Система автоматического мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ руды (сырья) в конвейерном потоке, различные современные быстродействующие средства распознавания образов на конвейере, средства их обработки по минеральному составу (маркерам,размерам и формам осколков и других известных средств по классической теории машинного зрения),базы данных для эталонных типов руд и текущих типов руд,определенных измерительными автоматическими средствами, блоков сопоставления с эталонными типами руд, разделения последних по заданным типам по разработанным алгоритмам,реализуемым в компьютерном комплексе. Введение в систему мониторинга передвижного рентгеноспектрального анализатора химического состава сыпучего или кускового материала,движущегося на ленте конвейера, одновременно снижает капитальные затраты на создание реальной системы мониторинга, упрощает процедуру поверки видеоприборов распознавания образов и свойств руд, и обеспечивает поддержание достоверности результатов мониторинга. Положительные технические эффекты от использования заявленного технического решения Снижение капитальных затрат повышение достоверности непрерывного контроля качественных и количественных характеристик рудопотока перед обогащением возможность автоматической типизации перерабатываемых руд,и,следовательно,опережающего выбора оптимизационных режимов обогащения руд с получением конкурентоспособных концентратов. Техническое решение способствует полной автоматизации процесса производства качественных концентратов более точному (объективному) взаиморасчету между поставщиком и получателем руды а также позволяет выявить нарушения технологического режимов за смену, сутки, год.(72) Топоров Виктор ИвановичАксельрод Валерий Юрьевич Салихов Зуфар Гарифуллович(56) Система оперативного контроля магнетитового железа в конвейерных потоках комплекса механизированной магнитной рудоразборки СКРПКММР. ООО УралРудоАвтоматика инновационнопроизводственное предприятие. 2010 г.//./322 Д.Каранин, А.Нагарв, А.Шишкин. Система контроля качества руды на горно-обогатительной фабрике.2010 г.//2268776 1, 27.01.20062282176 1, 20.08.20062373527 1, 20.11.2009749430, 28.07.1980(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА И КОЛИЧЕСТВА ПОТОКА РУДЫ В ПРОЦЕССАХ ПОДГОТОВКИ К ОБОГАЩЕНИЮ(57) Сущность в устройство содержащее автоматический весоизмеритель рудного сырья в потоке, устройство магнитного зондирования, блоки формирования информационных сигналов с использованием видео- и других датчиков информационных количественных и качественных параметров (количества, - содержание целевых и нецелевых компонентов) рудопотоков,поступающих на грохочение, дробление и магнитное разделение общего потока поступающего сырья на магнитные и немагнитные составляющие,дополнительно введены рентгеноспектральные анализаторы химического состава поступающей Изобретение относится к автоматическому непрерывному мониторингу качественных и количественных характеристик потока руды в процессе подготовки его к обогащению. Известно, что сами процессы обогащения руд со стационарными характеристиками изучены и практически реализованы достаточно хорошо. Для таких условий обогащения руд имеются довольно подробно разработанные технологические регламенты, обеспечивающие извлечение целевых компонентов до 99 и гарантирующие заданную кондицию (с требуемой концентрацией целевого компонента) в получаемом рудном концентрате. Однако, проблема минимизации себестоимости готового концентрата, особенно за счет сокращения энергозатрат и расхода реагентов в процессах подготовки руд и обогащения остается не решенной. В настоящее время необходимость решения этой проблемы еще более обострилась в связи с вовлечением в процесс обогащения покупных руд,из разных источников с различным содержанием и физико-морфологическими свойствами полезных компонентов в них, варьирующими в очень широких интервалах. Особенно это проявляется при вовлечении бедных или вторичных (отвальных) видов сырья. Поэтому технические решения,обеспечивающие опережающий непрерывный мониторинг качественных показателей поступающих на обогащение руд или типизация рудопотока под заранее заданный состав целевого компонента и производительность работы оборудования, является одним из эффективных приемов снижения актуальности отмеченной проблемы. Известны технические решения Патент РФ 210844 от 27.12.1997 А.с. СССР 577534, кл. 01 15/50, 1977 750531, кл.07 С 5/10, 1980 758212, кл. 07 5/10, 1980 1133400, кл. Е 21 С 41/26, 1986 1631175, 1991, а также способ оперативного мониторинга и управления рудопотоками. Авторы способа Галиев С.Ж.,Боядинова А.А. и др., Научно-техническое обеспечение горного производства Сб. научных трудов ИГД им. Д. Кунаева, т.22, Алматы, 2006,с.138-143. Известны также технические решения для контроля локальных качественных показателей обогащаемой руды. Например, в патенте 2133031, кл. 01 27/72, опубл. 1999, приводится описание способа определения ферромагнетика в пульпе и устройство для его осуществления. Известна также работа проф. Морозова В.В.(МГГКУ) и к.т.н. Панасенко И.