УДК 62

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Эндерев В.А.
ООО Центропроект (г.Белгород)

Аннотация
В статья рассматривается состояние и перспективы развития системы управления горно-обогатительным производством в черной металлургии.

Ключевые слова: горно-обогатительное производство, черная металлургия


CURRENT STATE AND PROSPECTS OF DEVELOPING CONTROL SYSTEM OF MINING AND CONCENTRATING PRODUCTION IN THE STEEL INDUSTRY

Enderev V.A.
LLC Tcentroproekt (Belgorod)

Abstract
This article is about current state and prospects of developing control system of mining and concentrating production in the steel industry.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Эндерев В.А. Состояние и перспективы развития системы управления горно-обогатительным производством в черной металлургии // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/08/16352 (дата обращения: 02.06.2017).

Металл – Родине! Лозунг в СССР
Прибыль – акционерам! Лозунг в РФ 21 век

 

1. Тенденции  в  горно-обогатительном  производстве  последних  25  лет в РФ.

1.1 Снижение удельной себестоимости за счет значительного увеличения единичных мощностей карьерного, мельничного, фильтрационного оборудования и обжиговых  машин.

1.2 Внедрение ряда технологических новшеств, позволяющих также снизить удельные расходы сырья и энергии:

- предварительная сухая магнитная сепарация;

- сгущение хвостов перед транспортировкой на хвостохранилище;

- тонкое грохочение;

- применение современных сильномагнитных сепараторов с производительностью  выше 200 т/ч для тонкоизмельченных и 500 т/ч для кусковых руд;

- значительный прогресс в расширении производства окатышей;

- производство брикетированного железа и др.

1.3 Автоматизация технологических процессов (АСУТП). На базе постоянно развивающихся технических средств КИП и А и вычислительной техники, позволяет стабилизировать значимые технологические параметры отдельных операций, дистанционно следить за ходом процесса и изменять некоторые технологические задания (уставки) дистанционно.

Следует констатировать, что за эти годы не произошло ничего революционного в технологии обогащения руд черных металлов. Вряд ли произойдет это и в 21 веке. Основа, принцип технологии: дезинтеграция – сепарация – дешламация –фильтрация – окускование – восстановление (металлизация) – совершенствуются и будут совершенствоваться за счет частных (пусть и эффективных) улучшений отдельных операций и применяемых машин. Однако резервов снижения себестоимости металлургического сырья в этой технологии не много. Причина в том, что физические свойства руды: твердость, прочность, трещиноватость, структура – сочетание отдельных минеральных зерен в рудном минеральном агрегате и текстура руды очень сильно различаются даже  в пределах одного месторождения. Это обстоятельство исключительно сильно влияет на производительность и следовательно, на себестоимость рудоподготовки на всех ее операциях. Делу не помогают даже усилия на усреднение сырой руды, которое на многих предприятиях ведется формально, либо методами, не позволяющими достичь требуемой степени усредненности для применяемой на ГОКе схемы цепи аппаратов. Вследствие этого происходит следующее. В техпроцесс попадает руда разных сортов т.е. имеющая разные физические, структурные и текстурные характеристики. К тому же с разной концентрацией полезных веществ. Проходя несколько стадий дезинтеграции (дробления), она разрушается, причем разные сорта разрушаются по-разному в зависимости от конструкции мельницы и регулировок (например нагрузка, соотношение руда-вода, заполняемость мелющими материалами, частоты вращения).  Раскрываемость зерен  в агрегате руды также колеблется. Рециркуляционная нагрузка на мельницу, работающую по замкнутому циклу, постоянно меняется с частотой колебаний физических, структурных и текстурных характеристик. На практике, например, частота колебаний по твердости руды может достигать 2¸3 раз в час, при амплитудах коэффициента твердости по Протодьяконову от 2 до 5 единиц от среднечасового значения.

При  стабилизированной подаче  руды на мельницу (что характерно для большинства САР, используемых в АСУТП) производительность, а следовательно, себестоимость переработки на данной операции также меняется от минимальной при мягкой руде до максимальной при твердой.

Однако, даже при максимальной  производительности не все хорошо. Возможен перемол руды и потеря полезного продукта в хвостах при дешламации. Подобные  рассуждения можно распространить и на другие операции традиционных технологий производства товарной руды.

