Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Утешев Константин Алексеевич. Разработка и применение алгоритмического обеспечения АСУТП автоклавного выщелачивания бокситов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Екатеринбург, 2005 210 c. РГБ ОД, 61:05-5/1692

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 10

1. Исследование технологического процесса автоклавного выщелачивания бокситов 16

1.1. Общие вопросы производства глинозема 16

1.2. Автоклавное выщелачивание бокситов 20

1.3. Аппаратурно-технологическая схема автоклавного выщелачивания боксита 25

1.3.1 Периодическое и непрерывное выщелачивание бокситов 25

1.3.2 Схема непрерывного выщелачивания бокситов в автоклавах 26

1.3.3 Автоклавы, подогреватели, сепараторы, игольчатые регуляторы 30

1.3.4 Особенности низовой автоматики технологического процесса автоклавного выщелачивания бокситов 31

1.4. Подходы к математическому описанию и автоматизации технологического процесса автоклавного выщелачивания бокситов 32

1.5. Выводы по первой главе и постановка задачи исследования 38

2. Математическое моделирование процессов контактного нагрева

пульпы паром высокого давления при выщелачивании бокситов 42

2.1. Основные закономерности технологического процесса и общие принципы построения математической модели 43

2.2. Статическая модель контактного нагрева пульпы паром высокого давления в процессе выщелачивания бокситов 48

2.3. Динамическая модель контактного нагрева пульпы паром высокого давления в процессе выщелачивания бокситов 53

2.3.1 Автоклавная батарея с верхним подводом пара 53

2.3.2 Автоклавная батарея с нижним подводом пара 67

2.4. Расчет удельной теплоты реакции выщелачивания 74

2.5. Динамическая модель, устанавливающая зависимость температуры пульпы в греющих автоклавах батареи от внешних факторов/возмущений.. 77

2.5.1 Автоклавная батарея с верхним подводом пара 77

2.5.2 Автоклавная батарея с нижним подводом пара 84

2.6. Выводы по второй главе 88

3. Построение многоуровневой АСУ ТП автоклавного выщелачивания бокситов 91

3.1. Подсистемы регулирования расхода пульпы на батарею, давления пульпы в последнем автоклаве батареи и уровня пульпы в сепараторе первой ступени 92

3.2. Подсистема регулирования температуры выщелачивания бокситов в автоклавной батарее непрерывного действия 93

3.3. Подсистема регулирования плотности пульпы 111

3.4. Алгоритмическое обеспечение автоматизированного управляющего контура (второго уровня АСУТП) 113

3.5. Базовое алгоритмическое обеспечение подсистем регулирования первого уровня АСУТП 122

3.5.1 ПИД-регулятор 122

3.5.2 ШИМ-регулятор 128

3.6. Выводы по третьей главе 128

4. Реализация функций самонастройки и адаптации к объекту управления 133

4.1. Интегральная оценка параметров объекта управления по переходной характеристике разомкнутой системы 135

4.1.1 Идея метода интегральной оценки параметров объекта 135

4.1.2 Метод интегральной оценки параметров применительно к объекту первого порядка с запаздыванием. Моделирование 137

4.1.3 Метод интегральной оценки параметров применительно к объекту второго порядка с запаздыванием. Моделирование 140

4.2. Определение параметров ПИ-регулятора 145

4.2.1 Требования к показателям качества регулирования 145

4.2.2 Варианты выбора параметров ПИ-регулятора 145

4.2.3 Влияние величины отношения времени запаздывания к постоянной времени объекта на качество переходных процессов 148

4.2.4 Влияние погрешности оценки параметров объекта на качество переходных процессов 150

4.2.5 Работа с объектом более высокого (второго) порядка 152

4.3. Практическое применение предложенного метода самонастройки ПИ- регулятора в подсистеме регулирования расхода промывной воды 154

