ(Р) Ц 11(Р) Ц(Р) Ц (Р)" агтак как Ц (Р) = а (Р) = а сопят;Цп(Р) = Ц(Р) Ця(Р) = Ц 1 г(Р)а,этак как Ц (Р) = а,(Р) = а,= сопвС;Ц (Р) Ц (Р)Последовательно подставляем значения сигналов из системы уравнений, в первое уравнение"У Б(Р) Р+а Р+ат,е, Вырджение (5) описывает функциОниро ние указанных блоков, составл по.п, В 1 ндмический фильтр.Таким образом, при появлении навыходе блока 20 сигнала управленияП нд Выходе блока 13 формируется."1 гпал Х ,В блке 3 сравнения определяют вел 1 чину рдссогласОВания Я(С) по Выра 25жс нпю (. )Х (Е) - Х - Х,Р(С)пут и тфычитация из сигнала Б сигналОВ 0 1 и П 3, Умножают сигнал Ь 14 Вблоке 14 на сигнал Бз т.е. выходной сигнал Ц,4 блока 14 пропорционаленВели 1 ине К Е(1.), Интегрируют в блоике 10 сигнал П 1.,и умножают его в блоке 16 на сигнал ( , т.е. на выходеблока 16 формируют сигнал, пропорциональный Величине К Е(Г)Й 1.Сигндлы Б, и 13, складываются вблоке 20, т.е. на его выходе формиру,дт сигндл Б пропорциональный О(1)по выражению (12), Сигнал управленияБ Я поступает на вход динамическогофильтра, т,е. на блок 21 арифметического сложения для формирования сигнала Х на выходе блока 13, а такжена исполнительный механизм 4.45Исполнительный механизм 4 изменяет положение задвижки 5, изменяющейрасход воды в сливе классификатора 34.Сигнал текущей плотности пульпы впитании магнитного сепаратора от датчика 1 поступает на блок 3 сравнения,где вначале складывается с сигналомот первого блока 13 умножения, а затем сравнивается с заданным значением плотности от блока 2. Величинарассогласования с выхода блока 3 поступает на блок 14 и через интегратор 10 на блок 16. В блоках4 и 16 сигнал рассогласования умножается на сигналы с блоков 31 и 32 деления соответственно изатем суммируются В блоке 20 сложения. С блоков 31 и 32 деления поступают сигналы равные (8) и (9) соответственно, а сформированный блоком 20сложения сигнал определяется выражением (1 О). 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 11, умноженныйВ блоке 13 умножения на величину параметра Т, задаваемую задатчиком 6,был равен (5). Величины а, и азадаются зддатчиками 8 и 9 опорных сигналов,Заданное значение параметра К, заданное задатчиком 7, поступает последовательно на масштабирующие блоки 24и 25 с коэффициентами масштабирования 3 и 9 соответственно.Заданное значение параметра а потступает на квадратор, с выхода которого сигнал равный а поступает на блок 18 умножения, в котором умножается на величину а от задатчика 9. Сигнал с выхода блока 18, равный а 2, 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 27 К от блока 25. Сформированный по выражению (9) сигнал поступает на блок 16, Аналогичным образом определяется по выражению (8) сигнал, по 11 1331562 12ступающий с выхода блока 3 деления 307, повышается общая производительна блок 14 умножения. ность цикла по готовому продукту.Таким образом, устройство управля- Управление процессом магнитной ет расходом воды в сливе классифи 5 сепарации с помощью предлагаемого катора и всем процессом обогащения в устройства обеспечивает повышение целом, не допуская аварийных колеба- производительности на 0,43, повышений содержания готового продукта в ние содержания полезного компонента в питании, промпродукте и хвостах маг- в продукте на 0,17 при одновременном нитного сепаратора. Дисперсия коле снижении содержания полезного компобаний грансостава снижается на 25- нента в хвостах на 0,257.1331562Составитель И. Назаркина Редактор П, Гереши Техред А.Кравчук Корректор А.Ильин Заказ 3754/7 Тираж 511 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4