Розвиток теорії інтегрованого управління технологічними комплексами залізорудного гірничо-збагачувального комбінату

ВИСНОВКИ

У роботі на основі ідентифікації технологічних параметрів вирішена актуальна наукова проблема розвитку теорії управління технологічними комплексами та побудови оптимальної інтегрованої системи управління процесами переробки та збагачення залізної руди на гірничо-збагачувальному комбінаті шляхом використання: а) математичної моделі, коефіцієнти якої оновлюються на кожному кроці розрахунку; б) обмеженої кількості значень кореляційних функцій технологічних параметрів при побудові різницевої моделі процесів, а також при розрахунку інтервалу квантування цих параметрів; в) методу оберненого оператора в системі, у контур управління якої вводиться додатковий зворотний зв'язок для оптимізації коефіцієнтів регулятора.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному.

1. Виконані розрахунки основних показників технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди привели до висновку, що їх числові статистичні характеристики змінюються в часі. Процеси переробки та збагачення не можна вважати стаціонарними, що потребує формування математичних моделей технологічних процесів як об'єктів автоматизації зі змінною у часі й просторі структурою та параметрами.

2. На основі одержаних в роботі закономірностей сформована багатозв'язна математична модель технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди як об'єкта керування, коефіцієнти якої оновлюються на кожному кроці розрахунку, причому вихідні дані для розрахунку поточних коефіцієнтів моделі вибираються як сукупності, вектори яких найбільш близько розташовані до вектора поточної ситуації й характеризуються найбільш можливими коефіцієнтами кореляції між вхідними та вихідними даними. Відносна похибка прогнозу вихідних величин математичної моделі у порівнянні з фактичними даними не перевищує 1%.

3. Установлені закономірності, що дозволяють проводити визначення оптимальних уставок регуляторів технологічних процесів на підставі удосконаленого методу вирішення задачі математичного програмування. Це виключає можливість зациклення алгоритму оптимізації або вихід за область пошуку оптимуму, що виникає в традиційних методах.

4. Проведені дослідження довели, що при побудові динамічної різницевої моделі процесів переробки та збагачення залізної руди на основі рівняння Вінера-Хопфа, а також розрахунку інтервалу квантування параметрів технологічних процесів на підставі використання його спектральних характеристик, можна використати обмежену кількість значень кореляційних функцій технологічних параметрів процесів, оскільки вони характеризують найбільш тісні зв'язки між вхідними та вихідними діями, що практично не знижує точність розрахунків моделі й скорочує обчислення кореляційних функцій та відповідно керуючих дій. Похибка розрахунків при використанні трьох значень кореляційної функції не перевищує 5%, п'яти значень - 1%.

5. Сформована й запропонована система управління на основі багатозв'язної моделі технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди із застосуванням методу оберненого оператора, у контур управління якого додатково вводиться зворотний зв'язок, результатом якого є оптимізація коефіцієнтів регулятора, що зменшує похибку керування до 2%.

6. Розроблено методики оцінки параметрів для вибору способу управління систем з випадковими збуреннями в умовах гірничо-збагачувального комбінату, які дозволили на прикладі Інгулецького ГЗК науково обґрунтувати для поточних умов принцип розрахунку оптимальних співвідношень мінеральних різновидів рудної шихти, що подається з кар'єру на переробку і збагачення, утримання класу +20 мм на виході дробильної фабрики, продуктивність секції збагачення, утримання класу -44 мкм в концентраті та інших параметрів і при цьому прорахувати показники кількості, собівартості, якості залізорудного концентрату, а також розрахункового прибутку при його виробництві.

7. Розроблені моделі, алгоритми, методики, що викладені в роботі, були покладені в основу результатів виконання науково-дослідних та інжинірингових робіт, використаних Інгулецьким гірничо-збагачувальним комбінатом, Криворізьким технічним університетом, підприємством “КРИВБАСАКАДЕМIНВЕСТ”, прийняті до використання Київським інститутом автоматики, інститутом “Механобрчермет” (м. Кривий Ріг). Використання запропонованих рішень дозволить підвищити розрахунковий прибуток від переробки і збагачення на 5-7%.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Назаренко М. В., Марусич Ю. Ю., Мякушин Н. В. Автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера дробильной фабрики (ДФ) // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины. - Днепропетровск. - 1998. - №4. - С.102-106.

2. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Савицкий А. И., Гвоздик В. С. Системы управления технологическими механизмами для получения железорудного концентрата, отвечающего требованиям современного уровня // Гірнича електромеханіка та автоматика. - №2 (61). - 1999. - С. 47-50.

3. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Хоменко С. А., Кривошеев А. В. Технико-экономическое обоснование применения раздельной добычи и переработки железных руд на примере Ингулецкого ГОКа // Оперативный контроль и управление качеством минерального сырья при добыче и переработке: Другий міжнародний симпозіум. - Кривой Рог. - 1999. - С. 104-110.

4. Назаренко М. В. Математическая модель закономерностей формирования показателей обогащения // Гірнича електромеханіка та автоматика. - №4 (63). - 1999. - С. 158-168.

5. Назаренко В. М., Назаренко М. В., Купин А. И. Влияние информационных и компьютерных технологий на качество и себестоимость железорудного сырья на примере Ингулецкого и Южного ГОКов // Оперативный контроль и управление качеством минерального сырья при добыче и переработке: Другий міжнародний симпозіум. - Кривой Рог. - 1999. - С. 110-117.

6. Назаренко М. В. Система автоматизированного управления совместной работой подразделений горно-обогатительного комбината // Разработка рудных месторождений: Респ. міжвідомчій наук.-техн. збірник Мін. освіти і науки України. - Кривий Ріг. - № 67. - 1999. - С. 68-71.

7. Назаренко М. В. Принципы построения математических моделей показателей обогащения // Разработка рудных месторождений: Респ. міжвідомчій наук.-техн. збірник Мін. освіти і науки України. - Кривий Ріг. - № 70. - 2000. - С. 81-85.

8. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Хоменко С. А. Принципы построения автоматизированной системы планирования транспортными потоками в карьере // Разработка рудных месторождений: Респ. міжвідомчій наук.-техн. збірник Мін. освіти і науки України. - Кривий Ріг. - № 71. - 2000. - С. 47-51.

9. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Хоменко С. А. Автоматизированная система планирования транспортных потоков в карьере // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины. - Днепропетровск, 2000. - № 9. - Т. 2. - С. 31-37.

10. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Купин А. И. Применение ГИС-технологий для автоматизации диспетчерского управления технологическим транспортом в карьере // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины. - Днепропетровск, 2000. - № 9. - Т. 1. - С. 190-194.

11. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Хоменко С. А., Купін А. І. Інтелектуальні системи прийняття рішень при плануванні гірничих робіт в розробках “Кривбасакадемінвест” // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины. - Днепропетровск, 2001. - № 12. - Т. 1. - С. 190-194.

12. Назаренко М. В. Математическая модель построения технологических и экономических показателей работы горно-обогатительного комбината // Разработка рудных месторождений: Респ. міжвідомчій наук.-техн. збірник Мін. освіти і науки України. - Кривий Ріг, 2001. - № 75. - С. 93-100.

13. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Хоменко С. А., Купін А. І. Современные информационные технологии для управления работой рудником горно-обогатительного комбината // Разработка рудных месторождений: Респ. міжвідомчій наук.-техн. збірник Мін. освіти і науки України. - Кривий Ріг, 2001. - № 77. - С. 66-70.

14. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Хоменко С. А., Купін А. І. Концептуальний підхід до побудови сучасної комплексної системи управління гірничим підприємством на основі ГІС-технологій // Сборник научных трудов Национального горного университета. - Днепропетровск, 2002. - № 14. - Т. 2. -С. 13-22.

15. Назаренко М. В. Дослідження нестаціонарності процесу переробки сировини на гірничо-збагачувальному комбінаті та зменшення його впливу на процеси керування // Науковий вісник: Збірник наукових праць Національного гірничого університету. - Дніпропетровськ, 2003. - № 11. - С. 91-94.

