BR112014030401A2

BR112014030401A2 - Sistema de controle recuperador de material a granel.

Info

Publication number: BR112014030401A2
Application number: BR112014030401-7A
Authority: BR
Inventors: Bruno Eduardo LOPES
Original assignee: Vale S/A
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2021-05-18
Also published as: MY176113A; BR112014030401B1; US20130341159A1; WO2013181727A1; US9073701B2; TW201404694A; CA2875685A1; SA113340616B1; CA2875685C; TWI589505B; AR091269A1

Abstract

SISTEMA DE CONTROLE PARA RECUPERADORAS DE MATERIAL A GRANEL. A presente invenção refere-se a um sistema de controle para recuperadoras de material a granel que compreende um controle automatizado de transformar as variáveis de velocidade e passo de translação, a velocidade de rotação a ser controlado através da estimativa do fluxo de retoma e o passo de tradução a ser ajustado em função da distância.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE CONTROLE PARA RECUPERADORASDE MATERIALA GRANEL".

Campo da Invenção (001] A presente invenção refere-se a um sistema de controle para recuperadoras de material a granel e, mais especificamente, a um sistema de controle e otimização para recuperadoras de minérios estocadosem pilha.

Fundamentosda Invenção (002] A necessidadede se controlar sistemase processosfísicos existe desde tempos remotos. O controle manual, primeira forma de controle utilizada pelo homem, e ainda presente em muitos processos,apresenta a necessidadede um operador humano que deve conhecer o sistema e ter razoável experiência e habilidade. Com o crescente aumento no grau de sofisticação das atividades humanas surgiu o interesse e a necessidadede automatizar ou semi-automatizar determinados processos, isso foi possível a partir do desenvolvimento cientifico e tecnológico, que dentre os diversosconhecimentos nos trouxe as teorias clássicas de controle.

[003] Contudo, com o avanço da tecnologia, os sistemas e processos ficaram ainda mais complexos, tornando ineficaz, ou até mesmo impossível, a utilização dos controladores convencionaisobtidos a partir da teoria clássica.Isso desencadeou uma busca por novos métodos e estratégias de controle tais como: controle multivariável, controle adaptativo, controle preditivo, e sistemasde controle inteligente.

(004] Existe um problema de controle específico associado à automação de recuperadoras, especialmente aquelas que são utilizadas na recuperação de minério em plantas de mineração.

Dentre os inconvenientes dos sistemas automatizados de operação de recuperadoras está a ocorrência de sobrefluxos e a variabilidade no fluxo de recuperação.

(005] Dentre os modos de operação de recuperadoras conhecido, existe a chamada operação semi-automática. Neste modo, o operador participa tanto do setup da recuperação quanto da operação propriamente dita, através das seguintes etapas: a) Para o setup ou início da operação de recuperação: - O operador posiciona a recuperadora em uma bancada; - Define qual será a direção do giro; - Define o valor do passo de translação; - Inicia a recuperação semi-automática; e - Marca os ângulos inicial e final do giro.

b) Durante a opereção propriamente dita:

- O operador ajusta o valor do passode translação; - Ajusta os ângulos inicial e final do giro; - Monitora remotamente a operação.

[006] Um das dificuldades principais associadaao controle de fluxo de recuperadoras é o tempo elevado entre a roda de caçamba que recebe e despeja a carga e o detector de fluxo - normalmente, uma balança- disposto a jusante da recuperadora.

[007] Esse tempo de atraso, que pode ser superior a 10 segundos, deixa instável o controle, e confere a responsabilidadepelo resultado da recuperaçãoao operador da recuperadora.

[008] Uma segunda dificuldade está associadaao ajuste da velocidade de giro e ao ajuste do passode translação.

[009] Nos sistemas semi-automáticos conhecidos,o controle de passo é realizado manualmente pelo operador. Se o valor de passo for pequeno, a recuperadora não consegue atingir o fluxo desejado. Se o valor de passofor grande, sobrefluxos são observados. Além disso, como o ajuste é manual e pontual, o formato da pilha influencia muito na performance de recuperação.

[0010] Uma terceira dificuldade está na perda na taxa de recuperação observada no momento em que a recuperadora desenvolve o processodo passo de translação. De fato, nos sistemas atuais percebe-seque a cada passo de translação ocorre uma perda significativa na taxa de recuperação, ocasionada,principalmente, pelo fato de que os movimentos de giro e passode translação não são realizadossimultaneamente.

[0011] Além das dificuldades acima, outro desafio associadoà operação de recuperadores está no chamado "ataque" às pilhas de material a granel (por exemplo, pilhas de estocagem de minério).

Para que a recuperadora consiga controlar de maneira eficaz o fluxo de recuperação é necessário que durante todo o processo de recuperação o sistema conheça as principais características da bancada que está sendo recuperada naquele momento como: Altura da bancada; Distância de penetração da roda de caçambadentro da pilha; e informações sobre a borda da pilha. A avaliação incorreta dessas informações pode levar a uma colisão com a pilha e ao consequente desmoronamento do material.

[0012] Finalmente, a operação de recuperadoras em um pátio pode sofrer inconvenientes adicionais se o sistema de controle não tiver informações sobre a posição da recuperadora, já que podem ocorrer acidentes e colisõesentre máquinas.

