Система автоматического управления барабанной мельницей Советский патент 1988 года по МПК B02C25/00 

Изобретение относится к управлению процессами измельчения минерального сырья в барабанных мельницах, преимущественно в рудногалечных, и может быть использовано в цветной и черной металлургии при обогащении полезных ископаемых, а также в строительных отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности управления.

На фиг.1 представлена структурная схема системы управления барабанной мельницы; на фиг.2 - структурная схема системы управления; на фиг.З - блок Сравнения; на фиг.4 - схема логического устройства; на фиг.З - схема блока согласования; на фиг.6 - .схема устройства технологической диагностики; на фиг.7 - характеристики компараторов; на фиг.8 - зависимость X, - Х от л А и йР; на фиг. 9 - зависимость логических переменных Q,, q, Y и К от X, - Хд.

Система автоматического управления (фиг.1) содержит преобразователь 1 мощности, устройство 2 управления, логическое устройство 3, блок 4 согласования, исполнительный механизм 5 гаибера мельницы, устройство 6 диагностики, устройство 7 Выборка-хранение, устройство 8 сравнения, усилитель 9 (с пассивным фильтром), устройство 10 Выборка-хранение, устройство 11 сравнения. Устройства 6-8 образуют первый канал преобразования, а устройства 9 - I1 - второй канал. Каждый канал (фиг.2) состоит из аналого-цифрового преобразователя 12, регистра 13 памяти и цифроанало- гового преобразователя 14.

Каждое устройство 8 и 11 сравнения состоит из сзп матора 15, соединенного с двухпороговым компарато10

15

20

и второй входы логического устройства 3 соединены с первыми входами логических элементов 27, 29 и 28, 30 соответственно, третий и четвертьй входы логического устройства 3 соеди нены с вторЬ1ми входами логических элементов 29, 28 и 30, 27 соответственно , выходы логических элементов 27 и 29 соединены с первыми входами элементов 31 и 32 соответственно. Выходы логических элементов 28 и 30 соединены с вторыми входами элементов 31 и 32 соответственно, выход логического элемента 31 соединен с первым входом элемента 33, выход логического элемента 32 соединен с первым входом элемента 34; выход логического элемента 33 соединен с первьм входом триггера 36 и вторым входом логического элемента 35, выход логического элемента 34 соединен с первым входом элемента 35 и вторым входом RS-триггера 36, вы- 25 ход которого (первый выход логического устройства 3) соединен через блок 4 согласования с исполнительным механизмом 5 шибера мельницы.

Входы аналого-цифровых преобразователей 12 в каждом канале дополнительно соединены с вторьми входами сумматоров 15, первые входы последних соединены с выходами цифроанало- говых преобразователей 14. Первый и второй выходы двухпорогового компа ратора 16 устройства 8 сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами логического устройства 3, а первый и второй выходы двухпорогового компаратора 16 устройства 11 сравнения - с-третьим и четвертым входами логического устройства 3

Первый выход логического устройства 3 соединен с блоком 4 согласо30

35

40

ром 16. При этом двухпороговый компа- 45 вания (фиг.5), содержащим эмиттер- ратор (фиг.З) состоит из двух собст- ный повторитель 37, ключевой каскад венных компараторов 17 и 18, соеди- 38 и реле 39, выход которого подключен к исполнительному механизму 5. Второй выход логического устройства

50

ненных с формирователями 19 и 20 логического уровня, и задатчиков 21 и 22 зон нечувствительности. Выход сумматора 15 соединен с входами компараторов 17 и 18.

Устройство 2 управления (фиг.2) состоит из тактового-генератора 23, логического элемента И 24, одновибра- 55 тора 25 и логического элемента НЕ 26.

Логическое устройство 3 фиг.4 состоит из девяти элементов И-НЕ 27 - 35 и RS-триггера 36. UfSn этом первый

3 соединен с вторым входом логическо го элемента И 24 устройства 2 управления .

