авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Вычислительное устройство определения влажности железорудных материалов для системы управления процессом сушки аглоруды

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Потапов Дмитрий Сергеевич

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ СУШКИ АГЛОРУДЫ

Специальность 05.13.05 – Элементы и устройства

вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Курск 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет» на кафедре вычислительной техники в совместной научно-исследовательской лаборатории Центра информационных технологий в проектировании РАН и Курского государственного технического университета: «Информационные распознающие телекоммуникационные интеллектуальные системы»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ

Титов Виталий Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Дегтярев Сергей Викторович

кандидат технических наук,

Сусин Павел Викторович

Ведущая организация: Московский государственный

горный университет

Защита состоится 13 мая 2010 г. в 16-00 часов в конференц-зале на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.02 при ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет» по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет» по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Автореферат разослан 12 апреля 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских

диссертаций Д 212.105.02

кандидат технических наук, доцент Е.А. Титенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Внедрение систем управления технологическими процессами в перерабатывающую промышленность (при переработке железорудных материалов), и необходимость обработки непрерывных и постоянно увеличивающихся потоков информации, и как следствие усложнением задач управления, определяет обеспечение управления технологическими процессами производства готовой продукции специализированными вычислительными устройствами.

Одним из основных элементов систем управления, определяющим оперативность управления технологическим процессом и позволяющим получать готовую продукцию в соответствии с предъявляемыми требованиями к ее качеству, является фаза контроля технологических параметров материалов, поступающих на переработку. Содержание массовой доли влаги в железорудном материале, поступающем на сушку, и его минералогический состав, являются основными факторами, влияющими на нормирование процесса сушки в сушильных барабанах. Следовательно, регулирование содержания массовой доли влаги в сушеном агломерате необходимо осуществлять, непрерывно управляя режимами обезвоживания материала, с помощью применения вычислительных устройств определения точного содержания влаги и минералогического состава материала, поступающего на переработку, в системе управления процессом сушки агломерата.

Вместе с тем, применяемые в промышленности устройства определения влажности не позволяют решить проблему бесконтактного определения массовой доли влаги в железорудном материале в движущихся потоках и обеспечивают лишь частичное решение задачи определения влажности для системы управления процессом сушки аглоруды или характеризуются ограниченными функциональными возможностями: являются контактными (кондуктометрический, диэлькометрический, емкостной), имеют громоздкие конструкции (основанный на инфракрасной спектроскопии), требуют отбора проб материала на лабораторный анализ (весовой), требуют применения мер радиационной безопасности и специального обучения персонала (на основе ядерного-магнитного резонанса, нейтронного). В связи с этим важным является изыскание новых бесконтактных методов контроля влажности железорудных материалов и специализированных вычислительных устройств для системы управления процессом сушки, обеспечивающих этот контроль.

В связи с этим актуальной научно-технической задачей является повышение точности. и оперативности определения влажности сыпучих дисперсных сред на основе создания вычислительного устройства для системы управления процессом сушки аглоруды, позволяющего в режиме реального времени производить определение влажности железорудного материала и обеспечивающего оперативный контроль процесса сушки аглоруды.

Объектом исследования являются устройства контроля параметров технологического процесса сушки аглоруды.

Предметом исследования являются способ и вычислительное устройство бесконтактного определения влажности сыпучих дисперсных железорудных материалов.

Диссертационная работа выполнена в рамках плана НИР Курского государственного технического университета по единому заказ–наряду Министерства образования и науки РФ в 2006-2009 годах.

Целью работы является разработка вычислительного устройства автоматического определения влажности железорудного материала для системы управления процессом сушки аглоруды, позволяющего обеспечить повышение точности (уменьшение погрешности) и оперативности определения влажности на основе магнито-диэлектрических характеристик железорудных материалов.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

  1. Анализ состояния вопроса автоматического определения влажности агломерата. Обоснование направления исследования.
  2. Разработка математической модели для вычислительного устройства определения влажности железорудного материала на основе магнито-диэлектрических характеристик.
  3. Разработка способа оценки влажности железорудного материала, позволяющего обеспечить повышение точности определения влажности.
  4. Разработка алгоритма функционирования и структурно-функциональной организации вычислительного устройства определения влажности агломерата в системе управления процессом сушки аглоруды.
  5. Проведение экспериментальных исследований вычислительного устройства автоматического определения влажности железорудного материала.

