книги из ГПНТБ / Лебедкин, В. Ф. Проектирование систем управления обогатительными производствами
.pdf
В.Ф.Лебедкин
B.C.Продуто
Ю.В.Реуцкий
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
ОБОГАТИТЕЛЬНЫМИ
ПРОИЗВОДСТВАМИ
И З Д А Т Е Л Ь С Т ВО « Н Е Д Р А» М о с к в а 1973
622.7.013.008 : 65.012.011.56 : 681.3
Гее. публичная научно -1слни ів»кая
библией «л> C C C f * Э К З Е М П Л Я Р ЧИТАЛЬНОГО З А Л А
Лебедкин В. Ф., Продуто В. С, Реуцкий Ю. В. Проектирова ние систем управления обогатительными производствами. М., «Нед ра», 1973, 296 с.
В книге рассмотрены вопросы обязательных предварительных исследований управляемых объектов (определение объекта управле ния, формализация задачи управления, выбор целевых функций и методов оптимизации, разработка структурных схем, определение функций системы управления и т. п.), а также вопросы проектиро вания систем управления (обеспечение разработанной структуры системы техническими средствами).
Приведены проекты систем управления различными обогати тельными фабриками. Особое внимание уделено разбору уже внед ренной системы управления Зыряновской обогатительной фабрикой, а также эффективности управляющих систем обогатительных про изводств.
Приведены системы управления зарубежными обогатительными производствами.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой систем управления обогатительными фаб риками и смежными производствами, а также может быть полезна студентам вузов.
Таблиц 23, иллюстраций 64, список литературы — 294 назв.
Л 0374-436 |
|
043(01)—73 |
© Издательство «Недра», 1973 |
В В Е Д Е Н И Е
Современный уровень организации управления крупными про мышленными предприятиями характеризуется качественно новым этапом — оснащением предприятий различного класса автоматизи рованными системами управления производством (АСУ), бази рующимися на применении электронно-вычислительных машин и технических средств сбора и передачи информации.
Несмотря на очевидную эффективность автоматизации, затраты на нее в обогащении руд цветных металлов остаются еще низкими.
Если сдерживание автоматизации действующих обогатительных предприятий можно оправдать необходимостью значительных за трат на реконструкцию технологического оборудования, то оно совершенно недопустимо при проектировании новых обогатитель ных предприятий.
Одним из важнейших разделов проектирования современных промышленных предприятий наряду с технологической частью яв ляется разработка системы управления производством (оргпроектирование), которое в обогащении, к сожалению, находится в на стоящее время на низком уровне. Поэтому нам представляется необходимым и своевременным издание книги в помощь коллекти вам, занятым разработкой и проектированием систем управления для обогатительных предприятий.
Оргпроектирование решает задачи организации управления, которые охватывают комплекс вопросов разработки структуры, методов и техники управления как для основной производственной деятельности предприятий, так и организации производства, мате риально-технического снабжения и бухгалтерской отчетности, опе ративного и календарного планирования и т. д. В силу ряда при чин, одной из которых является то, что авторы книги в основном занимались разработкой принципов и методов построения систем управления технологическими процессами обогащения полезных ископаемых, в настоящей книге уделено внимание в оеновном раз работке и проектированию систем управления основной производ ственной деятельностью предприятия с использованием опыта со здания АСУ Зыряновской обогатительной фабрики.
1* |
3 |
Авторы не претендуют на полноту охвата вопросов оргпроектирования и надеются, что в ближайшее время этот пробел будет восполнен.
Книга в основном посвящена разработке и проектированию си стем управления обогатительными предприятиями цветной метал лургии, где преобладают флотационные процессы разделения, хотя многие вопросы в равной мере могут быть отнесены и к другим разделительным процессам.
В книге широко используется так называемый «системный подход», который необходим для формулировки общих условий, обеспечивающих успешную работу для независимых частей си стемы при объединении их в единое целое. Кроме того, эффектив ное функционирование целого является первоочередной задачей системы. Хотя образующие ее отдельные части и устройства в от дельные отрезки времени не будут работать в наиболее экономич ном режиме, тем не менее в общем балансе всех показателей системы их действие в заданный интервал времени обусловит вы полнение требований к системе для всего периода оценки ее ра боты [243]. Иначе говоря, сущность системного подхода состоит в том, что разработка и проектирование АСУ обогатительных фаб рик должны базироваться на учете общих свойств «больших си стем», на рассмотрении «большой системы» как единого целого. В книге не излагаются методы и средства, используемые системо
техникой при |
создании |
«больших систем». Эти сведения можно |
|
найти в работах |
Г. X. Гуда и Р. Э. Макола [63] и в работе Г. Чест- |
||
ната [243]. |
|
|
|
Несмотря |
на |
наличие |
фундаментальных работ как наших, так |
и зарубежных |
ученых, |
общая теория проектирования «больших |
|
систем» еще не создана. Современное состояние этой теории, ха рактеризуется тем, что специалисты, работающие в этой области, еще не перекинули мост от общих положений к практике проекти рования, а специалисты, работающие в области конкретного проек тирования, еще далеки от необходимых обобщений и рассматри вают в основном вопросы использования разработанных методов частного проектирования [151].
По этой причине настоящая книга, по-видимому, также не бу дет лишена этих недостатков, хотя авторы при ее написании и старались по возможности избежать их.
Авторы выражают искреннюю благодарность рецензенту проф., докт. техн. наук Е. Г. Дудникову и ответственному редактору проф., докт. техн. наук Б. А. Арефьеву за большую помощь, ока занную при подготовке книги к печати.
Г Л А В А I
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
КРУПНЫМИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИ
Дальнейший рост производительности труда и повышение ка чества выпускаемых концентратов на обогатительных фабриках не мыслимы сегодня не только без совершенствования технологиче ского оборудования и технологических схем переработки обога щаемого сырья, но и без совершенствования систем контроля и организации управления производственными процессами. На фабриках с наиболее совершенной технологией последнее обстоя тельство приобретает решающее значение. Бесспорно, что решить эти задачи можно лишь путем создания систем централизованного контроля и оперативного управления крупными технологическими комплексами.
Изучение «взаимоотношений» человека и технологического про цесса показывает, что существует возможность создания систем, которые производили бы не только подготовительные операции, но и сами бы принимали решения по управлению. Организация таких систем предполагает как минимум формализацию логических и вычислительных действий человека-оператора, проводимых им при выборе управляющих решений, или же, что эффективнее, расчет математических моделей управляемых процессов с последующим отысканием оптимальных технологических режимов. Такие си стемы призваны принципиально изменить характер и структуру управления производственными процессами, которые освобождают человека не только от утомительных операций контроля процессов, іо и от сложного, и часто небезошибочного, выбора управляющих юздействий.
В настоящей главе изложены необходимые понятия теории управления и системотехники, определены объект и задачи управле ния на разных уровнях иерархической схемы системы управления производством обогащения полезных ископаемых, определено по нятие математической модели процессов управления, даны
5
характеристика целевых функций на разных уровнях системы упра вления и методы оптимизации, которые можно применить при реше нии задач управления производственными процессами, а также приведены необходимые сведения из теории систем дискретного управления и проектирования систем управления обогатительными производствами.
1.1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ИЕРАРХИЯ В УПРАВЛЕНИИ
ИСТРУКТУРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ, ЦЕЛЕВЫЕ ФУНКЦИИ И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ
Развитие теории и практики автоматического управления про изводственными процессами характеризуется тенденцией к пере ходу от автоматизации отдельных технологических агрегатов к ком плексной автоматизации целых технологических операций, охва тывающих группы агрегатов различного назначения. Это направление, как и в случае автоматической стабилизации техно логических параметров, состоит в стремлении освободить человека от непосредственного участия в контроле и управлении технологи ческим процессом, ибо оно связано с неизбежными потерями в ре
зультате замедленной реакции человека |
на оценку технологиче |
ской ситуации и неоптимального выбора |
управляющего решения, |
а также замедленного характера исполнения принятого решения. Стабилизация технологических параметров уже не является научно-технической проблемой. Как проектировщики, так и произ водственники достаточно просто решают эту задачу, применяя уже апробированные решения и серийную аппаратуру. Автоматизация
же управления |
группой |
агрегатов, относящихся |
к |
разряду м н о |
г о м е р н ы х |
с и с т е м |
управления, до сих |
пор |
еще является |
сложной и не всегда разрешимой. |
|
|
||
Очевидно, стремление создать на предприятии определенное число таких многомерных контуров управления связано с жела нием осуществить управление непосредственно из единого пункта управления. Однако в настоящее время уровень технологии, сте пень автоматизации отдельных технологических процессов, а также несовершенство (низкая точность, недостаточная надежность и долговечность и т. п.) средств контроля и управления не позво ляют осуществить это в ближайшем будущем1 . Такое положение предопределило необходимость создания многоступенчатых пира мидальных систем управления, представляющих собой (рис. 1.1)
1 Это не означает, что на долгие годы следует отказаться от идеи создания обогатительных предприятий, управляемых из единого пункта. Темпы совершен ствования технологических процессов, развития теории управления процессами обогащения и приборостроительной промышленности сейчас таковы, что созда ние таких систем управления, по-видимому, будет возможным уже в текущем пятилетии. Так что при проектировании новых обогатительных фабрик необхо димо исходить именно из этих предпосылок.
