Наука: Исследование функционирования процесса сгущения и разработка его формализованного задания

11 Мая, 2019 340 0

В информационном смысле каждый аппарат исследуемого технологиче­ского участка может быть охарактеризован совокупностью информационных и управляемых точек. С информационных точек снимаются данные, характери­зующие производственное состояние этого аппарата, на управляемые точки выдаются воздействия, при помощи которых обеспечиваются переходы аппара­та из одного установившегося состояния в другое.

Определенное состояние сгустителя представим следующим кортежем

si=(aj|j = l-w),                                                            (1)

где w - число информационных точек данного аппарата

Число всех состояний £, рассматриваемого процесса является конечным. Конструкция сгустителя С(і=1-гЗ) представлена на рис. 1. Соответствующими цифрами обозначены: 1 - корпус сгустителя, 2 - приемный ящик для пульпы, 3 - кольцевой желоб верхнего слива.

По трубопроводам, обозначенным через Т, (і = 1ч-3), циркулируют следующие материальные потоки: по Ті поступает пульпа, подвергаемая сгущению; по Т2 отводится нижний слив аппарата - сгущенная пульпа, по Т3 - верхний слив сгустителя - осветленный раствор.

Одной информационной точке (w = l) одного сгустителя Q соответствует датчик D], который определяет качественный состав получаемого раствора. Каждой управляемой точке сгустителя соответствует свой исполнительный механизм Kj (i = 1 4- 6, j = l) .

Каждый аппарат участка сгущения может находиться в одном из следующих состояний:

Каждый из сгустителей может находиться в одном из состояний:

1.     состояние сгущения (обозначим его G-состоянием, то есть J'=G); время сгущения обозначим tcr;

2.     состояние выпуска сгущенного продукта (обозначим его V - состоянием, то есть Js2 = V; время выпуска пульпы обозначим tB;

3.     состояние неисправности (обозначим его А - состоянием, то есть is = А); время неисправности обозначим tH;

Проанализируем приведенные выше состояния. Рабочими являются первое и второе состояния сгустителя (G- и V-состояния), так как функционирование каждого аппарата заключается в периодическом переключении (переходе) в V-состояние: в G-состоянии в аппарате осуществляется отстаивание пульпы, в V-состоянии - выпуск сгущенного продукта и подготовка к переходу в G- состояние.

Если возникает необходимость перевода сгустителя из в V-состояние раньше времени tcr, то данную ситуацию необходимо рассматривать как переход в Aсостояние, то есть в сгустителе Q возникла неисправность. Одна из основных причин возникновения неисправности в аппаратах сгущения заключается в несвоевременной разгрузке сгустителя от сгущенного продукта выщелачивания.

Поэтому часто при нарушении процесса отстаивания пульпы стремятся в первую очередь устранить причину возникновения неисправности, ускоряя тем самым вывод сгущенного продукта из аппарата.

Неисправности, возникающие при нарушении технологического режима процесса сгущения, чаще всего устраняются путем очистки ручным способом.

Обозначим время ремонта сгустителя - tp. Из V-состояния сгуститель переходит в рабочее состояние G.

Сгуститель Q может находиться в G-состоянии в трех случаях:

-        после выпуска сгущенной пульпы, то есть из V-состояния сгуститель переходит сначала в G-состояние, через время С (время совместной работы всех шести сгустителей);

-        после неисправности: из A-состояния сгуститель переходит в G- состояние;

-        при пуске установки: G-состояние является начальным состоянием установки.

Согласно технологическому регламенту функционирования сгустителя существует семь разрешенных переходов аппарата из одного установившегося состояния в другое.

В таблице 1 представлены разрешенные переходы аппарата. .

Все возможные переходы данного аппарата из одного установившегося состояния в другое, все его возможные переключения, опишем при помощи графа смены состояний Gc =<(У,{8;}),(и,ь)>, каждая вершина которого взаимно однозначно соответствует определенному состоянию сгустителя.

Если из состояния Si аппарат переходит в состояние Sj, то соответствующие им вершины Vi и Vj соединяются дугой (У,У), взвешенной логическим

условием I, при наличии которого осущест вляется этот переход.

Следует отметить, что множество логических условий L = {l | i = 1, 2,3...} задается техническими условиями функционирования данного аппарата.

Полученный граф смены состояний сгустителя Gc представлен на рис. 2, где множество L является множеством усредненных времен L = {tor,tB,tc,t„,tr,tp}.

Для элементов множества L имеют место следующие временные соотношения:


Практически, функционирование системы аппаратов сгущения осуществляется по следующим правилам:

1.     процесс сгущения может проводиться, если хотя бы один из аппаратов находится в G - состоянии;

2.      в любой момент времени в G - состоянии может находиться шесть аппаратов;

в любой момент времени не более одного сгустителя может находиться в А - состоянии.

t < tcr


Совокупность установившихся состояний каждого аппарата технологической схемы участка сгущения характеризует установившееся состояние процесса, которое будем представлять в виде кортежа J’:

S, = (sj, | j = 1 - с),                                         (2)

где с - число аппаратов данного процесса; Sj - состояние j-ro аппарата.