Не претендуя на абсолютную точность описания физики процессов  в этой статье из-за ее  ограниченного объема, можно, однако сделать следующие выводы:

-проектная схема цепей и аппаратов, выбираемая при проектировании процесса обогащения на основе отнюдь не представительных образцов руды месторождения, заставляет при проектировании выбирать машины и аппараты на некую среднюю руду и с целью обеспечения устойчивости  системы иметь запасы по производительности в широких пределах;

-из-за колебаний качества руды все машины и аппараты техпроцесса работают в неустановившемся ,постоянно переходном процессе, при этом стабилизация существенных параметров часто ведет к значительной недозагрузке оборудования, либо к переизмельчению руды и, как следствие,  потерям железа в хвостах;

-из-за значительного числа характеристик руды, влияющих на производительность оборудования, большой частоты и величин этих изменений, наличия транспортного  запаздывания и существенных нелинейностей машин и аппаратов в технологической цепи обогатительного производства, создание классической системы управления, построенной на теории автоматического управления невозможно. Именно поэтому в системе управления на уровне АСУТП вводится человек-оператор (лицо, принимающее решение – ЛПР). Роль его двояка – контроль работоспособности техники и изменение уставок существенных параметров (в нашем примере – нагрузка, соотношение руда – вода, частота вращения мельницы и т.д.) с целью оптимального ведения техпроцесса.

Со второй ролью ЛПР не справляется из-за своих психофизиологических ограничений. Человек может решать сложные  эвристические задачи кратчайшим путем, ведущим к оптимальному результату, но, к сожалению, не может помнить и манипулировать значительным числом разнородных переменных – мыслить в n-мерном пространстве, где n>3.

2. Положение и тенденции в области проектирования, реконструкции и расширения старых производств.

Практически с конца 70-х годов прошлого столетия до настоящего времени ни в РФ, ни на всем постсоветском пространстве в черной металлургии не вводились новые горно-обогатительные производства. Последним крупным  был Костомукшский ГОК (ныне Карельский окатыш. ОАО «Северсталь»,1984 г.).

Это негативным образом отразилось на положении проектных и научных организаций. Одни из них прекратили существование, другие резко снизили численность и объемы работ, потеряв при этом возможность комплексного выполнения проектов по всем разделам проектно-сметной документации. Образовалось большое количество малых предприятий, выполняющих отдельные разделы проектной документации, и, как следствие этому, многократно возросла сложность координации работ смежных проектных организаций. Из-за этого увеличились сроки проектирования, и снизилось качество проектной документации. В этих условиях у заказчиков появилось две альтернативы – либо взять на себя координацию работ многочисленных соразработчиков, не имея при этом ни опыта, ни сил, ни времени; либо нанять полуживую проектную контору на роль генпроектировщика, которая, будучи не в состоянии выполнить большую часть работы собственными силами, наймет несколько субподрядчиков, те наймут субсубподрядчиков, многократно усложнив управление проектом и, следовательно, резко снизив качество и увеличив сроки проектирования.

Весь этот негатив происходит на фоне политики  экономии на стоимости проектных работ. Как правило, эффективные менеджеры управляющих компаний мотивированы не на качество и сроки, но на удешевление. В результате в РФ стоимость проектирования ниже, чем в станах ЕС, США и Китая от 2 до 3 раз!  Не лучшее положение с качеством проектов, практически отсутствует практика многовариантных решений.

Низкое качество проектов выплывает при строительстве и монтаже, значительно увеличивая стоимость капвложений и сроки ввода основных фондов.

3. Ситуация с системой управления горно-обогатительным производством. Операционная эффективность. Себестоимость. Качество доменного сырья

Еще худшее положение сложилось с проектированием систем управления технологическими процессами (АСУТП), управления производством (АСУПП) и управления предприятием (АСУП).

Наиболее явно это видно из того, что в Справочнике базовых цен на проектные работы по отраслям отсутствуют цены на проектирование систем управления. Справочник отсылает к неким «специализированным» справочникам и ценникам, которых нет в природе (кроме справочника базовых цен на разработку АСУТП в редакции1997 г.). Дальше больше. В пресловутом Постановлении Правительства РФ от 18 февраля2008 г. №87 «О составе разделов проектной документации и требований к их содержанию» автоматизированная система управления производством и предприятием вообще не рассматривается среди объектов капитального строительства! Вместо этого происходит подмена на «систему автоматизации водоснабжения» (в подразделе «Система водоснабжения»), систему автоматизации отопления, вентиляции и кондиционирования; газоснабжения и т.д., которые в трактовке Постановления являются средствами КИП и А. Если оставить в стороне квалификацию людей – авторов этого документа, то нельзя не констатировать, что и на уровне правительства, утвердившего этот основополагающий для государственной экспертизы документ, нет специалистов,  понимающих исключительную важность системы управления в деле повышения эффективности производства.