Objetivos da Invenção

[0013] Assim, é um dos objetivos da presente invenção proporcionar um sistema de controle para recuperadorascapazde otimizar a operação das recuperadoras.

[0014] Também é um objetivo da presente invenção um sistema de controle para recuperadoras que elimine algumas as seguintes etapas manuais realizadas pelo operador durante o setup e realizaçãoda operação de recuperação:definição da direção do giro, definição do valor do passode translação, marcação dos ângulos inicial e final do giro, ajuste do valor do passo de translação durante a operação,e ajuste dos ângulos inicial e final do giro durante a operação.

[0015] É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um sistema de controle para recuperadoras capaz de fornecer informações corretas da posição da recuperadora ao longo do pátio, auxiliando a recuperadora durante o passo de translação e dando maior confiança para o sistema de anti-colisão entre máquinas.

[0016] É ainda outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um sistema de controle para recuperadoras capaz de melhorar o desempenho durante ataque a pilha e recuperação de uma bancada,evitando colisão frontal com pilha, controlando informações de desmoronamento, e controlando informações de bancadacomo altura e penetração Sumário da Invenção

[0017] A presente invenção atinge os objetivos acima por meio de um sistema de controle que compreende: ./ Desenvolvimento do fluxo estimado em função da pressãoou corrente da roda de caçamba ./ Utilização de um controlador PIO para controlar o fluxo de recuperação em função da velocidade de giro ./ Reduçãode perdas nas bordas da bancada utilizando do processo do passo e giro simultâneos Controle do passode translação em função da velocidade ideal do giro

[0018] Assim, foram utilizadas técnicas de identificação para possibilitar a modelagem do fluxo com base na pressãoda caçambaou corrente elétrica: ./ Foi utilizado Método de Mínimos QuadradosEstendido para conseguir representar o fluxo na própria Roda de Caçamba,eliminando o tempo de atraso; ./ Foi utilizado técnicas de aprendizagempor reforço para que o ./ Estimador de Fluxoseja corrigido com o passardo tempo utilizando amostras atuais ./ Foi desenvolvida uma lógica para sintonizar o valor do passoem função da velocidade ideal do giro, reduzindo a variabilidade e aumentando o fluxo médio a cada giro .

./ Foi configurado e realizadosintonia de um controlador PIO para fazer o controle do fluxo de recuperaçãoem função da velocidade do giro

O sistema da presente invenção compreende ainda a instalação de dois sensores IDDR para controlar o ataque a pilha. Com isso, o sistema é capazde identificar: ./ Controlar informações da bancadada pilha ./ Altura da bancada, ,/ Distânciade penetração da roda de caçambadentro da pilha; ,/ Formato da superfície da bancada;e ,/ Ângulos inicial e final do giro .

(0019] As informações de bancada podem ser utilizadas para calcular a velocidade ideal de giro durante a recuperaçãopara manter o fluxo igual ao valor desejado.

(0020] O sistema da presente invenção compreende também a utilização de sensores IATR para controle de posição da recuperadoraao longo do pátio. Assim, no sistema da presente invenção os sensores são utilizados para controlar o passo de translação da recuperadora em função da distância (por exemplo, em centímetros).

(0021] A parte física do sistema da presente invenção compreende preferencialmente: • Dois scannersRadarpara ataque e posicionamento da máquina na pilha; • Três transponders Radarpara o sistema de posicionamento da recuperadora.

DescriçãoResumidados Desenhos (0022] Figura 1- ilustra o atraso entre a roda da caçambae a balança; (0023] Figura 2 - ilustra os dados da corrente elétrica usada para estimar o modelo de parâmetros; (0024] Figura3 - ilustra os dados do fluxo usadospara estimar o modelo de parâmetros; (0025] Figura4 - ilustra os dados da corrente elétrica para validar o modelo 1 (0026] Figura5 - ilustra a comparaçãoentre o fluxo real e estimado; (0027] Figura6 - ilustra a comparaçãoentre o fluxo real e estimado; (0028] Figura7 - demonstra a comparaçãoentre o fluxo real e estimado; (0029] Figura8- demonstra a comparaçãoentre o fluxo real e estimado; (0030] Figura9 - demonstra a comparaçãoentre o fluxo real e estimado; (0031] Figura 10- demonstra o ciclo de controle do fluxo; (0032] Figura 11- ilustra um fluxo controlado a 8000 ton/hr; (0033] Figura 12 - ilustra o tempo em cada sentido de rotação antes de implementar o controle de passode translação; (0034] Figura 13 - ilustra o tempo em cada sentido de rotação antes de implementar o controle de passode translação;

(0035] Figura 14- ilustra a evolução variável da RP-313K-03; (0036] Figura15 - ilustra a evolução do fluxo da RP-313K-03;

[0037] Figura16 - ilustra a evolução do transbordamento da RP-313K-03;

[0038] Figura17- ilustra a evolução variável da ER-313K-04;

[0039] Figura 18 - ilustra a evolução do fluxo da ER-313K-04;

[0040] Figura 19 - ilustra a evolução do transbordamento da ER-313K-04;

[0041] Figura20 - demonstra as faixasde ação para cada controlador; (0042] Figura 21 - demonstra uma produtividade diária, comparação entre antes e depois da recuperadoraotimizada objeto desta invenção;