4.3.1 Описание процедуры самонастройки 154

4.3.2 Результаты опытно-промышленной эксплуатации 157

4.4. Выводы по четвертой главе 161

Заключение 164

Библиографический список 172

Приложение 1. Расчет удельной теплоты реакции выщелачивания для технологических участков Богословского алюминиевого завода 177

Приложение 2. Результаты моделирования контактного нагрева пульпы паром высокого давления при выщелачивании бокситов 178

Приложение 3. Проверка формул интегрального метода оценки параметров объекта управления 202

Приложение 4. Акты внедрения результатов работы 209 

Введение к работе:

Актуальность работы. В настоящее время самым распространенным и эффективным способом промышленного производства глинозема является способ Байера, в котором процесс выщелачивания, т.е. процесс перевода содержащейся в сырье окиси алюминия в раствор под действием щелочи, является важнейшим по значению. В отечественном глиноземном производстве (ГП) способом Байера перерабатывают диаспоровые и бемитовые бокситы, разложение которых возможно только при высоких температурах в автоклавах.

Эффективность выщелачивания в значительной степени зависит не только от характеристик сырья и технологических растворов, но и от условий протекания самого процесса (в первую очередь - от температуры).

Разработкой автоматизированных систем управления (АСУ) и математических моделей для процессов выщелачивания занимались многие исследователи (Мальц Н.С., Левин М.В., Локшин Р.Г., Потапова Т.Б. и др.). Приведенные в литературе модели описывают кинетику выщелачивания или состав получаемых растворов. Однако такие модели в большинстве случаев слишком сложны и непригодны для целей оперативного управления. Вопросы же математического описания зависимости температуры выщелачивания от внешних факторов/возмущений исследованы недостаточно.

Существующие АСУ процессами автоклавного выщелачивания бокситов (АВБ) реализованы, как правило, в виде аналоговых локальных систем автоматического регулирования (САР), характеризующихся низким уровнем надежности и трудоемкостью настройки. Для регулирования температуры выщелачивания применяются комбинированные системы с упрощенным контуром компенсации измеряемых возмущений. Данные АСУ либо не учитывают ряда принципиальных технологических параметров, либо не обеспечивают стабилизацию расходов энергоносителей. И на практике оказывается, что они не удовлетворяют современным требованиям по показателям качества регулирования и не обеспечивают высокую эффективность переработки сырья.

Таким образом, разработка алгоритмического обеспечения АСУТП АВБ с учетом требований современного производства является актуальной задачей.

Цель работы. Целью работы является разработка структуры и алгоритмического обеспечения комплексной системы автоматизации технологических процессов АВБ для повышения эффективности управления ими на отечественных глиноземных производствах.

Задачи исследования. Исходя из цели работы, были поставлены и решены следующие задачи:

  1. Исследование технологических процессов АВБ на отечественных глиноземных производствах и анализ существующих моделей и АСУ.

  2. Построение упрощенных математических моделей для изучения и формализации принципиальных закономерностей технологического процесса АВБ, разработки (синтеза) и исследования алгоритмов управления и оптимизации.

  3. Разработка структуры и алгоритмического обеспечения многоуровневой

системы управления процессами АВБ с учетом особенностей и

требований отечественных глиноземных производств. 4. Разработка и анализ методов самонастройки и адаптации построенных

АСУ с учетом специфики систем промышленной автоматизации.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлено методами технической и химической термодинамики, теории автоматического управления, системного анализа и математического моделирования.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Разработаны, исследованы и апробированы упрощенные динамические модели, описывающие контактный нагрев пульпы паром в процессе АВБ и устанавливающие зависимость температуры пульпы в греющих автоклавах батареи от внешних факторов возмущений, позволяющие проводить дальнейший анализ процессов АВБ, строить (синтезировать) и исследовать АСУ и оценивать значения некоторых технологических параметров, недоступных для непосредственного измерения.