3.1 Немного истории.

Традиционно горная подострасль еще во времена СССР имела уровень автоматизации управления ниже среднего по Минчермету. На то есть субъективные и объективные причины. К первым следует отнести общий уровень образованности в этом направлении специалистов, возглавлявших подотрасль. В подавляющем большинстве это были люди, имевшие блестящее горное образование, но далекие от передовых идей управления. Директивные методы партийного руководства, централизованное планирование на уровне Минчермета, Госплана, Госснаба не требовали, а если требовали, то не жестко, не прибыль, а объемы и сроки. Качество продукции в стране и, в частности металлургии, рассматривалось через призму оборонного заказа.

Металл на общепромышленное применение был низкокачественный, и того не хватало.  Наши танки, машины, металлоконструкции были лидерами по весу и аутсайдерами по надежности. Как до войны, так и после, мы были передовой страной по выпуску чугуна и стали, но отнюдь не по качеству ее.

Вторая причина – страна чрезвычайно отставала от Запада по производству средств вычислительной техники из-за глобальных ошибок правительства, которые сейчас наиболее отчетливо видны. Правительства Западных стран и, в первую очередь, США, блокировали поставки в СССР программного обеспечения, компьютеров и элементной базы к ним через международную организацию КОКОМ. Цель – обеспечение «контролируемого технологического отставания». В этих условиях вычислительной техники на черную подотрасль просто не доставало.

Технологические процессы в обогатительном производстве в отличие от процессов на более поздних переделах – доменном, мартеновском электроплавильном, прокатном –  с одной стороны,  медленноменяющиеся (имеющие  длительные переходные процессы при изменение качественных характеристик руды), с другой стороны,  трудноконтролируемые, поскольку. при контроле использовались методы трудноавтоматизируемые (контроль грансостава, плотности пульпы, химсостава концентрата и т.п.). При отсутствии жестких требований к качеству концентрата и окатышей, создавалась иллюзия избыточности контроля и управления  качеством  доменного сырья, не говоря уже о контроле его текущей себестоимости.

Отношение к автоматизации горнорудного производства начало меняться 80-х годов. Получив возможность знакомиться с зарубежными системами управления технологическими процессами и производством в целом, специалисты научных и проектных организаций занимающихся  управлением увидели ту громадную пропасть, разделяющую нашу промышленность и зарубежную. Во многом стали поняты причины отставания в качестве продукции и к производительности труда. Например, производительность в горно-обогатительном производстве была в 3-5 раза ниже, чем в Австрии, Швеции, США. В СССР на лучших ГОКах она достигала 800 тонн в год на человека, в Швеции 3700 т/г. , Австралии 4000 т/г на человека. Руководство МЧМ, в обход КОКОМ, изыскивало возможность покупать импортную вычислительную технику и раздавало по крохам  в первую очередь на предприятия доменного, мартеновского и прокатного производства. Это диктовалось особенностями технологических процессов – быстрые процессы, требующие динамического контроля управления.

В условиях острого дефицита средств вычислительной техники, программного обеспечения и специалистов-проектировщиков,на ГОКах, стали внедряться системы АСУТП и АСУП сначала на отечественной, затем на зарубежной технике.

Итог 25-ти летнего развития систем управления на сегодня в горной металлургии следующий:

- все построенные системы АСУТП на комбинатах имеют так называемую «лоскутную» структуру: разношерстная техника, разношерстное математическое обеспечение, созданное в разное время, работающее под разными операционными системами;

- практически все системы являются локальными системами нижнего уровня. Обеспечивают контроль запуска и останова оборудования, контроль и  ручное дистанционное изменение некоторых параметров процессов дробления, обогащения, фильтрации, окомкования, обжига и отгрузки;

-  при этом организуется визуализация параметров основных переделов на мониторах ЭВМ. Оптимизация отсутствует;

- в основном обеспечен коммерческий и технологический учет основных энергетических и сырьевых ресурсов;

- на уровне комбинатоуправлений решаются задачи бухучета, труда и зарплаты, с применением персональных ЭВМ (пакеты 1-С), частично автоматизированы рутинные расчеты по запасным частям, учету сырья и материалов и т.п.;

- отсутствует важнейший принцип системы обработки данных:

-одноразовый ввод исходных данных в систему  и использование этих данных на разных уровнях управления для всех типов  задач. Это часто создает у клерков желание искажать реалии экономики предприятия.