16. Назаренко М. В. Оцінка часу спостереження та інтервалу квантування виробничого процесу // Науковий вісник: Збірник наукових праць Національного гірничого університету. - Дніпропетровськ, 2003. - № 12. - С. 66-70.

17. Назаренко М. В. Дослідження коректності побудови математичних моделей процесу переробки сировини гірничо-збагачувальним комбінатом // Гірнича електромеханіка та автоматика: Науково-технічний збірник. -Дніпропетровськ, 2003. - №71. - С. 128-133.

18. Назаренко М. В. Спрощена методика визначення передаточної функції та різницевої моделі об'єкта керування процесом збагачення при випадковому вхідному сигналі // Сборник научных трудов НГУ. - Днепропетровск: Национальный горный университет, 2004. - № 19. - Т. 5. - С. 42-47.

19. Назаренко В. М., Назаренко М. В. Інтегрована система управління гірничорудним підприємством // Вісник Криворізького технічного університету. - 2004. - № 3. - С. 28-31.

20. Назаренко В. М., Назаренко М. В. Система керування багатозв'язним виробничним процесом на основі кореляційної моделі об'єкту керування // Гірнича електромеханіка та автоматика. - Дніпропетровськ, 2005. - № 74. - С. 110-116.

21. Назаренко В. М., Назаренко М. В. Математичні моделі технологічних процесів видобутку та збагачення корисних копалин // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. - 2006. - Вип. 11 - С. 185-188.

22. Рудько Г. І., Назаренко В. М., Назаренко М. В., Хоменко С. А. Автоматизована система експертної оцінки та техніко-економічного обґрунтування кондицій запасів корисних копалин // Геоінформатика: Науковий журнал НАН України. - 2006. - № 2. - С. 86-89.

23. Назаренко В. М., Назаренко М. В., Смирнова Н. В., Купін А. І., Хоменко С. А. Шляхи збереження та розвитку потенціалу вітчизняних ІТ-технологій // Вісник Криворізького технічного університету. - Кривий Ріг, 2005. - № 9. - С. 95-100.

24. Назаренко М. В. Оцінка часу спостереження та інтервалу квантування виробничого процесу // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. - Кривий Ріг, 2003. - Вип. 2. - С. 66-70.

25. Назаренко М. В., Назаренко В. М., Смирнова Н. В. Совершенствование режимов работы ленточных конвейеров в условиях применения современных средств управления // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. - Кривий Ріг, 2003. - Вип. 2. - С. 70-72.

26. Назаренко М. В. Исследования корректности построения математических моделей процесса переработки сырья горно-обогатительным комбинатом // Разработка рудных месторождений: Респ. міжвідомчій наук.-техн. збірник Мін. освіти і науки України. - Кривий Ріг, 2005. - № 88. - С. 132-135.

27. Назаренко М. В. Система автоматизованого управління підрозділами гірничо-збагачувального комбінату // Відомості Академії гірничих наук України. - Кривий Ріг, 1999. - № 1. - С. 78-80.

28. Назаренко М. В., Назаренко В. М. Обоснование применения геоинформационных технологий при автоматизации технологических процессов в горнодобывающей промышленности // Доклады II Международной научно-практической конференции “Проблемы и перспективы использования геоинформационных технологий в горном деле”. - Днепропетровск, 2000. - С. 19-25.

29. Назаренко М. В., Назаренко В. М. Принципи побудови системи автоматизованого управління сумісною роботою підрозділів гірничо-збагачувального комбінату (ГЗК) на прикладі Інгулецького ГЗК // Автоматика 2000: Міжнародна конференції з автоматичного управління / Львів, 11-15 вересня 2000: Праці в 7 томах. - Т. 4. - Львів: Державний НДІ інформаційної інфраструктури, 2000. - С. 53-57.

30. Геоінформаційна система: свідоцтво на реєстрац. авторськ. права на твір 9805 Україна, комп'ютерна програма / В. М. Назаренко, М. В. Назаренко, Н. В. Смирнова, С. А. Хоменко; дата реєстрації 15.04.2004.

