Моделирование и автоматизация обогатительных процессов : методы автоматизированного управления технологическими процессами обогащения

МИНИСТЕРСТВО ОБРА ЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

№ 2554

Кафедра обогащения и переработки полезных ископаемых 
и техногенного сырья

В.В. Морозов
Т.С. Николаева

Моделирование и автоматизация 
обогатительных процессов

Методы автоматизированного управления  
технологическими процессами обогащения

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским советом 
университета

Москва  2016

УДК 622:681.5
 
М79

Р е ц е н з е н т ы :
И.В. Соколов (зав. лаб. НПО «Союзцветметавтоматика»);
проф., д-р техн. наук Л.Д. Певзнер

 
Морозов В.В.
М79  
Моделирование и автоматизация обогатительных процессов : методы автоматизированного управления  технологическими процессами обогащения : учеб. пособие / В.В. Морозов, 
Т.С. Николаева. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2016. – 66 с.
ISBN 978-5-87623-962-4

Пособие содержит материалы для изучающих дисциплину «Моделирование и автоматизация обогатительных процессов». Изложены основные методы 
и приведены примеры их реализации в системах автоматизированного управления технологическими процессами обогащения полезных ископаемых. Пособие предназначено для самостоятельной подготовки студентов к эезаменам, 
практическим занятиям и лабораторным работам.
Для студентов, обучающихся по направлению 21.05.04 «Горное дело», по 
профилю «Обогащение полезных ископаемых». Может быть использовано 
студентами других специальностей при изучении дисциплины «Основы горного дела», а также при выполнении курсовых работ и дипломных проектов.

.

УДК 622:681.5

ISBN 978-5-87623-962-4





В.В. Морозов,
Т.С. Николаева, 2016
НИТУ «МИСиС», 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ................................................................................................4
1. Общие понятия и принципы классической и современной
теории управления обогатительным производством  .........................5
2. Классические методы автоматизированного управления ............13
3. Методы управления с использованием нейронных сетей ............28
4. Методы управления с использованием нечетких множеств .........37
5. Методы управления с использованием детерминированных
и стохастических моделей (модель-ориентированные методы) .......47
6. Интеллектуальные и комбинированные методы управления ......58
Библиографический список ...............................................................65

ВВЕДЕНИЕ

В современных системах автоматического управления технологическими процессами обогатительного производства используются 
методы управления, которые подразделяются на несколько основных групп. Две группы относятся к классическим методам автоматического управления, которые во многом близки к аналогичным 
методам автоматического регулирования.
Методы оптимизационного управления технологическим процессом отличаются от методов автоматизированного регулирования, 
поскольку оперируют понятиями оптимизационной функции или 
критерия оптимизации. Однако эти методы реализуются локальными или объединенными системами автоматического управления, 
а непосредственная процедура расчета управляющего воздействия 
производится с применением классических законов регулирования.
Современные так называемые интеллектуальные методы управления технологическим процессом базируются на различных подходах, воспроизводящих логику управления технологическим персоналом или использующих различные модели процесса с большей 
или меньшей степенью детерминированности. Методы реализуются 
на базе централизованных автоматизированных систем управления, 
собирающих информацию о максимально возможном количестве 
параметров технологического процесса и позволяющих воздействовать на процесс имеющимися средствами регулирования.

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ
КЛАССИЧЕСКОЙ И СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ 
УПРАВЛЕНИЯ ОБОГАТИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Совокупность операций, выполняемых в ходе технологического 
процесса, делится на два основных вида: рабочие операции и операции 
управления. К рабочим операциям относятся действия, непосредственно необходимые для выполнения технологического или вспомогательного процесса, например дробящее воздействие на руду, 
транспортирование руды, процесс разделения минералов по их физическим и физико-химическим свойствам и т.д. Для рабочих операций используются различные технические устройства: дробилки, 
транспортеры, сепараторы и т.д.
Для правильного и качественного выполнения технологических и вспомогательных операций служат операции управления, посредством которых обеспечиваются начало, порядок следования и 
прекращение рабочих операций, выделяются необходимые для их 
выполнения ресурсы, поддерживаются требуемые значения параметров технологического процесса: производительности, плотности, 
аэрированности, температуры рабочей среды, вещественного состава и крупности ее компонентов и т.д. Совокупность управляющих 
операций образует процесс управления.
Операции управления частично или полностью выполняются 
техническими устройствами. Замена труда человека в операциях 
управления называется автоматизацией, а технические устройства, 
выполняющие операции управления, – автоматическими устройствами управления. Совокупность технических устройств (машин, 
орудий труда, средств механизации), выполняющих данный процесс, с точки зрения управления является объектом управления. Это 
разнообразные технические устройства и комплексы, технологические или производственные процессы. 
Совокупность средств управления и объекта образует системы 
управления. Система, в которой все рабочие и управляющие операции выполняются автоматическими устройствами без участия человека, называются автоматической системой. Система, в которой 
автоматизирована только часть операций управления, а другая часть 
(обычно наиболее ответственная) выполняется людьми, называется 
автоматизированной, или полуавтоматической, системой.