П. Имитационное моделирование организации рудопотока и управление затратами горнорудного предприятия(диссертация, 2011 г). В перечисленных технических решениях рассмотрены локальные задачи, т.е. улучшение диспетчеризации за счет мониторинга качественных и количественных характеристик на стадии выемки и транспортировки руды до промежуточного склада приема руды для подготовки его на ввод в производство концентратов путем обогащения. По функциональному назначению и составу технических средств наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является известная система автоматического контроля качества (содержание магнетитового железа) железнорудного сырья в конвейерных потоках,описание которого приведено на сайте инновационного предприятия ООО УралРудоАвтоматика, г. Екатеринбург, Это техническое решение нами выбрано в качестве прототипа. Безусловно,контроль содержания магнетитового железа с использованием зонда и определение по взаимокорреляционным функциям вероятностных значений общего содержания железа в потоке исходной руды,поступающей, как на стадию сухого обогащения,так и на мокрую, играют важную роль в снижении себестоимости готового концентрата, а также способствует оптимизации обогатительного производства. Недостатком прототипа является то, что система по прототипу не может идентифицировать контролируемые качественные показатели без использования периодического химического анализа с частотой не менее 1-2 раза за смену, т.е. не может обеспечить требуемую точность и оперативность контроля или мониторинга. Это объясняется тем,что частота колебаний качественных и количественных контролируемых параметров в десятки раз больше, чем возможная частота химических анализов. Кроме того, обогатителям известно, что для выбора рационального или оптимального технологического процесса обогащения необходимо с опережением получить информацию о всех остальных компонентах поступающей руды,включая степень их окисленности, грансостава и др. В прототипе отсутствуют безинерционные элементы оптико-видео систем безинерционного непрерывного контроля, как показала практика их использования,не требующих высоких эксплуатационных затрат по их обслуживанию и высокую надежность в работе ( Шапиро Л Стокман Дж Компьютерное зрение М. Бином. Лаборатория знаний, 2006. с.752). Прототип не может определить с достаточной точностью разницу в показателях качества руд по данным поставщика и получателя руд. Одним из основных недостатков прототипа является большая погрешность и дискретность контроля, приводящие к увеличении дисперсии показателей качества исходной руды, что, в свою очередь, снижает среднее значение качества получаемого концентрата. Отмеченные недостатки контроля качества исходных рудопотоков могут настолько увеличить дисперсию, что качество концентрата снизится за уровень допустимого значения и поток концентрата будет все время иметь низкое содержание полезного компонента. В результате шихтовкой не будет возможности повысить качество исходной руды. В свою очередь, контроль руды является обязательным условием стабильной и эффективной работы обогатительного производства(1. И.К. Младецкий,В.В. Панченко,Днепропетровский Национальный горный университет,Украина Анализ методологии контроля показателей прогресса, обогащения на обогатительной фабриках железорудного горнообогатительного комбината, 2012 г. 2. Козин В.З. Опробование и контроль процессов обогащения, М. Недра, 1986. с.476. 3. Чантурия В.А. Башлыкова Т.В. Технологическая оценка минерального сырья с помощью автоматического анализа изображений. Горный вестник, 1998, 1, с.37-52). Предлагаемая интеллектуальная система автоматического мониторинга качества и количества потока руды, в процессах подготовки к обогащению предназначена для решения 2-х проблем- учетно-экономического характера, связанного с взаиморасчетами предприятий за поставляемую руду- типизация исходных (перерабатываемых) руд с целью повышения эффективности на стадии подготовки руд к обогащению и опережающего выбора рациональных (экономичных) технологий их обогащения до уровня непрерывного производства конкурентоспособных железорудных концентратов. В рамках предлагаемого изобретения по данной заявке решаются следующие целевые задачи- прогрессивные принципы и технические средства непрерывного контроля достоверных качественных и количественных параметров исходных руд,непрерывно подаваемых конвейерными потоками в технологические процессы,предшествующие обогатительным процессам восстановление реальной картины характеристик рудопотоков и типизации руд для опережающего и обоснованного выбора рациональных схем и технологий обогащения- экономии энергоносителей и реагентов за счет непрерывного и более точного учета изменения качественных и количественных показателей обогащаемых руд- повышение надежности функционирования и упрощения обслуживания систем автоматического мониторинга параметров описываемых процессов- получение всесторонней информации о составе и морфоструктурных особенностях исходной руды,физических свойствах руды во время движения исходного рудного потока, поступающего на обогащение- обеспечение способности мониторинговой системы к оперативному получению достоверных результатов идентификации измерительной информации от оптико-видеосистем и магнитосистем с максимальным приближением к реальным контролируемым параметрам за счет оперативного автоматического наполнения базы знаний системы мониторинга. Далее приведем, без жесткой привязки к конкретному объекту и достижение положительных технических результатов, т.