3.2 Как у них.

Рассмотрим состояние систем управления современным предприятием за рубежом на конец первого десятилетия 21 века.

Как правило, все крупные зарубежные предприятия имеют вертикально интегрированную трехуровневую систему управления, работающую на технике под связанным программным обеспечением, позволяющим модернизировать как то и другое без существенных затрат и остановки производства. Это очень важно при быстротекущих процессах изменения технического и программного обеспечения. Такие системы называются интегрированными – ИАСУ.

ИАСУ обеспечивает согласованное и координированное решение задач с учетом временной и уровневой иерархии за счет разделения общей задачи управления по фазам планирования, регулирования, учета, анализа. В ИАСУ обеспечивается координация процессов исследования хода производства, оперативного и перспективного планирования и адаптации системы управления за счет изменения  состава и взаимосвязей между задачами управления предприятием – (АСУП), производством (цехом) – (АСУПП) и технологическим процессом – АСУТП.  Позволяет быстро реагировать на изменение коньюктуры.

Наибольший эффект от таких систем получается в том случае, когда три уровня управления – локальные функциональные подсистемы технологического управления (АСУТП), подсистемы оперативного управления и координации цехового уровня (АСУПП), подсистема планирования и анализа (АСУП) – будут рассматриваться как единое информационное целое.

В таких системах интеграция информации, требуемая для принятия решений на каждом уровне, сочетается с интеграцией функций управления по всем уровням принятия решений.

Все зарубежные интегрированные системы работают на программном обеспечении, которое реализуют современные принципы управления бизнесом по трем уровням . Существуют вполне определенные наборы функций и задач, проверенные наукой и практикой управления экономическими системами. Построение этих систем, решаемые задачи приняты во всем мире как стандартные. Это программное обеспечение постоянно совершенствуется и при применении на конкретном предприятии требует лишь привязки. Но это в десятки раз дешевле, чем разрабатывать все заново. Кроме того, имеется возможность модернизировать программы и переходить на более совершенные версии .

Следует особо отметить еще одну важную, может быть главную причину огромного интереса к интегрированным системам за рубежом и, в последнее время, у нас. Именно это обстоятельство в большей мере заставляет вкладывать миллиарды долларов на разработку теории интегрированных систем, программного обеспечения, новых поколений ЭВМ, проектирование систем. Это объясняется возможностью  оценивать в ИАСУ текущие показатели процессов и технологий – показателей операционной эффективности и самое главное управлять ими. В применении к горно-обогатительному производству таким показателем может быть колеблемость содержания железа в окатышах, себестоимость отдельного передела или готовой продукции, энергозатраты на тонну продукции, потери железа в хвостах и т.п. Возможность управления операционной эффективностью является одним из ключевых факторов успеха, который позволяет предприятию успешно конкурировать на рынке (в случае продаж продукции). Либо обеспечивать максимальную эффективность всего холдинга за счет повышения качества, например снижения колебания железа и основности в окатышах. Это дает коммулятивный эффект на дальнейших переделах. Необходимо ясно представлять, что в мировом производстве идет выравнивание цен на электричество, газ, труд, сырье и в этих условиях существует один резерв – повышение эффективности управления в направлении снижения издержек производства при соблюдении требований к физическим и химическим  показателям продукции.

Выше было показано, что АСУТП в горно-обогатительном производстве,  спроектированные и построенные по ГОСТам середины 80-х годов,  справляется далеко не со всеми задачами, стоящими перед производством. Включение в систему управления человека-оператора,  призванного выполнять функции ЛПР (лица принимающего решения), лишь обеспечивает следующие функции: контроль по мнемосхемам текущих показателей технического процесса, в т.ч и в аварийных ситуациях; инициирование дистанционного включения всей линии и отключение отдельных машин и агрегатов (последовательность и требуемые задержки производит автоматика по параметрическому алгоритму); дистанционное изменение существенных параметров  машин и аппаратов по командам диспетчера или технолога.