[0043] Figura 22 - demonstra uma produtividade diária, comparação entre antes e depois da recuperadoraotimizada objeto desta invenção;

[0044] Figure 23 - demonstra o acompanhamento do transbordamento durante 5 horas de operação; (0045] Figura24- ilustra um sensor IDRR interligando diagrama;

[0046] Figura25 - ilustra um sensor IATR interligando diagrama; (0047] Figure 26-demonstra uma antena instalada na TR-313k-18sala de transferência;

[0048] Figura27 - demonstra uma antena instalada na ER-313k-03parte frontal; (0049] Figura28 - demonstra uma antena instalada na ER-313k-03parte traseira;

[0050] Figura29 - demonstra uma antena instalada na ER-313k-04parte frontal; (0051] Figura30 - ilustra a instalaçãodos sensoresIDRR 1 and 2; (0052] Figura31- demonstra a calibraçãodo valor de "O" para as zonasde leitura IDRR; (0053] Figura32 - demostra uma metodologia utilizada para definir a penetração roda de caçambaem valor na pilha;

[0054] Figura33 - demonstra uma metodologia usadapara definir a altura da bancada; (0055] Figura34 - demonstra detecção de borda esquerda;

[0056] Figura 35 - ilustra uma comparação entre o fluxo atual e o fluxo previsto; e Figura 36 - ilustra uma comparaçãoentre o fluxo atual e o fluxo previsto com atraso de 18 segundos.

DescriçãoDetalhadada Invenção (0057] A presente invenção será, a seguir,mais detalhadamente descrita com base no exemplo de execuçãorepresentado nos desenhos.

[0058] Um primeiro aspecto da presente invenção relaciona-se a um padrão de lógica para otimização do fluxo que foi desenvolvido com o objetivo de controle das seguintes variáveis: • Velocidade do giro

• Passo de translação Controle da velocidade do giro Modelagem matemática dos dados

[0059] Em função do elevado tempo de atraso da roda de caçamba em relação a balança do processo (vide figura 1), que impossibilitaria a implantação de um controle do fluxo, foi necessário desenvolver um modelo matemático para estimar o fluxo de recuperação e eliminar este tempo de atraso.

[0060] Inicialmente foi estudada a correlação do fluxo com as seguintes variáveis de processo: • Corrente ou pressãoda roda de caçamba • Corrente do motor de giro • Velocidade do Giro

[0061] Foi verificada a existência de uma alta correlação entre o fluxo de recuperação em relação a corrente ou pressão da roda de caçamba e em relação a velocidade do giro, e baixa correlação em relação a corrente do Giro. Para este desenvolvimento, verificou-se a necessidadede utilizar apenasa corrente ou pressãoda roda de caçambapara estimação do fluxo de recuperação.

[0062] Para representar matematicamente o fluxo estimado de recuperação foi utilizado o modelo linear ARX e o Método de Mínimos Quadrados Estendido para estimação dos parâmetros.

Para determinação da ordem do modelo foi utilizado o Método de Análise dos Autovalores para modelos lineares.

[0063] Para fazer a estimação dos parâmetros do modelo ARX foram utilizados os dados exemplificativos demonstrados na Figura2 {Corrente) e Figura3 (Fluxo).

[0064] O modelo de 3º ordem obtido foi: y(k) = al *y(k-3)- a2*y(k-2) + a3*y(k-1) + a4*u(k-2)- aS*u(k-1) + a6*u(k)) (mode/#1)

[0065] onde y=fluxo estimado, u= pressão ou corrente elétrica da roda de caçamba e al, a2, a3, a4, as e a6 são os parâmetros do sistema distinto a ser estimado.

[0066] Para a validação do modelo #1 acima, foram utilizados os dados de corrente demonstrados na Figura 4. O fluxo real e o fluxo estimado para os dados de corrente demonstrados na Figura 4 são apresentados na Figura 5. Pode-se perceber que o modelo estimado possui uma boa representaçãodos dados reais (dados exemplificativos).

Aprendizagem por reforço

[0067] Devido a uma mudança no comportamento da correlação entre a corrente da Roda de Caçamba e o fluxo de recuperação ao longo do tempo, o modelo 1 passou a não estimar corretamente o fluxo. O problema foi percebido algumas semanasapós a implantação do modelo no CLP.

[0068] Para resolver este problema foram criados dois novos métodos de aprendizagem por reforço aqui chamados de Método de Aprendizagem por Reforço por Diferença e Método de Aprendizagem por Reforço Proporcional. O procedimento para utilização dos métodos são: a. Análise graficamente do comportamento dos dados reais em relação aos dados estimados.