Выход одновибратора 25 соединён с управляющими входами регистров 13 памяти устройств 9 и 10 выборка- хранение соответственно, а выход логического элемента НЕ 26 устройства 2 управления соединен с вторыми

0

5

0

и второй входы логического устройства 3 соединены с первыми входами логических элементов 27, 29 и 28, 30 соответственно, третий и четвертьй входы логического устройства 3 соеди-« нены с вторЬ1ми входами логических элементов 29, 28 и 30, 27 соответственно , выходы логических элементов 27 и 29 соединены с первыми входами элементов 31 и 32 соответственно. Выходы логических элементов 28 и 30 соединены с вторыми входами элементов 31 и 32 соответственно, выход логического элемента 31 соединен с первым входом элемента 33, выход логического элемента 32 соединен с первым входом элемента 34; выход логического элемента 33 соединен с первьм входом триггера 36 и вторым входом логического элемента 35, выход логического элемента 34 соединен с первым входом элемента 35 и вторым входом RS-триггера 36, вы- 5 ход которого (первый выход логического устройства 3) соединен через блок 4 согласования с исполнительным механизмом 5 шибера мельницы.

Входы аналого-цифровых преобразователей 12 в каждом канале дополнительно соединены с вторьми входами сумматоров 15, первые входы последних соединены с выходами цифроанало- говых преобразователей 14. Первый и второй выходы двухпорогового компаратора 16 устройства 8 сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами логического устройства 3, а первый и второй выходы двухпорогового компаратора 16 устройства 11 сравнения - с-третьим и четвертым входами логического устройства 3.

Первый выход логического устройства 3 соединен с блоком 4 согласо0

5

0

3 соединен с вторым входом логического элемента И 24 устройства 2 управления .

Выход одновибратора 25 соединён с управляющими входами регистров 13 памяти устройств 9 и 10 выборка- хранение соответственно, а выход логического элемента НЕ 26 устройства 2 управления соединен с вторыми

входами логических элементов 33 и 34 логического устройства 3.

Устройство 6 технологической диагностики (фиг.6) состоит из блока 40 вьщеления переменно й составляющей сигнала активной мощности, ре жектора 41, подавляющего колебания помехи на часто.те вращения барабана, полосового фильтра 42, выделяющего полезный сигнал, согласующего усилителя 43, детектора 44 абсолютного значения сигнала, предназначенного для двухполупериодного прецизионного вьтрямления сигнала, и сглаживаю- щего фильтра 45 низких частот, выполняющего функцию усреднения сигнал

Система управления загрузкой мельницы работает следующим образом.

Сигнал с преобразователя 1 мощ- ности Р (cf) поступает на входы каналов, в которых раздельно обрабатываются переменная и постоянная составляющие активной мощности, потребляемой двигателем мельницы. Перемен- ная составляющая мощности Р (cf) об- рабатьгоается в устройстве 6 технологической диагностики.

На выходе устройства 6 технологической диагностики реализуется функция А, ((р) , имеющая экстремальный вид, несущая информацию о ходе интенсивности измельчения. Постоянная составляющая мощности Р (q) выделяется и усиливается усилителем 9 с пассивным фильтром низких частот :(фиг.2) .Этот сигнал в рабочем диапазоне заполнений мельницы связан г близкой к линейной зависимостью с величиной заполнения Cf .

С учетом помех и возмущаю щих воздействий, вьщеленные сигналы могут быть представлены в следующем виде:

0

0 5

0

5

0

5

.К) и а(г)

, (Цг) и ) - медленный

дрейф статических характеристик за счет возмущающих воздействий, связанных с износом футеровки и разгрузочной решетки мельницы и изменением вещественного состава РУДЫ.

,низкочастотные момехи, связанные с возмущениями , обусловленными колебаниями гранулометрического состава внутримельнич- . ной загрузки и сложностью (нестационарностью колебательного процесса, протекающего в барабане мельницы; . J, (со„) и у ( высокочастотные

(вьше 10 Гц ) помехи, возникающие в электроцепи за счет наводок; СЭп , ,Ci),,, co,ji,

(Oj, И tOi, - частоты помех и возмущений;

, а .,. 2.