Не выполняются главные функции ЛПР: оценка операционных показателей и принятие решения о таком изменении существенных параметров агрегата, при котором этот показатель оптимизируется. Именно в этом направлении идет прогресс систем за рубежом последние 20 лет. При этом основные теоретические разработки, характерные для 90-х годов, превратились в реальные практические результаты в виде разрабатываемых и разработанных экспертных систем, основанных на современных методах нечеткой логики, булевых операциях, нейронных сетях, генетических алгоритмах, управлении на основе прогнозирующих моделей. Цель всего этого – увеличить производительность обогатительных фабрик, повысить извлечение полезного компонента путем оптимизации процесса.

Что такое экспертная система? Экспертная система (ЭС) – это набор программ, выполняющий функции эксперта при решении задач из некоторой предметной области, в нашем случае, техпроцессе рудоподготовки или его операции (например, мокрого измельчении  в шаровой мельнице). ЭС возникли как значительный практический результат в применении и развитии методов искусственного интеллекта. ЭС выдает  советы, проводит анализ, дает консультации, либо непосредственно берет управление на себя.

Экспертная система состоит из базы данных, получаемых из техпроцессов (БД), от  КИП и А, анализа проб и т.п., базы знаний (БЗ)– части системы, которая содержатся факты, подсистемы вывода (множество правил, по которым осуществляются выводы – решения задачи), подсистемы объяснений, подсистемы приобретения знаний и диалогового процессора. При построении подсистемы вывода используются методы решения задач искусственного интеллекта. Экспертная система – это интеллектуальная программа, способная делать логические выводы на основе знаний (например, эксперта-технолога), которые заложены в базы знаний и данных, полученных из предметной области.ЭС советует или управляет так,как бы это сделал лучший технолог,если бы он имел полную информацию и неограниченное время для принятия решения. База знаний изменяется и дополняется в процессе эксплуатации системы через человека-эксперта – квалифицированного специалиста. Следует особо отметить, что база данных должна объективно и полно отражать состояние техпроцессов в масштабе реального времени, т.е. получать достоверные данные из АСУТП.

Группа специалистов фирмы «КnowledgeScape»  шт. Юта, США, разрабатывающая экспертные системы, в докладе, сделанном на технической конференции  в2005 г., отметила, что при установке экспертной системы   проводится оптимизация технологических процессов, благодаря чему значительно улучшаются показатели работы обогатительной фабрики.

Передовые системы управления технологическими процессами переработки минералов используют прогнозирующую модель и экспертные системы. При этом система управления по прогнозирующей модели:

-использует модель технологического процесса, а при управлении с экспертной системой применяется модель оператора;

-является упреждающей, а при управлении с экспертной системой – алгебраической;

-является системой управления с обратной связью, а при управлении с экспертной системой осуществляется управление без обратной связи;

- является системой управления на основе алгоритма, а при управлении с экспертной системой осуществляется управление на базе правил.

Преимущества одной системы по сравнению с другой при их применении в горнорудном производстве обсуждались до тех пор, пока эти системы конкурировали на рынке. В настоящее время используются, как правило, гибридные системы. Например, формы АВВ, Швеция, использует экспертные системы, включающие такие методы, как применение многопараметрических гибких процессоров, нейронных сетей и систем управления по прогнозирующей модели. Многие системы являются модульными. Например, в системах оперативного управления фирмы «Metso Cisa» с программным обеспечением для управления технологическими процессами имеются несколько интегрированных в одну структуру модулей, включая следующие:

-гибкий экспертный модуль – экспертная система реального времени с машиной логического вывода с обеспечением логических выводов при четкой и нечеткой логике, с базой знаний;

-программируемый модуль с датчиками, в котором используются адаптивные прогнозирующие модели и блок оценки с фильтром для оперативной автоподстройки моделей. Пользователи могут создавать новые модели в Visual Basic;

-модуль оптимизации с SQP-алгоритмом с ограничениями;

-модуль с нейронными сетями;

-модули технического зрения: VisioFroth для флотационных установок, VisioRock для мельниц самоизмельчения и полусамоизмельчения или для цехов дробления и грохочения. VisioPellet для окомковательной фабрики и т.п.

Эти системы управления не заменяют распределенную систему управления фабрикой или систему с программируемым логическим контроллером; они в основном являются органом управления более высокого уровня, который обеспечивает заданные величины для систем управления более низкого уровня. По общей схеме операций в этих системах предусмотрены измерение, регулирование и затем оптимизация.