к. оно может быть адаптировано к любым условиям его практического применения на любом объекте. Процесс оперативного мониторинга рудопотоков осуществляется по всей технологической цепочке от добычи и доставки руды из различных рудников и складов в железнодорожных вагонах (и других рудовозах) и на конвейерах до выхода продукта из дробильно-разделительного отделения. Уточнение моделей обогащения перерабатываемых руд осуществляется на базе информации, собираемой по всем процессам ее переработки и обогащения. На фиг.1 в качестве примера приведен один из участков общей технологической схемы для проведения мониторинга качественных и количественных параметров процессов конвейерного рудопотока на стадиях рудоподготовки к обогащению. На фиг.1 точками А,Б, В и Г обозначены участки для реализации мониторинга крупности и физикоминералогического состава руды. В точке А осуществляется входной контроль крупности и состава руды с целью выбор рациональных режимов загрузки дробилок для снижения энергозатрат при дроблении. В точках Б и В осуществляется основной этап анализа минералогического состава руды, а в точке Г по результатам мониторинга производится рудо - разделительные операции и определяется предварительный баланс целевых компонентов в конце подготовительного процесса поступающего исходного сырья на обогащение. Точка Б находится после грохота на оборотном потоке, а точка В - на основном. Такое условное размещение позволяет максимально использовать преимущества механического разделения руды по классам крупности, что позволяет специализировать алгоритмы анализа в точке Б - для крупных фрагментов, а в точке В - для мелких. Предлагаемая специализация позволяет существенно повысить точность и быстродействие алгоритмов распознавания, т.к. в отдельных видеоизображениях не будет смешения крупных и мелких фрагментов. Дадим описание подсистем, совокупность которых представляет интеллектуальную систему предлагаемого автоматического мониторинга. Функциональная схема подсистемы имидж анализа мониторинга представлена на фиг.2, в нее входят следующие основные элементы(достаточные для реализации этой подсистемы) 1 - камера и видеодрайвер - для фиксации изображения рудопотока и крупности частиц 2 - сканер маркировки грузодоставки (вагонов,автомашин и др.) - для определения номера партии и данных в паспорте характеристик руды,поступившей от поставщика руды 3 - блок расшифровки маркеров - для определения в данной партии ее минерального состава по паспорту, передаваемому поставщиком 4 - блок идентификации - для заполнения реляционной базы данных по типам руды 5 - блок обработки изображений (применяются известные алгоритмы бинаризации, сегментации и др. алгоритмы машинного зрения) 6 - блок распознавания и анализа изображений(применяются алгоритмы выявления характерных признаков на изображении конвейерного потока руды, формирование выборки за заданный или определенный системой промежуток времени) 7 - блок расчета вероятностных оценок характера разрушений руды - для определения координат контролируемого типа руды в блоке Б 2 8 - блок распознавания типа руды и выдачи рекомендаций по выбору режимов работы дробилок(применяется один из методов, изложенный в разделе 2 отчета по НИР ТОО Системотехника) 9 - блок рентгеноспектрального анализа химического состава рудного сырья в потоке конвейера (Патент на изобретение РФ 2373527 С 1 от 23.04.2008, МПК 01 27/00/. Автоматический комплекс для контроля химического состава и количества движущихся металлсодержащих смесей,авторов Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н. и др., Бюлл. 32, 2009 г.) 10 - блок обработки сигналов блока 9 с выдачей типа, к которому относится контролируемая руда в потоке 11 - конвейерные весы 12 - элемент сравнения характеристик или типов руды в потоке 13 - зондовый датчик (типовой) магнитного железа в потоке Ш - шкаф передачи выходных сигналов датчиков 11 и 13 КС-1 - многоканальный концентратор сигналов мониторинга характеристик рудопотока Б 1 и Б 2 - базы данных эталонов характерных признаков изображения 1 и соответственно типов руды. По существу, приведенная на фиг.3 подсистема имидж - анализа является основным модулем для формирования всех последующих подсистем мониторинга показателей качества и количества на последующих этапах подготовительной технологии руды к обогащению. Одним из технических результатов использования функциональных схем интеллектуальных систем автоматики - упрощение и снижение затрат на их реализацию и обслуживание. Функциональная схема на фиг.3 подсистемы имидж анализа для мониторирования технологических параметров в точке Б реализована на модуле схемы имидж - анализа, представленной на фиг.2. Здесь следует отметить, что на фиг.3 камера, видеодрайвер и сканер для получения изображения крупности частиц установлены над конвейерным потоком руды, а весоизмеритель 11 и магнитоиндукционный зонд 13, установленные также как и на схеме подсистемы на фиг.2. Для упрощения чтения схем, они не показаны на фиг.3. Выходы блока 8 и блока Ш, как и на фиг.2 соединены с выходами концентратора сигналов КС 2. На фиг.3 также не показаны блок 9 рентгеноспектрального анализа химического состава рудного сырья на конвейере (в точке Б) и блок 10 преобразователь выходного сигнала блока 9. На фиг.4 приведена схема модуля имидж анализа для мониторинга параметров руды в точке Г. Отметим, что в эту систему входят также блок видеоизображения с преобразователем и блоками Б 1 и Б 2, т.