Розвиток теорії інтегрованого управління технологічними комплексами залізорудного гірничо-збагачувального комбінату
Оцінка режимів роботи технологічних комплексів гірничо-збагачувального комбінату й алгоритмів керування ними для побудови адекватних математичних моделей технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди в умовах випадкових змін параметрів.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 16.10.2013 |
| Размер файла | 104,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіти і науки України
Національний гірничий університет
Назаренко Михайло Володимирович
УДК 681.51:622.7-52
Розвиток теорії інтегрованого управління технологічними комплексами залізорудного гірничо-збагачувального комбінату
Спеціальність 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук
Дніпропетровськ - 2006
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі інформатики, автоматики і систем управління Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України.
Науковий консультант - доктор технічних наук, професор Назаренко Володимир Михайлович, Криворізький технічний університет, завідувач кафедри інформатики, автоматики і систем управління.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кочура Євген Віталійович, Національний гірничий університет, м. Дніпропетровськ, завідувач кафедри економічної кібернетики та інформаційних технологій; доктор технічних наук, професор Моркун Володимир Станіславович, Криворізький технічний університет, начальник науково-дослідної частини; доктор технічних наук, професор Ульшин Віталій Олександрович, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, м. Луганськ, завідувач кафедри комп'ютеризованих систем.
Провідна установа: науково-виробнича корпорація “Київський інститут автоматики” Міністерства промислової політики України, державне науково-виробниче підприємство “Багатофункціональні автоматизовані комп'ютерні системи керування технологіями”.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Карла Маркса, 19.
гірничий збагачувальний комбінат
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У сучасний період у гірничорудній промисловості України актуальним є питання підвищення якості залізорудної сировини, зниження її собівартості та відповідного збільшення прибутку підприємства. Гірничо-збагачувальний комбінат (ГЗК) є об'єктом з неповною інформацією, що складно піддається автоматизації. Конкретніше це пояснюється тим, що технологічні процес на ГЗК є багатофакторними із суттєвим рівнем випадковості. І, як наслідок, видобуток залізорудної сировини та її первинна переробка в сучасний період характеризується найменшим рівнем автоматизації.
Причини такого стану полягають у тому, що у практиці аналізу процесів управління досить поширене припущення про детермінованість технологічних процесів гірничорудного виробництва, їх ергодичність, але таке припущення досить обмежене. Це пов'язано з тим, що існують методи одержання моделей технологічних процесів як об'єктів автоматизації не настільки досконалі, щоб забезпечити їх адекватність; недостатньо розвинуті й завершені методики оцінки інтервалу квантування випадкових технологічних процесів для використання дискретних методів управління; регулятори технологічних процесів не завжди здатні адаптуватися до випадкових змін технологічних параметрів і, як правило, не враховують комплексних критеріїв якості кінцевої продукції, через що можливості існуючих систем управління процесами переробки та збагачення для цих умов практично обмежені. Це призводить до того, що протягом робочої зміни амплітуди коливань поточної собівартості концентрату сягає 20%, розрахункового прибутку - 30% від планових показників. Зменшення коливань параметрів технологічних процесів за рахунок їх оптимізації дозволить поліпшити показники кінцевої продукції, зокрема якість концентрату, собівартість та ін., що підвищить економічні показники підприємства в цілому. Але максимально досягти цього результату можливо лише за умов, коли технологічні процеси переробки і збагачення залізної руди, що відбуваються на різних технологічних комплексах, будуть представлені в цілому як єдиний процес, який підпорядкований одному критерію ефективності.
У зв'язку з цим наукові дослідження, спрямовані на розвиток теорії управління технологічними комплексами та побудови оптимальної інтегрованої системи управління процесами переробки та збагачення залізної руди на гірничо-збагачувальному комбінаті є актуальними.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації покладено матеріали, які узагальнюють дослідження автора в рамках реалізації науково-дослідних та інжинірингових робіт, державних і галузевих програм і бізнес-проектів, які виконувались у Криворізькому технічному університеті, зокрема за госпдоговором №21-437-03 “Розробка алгоритмів для складання місячної програми гірничих робіт гірничо-збагачувального комбінату” (2003 р., РК №0103U007479); Криворізькому територіальному відділенні Міжнародної академії комп'ютерних наук і систем, підприємстві “КРИВБАСАКАДЕМІНВЕСТ” на базі Інгулецького ГЗК (ІнГЗК) та інших підприємств у відповідності до Закону України №2623-14 від 11.07.2001 “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки”; Державної програми розвитку та реформування гірничо-металургійного комплексу на період до 2011 року, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України №967 від 28.07.2004 р. Тема дисертації відповідає науковому напрямку кафедри інформатики, автоматики та систем управління Криворізького технічного університету.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності функціонування залізорудного гірничо-збагачувального комбінату шляхом побудови адаптивної інтегрованої системи оптимального управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди з урахуванням нестаціонарності параметрів технологічних процесів.