  2. Разработана и апробирована структура АСУ 111 АВБ в соответствии с современным многоуровневым иерархическим принципом. Разработаны и реализованы процедуры оптимизации технологического процесса, позволяющие обеспечить максимально возможную производительность, не приводящую к потере качества выщелачивания.

  3. Обоснована возможность управления температурным режимом АВБ путем стабилизации температуры не в реакционном автоклаве, а в одном из греющих автоклавов батареи. Это позволило улучшить динамические характеристики объекта управления (ОУ) по каналу регулирующего воздействия за счет значительного снижения времени запаздывания.

  4. Разработана, исследована и апробирована комбинированная система управления температурным режимом АВБ, сочетающая максимально полный учет всех измеряемых возмущений со стабилизацией расхода пара.

  5. Разработан, обоснован и исследован косвенный метод самонастройки ПИ-регулятора на базе интегрального метода оценки параметров ОУ по переходной характеристике, учитывающий специфику систем промышленной автоматизации (отсутствие точных математических моделей, высокий уровень шумов и недопустимость значительных отклонений от заданных технологических режимов). Практическая ценность работы. Разработанные методы и системы

управления позволяют повысить эффективность технологического процесса АВБ, существенно улучшить показатели качества регулирования основных технологических параметров и дают значительный экономический эффект за счет снижения удельного расхода энергоносителей (пара) и повышения качества извлечения окиси алюминия из руды. Подана соответствующая заявка на изобретение (№2004105561).

Внедрение результатов. На основании результатов данной диссертационной работы построены и внедрены в промышленную эксплуатацию АСУТП на участках "Выщелачивание - 2" (5 автоклавных батарей), "Выщелачивание - 3" (4 автоклавные батареи) и "Выщелачивание -

4" (3 автоклавные батареи) Богословского алюминиевого завода ("БАЗ" филиал ОАО "СУАЛ", г. Краснотурьинск). Материалы диссертации включены в учебные курсы радиотехнического факультета ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ".

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: V Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии и электроника" (Екатеринбург, 2000 г.); I, П, IV и V отчетных конференциях молодых ученых ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ" (Екатеринбург, 2001-2003 гг.); Всероссийской научной конференции 'Управление и информационные технологии" УИТ 2003 (Санкт-Петербург, 2003 г.); Международной научно-технической конференции "Проблемы автоматизации и управления в технических системах" (Пенза, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 61 наименования и 4 приложений. Содержит 210 страниц машинописного текста, включает 64 рисунка и 14 таблиц.

Подобные работы
Малов Андрей Викторович
Разработка и применение методики модального синтеза цифровых систем управления динамическими объектами с электроприводами постоянного тока
Макаров Виктор Михайлович
Разработка и применение математической модели оперативного прогнозирования поездной работы железнодорожного направления в АСУЖТ
Шилин Александр Анатольевич
Автоматизированный комплекс исследования автоматических регуляторов и его применение при разработке адаптивных методов управления теплоэнергетическими процессами
Веревкин Сергей Валерьевич
Разработка и применение алгоритмов производственной координации (На примере сталеплавильного комплекса)
Дианов Роман Сергеевич
Оптимизация технологического процесса разработки газоносного пласта с применением генетических алгоритмов и нейронных сетей
Ташкинов Алексей Юрьевич
Разработка математических моделей и алгоритмов и их применение для исследования и усовершенствования процессов вакуумного дугового переплава
Раджабов Рахим Садиевич
Разработка и создание аппаратуры автоматизированной системы диагностики пучков с применением алгебраической теории кодирования
Круглов Василий Сергеевич
Разработка методов интенсификации автоклавного выщелачивания моногидроксидных бокситов
Ершов Владимир Александрович
Исследование и разработка технологии получения алюминия с применением глинозема из боксита Средне-Тиманского месторождения
Белых Андрей Александрович
Унификация архитектур однокристальных микроконтроллеров и ее применение для разработки программного обеспечения встраиваемых систем

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net