Zagadnienia sterowania produkcją w układzie technologicznym procesów przeróbki węgla

• Autorzy: Kaula R. , Pielot J.

Warianty tytułu

EN

Problems of production control in coal preparation technological system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W układzie technologicznym zakładu przeróbki węgla możliwe jest sterowanie rozdziałem węgla w poszczególnych operacjach przeróbczych. Jednocześnie istnieje jednak problem optymalnego sterowania (w sensie uzyskania np. maksymalnej wartości produkcji o zadanej jakości), jak i problem wyboru odpowiedniej struktury sterowań całego układu technologicznego. Problemy te są ze sobą ściśle powiązane: poprawna struktura sterowań jest warunkiem koniecznym optymalizacji bieżącej. Opracowanie metodyki określania optymalnej struktury sterowań jest jak najbardziej celowe i istotne na obecnym etapie automatyzacji produkcji w zakładach przeróbki węgla. Optymalizacja bieżąca procesów wymaga odpowiednich zmian wartości zadanych parametrów układów sterowania. Z tego względu bardzo pomocne w projektowaniu układów sterowania są komputerowe modele symulacyjne. Symulacja komputerowa pozwala w efektywny sposób rozpatrywać różne warianty rozwiązań układu technologicznego, analizować optymalne warunki przebiegu procesów przeróbczych przy zmianach kontraktów handlowych czy też przy zmianach charakterystyk węgla surowego. Możliwe jest również analizowanie różnych koncepcji sterowania procesami przeróbczymi. Informacje dotyczące wpływu poszczególnych zmiennych sterowalnych na funkcję celu sterowania można uzyskać korzystając z analizy wrażliwości. Wyniki takiej analizy pozwalają określić strukturę sterowań złożonego procesu technologicznego, uwzględniającą oddziaływanie interakcyjne zmiennych na tę funkcję. Analiza wrażliwości pozwala otrzymać wiedzę użyteczną w tworzeniu algorytmu optymalizacyjnego. Proponowany sposób optymalnego sterowania, wykorzystujący analizę wrażliwości, umożliwia szybkie uzyskanie informacji dotyczących optymalnego sterowania procesów technologicznych przy zmianach charakterystyk węgla surowego, zmianach założeń produkcyjnych i będzie pomocny w operatorskim sterowaniu układu technologicznego. Zagadnienia związane ze sterowaniem produkcji, teorią wrażliwości oraz sposobem optymalnego sterowania produkcją w zakładzie przeróbki węgla przedstawiono w trzech kolejnych artykułach. W niniejszym artykule omówione zostały zagadnienia sterowania produkcją w układzie technologicznym procesów przeróbki węgla. Dla przykładowego układu technologicznego przedstawiono sposób postępowania przy wyznaczeniu maksimum wartości produkcji o określonej jakości. Dodatkowo dla lepszego zrozumienia opracowanego algorytmu, analiza układu została poszerzona o punkt dotyczący pracy układu w przypadku optymalnej nastawy tylko jednej zmiennej sterującej. Analiza układu została zrealizowana za pomocą komputerowego programu symulacyjnego procesów przeróbki węgla, który umożliwia wielowariantowe analizy i prognozy efektów operacji przeróbczych w złożonych układach technologicznych. Integralną częścią tego programu jest algorytm poszukiwania ekstremum funkcji celu sterowania - funkcji maksymalnej produkcji o zadanej jakości.

EN

In a technological system of a coal preparation plant usually contains several main processing operations screening, gravity separation (heavy media separation, jigging, cyclone separation), ftotation, stream separation, blend production. In such system exists a possibility of coal separation controi in each particular operation. It involves a problem of optimum control (for example: a maximum production value with desired quality as an objective function) and a problem of suitable operating variables structure choice for the whole technological system. These problems are close related: correct control structure is a necessary condition of running optimization. Therefore it is advisable and essential to formulate a methodology of optimum operating variables structure determination on a present stage of production automatization in coal preparation plants. Processes running optimization requires changes in desired values of control systems. In this point of view computer simulation models are very helpful in control systems designing. The computer simulation in effective way makes possible: to consider different alternative solution oftechnological system, to analyze optimum criterias of preparation processes course at changes of trade contracts or at changes of raw coal characteristics. It is possible different conceptions analyzing of preparation processes control. Information about each controllabie variables influence on objective function we can to obtain using a sensitivity analysis. Results of the such analysis makes possible to determination control operating variables structure of complex technological system with takes into consideration the interactive influence control operating variables on the objective function. The proposed calculation method of optimum operating variables structure, using the sensitivity analysis, makes possible quick obtaining information on optimum control of technological processes at changes of raw coal characteristics or at changes of productive assumptions and it will be helpful in the dispatching control of technological system. These problems have been presented in a cyc1e ofthree papers. In the present paper (the first from cyc1e) production control problems in the technological system of a coal preparation process have been discussed. For typical technological system rules of a maximum production value with desired quality determination have been presented. The system analysis was calculated by simulation program of the coal preparation process. An integral part of this program is the algorithm of extremum function search of production maximum with desired quality. In order to better understand the described algorithm, the analysis has been extended. In this paper the system analysis in the case of an optimum setting of one control variable has been presented.