Divisão do gráfico em duas ou mais áreas, sendo que estas áreas deverão ser divididas de acordo com uma mudança de comportamento na diferença observada entre os dados reais e os dados estimados. Neste trabalho foi dividido em 3 áreas: Área 1: Fluxo< 4000 t/h; Área 2: Fluxo>= 4000 t/h e <=8000 t/h; Área 3: Fluxo>8000t/h.

b. Caso a diferença observada entre os dados reais e os dados estimados se tratarem de um erro estacionário opte em utilizar o Método de Aprendizagem por Reforço por Diferença. Caso seja um erro de proporcionalidade utilize do Método de Aprendizagem por Reforço Proporcional.

c. caso se opte na utilização do Método de Aprendizagem por Reforço por Diferença compare os dados estimados atrasados (de acordo com o valor do tempo de atraso) com os dados reais, determine a diferença entre estes dados (Dados reais - Dados Estimados atrasado) e some esta diferença aos dados estimados. Esta diferença deverá ser calculada e somada independente para cada área determinada no item a.

d. Caso se opte na utilização do Método de Aprendizagem por Reforço Proporcional compare os dados estimados atrasados (de acordo com o valor do tempo de atraso) com os dados reais, faça uma divisão entre estes dados (Dados reais/ Dados Estimadosatrasado) e multiplique o valor obtido aos dados estimados. Esta divisão deverá ser calculada independente para cada área determinada no item a.

e. O cálculo do erro entre os dados reais e os dados estimados deverá ser realizado a cada N segundos,sendo que o valor N será determinado de acordo com o problema a ser resolvido. Neste trabalho foi utilizado N=lO segundos.

[0069] O modelo 1 e o método de aprendizagem por reforço foi configurado no CLP da recuperadora e através da Figura 6, pode-se verificar que o fluxo estimado possui uma boa representação do fluxo real (dados exemplificativos).

[0070] Com a utilização do método de aprendizagempor reforço por diferença nas recuperadoras e Empilhadeiras-Recuperadorasfoi possívelgarantir a precisão do fluxo estimado independente da diferença do comportamento da corrente ou pressãoda roda de caçamba ao longo do tempo. Esta precisão pode ser verificada nas Figura 7, Figura 8 e Figura 9 que durante o período de teste,

apresentou um fluxo estimado bem próximo do fluxo real mantendo o valor do tempo de atraso.

Controle PIO [0071) A velocidade de giro interfere na intensidade de penetração da roda de caçambas na pilha, é definida através de uma malha de controle PID que tem como set-point {SP) o fluxo (vazão) de recuperação desejada, e como variáveis de processo {PV) a vazão estimada através da corrente da roda de caçamba.A variável controlada {CV) é a velocidade de giro da lança. Esta malha de controle pode ser verificada na Erro! Fonte de referência não encontrada.10.

[0072) Como o método de sintonia do PID não era objeto de estudo para este trabalho, foi utilizado um método de sintonia prático e os parâmetros encontrados foram: kp Ganho= 0.3; ki Ganho= 0.2; Períodode Amostragem= 100 milissegundos{dados exemplificativos) [0073) O PID e os parâmetros aqui encontrados, foram implantados no CLP da recuperadora e o resultado é demonstrado na Figura 11, na qual operador estabeleceu como SetPoint 8000 ton/h e o controlador PID ajustou a velocidade do giro até que o fluxo desejado fosse atingido. Para este PID foi configurado um Banda Morta de 500 ton/h.

Passo de translação [0074) O passo de translação inicial é definido manualmente pelo operador e individualmente antes de cada direção do giro (horário e Anti-horário). Seu ajuste é feito em função do tempo ou distância para translação em segundosou centímetros.

[0075) Caso o operador opte pelo controle automático do passo de translação, o passo ideal é calculado em função da média da velocidade do giro que a recuperadora teve para alcançar o valor do SetPoint do fluxo durante uma direção de giro. Caso a velocidade média do giro para atingir o fluxo desejado seja elevada é aumentado o tempo ou distância do passo da translação, caso seja muito baixo o tempo ou distância do passode translação é reduzido.

[0076) Quanto maior o passo de translação menor será a velocidade de giro necessária para a recuperadora atingir o setpoint e menor serão as perdas causadas por mudanças de direção no giro, em contrapartida, maior será a possibilidade de ocorrência de sobrefluxos e sobrecargas na roda de caçamba. Quanto menor o passo de translação maior será a velocidade de giro necessária para a recuperadora atingir o setpoint causando maiores perdas devido a mudança de direção do giro. A idéia é ajustar o passotranslação de forma a fazer com que o fluxo desejado seja atingido a uma determinada velocidade ideal para cada direção do giro.

[0077) A lógica para controle do passo de translação foi configurado no CLP da recuperadora e o resultado é demonstrado nas 12 e 13. Antes da implantação do controle de passo da translação o giro em cada direção, na camada de base, durava em torno de 2 minutos, conforme demonstrado na Figura 12. Após a implantação do controle de passo da translação, o giro em cada direção, na camada de base passou a ter duração média de 5 minutos, Figura 13, reduzindo perdas por mudança de direção do giro e aumentando a produtividade.

Testes (0078] O objetivo do trabalho para otimização do controle de fluxo em Recuperadoras é o aumento de produtividade, com redução de variabilidade e sobrefluxos.

(0079] A variabilidade ou coeficiente de variação (Cv) é calculada dividindo-se o desvio padrão (o) pela média de fluxo (µ ): (2) Cv= a/µ (0080] No exemplo escolhido é considerado sobrefluxo um fluxo de recuperação acima de 10000 ton/h durante um período maior ou igual a 5 segundos.