Так как каждый из шести сгустителей может находиться в одном из описанных выше трех состояний, число всех состояний процесса сгущения равно З6 =729.

Для получения формализованного задания функционирования операции конечное множество установившихся состояний в соответствии с технологическими условиями разделим на два непересекающихся подмножества: технологически возможные состояния процесса и технологически невозможные состояния процесса.

Множество технологически возможных состояний в соответствии с регламентом в свою очередь делится на два непересекающихся множества: технологически допустимые состояния процесса и технологически недопустимые состояния процесса.

Если процесс находится в одном из технологически недопустимых состояний, будем полагать, что он находится в А-состоянии.

Предаварией будем считать технологически допустимое состояние процесса, от которого непосредственно возможен переход в состояние аварии.

В соответствие с этим необходимо отметить основные особенности совместного функционирования аппаратов сгущения:

1.      В любой момент времени производственый цикл “сгущение - выпуск” осуществляется шестью сгустителями.

2.      В любой момент времени не более одного аппарата Q находится в V- состоянии.

3.      В любой момент времени не более одного сгустителя С, может находиться в A-состоянии. Технологически невозможное состояние АААААА будем использовать для обозначения конечного состояния процесса.

4.      Для осуществления пуска и останова рассматриваемого процесса нет необходимости производить последовательность операций для его перевода из рабочего состояния в нерабочее и наоборот.

Как отмечается, средства логического управления должны обеспечивать выполнение ряда условий, связанных с применением оборудования в различных технологических режимах: пуск и остановку, режимы нормальной эксплуатации (рабочие режимы) и аварийные режимы, где в каждом из режимов решается отдельная часть общей производственной задачи.

Множество технологически возможных состояний можно разделить на три непересекающихся класса: первому классу присвоим идентификатор «Пуск» (П-режим), второму классу - «Работа» (P-режим), третьему - «Останов» (О-режим). Технологический регламент процесса сгущения обусловливает принадлежность данного состояния одному из соответствующих классов.

Представим класс состояний режима «Пуск» в виде двух подклассов «Готовность к пуску» и «Запуск». Характерным для этого класса состояний данного режима является то, что подкласс «Готовность к пуску» и подкласс «Запуск» является пустыми.

Рассмотрим класс состояний режима «Работа». Особенностью состояний данного режима является то, что один из сгустителей обязательно должен находиться в G-состоянии. К подклассу «Нормальная работа» отнесем те состояния, где ни один из сгустителей не находится в A-состоянии; к подклассу «Предавария» отнесем состояния, в которых не более одного аппарата сгущения находится в А-состоянии.

Класс состояний режима «Останов». Характерным для состояний указанного режима является то, что ни один из сгустителей не находится в G- состоянии. Подкласс «Останов нормальный» состоит из одного конечного состояния, условно обозначенного. Переход в это состояние осуществляется при поступлении соответствующего указания от оператора. К подклассу «Останов аварийный» отнесем состояние, в каждом из которых не менее двух сгустителей находится в A-состоянии. Процесс может перейти в такое состояние из этого подкласса только из состояния, принадлежащего подклассу «Предавария».

Таким образом, процесс сгущения может быть представлен множеством режимов:           .

{Қ 11=1-11},                                                      (3)

где К - один из П-, Р- или О-режимов; р - число всех возможных режимов данного процесса.

В соответствии с производственную задачу исследуемого процесса можно представить в виде последовательности наличных технологических режимов и отобразить в виде графа смены режимов

(4)

где каждой вершине соответствует определенный режим процесса, а множество логико-временных условий L задается как технологическим регламентом процесса (рис. 3):

Таким образом, логическое управление технологическим участком сгущения цинковых пульп заключается как в управлении переходами из одного состояния данного режима в другое, так и в управлении его переходами из одного технологического режима в другой. Логическое управление первого уровня осуществляется непосредственно по множеству возможных состояний процесса, второго уровня в соответствии с графом смены режимов Gp и ввиду переменного характера элементов множества L для его реализации необходима соответствующая перенастройка средств логического управления.

С целью алгоритмизации технологическим участком сгущения рассмотрим два множества параметров процесса. Технологический процесс сгущения характеризуется двумя конечными множествами: множеством Мс параметров состояния управляемого процесса ГГ в рассматриваемый момент времени:

 TOC \o "1-5" \h \z M‘={n;|j = l*n};                                          (5)

множеством ГГ, необходимых для нормального протекания управляемого процесса:

М' ={n’|j = l + m}.                         (6)

С учетом этого определяются множества необходимых информационных и управляемых точек процесса сгущения:

M,={L|i = l + n}                                               (7)

И

Му - {Ү | і -1 -ми},                                          (8)

где пищ- число информационных и управляемых точек соответственно соответственно.