е. модуль, содержащий те же элементы и их соединения, как представлено на фиг.3. На фиг.4 особо следует отметить, что расположение блоков 9 и 10 рентгеноспектрального анализа химического состава рудного сырья в потоке конвейера в процессе тарировки,идентификации и эксплуатации видеоприборов распознавания и прогнозирования обогатимости минерального сырья методом анализа формы и сколов изображений дробленой руды, может быть последовательно размещено или над конвейером исходной руды, или над конвейером магнитного продукта. Обычно, это необходимо для организации поиска эффективных режимов разделения исходной руды, для поиска оптимального состава шихтовки или уточнения материальных балансов распределения и уточнения математической модели процесса разделения, а также для изменения количества стадий подготовки рудного сырья к обогащению. Все перечисленные блоки (в т.ч. не показанные на фиг.4) выходы всех блоков схемы имидж - анализа в точке Г через концентратор сигналов КС-4 соединены со входом компьютерного комплекса. Совокупность всех 4-функциональных схем,собранных на модульной базе с дополнительными элементами, образуют интеллектуальную систему автоматического мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению. Из изложенного описания модулей имидж анализа очевидно следует, что предлагаемая интеллектуальная автоматическая система мониторинга решает все сформулированные актуальные научно-технические задачи,а,следовательно, обеспечивает достижение новых положительных технических эффектов(они перечислены в составе решаемых целевых задач и в описании работы предлагаемой системы). В качестве достигаемого технического эффекта следует отметить также, что предлагаемое к защите техническое решение может быть использовано и для непрерывного мониторинга качественных и количественных параметров потока руд цветных и редких металлов на конвейере. Далее приводятся 5 фиг. и формула изобретения на 2 листах. Примечание в описании блок схемы предлагаемой системы использованы принятые обозначения блоков цифрами,а типовые обозначения элементов, широко применяемые при описании прототипа и аналогов, сохранены(например, Ш - Шкаф и др.). Работа предлагаемой системы и взаимосвязь ее элементов - блоков для специалиста представлены по функциональному назначению. Следовательно,нет необходимости дополнительных объяснений в описательной части о вкладе каждого отличительного признака, входящего в формулу изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система автоматического мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению,содержащая автоматические весоизмерители сырья в потоке,устройства магнитного зондирования, шкафы электронного магнитометра, блоки преобразования информационных сигналов,компьютерный комплекс, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены установленные над движущимся потоком сырья, один или несколько рентгеноспектральных анализаторов химического состава рудного сырья в конвейерном потоке,установленные над движущимся потоком сырья камеры и видеодрайверы для фиксации изображений рудопотока, сканер маркировки рудовозов - для определения номера партии поступающей руды, блок расшифровки маркеров для определения в данной партии руды ее минерального состава по паспорту (передаваемому поставщиком),блок идентификации контролируемых параметров и заполнения реляционной базы данных по типам руды, блок обработки изображений, блок-распознавания и анализа изображений, блок расчета вероятностных оценок характера разрушения руды, а также концентратор или концентраторы сигналов контролируемых технологических параметров,входы концентратора(ов) соединены со входами датчиков технологических параметров, блоков знаний, через блоки расшифровки сигналов и маркеров,выходы соединены со входом компьютерного комплекса. 2. Система автоматического мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению, по п.1, отличающаяся тем,что рентгеноспектральный анализатор химического состава рудного сырья в конвейерном потоке, выполнен передвижным, с возможностью установки его над любым из движущихся потоков сырья и подключением его выходного сигнала на один из входов базы данных эталонных типов руды через концентратор сигналов. 3. Система автоматического мониторинга качества и количества потока руды в процессах подготовки к обогащению, по п.1. и п.2,отличающаяся тем, что все виды первичных датчиков мониторируемых параметров каждой стадии процессов подготовки рудного сырья к обогащению выполнены в виде однотипного модуля, соединенного через концентратор с компьютерным комплексом.