Модель системы автоматического управления процессом перемешивания пульпы перед флотацией

В последние годы деятельность горно-обогатительных комбинатов направлена на переработку бедного по минералогическому составу рудного сырья, что существенно усложняет технологию производства. Поэтому для получения стабильно высоких показателей автоматизация технологических процессов обогащения полезных ископаемых играет важную роль. От содержания металла в обрабатываемом материале во многом зависят технико-экономические показатели работы горно-обогатительного комбината.

Процесс флотации железной руды является одним из универсальных методов, позволяющих получить высокое содержание железа в концентрате путем удаления большей части пустой породы [12 - 17, 20 - 23]. При флотации происходит разделение мелких твердых частиц в пульпе или растворе вследствие избирательной концентрации минералов на границах раздела фаз [1, 9].

Основными факторами, влияющими на флотационное обогащение, являются:

а_р - содержание металла в руде, у_р -флотируемость сырья, d _ср - гранулометрический состав измельченного продукта обогащения, р_п - плотность исходного питания, p i - концентрация ионов реагентов в суспензии, h 1 , h ₂ - уровень пульпы и пены, Y n - производительность флото-колонн, k _а - степень аэрации пульпы и др. ^[ 4].

В качестве выходных показателей процесса флотации обычно выступают содержание металла в концентрате а_к и хвостах α х , производительность установки Q _уст . , выход концентрата Y_к и хвостов Y_х [4].

При этом у р , d ср , р_п представляют из себя возмущающие факторы и во многом зависят от нестабильности физикомеханических свойств пульпы. Ее плотность р_п - один из основных параметров контроля и регулирования процесса флотации, в то время как переменные у_р, d _ср являются достаточно трудно измеряемыми и управляемыми.

Проблеме автоматизации процесса флотационного обогащения посвящено

Национальный исследовательский технологический университет достаточно много исследований. Среди последних можно выделить работы [2, 6, 7], где описаны способы управления и контроля параметров флотации. Их суть заключается в формировании «обучающей выборки», которую используют для выявления взаимосвязи входных факторов, оказывающих влияние на данный процесс, и содержания полезного компонента в продуктах флотации. Управление также может быть основано на «правилах нечеткой логики» [18].

Недостатками указанных способов являются необходимость «переобучать» систему при изменении сортов руды, поступающей на фабрику, и слишком большое количество входных переменных, что увеличивает время работы алгоритма и ошибки выработки управляющего воздействия. Также указанные способы не предполагают стабилизацию параметра рп в перемешивателе.

Поэтому создание системы автома- тического регулирования, которая позволит поддерживать на заданном уровне плотность пульпы, поступающей на флотацию, является актуальной задачей.

Известно [4], что стабилизация данного параметра может осуществляться за счет изменения расхода воды в поток или емкость.

На рис. 1 показана схема модели САУ процессом перемешивания пульпы при подготовке к флотации Михайловского ГОКа. Структурная схема и пере- чень технических средств для данной системы изложены в статье [5].

Модель представлена следующими звеньями:

• •    регулируемый клапан с электроприводом с передаточной функцией по

каналу положение - расход воды B :

W %.B ( Р ) =

k _к

Т к Р + 1^,

где k к - коэффициент передачи клапана, (м³/ч)/%; Т_к - постоянная времени, Т = 0,3 мин;

к

• •    нелинейная часть модели клапана с блоком ограничения его открытия от 0 до 100 % [3, 11];

• •    передаточная функция перемеши-вателя W_{B + Q Рп} ( p ) по каналу сумма расхода воды B и твердой фазы Q - плот-

• ность пульпы в перемешивателе рп :

W B + Q _ Р п ⁽ Р ) = T^.            (2)

k = __РТВ__ Т = k V п B Ртв + Q ’ п п п’

где kп - коэффициент передачи переме-шивателя, (т/м3)/(м3/ч); Тп - постоянная времени, мин; ртв - плотность твердой фазы пульпы, (т/м3); Vn - объем рабо- чего пространства перемешивателя, V. = 3 м3[4];

Рис. 1. Схема модели САУ процессом перемешивания пульпы перед флотацией

Национальный исследовательский технологический университет

• •    модель насоса имеет передаточную функцию по каналу плотность пульпы на входе ρ – плотность пульпы на выходе ρ_пвых [11]:

W p_p. -( Р ) =_;,             (4)

пвх пвых н где k – коэффициент передачи насоса, принятый равным 1, т.к. при прохождении через него пульпа плотность не меняет; T – постоянная времени, T = 0,0667 мин [10].

