Real-Time Optimization of Crushing Plants

Download Report

Transcript Real-Time Optimization of Crushing Plants 

REALTIDSOPTIMERING AV KROSSANLÄGGNINGAR
Erik Hulthén
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
1
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
MOTIV REALTIDSOPTIMERING AV KROSSANLÄGGNINGAR
Syfte
♦
Att köra anläggningen optimalt i varje ögonblick
Mål
♦
Att öka utbytet med 5‐10%
Sagrex (HC), Quenast, Belgien
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
2
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
REALTIDSOPTIMERING
Idag:
♦
Min vision:
Operatören väljer börvärden
♦
♦
♦
4/5/2011
Operatören väljer önskade
produkter
Optimala inställningar ges av ett
optimeringssystem
Kräver återkoppling från
processen
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
3
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
INNEHÅLL
!
n
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
4
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
Introduktion
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
5
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
KROSSANLÄGGNINGAR KONKROSSAR
Material bin
Cone Crusher
Screen
Jehanders krossanläggning för produktion av 2-5 mm material i Fjärås
Ingående material
Materialficka
Sikt
Cirkulerande last
Konkross
Produkt (0-2 mm)
4/5/2011
Produkt (2-5 mm)
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
7
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
KROSSANLÄGGNINGAR
Vulcan Materials Reliance-anläggning i Los Angeles
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
8
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
Motiv för
Realtidsoptimering
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
9
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
MOTIV FÖR REALTIDSOPTIMERING
Processparametrar varierar
♦
♦
♦
Råmaterial (storlek & kvalitet)
Slitage på maskiner
Kundkrav
Flera maskinparametrar är justerbara under drift
♦
Fasta värden på dessa kan inte vara optimalt!
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
10
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
MOTIV FÖR REALTIDSOPTIMERING PROCESSPARAMETRAR
Eccentric speed
CSS
Percentage passed (%)
Percentage passed (%)
Closed Side Setting (CSS)
Particle size (mm)
4/5/2011
n
Particle size (mm)
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
11
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
MOTIV FÖR REALTIDSOPTIMERING
Control Techniques
Frekvensomformare ger
möjlighet att justera varvtalet
under drift
Existerande spaltautomatik
fokuserar på krossen
Sandvik
4/5/2011
Metso
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
12
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
Sensorer
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
13
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SENSORER
Vulcan Materials’Reliance-anläggning i Los Angeles
ƒ Traditionell bandvåg
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
14
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SENSORER FLÖDESMÄTARE BASERAD PÅ ELEKTRISK EFFEKT
Q
h
hdrop
P
v
α
ƒ Massflödet kan beräknas genom:
m& =
( Pelectrical − Pidle )ηtot
gh + v 2 + v 2 ghdrop sin(α )
ƒ Validerad mot bandvåg i Kållered 2005‐2006
Resultat under valideringsdag
• Medelfel under en timme 1.12 %
• Maxfel < 2.33%
ƒ Kostar 1/5 av en traditionell bandvåg
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
15
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SENSORER
NCC Roads, Glimmingen, Uddevalla
ƒ Datainsamling är grunden till processtyrning
ƒ Massflödesmätare ger produktflöden
i realtid
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
16
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
Realtidsoptimering
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
17
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
REALTIDSOPTIMERING PROCESSBETEENDE
Prestanda
Processförändringar beror på:
• Slitage (systematiska)
• Naturliga variationer (systematiska & stokastiska)
Krosstegets nettoflödet [tph]
Andel färdig produkt [%]
Krosskapacitet [tph]
Ökat varvtal
Minskad spalt
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
18
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
REALTIDSOPTIMERING
FINITE STATE MACHINE (FSM) ALGORITM FÖR VAL AV CSS
SELECTION
Prestanda
Minskad spalt
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
19
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
Implementeringar och Resultat
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
20
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
IMPLEMENTERINGAR FJÄRÅS
Jehander, Fjärås
36” Hydrocone
Effektmätare
4/5/2011
Laptop i separat skåp
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
Spaltautomatik
21
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
RESULTAT FJÄRÅS
Frequency
En algoritm som ger börvärden till spaltautomatiken testades
Resultat: 3.5% bättre än ett fixt CSS (Krossen ofta begränsad av trycket)
Performance (tph)
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
22
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
IMPLEMENTERINGAR LUDDEN
Emerson frekvensomformare
Screens
HP 300 cone crusher