У

причем

- амплитуды помех и возмущений,

СО,, «CO,,, ;

Изобретение относится к управлению процессами измельчения минерального сырья в барабанных мельницах, может быть использовано в цветной и черной металлургии при обогащении полезных ископаемых-в строительных отраслях промышленности и позволяет повысить точность управления. Система содержит преобразователь 1 мощности, устройство 2 управления, логическое устройство 3, блок 4 согласования, исполнительный механизм 5 шибера мельницы, устройство 6 диагностики, устройство 7 Выборка-хранение, устройство 8 сравнения, усилитель 9, устройство 10 Выборка- хранение,устройство II сравнения. Кфкдое устройство Выборка-хранение состоит из аналого-цифрового преобразователя, регистра памяти и цифро- аналогового преобразователя. Каждое устройство 8 и 11 сравнения состоит из сумматора и двухпорогового компаратора. Двухпороговый компаратор состоит из двух собственных компараторов, формирователей логического уров- ня и задатчиков зон нечувствительности. Устройство 2 управления состоит из тактового генератора, логического элемента, одновибратора и логического элемента НЕ. Логическое устройство 3 состоит из элементов И-НЕ и RS-триггера. Блок 4 согласования состоит из эмиттерного повторителя, ключевого каскада и реле. А устройство 6 диагностики включает блок вьщеления переменной составляющей сигнала активной мощности, режек- тор полосовой фильтр, согласующий усилитель, детектор и сглаживающий фильтр. 9 ил. (Л CAD 00 Oi оо о ю

A(q) - fA(cf)+,(о„) -ь 2,(.t) + + У,(ш„);(1)

P(Cf) (S,) +г.«г.) + ° (w,) ,(2)

со - C0j2«co

-гъ

у. г,, i

Уг « Z2 2 ;

, Поскольку характеристики A(cf) и P(cf) нестационарны и могут дрейфовать, то система управления должна

где A(Cf) и P(if) - математические быть следящей с памятью, причем

ожидания значений соответ55

должно выполняться условие

ствующих сигналов ;

со - C0j2«co

-гъ

у. г,, i

Уг « Z2 2 ;

быть следящей с памятью, пр

55

должно выполняться условие

CJ ; о

ю

21

где СО к - частота автоколебаний систмы относительно экстремума характеристики А (се) .

Мгновенные значения сигналов А (if) и Р(Ч ) поступают на вторые входы сумматоров 15 (фиг.2 ) уст-, ройств 8 и I сравнения, а также через аналого-цифровые преобразоват тели 12 - на информационные входы регистров 13 памяти.Запись в память новых значений, закодированного в двоичном виде соответствующего сигнла, производится пги наличии на управляющем входе регистров 13 памяти разрешающего сигнала с устройства 2 управления - режим Выборка устройства 7 и 10 Выборка-хранение.

В режиме Хранение устройства Выборка-хранение, на выходе ре- гистров 13 памяти постоянно находится двоичный код, соответствующий значению сигнала на момент подачи последнего управляющего воздействия Цифроаналоговые преобразователи 14 преобразуют этот код в инвертированные аналоговые сигналы -А; (tf)3 и , (tf) которые поступают на первые входы сумматоров 15 соответствующего канала. Таким образом, на выхо- де сумматоров 15 постоянно присутствует разность uA и йР текущих значений сигналов A(t) и Р(ср) и, соответственно, значений A;j((o) и Р; ((f) , записанных в память на предьщущем шаге управления. Вьвделенные прираще-

х,-i- sign(A((f) - A;(cf) - К, -S,) + l , i sign(A(tf) - A;(if) -b;) + l ,

- sign(A;(cf) - A(q) +Л.,+5,) + l ,iA(q) 0

-i- sign(A;(if) - A(cf) +u) + l.

uA(cf) 0 &P(Cf) 0

(P((f) - P;(if) -t., -5i) -t- l ,

(P ((f) - Pi(cf) -u,) +

(Pi (tf) - P(4) +U4+ S,j) « l,

(P;(q)) - P(f) +u) + i.

Q 1386302 : 6

нияЛА A(q) - А; и лР P((f)-rr сигнала сравниваются в компараторах 16 с формируемыми соответствующими задатчиками зон нечувствительности

5

Q

0 5 о приращении.

величинами и, , д,,, Л , и & .

К выходам собственных компаратор . ров 17 и 18 подключены формирователи 19 и 20 логических уровней для согласования с логическим устройством. Для получения нужных функций один из них вьтолнен неинвертирующим (для положительных знаков приращения сигг налов), а другой - инвертирующим (для отрицательных знаков приращения сигналов).

Устойчивость собственных компараторов 17 и 18 по отношению к быстро- переменным помехам обеспечивается введением цепи положительной обратной связи, что приводит к появлению в характеристиках компараторов гис- терезисной петли (фиг.7). На выходах компараторов,17 формируются логические функции Х и Xj. Xj и Х4 (нумера1щя соответствует нумерации входов логического устройства 3). При малых изменениях сигналов (меньше величины зон нечувствительности

приращении.