Входящие в Mi и Мү элементы могут относиться не только непосредственно к самому объекту, но и к внешним по отношению к нему устройствам, что обусловлено необходимостью реализации логического управления в реальном масштабе времени и информационного взаимодействия с оператором данного процесса.

Согласно рис. 1, каждой информационной точке множества Mj = {і. | і = 1 б} соответствует определенный датчик Dj - датчик, определяющий содержание твердой фазы нижнего слива сгустителей. В качестве ограничений требуется выполнение соотношения Стдоп, где Ст- текущее значение

содержания твердой фазы в нижнем сливе, Сдоп- заданное значение содержания твердой фазы в нижнем сливе сгустителя, учитывалось при проектировании пропускной способности всего участка. D°- датчик расхода, измеряющий количество пульпы Q, м3/ч .       . Каждой управляемой точке множества Мү = {У | i = 0 т б} соответствует

определенный исполнительный орган, К° и Kj, К12. Указанные исполнительные органы обладают «памятью», то есть сохраняют заданную позицию до прихода нового управляющего воздействия.

Множество параметров состояния технологического участка сгущения нейтральной пульпы Мс = {гп} включает в себя производственные параметры состояния и дополнительные параметры состояния.

Производственные параметры состояния:

1) х°- параметр состояния, характеризующий состояние выпуска сгущенного продукта:

[О, если осуществляется сгущение пульпы;

[1, если осуществляется выпуск пульпы;

2) х; (і = і*6)- параметры состояния (содержание твердой фазы твердой фазы Ст в нижнем сливе аппарата), каждый из которых измеряется соответствующим датчиком D| (i = 1                                                                                б):

0,        если Стдоп;

1,        если Стдоп.

Дополнительные параметры состояния:                            

1) х', (i =1 4-6) - параметры состояния, которые характеризуют работоспособность соответствующего аппарата Q, значения данных поступают от ДПУ:

\0, если i - ый сгуститель работоспос обен;

х, =

Надпись: х, =1, в противном случае;

времени с заданным технологическим регламентом времени функционирования сгустителей в различных состояниях. Указанный параметр одинаков для всех сгустителей в соответствии с:

0,          

X =

Надпись: X =если t < t ;

1,           если tB cr;

10,      eorat> tcr;

11,      если t > t*y.

Время функционирования серии сгустителей t ф у. задается оператором в зависимости от производственных условий.

Таким образом, мощность множества Мс равна 14:

Мс = {x®,xt,x;,xj}, і = 1ч-6 .

Множество параметров управления Му = {TTJ}

Производственные параметры:

1)   уо° - параметр управления, в соответствии с которым формируются воздействия, управляющие исполнительным органом К°. Текущее значение параметра на ДПУ поступает для организации информирования оператора;


Ус

Надпись: Ус[0, если пульпа поступает на сгущение;

[1, в противном случае;

2)   у] (і = 1 4- 6) - параметры управления в соответствии с которыми формируются управляющие воздействия для К), обеспечивающие поступление пульпы на сгущение:

S,

0,      

У.

Надпись: У.если необходимо закрыть К|;

1,       если необходимо открыть К|;

y'2 (i = 1 -г б) - параметры управления, в соответствии с которыми формируются воздействия, управляющие К!,, обеспечивающие выпуск сгущенного продукта:

. О,если необходимо закрыть К2;

У 2 Н■

1,если необходимо открыть К'2;

Дополнительные параметры управления:

1) у'з (і = 1 -ь 6) - параметры управления, значения которых используются для организации контроля состояний аппаратов:

0,          

У

Надпись: Уесли сгуститель переведен из А - в G - • состояние;

1,       если сгуститель находится в А-состоянии;

2) у,- параметр управления, значение которого поступают на БРВ и

используются для организации логического управления в реальном масштабе времени:

0,          если счетчик реального времени в

у, =<|БРВ выключен;

1,          в противном случае.

В результате проведенного исследования процесса сгущения как объекта логического управления необходимо получены основные элементы формализованного задания управляемого процесса. С учетом выделенных уровней логического управления процессом сгущения по имеющемуся формализованному заданию рассмотрим получение формализованного описания рассматриваемого процесса, его процедурной модели.


Сазанов Ислам Сапаралиулы

Магистрант Евразийский национальный университета им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан


СПИСОК ЛИТЕРАТУР

1.             Погорелый А. Д. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Ме­таллургия, 1971. 499 с.

2.             Лакерник М. М., Пахомова Г. Н. Металлургия цинка и кадмия. М.: Металлургия, 1969. 485 с.

3.             Снурников А. П. Гидрометаллургия цинка. М.: Металлургия, 1981. 383 с.


Тегтер: наука, ену, математика, новости, мир

Друзья! Подписывайтесь на наш канал в Telegram и будьте всегда в курсе самых последних новостей. Новости прилетают прямо к вам в карман!

Оставить комментарий

Авторизуйтесь на сайте и подтвердите номер телефона, чтобы писать комментарии.