(0081] Serão demonstrados os resultados obtidos com a implantação da primeira versão do projeto de otimização do controle de fluxo na Recuperadora modelo RP-313K-03 e Empilhadeira-Recuperadoramodelo ER-313K-04. O mesmo trabalho foi replicado para todas as Recuperadorase Empilhadeiras-Recuperadorase resultados similares foram obtidos.

(0082] Modelo RP-313K-03: (0083] Através da Figuras 14, 15 e 16 foi possívelperceber que após a implantação do trabalho de otimização do controle de fluxo na RP-313K-03foi possível obter um aumento médio de 5% na produtividade com redução média de 10% na variabilidade e 20 % na ocorrência de sobrefluxo..

Modelo ER-313K-04 Para a ER-313K-04o resultado foi ainda melhor, pois, como demonstrado nas Figuras 17, 18 e 19, houve um aumento médio de 9% na produtividade com redução média de 20% na variabilidade e 39 % na ocorrência de sobrefluxo.

Soluções adicionais para otimizar a automação de recuperadoras (0084] O padrão de lógica descrito acima traz um bom desempenho para a operação remota em semi-automática, porém, alguns fatores como ângulo inicial e final de giro, passo de translação e maior controle do fluxo em bancadas instáveis precisam ser melhorados e para é necessário investir em novos sensores.Este novos sensoresdevem garantir: • Informações corretas da posição da recuperadora ao longo do pátio, para auxiliar a recuperadora durante o passo de translação e dar maior confiança para o sistema de anti-colisão entre máquinas.

• Bom desempenho durante ataque a pilha e recuperação de uma bancada (Evitar colisão com pilha, controlar informações de desmoronamento, controlar informações de bancada como altura e penetração e controle dos ângulos ideais para mudança de direção do giro).

PASSO DE TRANSLAÇÃO EM FUNÇÃO DA DISTÂNCIA

[0085] Um grande problema que enfrentávamos no estado da arte é que o passo da translação era definido em função do tempo. Um valor de tempo ajustado nem sempre faz com que o passo de translação percorra a mesma distância durante a translação, desta forma, a roda de caçamba pode se afastar ou se aproximar mais do que deveria da pilha. Sendo assim, o ideal é que o passo de translação seja ajustado em função da distância. Para isso, foi adquirido o sensor IATR que fará a medição em centímetros durante o passo da translação.

[0086] O sensor IATR é um instrumento que informa a posição da recuperador no jardim. Neste caso, qualquer tipo de sensor que seja capaz de fornecer o mesmo tipo de informação pode ser usado (Encoder,GPS, Laser, etc.).

ATAQUE A PILHA

[0087] Para que a recuperadora consiga controlar de maneira eficaz o fluxo de recuperação é necessárioque durante todo o processode recuperaçãoa instrumentação instalada informe para o sistema as principais características da bancada que está sendo recuperada naquele momento como: • Altura da bancada, • Distânciade penetração da roda de caçambadentro da pilha • Formato da superfície da bancadapara controle de desmoronamento • Ângulos inicial e final do giro (Detecçãode Borda da pilha).

[0088] Utilizando destas informações juntamente com o valor da velocidade giro é possível desenvolver um estimador que consiga fazer uma previsão de qual será o fluxo durante a recuperação de uma bancada (fluxo previsto) e com isso desenvolver um controle preditivo evitando a ocorrência de sobrefluxos e melhorando o tempo de resposta do controlador PID.

Utilizando a fórmula do fluxo previsto será possívelcalcular a velocidade ideal de giro durante toda a bancadade forma a manter o fluxo de recuperaçãoigual ao valor desejado.

[0089] O instrumento escolhido para retornar com as informações da bancada foi o IDRR. Com essa informação é possívelprever o fluxo de recuperaçãoe instalar o controle previsto. Este sensor é fornecido pela lndurad Company e é adequado para trabalhar em ambientes agressivos.

CONTROLE PREDITIVO

[0090] Para desenvolver o controle preditivo foram instalados sensores IDRR no lado direito e esquerdo da roda de caçamba. Estes sensoresinformam para o sistema a distância de penetração da roda de caçamba dentro da pilha e a altura da área da pilha que está sendo recuperada.

Utilizando destas informações juntamente com a velocidade do giro foi possível desenvolver um estimador para prever o fluxo. Foi desenvolvido uma lógica que verifica valor do fluxo previsto e caso ele seja maior ou menor que 15% do fluxo desejado é realizado um ação do controle preditivo, ou seja, o controlador de fluxo PID é desativado temporariamente, a referência de velocidade ideal calculada pelo controle preditivo é escrito no CLP e então se habilita novamente o controlador PID. É importante ressaltar que o PID controla o fluxo que foi estimado pela corrente ou pressão da roda de caçamba. A área de atuação de cada controlador são demonstrados na Figura20.

Detalhes do controle preditivo

[0091] Para o controle preditivo do fluxo foi desenvolvido um estimador de fluxo que utiliza as informações de distância de penetração da roda de caçamba com a pilha, a altura da bancada e a velocidade do giro como parâmetros deste estimador.

[0092] As Figuras35 e 36 demonstram o resultado do estimador (Fluxo previsto). Pode-severificar que o fluxo previsto possui boa representação do fluxo real e o seu tempo de atraso é de 18 segundos. Como a balança encontra-se 12 segundos atrasado da roda de caçamba, pode-se concluir que utilizando das informações disponibilizadaspelos sensores iDRR, é possívelfazer uma previsão do fluxo 6 segundosadiantado da roda de caçamba.