Jehanders krossanläggning Ludden
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
23
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
IMPLEMENTERINGAR LUDDEN
Emerson frekvensomformare
Screens
HP 300 cone crusher
Jehanders krossanläggning Ludden
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
24
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
RESULTAT
LUDDEN
300
Förlängd livslängd
Ökad produktion
250
Varierande varvtal
Prestanda
(tph)
Prestanda (tph)
200
150
Standardvarvtal
100
Resultat (I): Mantlns livslängd ökade med 27%
50
Resultat (II): Krossens prestanda 4.2% bättre än orginalvarvtal
0
0
50
100
150
200
250
300
Mantellivslängd (h)
Mantelns
driftstid (h)
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
25
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
IMPLEMENTERINGAR GLIMMINGEN
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Tertiärkross
10 effektbaserade bandvågar
Frekvensomformare installerad på HP4 konkross
Nytt användargränssnitt (HMI)
Bayview Boulevard Sydney
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
26
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
IMPLEMENTERINGAR GLIMMINGEN
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Tertiärkross
10 effektbaserade bandvågar
Frekvensomformare installerad på HP4 konkross
Nytt användargränssnitt (HMI)
Bayview Boulevard Sydney
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
27
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
IMPLEMENTERINGAR GLIMMINGEN
350
Through crusher
11/16
Between screens
Circ. Load
0/2
2/5
5/8
8/11
300
Flow (ton/h)
250
200
150
100
50
0
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
28
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
TVÅVARIABELL MODELL
• Tar hänsyn både till CSS och varvtal. • Enkel algoritm. Följ toppen av åsen!
Prestanda [tph]
Tid [s]
(CSS ändras p.g.a. slitage)
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
Varvtal [rpm]
29
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
RESULTS
GLIMMINGEN
Original
Speed [rpm]
Best fixed
0
10000
Time [s] (CSS changes due to wear)
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
20000
30
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
EVOLUTIONARY OPERATION (EVOP)
ƒ 2 parametrar
ƒ Parametrar varieras i en cykel under en fas
ƒ Cykeln flyttas när man går in i ny fas
ƒ 90 körningar ƒ 4 faser Speed
change
rate
Phase 1
141 tph
133 tph
171 tph
?
4/5/2011
117 tph
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
133 tph
Start Speed
31
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
RESULTAT
GLIMMINGEN
2‐par åsmodell, 262.5 tph
FSM, 258.4 tph
+6.9%
+5.3%
Bästa fasta varvtal, 245.5 tph
+4.2%
+18.5%
+10.8%
Originalvarvtal, 221.5 tph
ƒ Dynamiskt varvtal med 2‐variabel åsmodell:
6.9% mer produkt än optimalt fast varvtal
ƒ Totalt 18.5% mer produkt
ƒ EVOP: 20‐30% skillnad i resultat inom varje fas
ƒ EVOP kan öka processutbytet med cirka 15%
ƒ Rätt riktning hittades av EVOP‐algoritmen
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
32
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
Slutsatser
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
33
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SUMMERING ÅTERKOPPLADE SYSTEM
ƒ Det är möjligt att öka prestanta på krossanläggningar med återkoppling från processen,
3‐5 % ökning har demonstrerats.
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
34
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SUMMERING PROCESSÖVERVAKNING
ƒ En kostnadseffektiv bandvåg för processövervakning har
utvecklats och demonstrerats
Q
h
hdrop
P
v
α
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
35
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SUMMERING DYNAMISK VARVTALSVAL
ƒ En signifikant ökning av prestandan på konkrossar
kan åstadkommas med dynamiskt varvtalsval
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
36
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SUMMERING TVÅPARAMTERSMODELL
ƒ Med en tvåparametersmodell har en ökning med 6.9% demonstrerats
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
37
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SUMMERING ALGORITMER
ƒ En cellulär tillsåndsmaskin (FSM) är utmärkt för att välja varvtal på HP‐krossar
ƒ En evolutionär operation (EVOP) approach kan användas för att välja börvärden i långsammare processer Speed
change
rate
Phase 1
141 tph
117 tph
133 tph
171 tph
133 tph
Start Speed
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
38
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
SUMMERING FRAMTIDA ARBETE
ƒ Bildanalys
ƒ Förbättrade modeller, tex. för automatisk algoritmträning
ƒ Optimera en hel anläggning
ƒ Undersöka prestandan under hela mantallivslängder
Jehander’s Kållered plant, Mölndal
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
39
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH
TACK FÖR ATT NI LYSSNAT!
Tack till projektets sponsorer:
ƒ MinFo
ƒ Ellen, Walter, and Lennart Hesselmans stiftelse för vetenskaplig forskning
ƒ SBUF
ƒ MinBaS
Norstone, Tau, Stavanger, Norge
4/5/2011
Realtidsoptimering av krossanläggningar
Erik Hulthén
40
CHALMERS ROCK PROCESSING RESEARCH