Х,

Х Х, Х4 о (фиг.8). Функции

X, и X, становятся равными 1 при положительном приращении сигнала, превосходящем величину зоны нечувствительности в соответствующем кана- ле, а Х. и Х - при отрицательном

ЛА() 0

&A(q)) « 0

uA(cf) &P(Cf)

др(О )

л P(Cf) AP(tf)

Функции X, ,Х, Х-,, и Х - существенно нелинейные, представляемые релейной характеристикой с зоной нечувствительности величиной Л,, uj, Л, и &«, и гистерезисом S, и, . Причем &,,й,Л, Д ,S, и S-j должны удовлетворять следующим ограничениям:

i, ,(«„); й,г, (со,,);

й, (); (.); 8,у, (со,,); Si (со„).

Наличие гистерезиса 8,5 позволяет исключить влияние высокочастотных помех у, (О3,з) ° первому и второму каналу соответственно. Наличие зон нечувствительности и,, ,, Лц. позволяет уменьшить влияние низкочастотных помех.

Далее сигналы X, , Х, Х и Х поступают на соотв,етствующие входы логического устройства 3, в котором из них формируется комбинация двух логических сигналов Q, и Q

Q,

Рг

(X,- X, + X,)-Z (Х.-Х -ь Х. X,)-Z ,

где Z - сигнал с выхода логического элемента НЕ 26 устройства 2 управления, поступающий на вторые входы логических элементов 33 и 34 логического устройства. Функции Q, и Q таковы, что при малых изменениях сигналов A(tf) и P(q) Q, Qj 1 . При изменениях сигналов, превосходящих величину зо нечувствительности одновременно по каналам 6, 7, 8и 9, Ю, 11 одна из функций принимает значение логического О. Причем Q, принимает это значение при равных знаках приращений сигнала в обоих каналах, а Q - при разных.

В RS-триггере 36 логического устройства 3 под давлением управляющих воздействий Q, и Q, по первому и второму входам реализуется логическая команда функция управления К, поступающая на вход блока 3 согла - сования и далее к исполнительному механизму 5 загрузки мельницы:

1 - шибер открыть;

К

О - шибер закрыть. . Связь между значениями описанных логических функций видна из зависимости истинности (фиг.8). В таблице приведены только разрешенные состояния X,, Xj, X, и Х,

При переходе в низкий уровень любого из сигналов Q, или Q на втором выходе логического устройства 3 при помощи логического элемента 35 формируется сигнал Y, предназначенный для запуска одновибратора 25 устрой- ства 2 управления.

0

5

0

5

0

5

Y Q,. Q,.

Запуск рдновибратора 25 происходит при одновременном появлении на входе элемента И 24 устройства 2 уп- : равления сигнала Y с логического устройства 3 и сигнала с тактового генератора 23 устройства 2 управления. Введение тактового генератора 23 и элемента И 24 вызвано необходимостью обеспечения надежного запуска системы управления при включении питания сети, а также после кратковременных перерьшов в подаче питания.

При срабатьшании одновибратора 25 на управляющие входы регистров 13 памяти устройств 7 и 10 Выборка- хранение поступает короткий импульс Z, переводящий регистры 13 памяти в режим выборки мгновенного значения сигнала. Одновременно с ним такой же импульс, но инвертированный Z. элементом НЕ 26 устройства 2 управ-,

Q ления, поступает с выхода логического элемента 2,6 на управляющий вход пять логического устройства 3, а точнее, на вторые входы логических элементов 33 и 34, запрещая на время выj борки отработку триггером 36 ложных управляющих воздействий. Если мельница недогружена (работает слева от экстремума кривой ACqi)), то независимо от положения шибера знаки приращения сигналов в обоих каналах совпадают. При одновременном выходе величин приращения в обоих каналах за пределы зон нечувствительности (с учетом гистерезиса появляется управляющий сигнал Q I на первом входе триггера 36, который переводит триггер в состояние , или сохраняет его, при этом шибер открывается (или продолжает оставаться открытым)

Мельница при этом догружается, и система приближается к экстремуму. Если же мельница перегружена, работает справа от экстремума, то знаки приращения сигналов в первом и втором каналах противоположны. При.выходе приращений за пределы зон нечувствительности появляется сигнал Q на втором входе триггера 36, ко- торый переводит его в состояние, К О, при этом шибер устанавливается в закрытое состояние, и загрузка мельницы начинает умень- гааться. При этом система также дви- жется к экстремуму. Таким образом, система совершает устойчивые автоколебания в области экстремума. Амплитуда колебаний по срав.нению с ,известной системой уменьшается в 2- 4 раза.