6
совокупность |
отдельных объединенных в общую |
и е р а р х и ч е |
с к у ю с х е м у |
систем управления различного характера и назна |
|
чения, каждая из которых должна рассматриваться как подсистема
соответствующего |
ранга |
в общей |
системе управления предприя |
||
тием [171]. |
|
|
|
|
|
Каждая |
из подсистем |
выполняет совершенно |
определенные |
||
функции в |
рамках |
установленных |
производственных |
ограничений |
|
и в то же время связана |
с другими |
подсистемами как общими ма |
|||
териальными и энергетическими потоками, так и общностью на значения и цели всего производственного цикла. Таким образом,
Производство I J J J
Рис. 1.1. Иерархическая схема системы управления обогатительным произ водством:
/ — к о н т у р н и ж н е й с т у п е н и у п р а в л е н и я ; |
2 — к о н т у р с р е д н е й с т у п е н и |
у п р а в л е н и я ; |
3 — к о н т у р в е р х н е й с т у п е н и у п р а в л е н и я ; |
ОУ— о б ъ е к т ы у п р а в л е н и я ; |
СУ—системы |
у п р а в л е н и я ; УУ — у с т р о й с т в а у п р а в л е н и я ; |
/ , / / , / / / — с о о т в е т с т в е н н о п е р в а я , в т о р а я |
|
и т р е т ь я с т у п е н и у п р а в л е н и я
любая из показанных на рис. 1.1 подсистем имеет свою, только ей присущую цель, а качество процесса достижения этой цели обычно
характеризуется |
показателем, называемым к р и т е р и е м |
э ф |
ф е к т и в н о с т и |
у п р а в л е н и я . Для систем стабилизации, |
на |
пример, таким показателем является качество поддержания по стоянства значений регулируемой величины, для многосвязных си
стем управления — более сложный |
критерий, |
учитывающий |
|||||
суммарное |
влияние |
управляющих |
воздействий, |
существующих |
|||
в данном контуре управления. |
|
|
|
|
|
||
Таким образом, критерий эффективности управления |
высту |
||||||
пает в роли |
ц е л е в о й |
ф у н к ц и и |
у п р а в л е н и я , |
когда |
задача |
||
управления состоит в достижении его |
некоторой (постоянной, |
или |
|||||
максимальной, или минимальной, |
или |
экстремальной и т. п.) |
ве |
||||
личины. |
|
|
|
|
|
|
|
В зависимости от характера обогатительного производства (сложности технологической схемы, схемы цепи аппаратов, коли чества технологических агрегатов) и вне зависимости от органи зационно-технологической структуры из всего многообразия
7
систем управления в общей иерархической схеме управления можно выделить три уровня (см. рис. 1.1).
Рассмотрим более подробно каждый из уровней, определим для них целевые функции управления, сформулируем общие задачи управления и в необходимых случаях введем понятия из теории управления.
К нижней ступени иерархической схемы системы управления относятся местные системы, предназначенные для обеспечения ус тойчивой, безаварийной и высокопроизводительной работы техно логических агрегатов, непосредственно определяющих технологиче
ский процесс |
обогащения, и |
выпуск |
товарных |
концентратов, |
а также системы для стабилизации (в |
меняющихся |
технологиче |
||
ских нормах) |
технологических |
параметров. |
|
|
Целевой функцией управления на нижней ступени является поддержание постоянства некоторой величины /Сн технологического параметра, или постоянства показателя работы технологического оборудования.
Задающий |
|
|
|
Рис. |
1.2. |
Упрощенная |
структурная |
||||||
J |
|
параметр |
схема |
односвязной |
системы |
автома |
|||||||
сигнал |
г |
||||||||||||
|
тического |
регулирования: |
|
||||||||||
|
|
) — |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
/ — с и г н а л р а с с о г л а с о в а н и я ; |
2 — э л е м е н т ы |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
р е г у л и р у ю щ е й с и с т е м ы |
|
|
||||
Стабилизация технологических параметров, как правило, осу |
|||||||||||||
ществляется |
о д н о с в я з н ы м и |
с и с т е м а м и |
р е г у л и р о в а |
||||||||||
н и я , |
упрощенная структурная |
схема |
которых |
показана |
на |
||||||||
рис. |
1.2, |
осуществляющих управление |
как в |
замкнутом, |
так |
и |
|||||||
в разомкнутом контуре. Причем системы управления нижней сту
пени являются объектом управления для подсистем более |
высо |
кого ранга, и задания на изменения уровня стабилизации Кн |
каж |
дой системы (если в этом есть необходимость) исходят от |
под |
систем средней ступени.