[0093] Utilizando a expressão do fluxo previsto foi possível calcular a velocidade ideal de giro durante toda a bancada de recuperação de forma a manter o fluxo de recuperação igual ao valor desejado. Os modelos (1) e (2) demonstram a fórmula de velocidade ideal para o giro horário e anti-horário, respectivamente.

Vl = al *SP + a2*P1 (1) V2 = bl *SP + b2*P2 (2)

[0094] Sendo Vl=Velocidade Anti-Horário, V2=Velocidade Horário, Pl=Valor de Penetração do iDRRl, P2=Valor de Penetração do iDRR2 e SP = SetPoint do fluxo e al, a2, bl e b2 são os parâmetros do sistema distinto a ser estimado.

[0095] Para manter o fluxo de recuperação igual ao valor desejado, foi desenvolvido uma lógica que verifica o valor do fluxo previsto utilizando as informações disponibilizada pelo iDRR. Caso ele seja maior ou menor que 15% do fluxo desejado é realizado um controle antecipatória, ou seja, o controlador de fluxo PID é desativado temporariamente, a referência de velocidade ideal é escrito no CLP e o controlador PID é reativado após um período.

TESTE

[0096] Após a implantação da nova lógica de otimização a recuperadora modelo ER-313k-03 passou a apresentar uma maior constância no fluxo de recuperação, desta forma, foi possível reduzir a variabilidade e como conseqüênciaobter um aumento na produtividade.

[0097] Para verificar a performance da ER-313k-03após a implantação do projeto de otimização de recuperadorasfoi utilizado dados do PIMSpara calcular o valor de produtividade e variabilidade diária da ER-313k-03.As Figuras21 e 22 demonstram os resultados deste comparativo. É possível verificar que após a implantação do presente invento de otimização houve uma melhora média de 8% na produtividade com redução de 8% na variabilidade.

[0098] Com relação ao resultado de sobrefluxo foi possívelverificar, através de dados extraídos do PIMS, que após a implantação do projeto de otimização, a ER-313k-03 está conseguindo manter alto valor de produtividade com baixo índice de sobrefluxo. Através da Figura 23 é possível verificar que após a implantação do projeto foi possívelreduzir um valor médio de 30% no valor de sobrefluxo.

[0099] Na concretização preferida da invenção, para o desenvolvimento do projeto de otimização foi necessário fazer a aquisição dos instrumentos iDRR e iATR, da indurad, juntamente com os serviçosde instalação e configuração destes instrumentos

[00100] Equipamentos utilizados: • Materiais de Instalaçãoem campo • 2 sensoresiDRR • 1 iRPU para controle dos sensoresiDRR • 8 antenas iATR • 1 iRPU para controle dos sensoresiATR • CabosCanBUS e Ethernet

[00101] A instrumentação utilizada pelo sistema da presente invenção deverá garantir: a) Precisãodo ângulo de giro b) Precisãodo ângulo de elevação c) Posiçãoda recuperadora ao longo do pátio d) Bom desempenho durante ataque a pilha (Evitar colisão com pilha, controlar informações de desmoronamento, controle dos ângulos ideais para mudança de direção do giro).

a) Precisão no ângulo do giro

[00102] A solução é instalar um sistema de Radio frequency ldentification - RFID. O rádio e a antena devem ser fixados em um suporte na parte giratória do giro e os TAG's fixos na parte fixa do giro da máquina, a cada 5º deverá ser fixado um TAG para garantir a posição correta da máquina.

[00103] O funcionamento deve ser em conjunto com o encoder, isto é, o RFID indicará os ângulos determinados e o encoderfará a leitura entre os ângulos definidos pelo RFID. O RFID terá também a função de presetar os encoders, isto é, o encoder será ajustado a cada TAG. A posição Oº deve ser definida com a lança da máquina posicionadasobre o TR do pátio sentido fluxo: para o lado direito variar o ângulo com sinal positivo e para o lado esquerdo variar o ângulo com sinal negativo.

b) Precisão no ângulode elevação

[00104] A solução é instalar um inclinômetro eletrônico para medir a elevação indicando os ângulos de acordo com a posição da lança. A posição Oº deve ser definida com a lança posicionada na horizontal, se a lança for movimentada para cima, variar a indicação de ângulos positivamente, se a lança for movimentada para baixo, variar a indicaçãode ângulos negativamente.

e) Posição da recuperadoraao longo do pátio

[00105] A solução sugerida para o posicionamento da recuperadora ao longo do pátio é a instalaçãode três transponders Radar,sendo que um transponder deverá ser instalado na máquina e o outros dois transponders deverão ser instalados nas extremidades do pátio (início e final).

