Системное мышление в управление флотационным аппаратом

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается вопросы развития и конкретизации понятий системного мышления в управлении однослойной барботажной рабочей зоной аппарата флотации, на примере обогащения калийных руд.

ABSTRACT

This article deals with the development and specification of the concepts of system thinking in the control of a single-layer bubbling working zone of a flotation apparatus, using the example of potash ore enrichment.

Ключевое слово: флотация, мышление, управление, обогащение, оптимальное решение, технология, процесс, компьютер, модель, система, автоматика, регулирования.

Keywords: flotation, thinking, control, enrichment, optimal, solutions, technology, process, computer, model, system, automation, regulation.

Флотация – один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различии способностей минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности [6-8].

В данной статье рассматриваются вопросы развития и конкретизации понятий системного мышления в управлении однослойной барботажной рабочей зоной аппарата флотации, на примере обогащения калийных руд. Приведена компьютерная модель объекта, показано уменьшение концентрации калийных солей с 37% до 23,4% в пульпе и увеличение ее пенном слое до равновесной концентрации [1; 3-5; 10].

Более важно понять преимущество взгляда на этот мир с позиций системного мышления и системного подхода, системного анализа, возможность ставить и решать разные задачи: Анализ – это мыслительная деятельность человека, требующая больше всего логического мышления. Более важно понять преимущество взгляда на этот мир с позиций системного мышления, системного подхода и системного анализа. Если субстанцию анализа называть существом или в дальнейшем объектом, то в большинстве случаев по ходу анализа мы незаметно включаемся вовнутрь субстанции. Иногда получаем достаточно удовлетворительный результат, иногда, выявленный результат покажется недостаточно приемлемым, и мы вновь и вновь возвращаемся к данной проблеме. Имеются множество прекрасных работ и различные подходы к системному анализу.

Процессу флотации подвергается пульпа, характеризующаяся рядом свойств, которые определяются, в первую очередь, минералогическим составом рудного сырья, а также условиями переработки его на предыдущих циклах обогатительного передела.

На процесс флотации оказывает влияние большое количество параметров, которые условно можно разбить на входные, выходные и режимные.

Исследуемый барботажный куб обладает следующими выходными параметрами: – масса оставшейся жидкости из объекта; – расход воздуха из барботажного куба; – концентрация полезных веществ в барботажном воздухе, поступающих в слое пены.

Определяя входные и выходные параметры основного объекта, можно проанализировать систему и процесс, улучшить ее работу и создать условия для лучшей работы барботажного куба [5].

Проанализируем взаимосвязи параметров барботажного куба с использованием методом многоступенчатого системного анализа. В свою очередь были составлены компьютерные модели одно квазиаппаратного объекта селективной флотации калийных солей при обогащении сильвинитовых руд квазиобъектов третьей иерархической ступени. Объединение компьютерных моделей квазиобъектов третьей иерархической ступени позволили получить компьютерных моделей квазиобъектов второй иерархической ступени.

На основе системного мышления и многоступенчатого анализа определена последовательность и взаимосвязь объекта одноквазислойного аппарата селективной флотации калийных солей при обогащении сильвинитовых руд,на примере однослойной барботажной рабочей зоны аппарата флотации. Определена последовательность и взаимосвязь изменения параметров [2; 9].

Для нахождения оптимального решения управления основными технологическими процессами флотации разработаны компьютерные модели систем автоматического регулирования.

Для этого в компьютерную идентифицированную модель объекта включаем компьютерные модели датчика, исполнительного механизма, задатчика, возмущения, регулятора и подготовим систему для исследования, эксперимента (рис. 1).

Рисунок 1. Наборная схема САР флотационного комплекса в программной среде MATLAB

В нашем случае больше всего подходят методы случайного поиска, из которых выбраны методы направленного случайного поиска.

На рис. 2, 3. приведены результаты имитационного моделирования процессов регулирования однокорпусной флотаций при различных сочетаниях законов ПИД регулирования и подбор оптимального сочетания параметров настроек используемых регуляторов.

Рисунок 2. Кривая переходного процесса  в одноемкостном объекте однокорпусной флотации: при  коэффициенте усиления пропорциональной части регулятора К= 5000; коэффициенте интегральной части регулятора Ki=30; коэффициенте дифференциальной части регулятора Kd=10

Для облегчения работы компьютера на компьютерной модели осуществлено масштабирование условия по продолжительности времени переходного процесса. В данном случае коэффициент масштабирования М=10. Условия управления процессом в одноемкостном объекте однокорпусной флотации, приведенные на рис. 3 принята как более оптимальное.

Рисунок 3. Кривая переходного процесса  в одноемкостном объекте однокорпусной флотации: при  коэффициенте усиления пропорциональной части регулятора К= 5000; коэффициенте интегральной части регулятора Ki=25; коэффициенте дифференциальной части регулятора Kd=10

Базовые компьютерные модели дали хорошие результаты для дальнейшей оптимизации и более быстрого расчета системы оптимального регулирования или управления флотационным комплексом. Теперь можно перейти к упрошенной модели, состоящей из идентифицированных систем. Тогда такие упрощенные модели можно будет использовать для разных корпусов флотационных аппаратов. Такие модели можно также использовать в учебном процессе, демонстрируя эффективность функционирования систем оптимального регулирования флотационных комплексы.

Список литературы:

1. Барский Л.А. Так ископаемые становятся полезными. - М.: Недра, 1988. – 152 с.
2. Козин В.З. Контроль технологических процессов обогащения: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во УГГГА. -2003. - 120 с.
3. Носирова Ш.Н., Артиков А.А. Development of methods of algorithmization of object modeling and management of flotation complexes. Журнал “Современные материалы техника и технологии” издательство ЗАО «Университетская книга», г. Курск, Россия, 2019. - С. 5-9.
4. Носирова Ш.Н., Артиков А.А. Квази аппаратный принцип системном анализе объектов автоматизации. Научный-технический журнал «Развитие науки и технологий». Бухара, № 2, 2018. – С. 150-154.
5. Носирова Ш.Н., Артиков А.А., Исаков А.Ф. Computer simulation of the flotation process taking into account the hydrodynamic structure of interaction flows // Electronic journal of actual problems of modern science, education and training. 2019-IIISSN 2181-9750, Урганч, № 2, 2019. – С. 4-14.
6. «Основы обогащения полезных ископаемых» справочник по оборудованию. 2002. 269 с.
7. Поздеев A.A., Земсков A.H. Проекты ООО «ЗУМК-Инжиниринг» в освоении калийных месторождений стран СНГ. / Технология ведения горных работ и производство техники для горнодобывающей промышленности. Сборник трудов ГП ЗУМК, ООО ЗУМК-Инжиниринг». Выпуск 4, Пермь, 2009. - С. 6-10.
8. Тетерина H.H., Сабиров Р.Х., Сквирский Л.Я. Технология флотационного обогащения калийных руд. Соликамская типография, 2002. - 482 с.
9. Шупов Л.П. Моделирование и расчет на ЭВМ схем обогащения. – М.: Недра, 1980. -190 с.
10. Ali S., 2007. Mathematical models for the efficiency of flotation process for North Waziristan copper. PhD Thesis, University of education Lahore, Pakistan, 167 p.