Предлагаемая система отличается повышенным качеством управления, за счет повышения быстродействия при заданной помехоустойчивости. Это по воляет решить задачу экстремальной оптимизации работы такого нестацио нарного объекта, как рудногалечная мельница. Система обеспечивает сокращение среднего времени поиска экстремума в 2-4 раза, повьш1ение производительности мельницЬ: на 5-7% что позволяет снизить себестоимость продукции и повысить рентабельность производства в целом.

Формула изобретени

Система автоматического управления барабанной мельницей, содержащая преобразователь мощности приво- да мельницы, подключенный к входу блока диагностики и к входу усилителя, выход блока диагностики подключен к первому входу первого устройства Выборка-хранение, второй вход которого соединен с первым выходом устройства управления, выход усилителя подключен к первому входу второго устройства Выборка-хранние, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства управления, третий выход которого подключен к первому входу логического устройства, первый выход которого подключен к входу устройства управления, второй выход логического уст- ройства подключен к входу блока согласования, выход которого соединен с исполнительным механизмом шибера

с 0

5 Q

Q с

0

мельницы, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности управления, она снабжена двумя устройствами сравнения, каждое из которых состоит из последовательно соединенных сумматора и двухпорого- вого компаратора, устройство управления состоит из последовательно соединенных между собой тактового генератора, логического элемента И, од- новибратора и логического элемента НЕ, логическое устройство состоит из девяти элементов И-НЕ и триггера, выходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к соответствующим входам третьего элемента И-НЕ, выходы четвертого и пятого элементов И-НЕ подключены к соответствующим входам шестого элемента И-НЕ, выход третьего элемента И-НЕ соединен с первым входом седьмого элемента И-НЕ, йыход шестого элемента И-НЕ соединен с первым входом восьмого элемента И-НЕ, выход седьмого элемента И-НЕ соединен с первыми входами девятого элемента И-НЕ и триггера, выход восьмого элемента И-НЕ соединен с вторыми входами девятого элемента И-НЕ и триггера, устройство Выборка- хранение состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, регистра памяти и цифроаналогового преобразователя, причем вход аналого-цифрового преобразователя является первым входом каждого устройства Выборка-хранение, выход цифро-аналогового преобразователя является выходом каждого устройства Выборка-хранение и подключен к первому входу сумматора, который является первым входом каждого устройства сравнения, второй вход первого сумматора, который является вторым входом первого устройства сравнения подключен к выходу блока диагностики, а второй вход второго сумматора, который является вторым входом второго устройства сравнения подключен к выходу усилителя, первый выход двухпорогового компаратора является первым выходом первого устройства сравнения и подключен -к первому входу первого элемента И-НЕ, который является первым входом логического устройства, второй выход двухпорогового компаратора является вторым выходом первого устройства сравнения и подключен к первым

входам второго и пятого элементов И-НЕ, которые являются вторым входом логического устройства, вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ являются третьим входом логического устройства и подключены к первому выходу двухпорогового компаратора второго устройства сравнения, вторые входы первого и пятого элементов И-НЕ, которые являются четвертым входом логического устройства, подключены к второму выходу двухи

/

л

12

L

/J

±.

/

ю

/5

ж

16

Фа1.2

порогового компаратора второго устройства сравнения, вторые входы седьмого и восьмого элементов И-НЕ являются пятым входом логического устройства и подключены к выходу элемента НЕ, который является третьим выходом устройства управления, выходы одновибратора, которые являются первым и вторым выходами устройства управления, подключены к регистрам памяти устройств Выборка-хранение.

L

OJ

Гг

I I

/2

4ПП

I 1/ I

/

26

2

.

L

15

n

&2(-&

Фкд J

18

20

)

/J-If/J-I)

J7

-hE

за

iiW

-A2f A4}

3d

Л

Фиг. 5

45

ui.S X,(Xj}

Ш)

A, (Л}) &А(йР)

2 4

A A (АР)

tie.7

- /inSoe значение Фиг. 8