Słowa kluczowe

PL

układ technologiczny przeróbki węgla; sterowanie procesami technologicznymi; optymalizacja produkcji

EN

coal preparation technological system; control of technological processes; production optimization

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, no 1
• Strony: 69--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 45 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kaula R.

• Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika Śląska, ul. Akademicka 2, 44-101 Gliwice, Poland

autor

Pielot J.

• Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika Śląska, ul. Akademicka 2, 44-101 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Bartoniek, W., Głowiak, S., 2003. Ekonomiczne aspekty eksploatacji osadzarek. Materiały IX Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Kopalin, Szczyrk, 4-6 czerwca 2003, s. 7-21.
• [2] Blaschke, W., 2000. System cen energetycznego węgla kamiennego. Studia, Rozprawy, Monografie nr 77, Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
• [3] Blaschke, W., Blaschke, S.A., Grudziński, Z., 1997. System cen energetycznego węgla kamiennego a opłacalność jego wzbogacania. Przegląd Górniczy, nr 1, s. 21-33.
• [4] Blaschke, W., Grudziński, Z., 1996. Węgiel kamienny energetyczny. Cz. I. Ceny światowe – wartość węgla. Wiadomości Górnicze, nr 9, s. 403-411.
• [5] Blaschke, W., Grudziński, Z., Lorenz, U., 2003. Koncepcja formuły sprzedażnej węgla kamiennego energetycznego przeznaczonego dla energetyki zawodowej. Inżynieria mineralna, Zeszyt specjalny nr S. 3 (10), s. 185-193.
• [6] Blaschke, W., Mokrzycki, E., Blaschke, S.A., Grudziński, Z., Karcz, A., Blaschke, Z., Jaworski, A., 1991. System cen na węgiel kamienny. Przegląd Górniczy, nr 2, s. 18-26.
• [7] Blaschke, W., Mokrzycki, E., Shan, Z., 1994. Ekonomika przeróbki węgla kamiennego. Materiały XII Międzynarodowego Kongresu Przeróbki Węgla (ICPC), Kraków, 23-27 maja 1994, t. 5, s. 101-121.
• [8] Cierpisz, S., 1980a. Automatyzacja procesów przeróbki mechanicznej węgla. Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice.
• [9] Cierpisz, S., 1980b. Maksymalizacja produkcji w systemach wzbogacania i tworzenia mieszanek węgla. Archiwum Górnictwa, t. 25, z. 1, s. 107-124.
• [10] Cierpisz, S., 2002. Automatyczna regulacja w układach zawiesinowych wzbogacalników węgla. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• [11] Cierpisz, S., 1992. Efekty doboru i stabilizacji gęstości rozdziału w procesie tworzenia mieszanek koncentratów węglowych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 7 (267), Katowice, s. 40-42.
• [12] Cierpisz, S., 1996. Zmienność zawartości popiołu w składnikach mieszanki węgla. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 3 (309), Katowice, s. 20-25.
• [13] Cierpisz, S., 1997. Zakłócenia w układach sterowania produkcji mieszanek węgla. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 3 (320), Katowice, s. 28-33.
• [14] Cierpisz, S., 2003. Układ sterowania procesem produkcji mieszanek węgla z regulowanym przepływem jednego składnika. Materiały IX Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Kopalin, Szczyrk, 4-6 czerwca 2003, s. 47-60.
• [15] Cierpisz, S., Pielot, J., 1997. Zagadnienia sterowania w produkcji mieszanek węgla energetycznego i koncentratów koksowych. Materiały III Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Mechanicznej Węgla, Szczyrk, 26-28 maja 1997, s. 41-50.
• [16] Cierpisz, S., Pielot, J., 1998. Zagadnienia regulacji ekstremalnej w produkcji koncentratów węgla. Materiały IV Konferencja Automatyzacji Procesów Przeróbki Mechanicznej Węgla, Szczyrk, 6-8 maja 1998, s. 5-12.
• [17] Cierpisz, S., Pielot, J., 1999a. Komputerowy model symulacyjny procesów przeróbki mechanicznej węgla – zastosowanie w systemach dyspozytorskiego sterowania. V Międzynarodowa Konferencja Przeróbki Kopalin, Wysowa Zdrój, 27-29 września 1999, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 15, s. 265-282.
• [18] Cierpisz, S., Pielot, J., 1999b. Some aspects extreme control in coal concentrates production. Archives of Miting Sciences, Vol. 44, z. 2, s. 225-235.
• [19] Cierpisz, S., Pielot, J., 1999c. Computer simulation of complex control systems in coal preparation plants. Archives of Mining Sciences, Vol. 44, z. 3, s. 387-394.
• [20] Cierpisz, S., Pielot, J., 2001. Symulacyjne statyczne modele procesów i układów sterowania w zakładach wzbogacania węgla. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Monografia nr 28, Gliwice.