31. Комплексна система управління підприємством: свідоцтво на реєстрац. авторськ. права на твір 9804 Україна, комп'ютерна програма / В. М. Назаренко, М. В. Назаренко, Н. В. Смирнова, С. А. Хоменко, А. І. Купін; дата реєстрації 15.04.2004.

32. Пат. 51044 Україна, МПК В03В13/00. Система автоматичного керування процесом збагачення / В. М. Назаренко, М. В. Назаренко, Н. В. Смирнова, А. І. Купін. - Заявл. 19.12.2001; Опубл. 16.05.2005; Бюл. №5. - 3 с.

Особистий внесок автора в роботах, що написані у співавторстві:

[1] - розроблені принципи побудови математичної моделі автоматизованого робочого місця диспетчера дробильної фабрики,

[2] - розроблені принципи побудови системи управління локальними механізмами ГЗК на базі дворівневого принципу;

[3] - розроблена математична модель техніко-економічного обґрунтування роздільного видобутку й переробки залізної руди на прикладі Інгулецького ГЗК;

[5] - розроблена математична модель і алгоритми зв'язку впливу інформаційних систем на якість і собівартість залізорудної сировини;

[8] - розроблена структура, математична модель і принципи побудови автоматизованої системи планування транспортними потоками в кар'єрі ГЗК;

[9] - розроблені алгоритми функціонування й оптимізації транспортних потоків у кар'єрі для побудови автоматизованої системи;

[10] - розроблена математична модель, структура й принципи застосування ГІС-технологій для побудови автоматизованої системи диспетчерського управління технологічним транспортом у кар'єрі гірничо-збагачувального комбінату;

[11] - розроблені принципи побудови й сформовані математичні моделі, що дозволяють знаходити оптимальні рішення при плануванні гірничих робіт у кар'єрі ГЗК, розроблені алгоритми побудови таких систем;

[13] - розроблені структура й моделі побудови комплексних систем управління рудником гірничо-збагачувального комбінату на підставі сучасних інформаційних технологій;

[14] - розроблені структура й моделі побудови комплексних систем управління гірничим підприємством з використанням ГІС-технологій;

[19] - розроблені принципи й структура побудови інтегрованих систем управління гірничорудним підприємством в умовах випадкових збурюючих факторів;

[20] - розроблена структура й алгоритми функціонування системи керування багатозв'язним виробничим процесом на основі кореляційної моделі об'єкту керування;

[21] - розроблена математична модель технологічного процесу видобутку та збагачення корисних копалин;

[22] - розроблені принципи й методика оцінки та техніко-економічного обґрунтування кондицій запасів для побудови автоматизованої системи;

[23] - розроблений підхід і принципи побудови оптимальної моделі використання ІТ-технологій у гірничій промисловості з метою підвищення ефективності технологічних процесів;

[25] - розроблені удосконалені режими роботи стрічкових конвеєрів з використанням сучасних засобів управління;

[28] - розроблена математична модель коливань якості руди у вантажопотоці з рудника ГЗК та оцінка економічного ефекту від упровадження ГІС-технологій;

[29] - розроблена регресійна модель зв'язку показників роботи підрозділів ГЗК;

[30] - розроблені структура й алгоритми комп'ютерної програми “Геоінформаційна система”;

[31] - розроблені структура й алгоритми комп'ютерної програми “Комплексна система управління підприємством”;

[32] - розроблені структура, математична модель і алгоритми керування системи автоматичного керування процесом збагачення;

АНОТАЦІЯ

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертації присвячена побудові оптимальної інтегрованої системи управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди. Розроблена математична модель, що об'єднує процеси переробки та збагачення залізної руди з оптимізацією режимів роботи технологічних комплексів гірничо-збагачувального комбінату. Доведено, що для побудови моделей технологічних процесів достатньо використання обмеженої кількості значень кореляційних функцій технологічних параметрів, що суттєво не знижує точності моделі. Сформована модель управління технологічними процесами як багатозв'язної системи з оптимізацією коефіцієнтів регулятора.