Расчет и проектирование систем управления нижней ступени — наиболее изученная и уже освоенная часть общего проектирова ния систем управления предприятием. Поэтому мы не будем на этом останавливаться, а укажем лишь, что этому вопросу посвя щено большое число работ [65, 81, 135, 139 и др.].
Управление на средней ступени распространяется на техноло гические комплексы в рамках одного производственного подраз деления (например, отделения или цеха), представляющие сово купность технологических агрегатов, связанных между собой общ ностью технологических связей и выполняющих одну общую за дачу, т. е. имеющих общую целевую функцию управления.
Подсистемы |
управления средней |
ступени —это |
м н о г о м е р |
||
н ы е ( м н о г о с в я з н ы е ) |
с и с т е м ы у п р а в л е н и я , |
харак |
|||
теризующиеся |
в отличие |
от одномерных (односвязных) |
систем |
||
наличием нескольких регулируемых |
величин. Причем регулируе |
||||
мые величины |
связаны |
между собой. Эта связь |
определяется |
||
8
прежде всего свойствами объекта управления. Сюда |
относятся |
различного рода о п т и м и з и р у ю щ и е с и с т е м ы |
(рис. 1.3), |
назначением которых является отыскание оптимальных значений управляемых параметров, которые позволили бы получить требуе
мое значение целевой функции управления. |
|
|
|
||
В ы х о д н ы м и к о о р д и н а т а м и |
объекта |
и |
системы |
управ |
|
ления ( в ы х о д о м ) называют |
совокупность параметров, |
которые |
|||
регулируются в данной системе |
[89]. Выходные |
координаты |
много |
||
связной системы представляют |
собой |
конкретные |
физические ве |
||
личины (например, количество и качество концентратов и хвостов, уровень пульпы во флотационных или отсадочных машинах и т. п.),
которые можно измерить |
и информация |
о |
которых позволяет су |
|
дить о результатах работы системы. |
|
|
||
|
|
|
I |
|
|
|
|
I |
|
г~ |
|
- I |
|
|
1 |
+ |
Хі х? |
I |
X.. |
I |
Уі |
I |
|
|
|
|
Оптимизатор |
Уг |
• Объект |
|
— |
||||
|
|
|
управления |
_ т |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
I f |
|
Ут |
|
|
I |
|
|
|
|
|
L_ |
|
|
|
|
|
_ ) |
|
Рис. |
1.3. |
Упрощенная структурная |
схема многосвяз |
|||||||
|
|
|
ной системы |
управления: |
|
|
||||
-ïi, *2 |
|
xh |
— в о з м у щ е н и я ; |
у,, у2 |
|
Ут |
— у п р а в л я е м ы е |
|||
п а р а м е т р ы ; |
z u |
z2 , . . ., |
z n |
— в ы х о д н ы е |
п а р а м е т р ы ; |
S{u(t), |
||||
y(t) |
\ — ф у н к ц и о н а л , |
о ц е н и в а ю щ и й |
к а ч е с т в о |
у п р а в л е н и я |
||||||
Следует отметить, |
что один |
и тот |
же |
объект |
в зависимости от |
|||||
задач, решаемых системой управления, может рассматриваться и как одномерный, и как многомерный. Например, если ставится задача регулирования только плотности в комплексе мельница — классификатор, то такой объект (мельница — классификатор) яв ляется одномерным, и к нему нужно применять уже ставшие клас сическими методы автономного регулирования. Если ставится за
дача регулирования узла мельница — классификатор |
по |
плотности |
и гранулометрическому составу, то объект является |
уже двумер |
|
ным, т. е. многосвязным. В данном случае управление |
объектом |
|
требует совершенно другого подхода. |
|
|
Выходом одномерной системы является скаляр, |
а |
многомер |
ной — вектор. |
|
|
В х о д н ы м и в о з д е й с т в и я м и ( в х о д о м ) |
многосвязной |
|
системы являются все внешние возмущения, приложенные к си стеме. Сюда относятся различные задающие воздействия, нагрузки объекта, а также различного рода помехи. Понятно, что как вход ные, так и выходные величины являются конкретными физическими
9