Новыми научными результатами и положениями, выносимыми на защиту, являются:

  1. Математическая модель процессов определения влажности в движущихся железорудных потоках и содержания полезного компонента в аглоруде для вычислительного устройства, особенностью которой является учет степени поглощения дисперсным железорудным материалом электромагнитного излучения, позволяющая детализировать структурно-функциональную организацию вычислительного устройства определения влажности агломерата для системы управления процессом сушки аглоруды.
  2. Способ определения влажности железорудного материала, особенностью которого является использование магнито-диэлектрических характеристик железорудных материалов, позволяющий повысить точность определения влажности за счет расчета необходимой толщины потока железорудного материала.
  3. Алгоритм функционирования и структурно-функциональная организация вычислительного устройства бесконтактного определения влажности движущихся потоков железорудного материала для системы управления процессом сушки аглоруды, отличающаяся введением блока расчета, блока определения магнитной характеристики железорудного материала, обеспечивающие контроль и управление процессом сушки аглоруды в режиме реального времени.

Достоверность результатов, положений и выводов диссертации обеспечивается корректным и обоснованным применением теории проектирования устройств ЭВМ и систем управления, аналитического и численного исследования с применением ЭВМ, методов математического моделирования, вычислительными экспериментами.

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем: Результаты исследований могут быть использованы при реализации информационных и ресурсосберегающих технологий в перерабатывающей промышленности, в частности при производстве аглоруды из сыпучего железорудного материала. Разработанное вычислительное устройство позволяет автоматически бесконтактно осуществлять определение влажности в движущихся потоках железорудных материалов с погрешностью 0,33% и обеспечить качественное управление технологическим процессом сушки в режиме реального времени в составе интеллектуальных промышленных систем управления.

Реализация и внедрение. Результаты диссертационного исследования внедрены в ОАО «Михайловский горно-обогатительный комбинат» (г. Железногорск) и используются в учебном процессе Курского государственного технического университета в рамках дисциплин «Метрология и электрорадиоизмерения», «Микропроцессорные системы для автоматизации технологических процессов», «Основы теории управления», что подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на региональных, российских и международных конференциях: XXXIII Вузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Молодежь и XXI век» (Курск, 2005); VII и VIII Международных конференциях «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации» (Курск, 2005, 2008); VII Международной конференции «Вибрационные машины и технологии» (Курск, 2005); Всероссийская НТК «Интеллектуальные и информационные системы» (Тула, 2007); Всероссийская научно-техническая конференция «Интеллект 2009» (Тула, 2009).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, среди которых 5 статей (из них 2 в перечне журналов и изданий, рекомендуемых ВАК РФ), 1 патент на изобретение (№2265207).

Личный вклад автора: В работах [3,8,9,11] предложена структурно-функциональная организация устройства определения влажности, в [4,5] предложено устройство определения влажности для системы управления процессом сушки, [7,1,11] предложен способ определения влажности дисперсных железорудных материалов в движущихся потоках.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 71 источника и 1 приложения. Работа содержит 115 страниц основного текста, 19 рисунков, 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, представлены структура диссертации и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен сравнительный анализ существующих способов определения влажности сыпучих дисперсных материалов и их минералогического состава, а также вычислительных устройств, реализующих оценку влажности в реальном времени, определена возможность их использования для управления процессом сушки аглоруды. Сформированы перечень основных требований, предъявляемых к вычислительному устройству, и основные функции, выполняемые при определении влажности слабопроводящих дисперсных материалов и обеспечении контроля и управления процессом сушки аглоруды.

Приведен сравнительный анализ существующих устройств контактного и бесконтактного определения влажности, на основании которого выбран СВЧ- преобразователь, обеспечивающий высокую точность бесконтактного определения влажности. В отличие от известных устройств, основанных на инфракрасной спектроскопии, на способах ядерного магнитного резонанса или радиационном (нейтронном), выбранный преобразователь также позволяет определять влажность материалов в быстродвижущихся потоках без применения мер радиационной защиты. Выяснено, что существенным недостатком существующих устройств является высокая сложность аппаратной реализации и низкая точность при наличии содержания полезного элемента в минералах переходных химических соединений. Также они требуют существенных затрат времени, что затрудняет принятие оперативного решения по управлению процессом сушки аглоруды. Выяснено, что минералы переходных химических соединений обладают достаточно высокой диэлектрической проницаемостью по сравнению с породообразующими компонентами.

Проведен анализ признаков определения влажности, на основании которого в качестве информативных выбраны магнито-диэлектрические характеристики слабопроводящих дисперсных железорудных материалов.