Ключові слова: кар'єр, збагачувальна фабрика, дробильна фабрика, гірничо-збагачувальний комбінат, автоматизація технологічних процесів, інтегрована система, дискретна модель, рівняння Вінера-Хопфа, метод оберненого оператора, ідентифікація, кластеризація даних, багатозв'язна система.

АННОТАЦИЯ

Назаренко М. В. Развитие теории интегрированного управления технологическими комплексами железорудного горно-обогатительного комбината. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2006.

Диссертация посвящена построению оптимальной интегрированной системы управления технологическими процессами переработки и обогащения железной руды. Разработана математическая модель, объединяющая процессы переработки и обогащения железной руды с оптимизацией режимов работы технологических комплексов горно-обогатительного комбината. Доказано, что для построения модели технологических процессов достаточно использования ограниченного количества значений корреляционных функций технологических параметров, что существенно не снижает точности модели. Сформирована модель управления технологическими процессами как многосвязной системы с оптимизацией коэффициентов регулятора.

Ключевые слова: карьер, обогатительная фабрика, дробильная фабрика, горно-обогатительный комбинат, автоматизация технологических процессов, интегрированная система, дискретная модель, уравнение Винера-Хопфа, обратный оператор, идентификация, кластеризация данных, многосвязная система.

Annotation

Nazarenko M. V. The development of theory of integrated control by technological complexes of iron ore mining and processing enterprises.

The dissertation on competition of a scientific degree of Doctor of technical sciences on a speciality 05.13.07 - automation of technological processes. - National mining university, Dnipropetrovsk, 2006.

The dissertation is devoted to the decision of actual scientific problem of development of the theory of control by technological complexes and of construction of the optimum integrated control system by technological processes of processing and enrichment of iron ore at ore mining and processing enterprise.

Thus, it is using the identification of technological parameters of iron ore processing and enrichment processes for construction of mathematical model which factors are updated on each step of calculation, and the initial data for calculation of model's factors get out as set which vectors are most close located to a vector of the current situation and are characterized by the most probable factors of correlation between the input and output data, and the further optimization of this model's factors determines the settings of regulators of the integrated control system for maintenance of rational operating modes of iron ore enrichment process. In work it is proved, that for construction of dynamic differencing model of iron ore enrichment process on the basis of Wiener-Hopf's equation, and for calculation of quantization interval of technological process's parameters on the basis of using of its spectral characteristics, there is enough to use the limited quantity of values of correlation functions of technological process's parameters because they characterize the closest connections between input and output influences, and it does not result in decrease of accuracy of model's calculations, and reduces the calculation of correlation functions. In work it is forming the mathematical model for control of technological iron ore enrichment process as multiconnected digital system on the basis of using of return operator method, thus it is entering in a contour of control the additional feedback which result is optimization of regulator's factors that results in essential reduction of a control mistake.

There was developed the techniques of parameters estimation for choice the way of control of systems with the casual revolting influences in conditions of ore mining and processing enterprise which have allowed on example of Inguletsky ore mining and processing enterprise to prove scientifically a principle of calculation of optimum parities of ore charge's mineral versions which gives from motion for processing and enrichment, the content of +20 mm class on output of crushing factory, the productivity of enrichment section, the content of -44 micrometer class in a concentrate and of other parameters, and thus to detect parameters of the quality, the quantity, the cost price of iron ore concentrate, and also settlement profit by its production.

The results of researches are introduced on a number of ore mining and processing enterprises, scientific and project institutes, enterprises as numerous techniques, technical projects and performance of research works, and also at composition of educational working plans for students of Kryvyi Rih technical university.

Keywords: the motion, the enrichment factory, the crushing factory, the ore mining and processing enterprise, the automation of technological processes, the integrated system, the discrete model, the Wiener-Hopf's equation, the return operator, the identification, the clasterization of data, the multiconnected system.

Підписано до друку 14.03.2007.

Формат 60х90/16. Ум.-друк. арк. - 1,9. Авт. арк. - 1,9.

Тираж 100 прим.

Друкарня СПД Щербенок С. Г.

Свідоцтво ДП 126-р від 12.10.2004.

вул. Рокосовського, 5/3, м. Кривий Ріг, 50027.

(0564) 92-20-77.

Размещено на Allbest.ru