Фирма «КnowledgeScape»  создает экспертные системы и разрабатывает программное обеспечение к ним. Она заинтересована в улучшении методов работы с экспертной системой и получении большей отдачи от этой системы. Сотрудники фирмы «КnowledgeScape»  установили, что обычно редко проводится анализ данных, особенно оперативный, так что из-за недостаточной обработки данных упускается возможность разработать более эффективные методы управления циклами измельчения и флотации. Интеллектуальный анализ данных с их дальнейшей обработкой может обеспечивать точную оценку процесса.

В докладе представителя фирмы «КnowledgeScape»  на конференции Общества по горному делу  и металлургии отмечено, процесс интеллектуального анализа данных включает следующие этапы:

-очистку данных – удаление шумов, противоречивых данных и выпадающих показателей;

-интеграцию данных – обеспечение сочетания данных из нескольких источников с унификацией по времени;

-преобразование данных – их изменение в соответствие с правилами, которые унифицируют данные и делают их пригодными для интеллектуального анализа;

-интеллектуальный анализ данных – процесс применения интеллектуальных методов в работе с данными с выделением  комбинаций содержательных данных;

- оценку комбинаций данных – их сортировку для определений тех комбинаций, которые являются знанием о процессах;

- представление знаний – визуализацию процесса для получения удобных знаний для пользователя.

Таким образом, цель процесса двояка: открытие нового знания и прогнозирование на его основе дальнейшего улучшения технологического процесса.

Необходимо отметить, что наиболее передовые методы управления технологическими процессами не способны корректировать проблемы в конструкциях и технологических схемах. Потенциальным заказчикам передовых систем управления надо знать некоторые основные факторы и технические условия, а также возможности, обеспечиваемые этими системами. Этой теме был посвящен доклад представителя фирмы «Xstrata Process Support» на конференции AutoMinning 2008, состоявшейся в г. Сантьяго, Чили.

Предварительно предполагалось определиться по следующим вопросам:

-стабильность питания фабрики;

-калибрование и работа приборов;

-характеристики существующей системы управления (ручная, автоматическая, устойчивая);

-действия операторов по сигналам тревоги;

-изменчивость автоматических процессов;

-работа в пределах заданных конструктивных параметров (насосов, циклонов, обжиговых печей, нагревательных печей) и при ограничениях технологических процессов;

-использование буферной емкости или работа при жестком контроле уровня;

-работа в оптимальном режиме  и эффективность устройств управления;

-наличие системы обнаружения неисправностей;

-возможности снижения расхода энергии.

Хотя основное внимание при передовых методах управления уделяли  оптимизации отдельных производственных процессов (т.е. улучшению работы цикла дешламации, повышению качества концентрата, извлечения и т. д.), стали придавать большое значение также уменьшению расхода энергии и обеспечению рационального использования энергетических ресурсов. Иногда передовые методы управления позволяют решить обе задачи, как например, на фабрике по обогащению никелевой руды фирмы «Xstrata».

Известно, что одним из наиболее важных и дорогостоящих процессов на горно-обогатительных предприятиях является процесс измельчения руды, доля которого во всех производственных затратах составляет примерно половину. Это привело к тому, что основное внимание стали уделять созданию и внедрению методов управления и оптимизации измельчения. Новый метод управления измельчением на заводе «Strathcona» фирмы «Xstrata Nickel», который позволил оптимизировать операцию измельчения путем максимизации пропускной способности при сохранении качества продукции, описан в докладе Эдуардо Нуньеса на конференции канадских обогатителей в2009 г.  в Оттаве. Внедрение нового метода управления измельчением привело к повышению энергетической эффективности стержневых и шаровых мельниц на 7,1% и 5,5%,  соответственно.

Усовершенствования систем управления показали, что улучшение текущих основных операций способствует уменьшению колеблиемости показателей. Установили, что повышение характеристик можно обеспечить при стандартной системе управления  (распределенной системе управления или системе с программируемым логическим контролером), причем вмешательство на начальной стадии процесса приводит к более стабильной работе цикла измельчения с шаровой мельницей. После изменений на фабрике по обогащению платиновой руды «Fland», обусловленных оптимизационной программой, отметили значительное и устойчивое уменьшение колебаний основных параметров процесса, причем уменьшились колебания скорости подачи питания в мельницу (на 72%), уменьшились колебания плотности (на 58%) и расхода питания (на 47%), подаваемого в основную флотацию.

Также отмечено, что оптимизация основных процессов связана не только с надлежащим использованием мощностей, но также с повышением позитивного влияния на этапы дальнейшей обработки. Например, значение надлежащего управления измельчением вышло за пределы вопросов об энергозатратах и состоянии раскрытия минералов. Устойчивость работы, оптимизация плотности подаваемого материала и распределения крупности частиц в измельченном продукте потребовали тщательного рассмотрения, поскольку эти факторы существенно влияют на характеристики дальнейших операций.