[00106] Os transponders Radar garantem a comunicação de maneira extremamente confiável a distânciasde até 1800 metros, sendo que pequenos obstáculos não ocasionam perdas de sinal. Sua precisão é em centímetros e o tempo de resposta inferior a 1 segundo. Os transponders são preparados para suportar ambientes extremamente agressivos,como poeira, altas temperaturas e fortes chuvas.

d) Ataquea pilha

[00107] O posicionamento da máquina na pilha deverá ser feito de forma automática, para isto, o operador deverá informar apenas os dados da pilha a ser recuperada. Durante todo o processo de recuperação a instrumentação instalada na recuperadora deverá controlar as principais característicasda pilha, como altura, comprimento e largura. Esta instrumentação deverá controlar informações de desmoronamento e os ângulos ideais para mudança de direção do giro e deverá ser uma proteção para evitar a colisão da recuperadora com pilha.

[00108] Para o controle do posicionamento da recuperadora na pilha, deverá ser instalado pelo menos dois scanners Radar 3D.

[00109] A instrumentação deve atender aos seguintes requisitos (concretização preferida): Critério Requisito Manutenção Baixa necessidadede manutenção Particulado em suspensão Sinal não poderá sofrer reflexão Precipitação Sinal não poderá sofrer atenuação

Tempo de Resposta Inferior a 100 ms Obstrução Deverá possuir baixaSensibilidade Resolução Inferior que 10 cm Grau de Proteção IP65 ou superior Área de Leitura Instalado a uma distância de 30 m deverá possuir uma área superior de 24 m2 (2m comprimento x 12m altura) para fazer a leitura de uma bancada Características adicionais da instrumentação preferida

[00110] Conforme descrito acima, foram identificados os instrumentos IATR e IDRR da lndurad como a melhor a opção para a implantação do sistema da presente invenção. Assim, o sistema proposto é constituído por: • Dois scanners Radar IDRR utilizado para controlar o ataque a pilha durante o processo de recuperação. Estes ScannersRadarserão ligados a uma IRPU via CanBuse a IRPU fará comunicação com o CLP via Ethernet Modbus. O esquema de interligação é demonstrado na Figura 24.

• Quatro sensores IATR utilizando de 8 antenas para o sistema de posicionamento da ER-313k-03ao longo do pátio e para o cálculo de Anticolisão com ER-313k-04.O esquema de interligação é demonstrado na Figura25.

Instalação da instrumentação

IATR

[00111] O sistema iATR foi projetado para medir a distancia entre a casa de transferência da TR-313k-18 com a ER-313k-03 e entre a ER-313k-03e a ER-313k-04. Cada módulo iATR foi conectado a duas antenas, com o objetivo de fazer a redundância do sistema aumentando a confiabilidade do sensor e melhorando sua precisão em longas distâncias. Os cálculos de distância entre as antenas é realizado pela iRPU instalado na ER-313k-03e enviado ao CLP que utilizará destas informações para a lógica de automatismo.

[00112] As Figuras 26 e 27 demonstram as antenas instaladas na casa de transferência da TR-313k-18 e na parte frontal da ER-313k-03, respectivamente. Utilizando das informações disponibilizadas por estas antenas será possíveldeterminar a posição da ER-313k-03ao longo do pátio.

[00113] As Figuras 28 e 29 demonstram as antenas instaladas na parte traseira da ER-313k-03e frontal da ER-313k-04,respectivamente. Utilizando das informações disponibilizadas por estas antenas será possíveldeterminar distânciasentre a ER-313k-03e a ER-313k-04.

[00114] O modelo do iATR instalado na ER-313k-03foi o Master, ele envia os dados recebidos pelas antenas a uma iRPU localizada dentro da sala elétrica, via cabo de rede ethernet. Na sala elétrica foi instalado um segundo painel contendo a fonte de alimentação e o switch responsável pela interligação da iRPU com o CLP.

IDRR (00115] As instalações do iDRR foram projetadas para controlar as informações de bancada da pilha. Para isto foram instalados dois radares iDRR, um de cada lado da roda de caçamba. Estes radares enviam os dados para uma iRPU localizado dentro da cabine do operador que processaos dados e os envia para o CLP.

(00116] Os ângulos de instalação dos radares foram definidos durante o comissionamento, onde iDRRl fica a 30º e o iDRR2 fica a 38º, ambos em relação ao chão. O local de instalação dos radares é demonstrado na Figura30.

Características de instalação Perfil da pilha

[00117] Os sensores IDRR foram configurados para fazerem a leitura da distância da roda de caçambacom a pilha utilizando 10 zonasde leitura em cada lado da roda de caçamba. Cada zona é lida em um ângulo de 5 graus a partir do sensor. Para calibração das zonas a iRPU do iDRR foi configurado para armazenar os dados obtidos pelo iDRR, durante a recuperação de uma bancada, juntamente com imagens filmadas por um instrumento chamado iCAM. A calibração das zonas foi realizado confrontando os dados históricos obtidos pela iRPU com as imagens obtidas pelo iCAM.

(00118] A calibração das zonasfoi feita de tal maneira que o valor "O" de cada zona acompanhe a geometria da roda de caçamba.Com isso, caso as zonas retornem valores negativos significa que o minério será recuperado pela roda de caçamba e valores positivos, significa que o material está distante do ataque da roda de caçamba(figura 31).

Penetração da roda de caçamba na pilha de minério (00119] Através da solução implantada é possível determinar o quanto a roda de caçamba está dentro da pilha de minério, ou seja, o valor de penetração que será retornado em centímetros.