Задачами досліджень є:
- оцінка режимів роботи технологічних комплексів гірничо-збагачувального комбінату й алгоритмів керування ними для побудови адекватних математичних моделей технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди в умовах випадкових змін технологічних параметрів і збурюючих факторів;
- формування адаптивної моделі технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди як об'єкта керування на основі прогнозування технологічних показників з використанням методів регресійного аналізу, а також з урахуванням методів кластеризації й оновлення її на кожному інтервалі розрахунку;
- оптимізація технологічних параметрів переробки та збагачення залізної руди для визначення уставок регуляторів технологічних процесів в умовах його нестаціонарності;
- одержання різницевих рівнянь динаміки технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди як об'єкту управління й регулятора на основі рівняння Вінера-Хопфа й використання лише декількох значень кореляційних функцій на підставі концепції оновлення моделі об'єкту та регулятора на кожному інтервалі;
- формування системи автоматичного управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди як багатозв'язної дискретної системи з використанням методу оберненого оператора, у якому додатково використовується зворотній зв'язок у вигляді програми, результатом роботи якої є оптимізація параметрів регулятора.
Основна ідея роботи полягає в побудові адаптивної інтегрованої системи управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди з урахуванням нестаціонарності параметрів технологічних процесів.
Об'єктом дослідження є процеси переробки та збагачення залізної руди на гірничо-збагачувальному комбінаті.
Предметами дослідження є математичні моделі видобувних і переробних процесів, попередній відбір даних для створення адекватних моделей виробничих процесів, скорочення обчислень шляхом врахування лише кількох перших інтервалів кореляційних функцій, оптимізація уставок регуляторів, регулятори технологічних процесів, оцінка інтервалу квантування випадкових функцій, пов'язаних з технологічними процесами.
Методи досліджень. При попередньому відборі даних для створення математичних моделей були використані класичні методи кластеризації
(розділ 2). Оптимізація уставок регуляторів технологічних процесів досягнута використанням відомих апробованих градієнтних методів, лінійного й нелінійного програмування з корекцією останніх (розділ 3). При створенні математичних моделей використані методи математичної статистики, кореляційні методи, визначення різницевих рівнянь з використанням рівняння Вінера-Хопфа, класичні методи багатозв'язних систем (розділ 4). Скорочення обчислень при формуванні дискретної моделі об'єкту управління здійснювалось шляхом урахування значень лише перших інтервалів кореляційних функцій (розділ 4). Розрахунки регуляторів технологічних процесів базувались на подальшому розвитку методу оберненого регулятора шляхом поширення його на багатозв'язні дискретні кореляційні моделі виробничих процесів (розділ 4). Оцінка інтервалу квантування технологічних процесів, який забезпечує задану точність одержання математичної моделі в разі, коли вхідні та вихідні дії є випадковими, проводилася з використанням апробованих методів спектрального аналізу функцій технологічних процесів (розділ 4).
Наукові положення та новизна отриманих результатів.
1. Ідентифікація технологічних параметрів процесів переробки та збагачення залізної руди здійснюється з використанням математичної моделі, коефіцієнти якої оновлюються на кожному кроці алгоритму, причому вихідні дані для розрахунку поточних коефіцієнтів моделі вибираються як сукупності, вектори яких найбільш близько розташовані до вектора поточної ситуації та характеризуються найбільшими коефіцієнтами кореляції між вхідними й вихідними даними, а подальша оптимізація коефіцієнтів цієї моделі визначає уставки регуляторів інтегрованої системи управління для вибору раціональних режимів роботи процесів переробки та збагачення залізної руди.
2. Для побудови динамічної різницевої моделі процесів переробки та збагачення залізної руди на основі рівняння Вінера-Хопфа, а також розрахунку інтервалу квантування параметрів технологічних процесів на підставі його спектральних характеристик, достатньо використання обмеженої кількості значень кореляційних функцій параметрів технологічних процесів, які характеризують найбільш тісні зв'язки між вхідними та вихідними діями.
3. Уведення в контур управління додаткового зворотного зв'язку, що оптимізує коефіцієнти регулятора під час управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди як багатозв'язною цифровою системою з використанням методу оберненого оператора, забезпечує суттєве зменшення похибки керування.
Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються коректністю поставлених завдань, використанням достовірних методів теорії автоматичного управління, дослідження операцій; застосуванням апробованих та достатньо надійних методів математичної статистики, кореляційного, регресійного, спектрального аналізу, накопиченням експериментальних даних при проведенні пасивного експерименту на ІнГЗК в період з 1995 по 2004 р.; безпосереднім порівнянням результатів моделювання технологічних процесів переробки та збагачення з результатами експериментальних даних, розбіжність між якими не перевищує 5%; численними підтвердженнями результатів моделювання; позитивними результатами впровадження досліджень і розробок у виробництво.
Наукове значення роботи полягає в наступному:
– побудована математична модель технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди змінної структури, яка, на відміну від існуючих, ураховує нестаціонарність цих процесів й полягає в оновленні параметрів моделі на кожному кроці керування, причому вихідні дані для розрахунку поточних коефіцієнтів моделі вибираються як сукупності, вектори яких найбільш близько розташовані до вектора поточної ситуації та характеризуються найбільшими коефіцієнтами кореляції між вхідними та вихідними параметрами з метою усунення впливу даних (інваріантності), які не відповідають поточному стану об'єкту керування;
– побудована динамічна різницева модель процесів переробки та збагачення залізної руди на основі рівняння Вінера-Хопфа, особливість якої полягає у використанні обмеженої кількості значень кореляційних функцій технологічних параметрів процесів, що практично не знижує точності розрахунків моделі й скорочує обчислення кореляційних функцій та відповідно керуючих дій;
– розроблена багатозв'язна цифрова система управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди, яка базується на використанні методу оберненого оператора й відрізняється додатково введеним зворотним зв'язком у вигляді програми, результатом роботи якої є визначення коефіцієнтів кореляційної моделі об'єкту та їх оптимізація, що зменшує похибку керування;
– розроблений удосконалений варіант вирішення задачі математичного програмування з урахуванням концепції оновлення моделі на кожному кроці розрахунку, який використовується для розрахунку уставок регуляторів системи автоматичного керування процесами переробки та збагачення залізної руди в умовах їх нестаціонарності, що виключає можливість зациклення алгоритму оптимізації або вихід за область пошуку оптимуму, які можуть виникати в традиційних методах.
Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані принципи оптимізації процесів переробки та збагачення залізної руди на ГЗК, математична модель цих процесів, методи оптимізації складу рудної шихти й раціональних параметрів процесів переробки та збагачення залізної руди знайшли відображення у створених автором методиках: методиці оцінки параметрів для вибору способу управління систем з випадковими збуреннями в умовах гірничо-збагачувального комбінату для збільшення його прибутку при випуску кінцевого продукту (передана інституту “Механобрчермет”, м. Кривий Ріг, науково-виробничій корпорації “Київський інститут автоматики”); методиці автоматизованого розрахунку й аналізу собівартості функціонування дільниць дробильної фабрики, а також її розподілення між дільницями дробильної фабрики, РЗФ-1, РЗФ-2 ІнГЗК (затверджена й передана Інгулецькому ГЗК); методиці розрахунку й оптимізації транспортних магістралей при вивозі викривних порід автомобільним транспортом з кар'єру ІнГЗК (затверджена й передана Інгулецькому ГЗК); методиці крізного планування виробничих показників основних цехів ВАТ ІнГЗК (затверджена й передана Інгулецькому ГЗК).
Окремі матеріали роботи використані ІнГЗК при виконанні НДР: №1-94 “Розробка технічного завдання на нову технологію селективного видобутку руди і системи контролю і керування при транспортуванні і переробці гірського матеріалу” (1994-1998 рр.); №2184-23 “Створення системи автоматизованого управління роботою технологічних відділів дробильної фабрики ІнГЗК” (1999 р.); №1263 “Створення геоінформаційної системи для роботи відділів руднику ВАТ “ІнГЗК” (2000 р.); №1672-34 “Розробка автоматизованої системи управління роботою кар'єру ІнГЗК” (2000 р.); №2462-34 “Створення системи автоматизованого управління роботою технологічних відділів рудозбагачувальної фабрики №1 ІнГЗК” (2001 р.); №1284-06C “Розробка автоматизованої системи крізного планування виробничої діяльності основних цехів ІнГЗК (кар'єр, ДФ, ЦТА, ЖДЦ, РЗФ-1, РЗФ-2)” (2003 р.); №21-437-03 “Розробка алгоритмів для складання місячної програми гірничих робіт гірничо-збагачувального комбінату” (2003 р., РК №0103U007479); №466а “Розробка технічного завдання на впровадження геоінформаційної системи рудоуправління