• [21] Cierpisz, S., Pielot, J., Heyduk, A., Joostberens, J., 2003. Komputerowe modele symulacyjne przebiegu procesów wzbogacania węgla. Monografia nr 41, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• [22] Cierpisz, S., Zarembski, M., 1999. Symulacyjne badania ekstremalnego układu sterowania produkcji koncentratów węglowych. Materiały II Krajowej Konferencji: ”Metody i systemy komputerowe w badaniach naukowych i projektowaniu inżynierskim”. Krakowskie Centrum Informatyki Stosowanej, Kraków, 25-27 października 1999.
• [23] Couch, G.R., 1996. Coal preparation – automation and control. IEA Coal Research, London.
• [24] Cyklis, J. (red.), 1984. Optymalne decyzje w procesach produkcyjnych. Cz. II. Metody matematyczne. Skrypt Politechniki Krakowskiej, Kraków.
• [25] Findeisen, W., Szymanowski, J., Wierzbicki, A., 1980. Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa.
• [26] Goodman, F., Mc Creery, J., 1980. Coal Preparation Computer Model. Vol. I. U. S. Environmental Protection Agency, Washigton.
• [27] Kalinowski, K., 1982. Identyfikacja i sterowanie procesami wzbogacania węgla we wzbogacalnikach z cieczą ciężką i w osadzarkach. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo, z. 120, Gliwice.
• [28] Kalinowski, K., 2000. Metody optymalizacji. Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice.
• [29] Kalinowski, K., Walaszek-Babiszewska, A., 1983. Sterowanie procesu wzbogacania węgla. Skrypt Uczelniany Politechniki Śląskiej nr 1124 (cz. II), Gliwice.
• [30] Krukowiecki, W., 1970. Przeróbka mechaniczna rud, węgla, soli i innych kopalin. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa-Kraków.
• [31] Lorenz, U., Blaschke, W., Grudziński, Z., 2002. Propozycja nowej formuły sprzedażnej węgla energetycznego przeznaczonego dla energetyki zawodowej. Studia, Rozprawy, Monografie nr 112, Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
• [32] Niederliński, A., 1984. Systemy komputerowe automatyki przemysłowej t. 1. Sprzęt i oprogramowanie. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.
• [33] Osborne, D.G., Fonseca, A.G., 1992. Coal Preparation – The Past Ten Years. Coal Preparation, Vol. 11, N. 3-4, s. 115-143.
• [34] Pielot, J., 1999. Maksymalizacja produkcji w sterowaniu procesów przeróbki mechanicznej węgla. Materiały V Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Mechanicznej Węgla, Szczyrk, 5-8 maja 1999, s. 145-158.
• [35] Pielot, J., 2001. Przegląd modeli matematycznych wzbogacania grawitacyjnego i przesiewania węgla. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 1 (361), Katowice, s. 27-34.
• [36] Pielot, J., 2000. Dokładność prognoz symulacyjnych wykorzystujących modele tablicowe wzbogacania grawitacyjnego i przesiewania węgla. Materiały VI Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Kopalin, Szczyrk, 10-13 maja 2000, s. 47-54.
• [37] Pielot, J., 2002. Wpływ imperfekcji wzbogacalnika zawiesinowego na efekty wzbogacania. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej nr 1564, seria Górnictwo, z. 255, Gliwice, s. 235-245.
• [38] Pielot, J., 2003. Przykład analizy strat ekonomicznych wzbogacania w cieczach ciężkich przy nieprawidłowych gęstościach cieczy. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej nr 1599, seria Górnictwo, z. 257, Gliwice, s. 397-401.
• [39] Pielot, J., 2004. Analiza wpływu niedokładności wzbogacania węgla na uzyskiwane efekty ekonomiczne. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 6 (401), Katowice, s. 34-43.
• [40] Sztaba, K., 1990. Uwagi o metodyce modelowania procesów i budowy algorytmów sterowania w przeróbce surowców mineralnych. Materiały XIX Sympozjum PCAMC: „Kontrola procesów i automatyzacja w zakładach przeróbki surowców mineralnych”, Ustroń, 10-12 maja 1990, s. 3-13.
• [41] Sztaba, K., Tora, B., 1995. Problemy modelowania procesów przeróbki surowców w aspekcie sterowania złożonymi układami technologicznymi. Materiały XII Międzynarodowej Konferencji Automatyzacji Górnictwa (ICAMC), Gliwice, 13-15 września 1995, s. 311-326.
• [42] Trybalski, K., 1996. Optymalizacja w przeróbce kopalin. Archiwum Górnictwa t. 41, z. 3, s. 371-392.
• [43] Tumidajski, T., 1990. Wybrane problemy stochastycznej analizy własności materiałów uziarnionych i procesów przeróbki surowców mineralnych. Zeszyty Naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej, seria Górnictwo, z. 159, Kraków.
• [44] Tumidajski, T., 1993. Zastosowanie metod statystycznych w analizie procesów przeróbki surowców mineralnych. Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice.
• [45] Walaszek-Babiszewska, A., Majnusz, M., 1997. Modelowanie procesów przeróbki w kategoriach zbiorów rozmytych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 6-7 (323), Katowice, s. 113-116.