В горном секторе работают  ряд  фирм, которые могут обеспечить полный набор систем управления при их широком применении. Фирма «Outotec», Финляндия, например, в течение многих лет помогала заказчикам оптимизировать циклы измельчения благодаря анализаторам крупности частиц и анализаторам MillSense измельчаемого материала. Она предлагает передовые системы измельчения, включая комплексные системы для измерения, стабилизации и оптимизации, наряду с улучшенными методами управления измельчения с получением подходящего материала для сепарации. Для управления флотацией создана новейшая система CellStation – локальная комплексная система управления флотацией, обеспечивающая регулирование расхода воздуха и уровня во флотационном агрегате, причем, эту систему можно расширить и соединить распределенной системой управления всей фабрики с использованием сети Profibus DP (Ethernet) при отсутствии потребности в проводке в случае сигналов 4-20 мА. Система Cell Station поставляется в пригодном для работы виде, и требуется лишь минимальная настройка конфигурации в цехе без привлечения специалистов по системной интеграции.

Система CellStation предназначена для управления флотационными машинами с одним – тремя устройствами подачи воздуха при обычном уровне пульпы и с одним или двумя выпускными клапанами для  дренажа. Экспертная система EXACT-Level  фирмы «Outotec», функционально адаптируется к изменениям технологического процесса и стабилизирует уровень пульпы во всей секции флотационных машин. Функционирование системы управления с такой экспертной системой определяется только заданием параметров , так что отсутствует потребность в специальном программировании.

Контуры управления системы CellStation и параметры легко настраиваются с использованием системы управления фабрикой или локальной панели управления. Данные о процессе поступают в базы данных по сети Profibus DP. Система EXACT-Level  контролирует всю флотационную секцию и эффективно компенсирует помехи процесса до того, как они повлияют на уровни во флотационных машинах. Ее независимость от конфигурации флотационной линии и способность работать совместно с традиционными ПИД-регуляторами позволяют легко внедрить ее в существующие и новые обогатительные фабрики. Устройство автоматической настройки оперативно определяет параметры процесса, обеспечивая простоту использования и технического обслуживания.

4. Что делать нам?

Вступление РФ в ВТО означает для экономики ужесточение борьбы на рынках сбыта. Произойдет усреднение стоимости ресурсов производства на мировом рынке: труда, топливно-энергетических составляющих себестоимости. Успех производства – в высоких потребительских свойствах, низкой себестоимости и транспортных издержек. Нам представляется, что главный резерв горно-обогатительного производства – совершенствование системы управления путем перехода на методы, принятые во всем цивилизованном мире. Один из главных резервов – оптимизация управления технологическими процессами, производством и всем предприятием за счет использования ИАСУ с широким применением экспертных систем.

В конце 90-х, начале 2000–х годов в научной периодике теме экспертных систем и решению интеллектуальных задач было посвящено довольно много публикаций. Когда же Запад вышел на практические результаты и были получены очень обнадеживающие выводы по из использованию, число этих публикаций резко сократилось. Было бы наивно полагать, что наши «друзья» по ВТО, продавая отдельные машины и даже технологические линии, горели желанием, чтобы на них русские делали конкурентную продукцию. Поэтому при продаже машины и линии оснащаются традиционной автоматикой, позволяющей запускать и останавливать линию, стабилизировать отдельные показатели качества, но отнюдь не оптимизировать весь техпроцесс, снижая себестоимость продукции. Либо запрашивают заоблачные цены за такие системы, закрывая от покупателя алгоритмы и исходные модули программного обеспечения. Кстати сказать, что нам не известны случаи, когда при закупке импортного оборудования для горно-обогатительного производства наш покупатель  выставлял такие требования. Однако, ситуация далеко не безнадежна. Несмотря на вышеотмеченное  положение с системами управления в металлургии черных металлов, в последние десятилетия достигнуты значительные подвижки, правда в других отраслях. В основном, в химической, обогатительной для цветной и редкоземельной металлургии,оборонной, ряде других. Наконец, накоплен положительный опыт практического использования интегрированных систем управления. Имеются примеры использования экспертных систем в управлении энергетическими и оборонными системами. Самое главное, теоретические основы интеллектуальных систем автоматического управления, систем нечеткого управления в технических системах достаточно хорошо разработаны в трудах российских ученых. Не полностью потерян потенциал в теории обогащения руд черных металлов.

