СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ КОМПОНЕНТОВ
METHOD TO CONTROL LOOSE COMPONENTS MIXING

Изобретение относится к способам для контроля и управления процессом смешивания текущих потоков сыпучих компонентов и может широко применяться в химической, строительной, силикатной, горнорудной, агломерационной, металлургической и других отраслях промышленности.
Известен способ усреднения сыпучих материалов в непрерывном потоке, по которому последовательно измеряют насыпную плотность сыпучего материала в неусредненном потоке, неусредненный поток разделяют на два вспомогательных потока по знакам приращения плотности перемешиваемого сыпучего материала, накапливают, смешивают, вновь измеряют приращение плотности, при превышении плотности над заданной сыпучий материал возвращают и вновь перемешивают с исходным (А.с. СССР №663423, кл. B01F 3/18, G05D 27/00, опубл. 25.05.1979 г.).
Недостатками известного способа являются энергоемкость, низкая производительность, повышенные потери при усреднении, исключена возможность использования способа для усреднения многокомпонентных сыпучих смесей и значительных (порядка тысяч тонн и выше) объемов усредняемых компонентов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известный способ усреднения сыпучих материалов в непрерывном потоке, предусматривающий дополнительный блок прогнозирования возмущений, обусловленных отклонениями фактических результатов анализа от расчетных значений (А.с. СССР №1122516, кл. B28C 5/60, опубл. 07.11.1984 г.).
Недостатком известного способа является запаздывание информации о результатах измерений, что снижает эффективность управления процессом смешивания сыпучих компонентов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности управления процессом смешивания сыпучих компонентов за счет прогнозирования средневзвешенных значений содержаний химических элементов и оксидов, например, железа, серы, оксида кальция, двуокиси кремния, в емкости усреднения, например на складе концентратов, на период ее полной загрузки.
k-1
k
k+1
k-1
k
k+1
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе управления процессом смешивания сыпучих компонентов, включающем смешивание и дозирование, дополнительно определяют массы  сырьевых компонентов, поступающих в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, определяют содержания химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, определяют средневзвешенные значения Y, Y и Yсодержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, определяют значения постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Yи содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, по зависимости
0
k+l
k
k
k-l
T=-t/ln((Y-Y)/(Y-Y))
0
где t - интервал квантования, с,
k-1
k
k+1
определяют значения коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, по зависимости
k
k-1
k+1
k
k
k-1
K=(Y-Y)/(1-(Y-Y)/(Y-Y),
определяют переходную функцию β(t) прогнозируемых средневзвешенных значений содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения, а также прогнозируемые средневзвешенные значения содержаний  химических элементов и оксидов на весь период формирования емкости усреднения по зависимостям
β(t)=K·(1-exp(-t/T))
где t - текущее время, ч;
Т - инерционность емкости усреднения, ч;
ш
Т - период формирования емкости усреднения с,
определяют целевую функцию J, обеспечивающую минимальное отклонение прогнозируемых средневзвешенных значений  содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения от заданного значения, по зависимости
,
i
где Q - расход i-го сырьевого компонента, кг;
β* - требуемое содержание химического элемента или оксида в емкости усреднения, %,
в соответствии с целевой функцией J определяют оптимальные задания регуляторам расходов сыпучих сырьевых компонентов, поступающих в емкость усреднения, путем приравнивания нулю частных производных
при выполнении ограничений
i
ΣQ=Q*,
imin
i
imax
Q≤Q≤Q,
*
3
где Q- сменное задание по объему сырья, загружаемому в емкость среднения, м;
imin
imax
3
Q, Q- соответственно минимально допустимый и максимально возможный объемы сырьевых компонентов смеси, м,
k-1
k
k+1
k-1
k
k+1
k-l
k
k+l
синхронизируют значения  масс сырьевых компонентов, поступающих в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, значения  содержаний химических элементов и оксидов в сырьевых компонентах, поступающих в емкость усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, значения средневзвешенных Y, Y и Yсодержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, значения постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, и значения коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения.