Quanto maior a penetração da roda de caçamba na pilha, maior será quantidade de minério recuperado e menor deverá ser a velocidade do giro para manter o fluxo igual ao valor desejado.

(00120] Para determinar o valor de penetração, o sistema envia para o PLC qual a zona está mais próxima do sensor. Por exemplo, quando a maquina estiver recuperando com o giro no sentido horário, os valores lidos pelo sensor iDRR 2 (instalado a direita da roda de caçamba) serão negativos. A iRPU informa ao CLP qual zona possui o valor mais negativo. O valor contido nesta zona é classificado como a distância de penetração da roda de caçamba na pilha. A Figura 32 demonstra um exemplo de como o iDRR determina a zona mais próxima.

Altura da bancada

[00121] O sistema faz a medição da altura da bancada que está sendo recuperada naquele momento. Para determinar a altura da bancada o iDRR identifica a quantidade de zonas que possuem valores positivos e negativos. Através destas informações será possível determinar a altura da bancada. A Figura 33 demonstra um exemplo de como o iDRR determina a altura da bancada.

Detecção de bordas

[00122] Os sensores IDRR também serão utilizados para determinação de borda da bancada, para isso ele irá monitorar a distância das 10 zonas e através destas informações será possível determinar a presençade borda da bancada.

Detecção da borda esquerda

[00123] Está configurado no sensor da esquerda da recuperadora (iDRR 1) para que durante o giro no sentido anti-horário, quando todas as zonas não detectarem mais a pilha, um sinal digital seja enviado ao CLP indicando que a borda esquerda da pilha foi detectada. O sistema indicará borda esquerda quando todas as zonas não detectarem a presença de pilha, conforme demonstrado na Figura 34.

Detecção da borda direita

[00124] O funcionamento para detecção da borda direita da bancada da pilha tem o mesmo princípio de funcionamento da esquerda, porém a zona configurado para a indicação de borda detectada é a 5 (cinco). Destaforma, o sistema indicará borda direita quando as zonas de 1 a 5 não detectarem a presençade pilha.

[00125] Finalmente, deve ser entendido que as figuras mostram uma concretização preferida do sistema de controle da presente invenção, sendo que o real escopo do objeto da invenção encontra-se definido nas reivindicaçõesapensas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistemade descargade material a granel, caracterizado pelo fato de compreender: pelo menos, um silo (1) para receber uma carga a granel descarregadaa partir de um meio de transporte de carga; e pelo menos, um alimentador (3) para alimentar a carga do silo para uma correia transportadora (2); o sistema compreendendo meios de controle de fluxo configurados para regular os parâmetros de funcionamento do alimentador (3) para certificar de que uma taxa de fluxo calibrado estimada (FC) corresponde a uma taxa de fluxo desejada (FD), em que a taxa de fluxo calibrado estimada (FC) é obtida com base no fator de calibração calculado por comparação de um fluxo estimado (y), com base em um parâmetro de funcionamento do alimentador (y) com um fluxo de medida a jusante do silo.

2. Um sistema de descarga,tal como reivindicado na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de controle de fluxo é um controlador configurado para regular a velocidade de cada um dos alimentadores para certificar-se de que a taxa de fluxo calibrado estimado corresponde a uma taxa de fluxo desejada.

3. Um sistema de descarga, tal como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fluxo real medido é obtido a partir de uma balança disposta sobre a correia transportadora (2) em um ponto a jusante (4) do silo (1).

4. Um sistema de descarga,tal como reivindicado em qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o sistema de descarga compreender um ou mais alimentadores (3).

5. Um sistema de descarga,tal como reivindicado na reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a taxa de fluxo estimada (y) é obtida a partir da corrente e a velocidade dos alimentadores (3), com base na seguinte equação: Y (t) = (01 * U1(t)) + 02 * V1(t)) + 03 * ui(t)) + 04* V2 (t));

onde V = estimativa de fluxo, ul = corrente do primeiro alimentador, vl = velocidade do primeiro alimentador, u2 = corrente do segundo alimentador, v2 = velocidade do segundo alimentador e a1, a2, a3 e a4 são os parâmetros do sistema discreto a serem estimados.

6. Um sistema de descarga, tal como reivindicado na reivindicação 5, caracterizado por o fato de que o sistema compreende dois silos (1) e um meio de controle de nível é fornecido para permitir que os níveis de carga nos silos (1) estão pertos um do outro.

7. Um sistema de descarga, tal como reivindicado na reivindicação 6, caracterizado pelo fato de os meios de controle de nível compreendem um meio de controle manual do nível que permite o ajuste manual de uma diferença de velocidade entre os alimentadores (3).

8. Um sistema de descarga, tal como reivindicado na reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o meio de controle de nível é um meio automático de controle de nível, que compreende um transmissor de nível associado a cada um dos silos (1), sendo que, os meios de controle automático são capazes de regular os parâmetros de funcionamento dos alimentadores (3) com base no nível de carregamento nos silos.

9. Um sistema de descarga, tal como reivindicado em qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo facto de o sistema de descarga compreende, ainda, uma interface de controlo para a regulação e que acompanha os parâmetros de funcionamento do sistema.

10. Um sistema de descarga, tal como reivindicado em qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o meio de transporte de carga ser um descarregador de carros.