Коэффициент передачи клапана рассчитывался как отношение наибольшего расхода воды в перемешиватель Втах = 340 м3/ч к максимальной степени max открытия клапана, равной 100 %:

к = -B max- = 3,4 ( м ³ /ч ) /%.        (5)

^к   100%

Коэффициенты k и T были найдены по формуле (3), исходя из средних значений плотности твердой фазы пульпы р_тв = 5 т/м ³ , ее максимального расхода О пах = 300 т/ч и расхода воды B шах = 340 м ³ /ч :       к _п = 0,15 ( т/м ³ ) / ( м ³ /ч ) ;

Т_п = 0,45 мин.

Параметры B max , ρ_тв, Q max , V _п взяты из характеристик оборудования и лабораторного анализа сырья Михайловского ГОКа.

Настройка регулятора плотности пульпы осуществлялась по критерию «модульного оптимума». Для компенсации двух наибольших постоянных времени T и T был выбран ПИД-регулятор с передаточной функцией [8, 19]:

W(Р)= kp + kdP + ki -,        (6)

p где kp , k , k – коэффициенты пропорциональности, дифференцирования и интегрирования регулятора соответственно, kp = 1160,79; kd = 207,05; k, = = 1568,67 мин" 1.

В блоке «Изменение параметров модели» случайным образом варьировались величины ρ_тв и Q , которые рассматривались как возмущающие факторы, приводящие к колебаниям плотности пульпы.

Результаты моделирования приведены на рис. 2. Скачкообразное увеличение плотности твердой фазы ρ_тв с 5 до 5,5 т/м³ при 6 = 5 мин вызывает рост плотности пульпы ρ . Регулятор ее стабилизирует увеличением расхода воды B с 57 до 62 м³/ч. Если ρ снижается с 5,5 до 5 т/м³, а Q – с 300 до 250 т/ч при t ₂ = 10 мин, то плотность пульпы также уменьшается, и регулятор компенсирует это уменьшением расхода воды до 47 м³/ч. В момент времени t ₃ = 15 мин , неизменной величине Q = 250 т/ч и скачке плотности ρ с 5 до 5,5 т/м³ расход воды становится еще больше и достигает 51 м³/ч. Перерегулирование по выходной переменной ρ не превышает 0,5 %, а время регулирования составляет 1 мин, что меньше периода изменения свойств пульпы, который при моделировании принят равным 5 мин.

Заключение

Предложенная в данной статье модель САУ процессом перемешивания пульпы позволяет исследовать влияние таких факторов, как плотность и расход твердой фазы суспензии, на плотность пульпы, поступающей на флотацию.

Результаты моделирования показали, что в условиях нестабильности физико-механических свойств руды данная система поддерживает на заданном уровне плотность пульпы в перемешивателе. При этом величина перерегулирования

Национальный исследовательский технологический университет

Рис. 2. Переходные процессы изменения расхода воды В и плотности пульпы ρ_п при скачкообразном изменении плотности ρ_тв и расхода по твердому Q

достигает 0,5 %, а время регулирования процесса меньше периода изменения свойств пульпы и составляет 1 мин.

Таким образом, доказана целесообразность применения САУ перемешиванием в составе АСУ ТП на горнорудных предприятиях при подготовке к флотационному обогащению.

Национальный исследовательский технологический университет

such model elements of the ACS, as a valve, agitator, pump, PID controller. The result of simulation timing diagram reflecting the principle of stabilization of the pulp density by manipulation of the water flow in the mixer by an abrupt change in the density of the solid phase in the slurry and its flow. At the end of the paper the conclusions about possibility of use of ACS in the industrial control system at mining enterprises, as the work model of the system showed satisfactory results for the control density with a small overshoot and time regulation.