На чертеже изображена структурная схема для реализации предлагаемого способа управления процессом смешивания сыпучих компонентов.
k-l
k
k+l
k-l
k
k+l
k-l
k
k+l
k-l
k
k+l
k-l
k
k+l
Схема содержит по числу смешиваемых сырьевых компонентов накопительные емкости 1, анализатор 2 химического состава i-го сырьевого компонента, смеситель, выполненный в виде соответствующего поточного транспортера 3 i-го сырьевого компонента с соответствующим регулируемым приводом 4, дозатор расхода i-го сырьевого компонента, выполненный в виде последовательно соединенных соответствующих конвейерных весов 5, соответствующего регулятора 6 расхода i-го сырьевого компонента и соответствующего привода 4 соответствующего поточного транспортера 3 подачи i-го сырьевого компонента в емкость усреднения 7. Схема дополнительно содержит блок 8 расчета масс  i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блок 9 расчета содержаний  химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блок 10 расчета средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блок 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, блок 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, последовательно соединенные блок 13 расчета переходной функции β(t) прогнозируемых средневзвешенных значений содержаний химических элементов или оксидов и прогнозируемых средневзвешенных значений  содержаний химических элементов или оксидов в емкости усреднения 7 на весь период ее формирования, входа которого соединены с выходами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, блок 14 расчета целевой функции J минимизации отклонений прогнозируемых средневзвешенных значений  содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 от заданных значений, блок 15 расчета оптимального задания регулятору 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента и первый вход соответствующего регулятора 6 расхода i-го сырьевого компонента, второй вход которого соединен с первым выходом соответствующих конвейерных весов 5, а также блок 16 синхронизации работы блоков 8, 9, 10, 11, 12, выходы которого соединены с соответствующими им первыми входами блока 8 расчета значений массы сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блока 9 расчета значений содержаний
k-l
k
k+l
k-l
k
k+l
k-l
k
k+1
k-l
k
k+l
k-1
k
k+l
k-1
k
k+l
химических элементов и оксидов в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блока 10 расчета средневзвешенных Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Yсодержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, при этом выход соответствующего анализатора 2 химического состава i-го сырьевого компонента последовательно соединен с вторым входом блока 9 расчета содержаний  химических элементов и оксидов в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, второй выход соответствующих конвейерных весов 5 i-го сырьевого компонента последовательно соединен с вторым входом блока 8 расчета масс расчета значений массы  i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-l)-й, k-й, (k+l)-й интервалы времени, первые, вторые и третьи выхода блока 8 расчета масс расчета значений массы  i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, и блока 9 расчета содержаний  химических элементов и оксидов в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым, шестым, седьмым входами блока 10 расчета средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, первый, второй и третий выхода которого соединены соответственно с вторыми, третьими и четвертыми входами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения.
В качестве блоков 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 используется компьютер, например, IBM PC-совместимый, в котором по специальной программе, алгоритм которых описан ниже, осуществляются операции суммирования, вычитания, интегрирования, синхронизации сигналов и дальнейшей обработки величин, определяемых математической постановкой задачи.
Способ осуществляется следующим образом.
Исходный материал смешиваемого i-го сырьевого сыпучего компонента из соответствующей накопительной емкости 1 поступает по соответствующему поточному транспортеру 3, например ленточному конвейеру, в емкость усреднения 7, при этом непрерывное измерение расхода i-го сырьевого компонента осуществляется соответствующими конвейерными весами 5, например, типа ВЕКО 2М фирмы Метран.
Сигнал с первого выхода соответствующих конвейерных весов 5 поступает на второй вход соответствующего регулятора 6 расхода i-го компонента, со второго - на второй вход блока 8 расчета значений масс  i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, который выполняется по зависимостям
0
где t - интервал квантования, с;
i
m
m
Q(t) - расход i-го смешиваемого сырьевого сыпучего компонента в момент времени t, кг/с.
Установленный на выходе соответствующей накопительной емкости 1 соответствующий анализатор 2 химического состава i-го сырьевого компонента, например рентгено-флуоресцентный анализатор «МЭДА», осуществляет дискретный экспрессный количественный анализ i-го сырьевого компонента, выход анализатора 2 химического состава i-го сырьевого компонента в накопительных емкостях соединен со вторым входом блока 9 расчета значений химических элементов и оксидов, например,  железа, серы, оксида кальция, двуокиси магния, в i-ом сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, который выполняется по зависимостям
i
m
где Fe - содержание одного из химических элементов и оксидов, например, железа, в i-м сырьевом компоненте в момент времени t, %.
k-1
k
k+l
Первый, второй, третий выходы блока 8 расчета значений массы  i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, и блока 9 расчета значений содержаний химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым, шестым, седьмым входами блока 10 расчета средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов, например железа, в емкости усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, который выполняется по зависимостям
k-1
k
k+l
k-1
k
k+l
k-1
k
k+l
Первый, второй, третий выхода блока 10 расчета средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени соединены с соответствующими им вторым, третьим, четвертым входами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, а также с соответствующими вторым, третьим, четвертым входами блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, расчет выполняется по зависимостям
0
k+l
k
k
k-l
T=-t/ln((Y-Y)/(Y-Y)),
k
k-l
k+l
k
k
k-l
K=(Y-Y)/(1-(Y-Y)/(Y-Y)).
k-1
k
k+l
k-1
k
k+l
Выходы блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Y содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, соединены с соответствующими им первым и вторым входами блока 13 расчета прогнозируемых средневзвешенных значений  содержаний химических элементов и оксидов и переходной функции β(t) прогнозируемых средневзвешенных значений содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 на весь период ее формирования, который выполняется по зависимостям
β(t)=K·(1-exp(-t/T)),
ш
где Т - период формирования емкости усреднения 7, с;
t - текущее время, ч;
Т - инерционность емкости усреднения, ч.
Выход блока 13 соединен с входом блока 14, рассчитывающего целевую функцию J, обеспечивающую минимальное отклонение прогнозируемых средневзвешенных  значений содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 от заданного значения по зависимости
,
где β* - требуемое содержание химического элемента или оксида в емкости усреднения 7, %.
Выход блока 14 соединен со входом блока 15 расчета оптимального задания соответствующему регулятору 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента, обеспечивающего минимальные отклонения прогнозируемых средневзвешенных значений  содержаний химических элементов или оксидов в емкости усреднения 7 от заданных значений, выход которого соединен с первым входом соответствующего регулятора 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента. Оптимальные задания соответствующему регулятору 6 расхода i-го сыпучего сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7, находят путем приравнивания нулю частных производных
при выполнении ограничений
i
ΣQ=Q*,
imin
i
imax
Q≤Q≤Q,
*
3
где Q - сменное задание по объему сырья, загружаемому в емкость усреднения 7 м;
imin
imax
3
Q, Q- соответственно минимально допустимый и максимально возможный объемы сырьевых компонентов смеси, м.
k-1
k
k+1
k-1
k
k+1
k-1
k
k+1
Блок 16 синхронизирует работу блоков 8, 9, 10, 11, 12, выходы блока 16 синхронизации работы соединены с соответствующими им вторыми входами блока 8 расчета значений массы  i-го сырьевого компонента, поступающего в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, и блока 9 расчета значений содержаний химических элементов и оксидов в i-м сырьевом компоненте, поступающем в емкость усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, седьмым входом блока 10 расчета средневзвешенных значений Y, Y и Yсодержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 за (k-1)-й, k-й, (k+1)-й интервалы времени, четвертыми входами блока 11 расчета значений постоянной Т времени динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Yсодержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения и блока 12 расчета значений коэффициента К передачи динамического звена, описывающего изменения средневзвешенных значений Y, Y и Yсодержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения.
k-1
k
k+1
Благодаря введенным блокам и связям, учитывается динамика изменения средневзвешенных значений Y, Y и Yсодержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 в процессе ее заполнения, расчет прогнозирования средневзвешенных значений  химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 на период ее полной загрузки позволяет уменьшить величину отклонений прогнозируемых средневзвешенных значений  содержаний химических элементов и оксидов в емкости усреднения 7 от заданного значения и достичь технического результата изобретения - повысить эффективность управления процессом смешивания сыпучих компонентов.