Во второй главе разработана математическая модель процесса определения влажности и содержания полезного компонента в аглоруде для вычислительного устройства определения влажности, позволяющая на основе учета степени поглощения сыпучим дисперсным железорудным материалом электромагнитного излучения определять влажность материала, поступающего на сушку и формировать управляющие воздействия в системе управления процессом сушки аглоруды.

Математическая модель вычислительного устройства включает математические модели: процесса определения содержания полезного компонента в материале, поступающем на переработку, определения влажности железорудного материала, определения количества топлива, объемов сухого газа и сухого воздуха, необходимых для обезвоживания материала в барабане-сушилке и нормирования процесса сушки.

Информация, поступающая от вычислительного устройства лицу принимающему решение (оператору) и на исполнительные механизмы системы управления процессом сушки аглоруды, зависит от следующих параметров: содержание в магнитной составляющей железорудного материала полезного компонента мгн, содержание в руде полезного компонента общ, влажности железорудного материала Wмат, поступающего на сушку, расход топлива GT, расход сухого газа Vс.г. и сухого воздуха Vс.в..

При разработке математической модели непрерывного определения содержания полезного компонента в материале использована модель трехкомпонентного магнитного рудного материала, состоящего из магнитных минералов (ферромагнетиков), немагнитных минералов (антиферромагнетиков или парамагнетиков) и немагнитного породообразующего минерала с использованием диэлектрической и магнитной проницаемостей на логарифмических шкалах. Содержание полезного компонента в рудах общ (железо общее) и в их магнитной составляющей мгн (железа магнитное), также как и насыпная плотность руды влияют на магнито-диэлектрические характеристики сыпучего дисперсного железорудного материала.

С целью автоматизации вычислительных процессов получены выражения для расчета железа общего мгн и железа магнитного общ

(1)

(2)

где и – коэффициенты, определяемые экспериментально для каждого месторождения.

Для математической модели определения влажности железорудного материала, поступающего на сушку, использовалась зависимость влажности материала Wмат от его магнито-диэлектрических характеристик. Влажность материала определяется как:

(3)

где Z – комплексное сопротивление магнито-диэлектрической среды (импеданс); – комплексное значение магнитной проницаемости материала; h – толщина слоя материала; – длина СВЧ волны в свободном пространстве; мгн – диэлектрическая проницаемость магнетита (при влажности равной 0); К – коэффициент, определяемый на этапе исследования руды.

При расчете количества топлива, требуемого для нормирования процесса сушки аглоруды, определяется влажность W, которую необходимо удалить из материала в процессе сушки согласно выражения:

, (4)

где – производительность сушильного барабана по сухому материалу; – содержание массовой доли влаги в готовом продукте.

В работе разработана математическая модель определения компонентов топлива, требуемого для нормирования процесса сушки аглоруды.

Расход топлива определяется:

, (5)

где – энтальпия свежего воздуха; – влагосодержание газов на входе сушильного барабана; – параметр отработанного теплоносителя; – общий КПД, учитывающий эффективность работы топки и потерь тепла топкой в окружающую среду; Сm – теплоемкость высушенного материала; – температура материала перед сушкой; – общий коэффициент избытка воздуха, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси; – теоретическое количество сухого газа, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива; – общая удельная масса сухих газов, получаемая при сжигании 1 кг топлива; Q – количество тепла, выделяющееся при сжигании 1м3 газа; – объемная доля компонентов газа; – тепловой эффект реакции; – мольная масса топлива; – мольный объем; CmHn – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода; Т0 =2730К; – температура топлива.

Расход сухого газа Vс.г. определяется из выражения

. (6)

Расход сухого воздуха Vс.в. равен

, (7)

– влагосодержание свежего воздуха при температуре на входе в сушильный барабан.

Разработанная математическая модель вычислительного процессов определения влажности в дисперсных движущихся железорудных материалах и содержания полезного компонента в аглоруде позволяет оценивать влияние магнито-диэлектрических характеристик на значение влажности аглоруды и учитывать степень поглощения дисперсным железорудным материалом электромагнитного излучения, что обеспечивает оценку параметра влажности с высокой точностью.

Выходным сигналом вычислительного устройства являться комплекс управляющих воздействий

(ОГ, ОВ, ТС)= .

где ОГ – объем сжигаемого природного газа, необходимого для сушки материала в барабане-сушилке; ОВ – объем воздуха, расходуемый при сжигании природного газа; ТС – толщина слоя железорудного материала, поступающего на сушку, необходимая для обеспечения повышения точности бесконтактного определения влажности аглоруды.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.