Чтобы осуществлять автоматическое управление или строить 
систему управления, нужны знания двоякого вида: во-первых, конкретные знания данного процесса, его технологии и, во-вторых, 
знания принципов и методов управления, общих для самых разнообразных объектов и процессов. Конкретные специальные знания 
дают возможность установить, что и, главное, как следует изменять в 
системе, чтобы получить требуемый результат.
При автоматизации управления техническими процессами возникает необходимость в различных группах операций управления. 
К одной из таких групп относится операция начала (включения), 
прекращения (отключения) данной операции и перехода от одной 
операции к другой (переключения).
Другая группа операций управления обеспечивает поддержание параметров в определенных границах или их изменение по определенному 
закону. Эта группа операций состоит в измерении значений параметров, 
представлении результатов измерения в удобной для человека-оператора 
форме и в поддержании заданного закона изменения параметров.
В основе используемых в технике алгоритмов управления лежат некоторые общие фундаментальные принципы управления, 
определяющие, как осуществляется увязка алгоритма управления 
с заданным и фактическим функционированием или с причинами, 
вызвавшие отклонения. Используется три фундаментальных принципа управления: разомкнутого управления, управления по отклонению, 
управления по возмущению. В реальных системах часто применяется 
комбинированное регулирование: по возмущению и отклонению.
Сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что 
алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины. Принцип используется в операциях 
запуска-остановки, пробоотбора, обслуживания технологического 
оборудования.
Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи) 
является одним из наиболее широко распространенных принципов 
управления. В соответствии с ним воздействие на регулирующий орган объекта вырабатывается как функция отклонения регулируемой 
величины от предписанного значения.
Важным примером принципа управления по отклонению для 
процесса флотации в целом является управление по качеству концентратов, по технико-экономическим показателям обогащения. 

Действие локальных контуров управления процессами флотации 
направлено на компенсацию глобальных отклонений качества и 
экономических показателей.
Принцип управления по возмущению (принцип компенсации) состоит в том, чтобы в установившемся режиме отклонение отсутствовало или было минимальным. Системы регулирования по возмущению по сравнению с системами, действующими по отклонению, 
отличаются обычно большими устойчивостью и быстродействием. 
К их недостаткам относятся трудность измерения входящих возмущений в большинстве систем, неполный учет возмущений (компен-
сируются только те возмущения, которые измеряются). Например, 
на сегодня не существует оперативных датчиков измерения прочности и измельчаемости руды, минерального состава руды. 
Примером использования принципа управления по возмущению 
для процесса обогащения является управление по содержанию ценных компонентов в руде или по сортности руды, при котором изменение входящих параметров сопровождается изменением управляемых 
параметров в определенной зависимости. Действие локальных контуров управления процессами обогащения направлено на компенсацию изменений качества поступающей руды.
Во многих случаях весьма эффективно применение комбинированного управления по возмущению и отклонению, широко используемое 
для весьма сложных процессов измельчения, классификации, флотации, гравитационного обогащения. Комбинированные системы регулирования объединяют достоинства двух принципов, но, естественно, конструкция их сложнее, а стоимость выше. К комбинированным 
схемам можно отнести методы управления процессом флотации, основанные на измерении параметров ионно-молекулярного состава 
жидкой фазы флотационной пульпы. В этих схемах реализуются способы управления: по щелочности пульпы, концентрации реагентов-собирателей и регуляторов, по поглотительной способости пульпы.
К классическим алгоритмам управления относятся: стабилизация 
параметра; поддержание заданной функции параметра во времени и поддержание ранее неизвестной функции параметра. Соответственно системы автоматического регулирования в зависимости от характера изменения управляющего воздействия делятся на системы автоматической 
стабилизации, системы программного регулирования и следящие системы.
Алгоритм функционирования, называемый стабилизацией, имеет 
целью поддержание постоянного заданного значения регулируемой