5. С чего начать и как идти дальше.

Создание ИАСУ с применением экспертных систем на уровне АСУПП достаточно трудоемкий и квалифицированный труд. Как отмечалось выше, ГОСТы по АСУ в основном были разработаны в середине 80-х-90 гг. прошлого столетия и не охватывали интегрированные системы в силу причин отставания теории и практики  в СССР. Однако на сегодня этот пробел в части ИАСУ в значительной мере ликвидирован, чего нельзя сказать об экспертных системах. Достаточно большое число разработанных и внедренных в РФ ИАСУ  по методикам западных и российских специалистов говорит об этом. Более того, наука и практика систем за рубежом сегодня предлагает готовые решения, которые с относительно небольшими затратами можно применять у нас. Особенно это касается АСУПП И АСУП. В английской трактовке системы этих уровней называются MES и ERP. Они так далеко ущли от нас в этой области, что секретов не делают: есть деньги-покупай.Но уровень АСУТП (Scada) приходится разрабатывать хотя и по общим принципам, но с учетом специфики  протекания техпроцессов и тех задач, которые ставит производство и система уровня  MES и, в нашем случае, экспертные системы, о необходимости которых говорилось выше. По-крупному, рекомендуемые этапы разработки  ИАСУ с применением экспертных систем будут следующими:

1. Разработка концепции системы – Технического задания на модернизацию системы управления. Это основополагающий проект,  в котором описываются цели, функции и задачи создаваемой системы. Разрабатываются необходимые информационные связи между уровнями   Scada, MES и ERP. Определяются необходимые наборы данных для адекватного описания технических и экономических процессов  происходящих на ГОКе и во внешней среде, которая также влияет на предприятие. Подробно описывается набор баз данных и требования к их организации и актуализации. Определяются проблемы и методы решения задач экономического и организационного управления. Выставляются требования к месту применения экспертных систем, содержанию баз данных и баз знаний, определяются графики работ и предполагаемые исполнители. Отдельно оценивается текущее состояние системы на предприятии и формулируются требования по модернизации вычислительной техники, систем КИП и А, линий связи ,а также системы опробования как по частоте, так и по охвату необходимых характеристик и параметров и т.д. ТЗ утверждается Заказчиком и является основным документом, регламентирующим дальнейшую разработку, гармонизацию отдельных частей и приемку системы.

2. Разработка технического проекта системы. Разрабатываются основные решения в области информационного, алгоритмического, программного и организационного обеспечения, в том числе, для экспертных систем. Производится синтез технических и программных средств системы, системы связи и системы опробования. Определяется сметная стоимость видов обеспечения ИАСУ, график разработки и сдачи отдельных частей системы в эксплуатацию. Определяется ожидаемая эффективность частей и системы в целом.

3. Сдача в эксплуатацию.

Формирование необходимых баз данных и баз знаний. Тестирование правил вывода и баз знаний экспертных систем на адекватность реальному техпроцессу. Обучение персонала. Оценивается реальная эффективность. Разрабатываются мероприятия по развитию и совершенствованию баз знаний и алгоритмов вывода экспертных систем.


Библиографический список
  1. Волков А.И., Алов Н.В. Автоматизированные системы по определению химического состава сыпучих и кусковых материалов на конвейере. //Проблемы черной металлургии и материаловедения.–2011.- № 11.– С. 13-17.
  2. Козицин А. Оценка эффективности создания интегрированных структур в металлургическом комплексе. // Федерализм. – 2006. – №4(44). – С. 75-94.
  3. Намазбаев Т.С. Создание и внедрение специализированных средств и систем автоматизации для предприятий горно-металлургического корпуса.//Сталь. – 2008. – № 8. – С. 91-98.
  4. Рубанов В.Г., Филатов А.Г. Интеллектуальные системы автоматического управления. Нечеткое управление в технических системах.// Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова, 2005.
  5. Хохлов  С.А., Воинов А.Р. Малоакцентируемые вопросы снижения стоимости продукции российской металлургии.// Вестник Тихоокеанского государственного университета. – 2008. – № 2. – С. 189-200.
  6. Управление технологическими процессами в горнорудной промышленности.//Process control: what`s new,what`s next/Carter R.A.//Engineering and Mining Journal.2011.201.N1.C.42-44. Англ.


Все статьи автора «enderevov»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: