Các giải pháp nâng cao hiệu quả trong tính toán thiết kế xưởng tuyển than

Nội dung text: Các giải pháp nâng cao hiệu quả trong tính toán thiết kế xưởng tuyển than

1. T¹p chÝ KTKT Má - §Þa chÊt, sè 43/7-2013, tr.104-108 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XƯỞNG TUYỂN THAN CẢNH CHÍ THANH, NINH THỊ MAI, ĐẶNG VĂN NAM Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, ứng dụng các giải pháp tin học để nâng cao hiệu quả trong tính toán thiết kế xưởng tuyển than là: Sử dụng phương pháp nội suy Lagrange thay thế các phương pháp truyền thống (phương pháp đồ thị và phương pháp nội suy tuyến tính) và xây dựng giải thuật tự động xử lý làm tròn thay thế việc làm tròn bằng phương pháp thủ công. Các giải pháp cho thấy kết quả tính toán rất nhanh chóng và chính xác. Trong bài toán thiết kế xưởng tuyển than, có 1. Sử dụng phương pháp nội suy đa thức một số vấn đề khá phức tạp còn tồn tại làm cho trong tính toán đánh giá tính khả tuyển của người thiết kế rất vất vả trong tính toán và kết than quả lại khó có được độ chính xác cao, đó là việc 1.1. Đánh giá tính khả tuyển của than tính toán để đánh giá tính khả tuyển của than và Để đánh giá tính khả tuyển của than, quy tính toán các bảng tổng hợp số liệu than đem trình tính toán gồm các bước sau: tuyển. Sau khi xem xét kỹ lưỡng những phương + Thành lập các bảng phân tích chìm nổi pháp tính toán truyền thống đang được áp dụng than các cấp hạt. Có nhiều cấp hạt cần phân và độ chính xác của các phương pháp nói trên, tích chìm nổi như: Cấp hạt 6-15mm, 15-35mm, chúng tôi đã đưa ra các giải pháp khắc phục 35-50mm và 50-100mm. Ví dụ sau khi thành những vấn đề còn tồn tại, nhằm nâng cao hiệu lập bảng phân tích chìm nổi than cấp hạt 50- quả trong tính toán thiết kế xưởng tuyển than. 100mm, ta có kết quả như trên bảng 1. Bảng 1. Bảng phân tích chìm nổi than cấp hạt 50-100mm Cấp tỷ Than đầu Phần nổi Phần chìm trọng γ (%) A(%) γ.A(%) ∑ γ (%) ∑γ.A(%) A(%) ∑γ(%) ∑γ.A(%) A(%) -1.4 62.11 4.47 277.63 62.11 277.63 4.47 100.00 2552.34 25.52 1.4- 1.5 4.12 12.68 52.24 66.23 329.87 4.98 37.89 2274.71 60.03 1.5- 1.6 2.18 22.45 48.94 68.41 378.81 5.54 33.77 2222.47 65.81 1.6- 1.7 1.69 31.72 53.61 70.10 432.42 6.17 31.59 2173.53 68.80 1.7- 1.8 2.06 41.54 85.57 72.16 517.99 7.18 29.90 2119.92 70.90 1.8- 1.9 1.94 52.30 101.46 74.10 619.45 8.36 27.84 2034.35 73.07 1.9- 2 6.05 61.01 369.11 80.15 988.56 12.33 25.90 1932.89 74.63 +2 19.85 78.78 1563.78 100.00 2552.34 25.52 19.85 1563.78 78.78 Cộng 100.00 25.52 Trong đó:  - Thu hoạch của than ứng với từng cấp hạt (%); A - Độ tro của than ứng với từng cấp hạt (%); 104
2. + Xây dựng các đường cong khả tuyển: Sau - Đầu tiên phải xác định tỷ trọng phân tuyển khi đã thành lập được bảng phân tích chìm nổi, bằng cách từ giá trị 5% trên trục hoành dưới, kẻ tiến hành xây dựng các đường cong khả tuyển. đưởng thẳng song song với trục tung, cắt đường Đường cong khả tuyển được xây dựng bao β tại 1 điểm (điểm A, theo chiều mũi tên). Từ gồm 4 đường sau: điểm đó kẻ đường thẳng song song với trục λ – Đường độ tro nguyên tố; hoành, cắt đường δ tại 1 điểm (điểm B). Từ B β – Đường thu hoạch phần nổi. kẻ đường song song với trục tung, cắt trục θ – Đường thu hoạch phần chìm; hoành trên tại điểm C - đó chính là tỷ trọng δ – Đường tỷ trọng. phân tuyển (δr=1.63). Trên hình 1 nêu ví dụ về các đường cong - Tiếp theo là xác định thu hoạch của cấp có khả tuyển sau khi đã được xây dựng. Trong đó tỷ trọng lân cận (r ±0.1) bằng cách từ trục có 4 trục cùng tích hợp trong một hệ tọa độ: hoành trên, ứng với tỷ trọng δ=1.53 và δ=1.73, Trục hoành dưới biểu diễn độ tro của than kẻ đường song song với trục tung, cắt đường δ (A%), trục hoành trên biểu diễn tỷ trọng của tại 2 điểm tương ứng (điểm D và điểm E), từ 2 than (δ), trục tung bên trái biểu diễn thu hoạch điểm đó kẻ các đường song song với trục của than (t %) và trục tung bên phải biểu diễn hoành, cắt tung độ bên trái tại 2 điểm (điểm F thu hoạch của đá thải (đ%). Chiều của các trục và G). Hiệu tung độ của 2 điểm đó chính là thu theo chiều của mũi tên bên cạnh trục cùng với hoạch của cấp có tỷ trọng lân cận. ký hiệu biểu diễn của các đại lượng tương ứng Đánh giá phương pháp: Như đã trình bày từng trục. ở trên, đầu tiên ta phải vẽ được đường cong khả tuyển các cấp hạt trên cơ sở bảng kết quả phân tích chìm nổi tương ứng đã thành lập được và từ đồ thị tiến hành xác định các thông số cần thiết. Để vẽ được đồ thị, cần phải có toạ độ các điểm hoặc phải biết được hàm số của đồ thị cần vẽ. Với bài toán này, việc vẽ đồ thị được thực hiện thông qua toạ độ của các điểm được lấy trong bảng phân tích chìm nổi. Tuy nhiên, số lượng các điểm này lại rất hạn chế (chỉ trong khoảng từ 7 đến 10 điểm). Thực tế hiện nay, khi thực hiện thủ công, người thiết kế căn cứ vào toạ độ của các điểm đã biết để vẽ các đường cong uốn qua các điểm cố định này, do đó độ chính xác là Hình 1. Đường cong khả tuyến không cao, tuỳ thuộc và kinh nghiệm và khả năng của từng người thiết kế. Từ việc vẽ các + Đánh giá tính khả tuyển than của các cấp đường cong khả tuyển có độ chính xác thấp, sẽ hạt. dẫn đến hệ quả là khi xác định các thông số từ Dựa vào các đường cong khả tuyển và độ đường cong khả tuyển sẽ thu được kết quả bị sai tro than sạch yêu cầu xác định được tỷ trọng lệch nhiều, theo đó là việc tính toán thành lập phân tuyển và thu hoạch cấp tỷ trọng lân cận, các bảng cũng sẽ bị sai, ảnh hưởng đến các kết qua đó thành lập được bảng kết quả đánh giá quả đánh giá cuối cùng. Như vậy việc sử dụng tính khả tuyển than các cấp hạt. Để làm việc đó, phương pháp này khá phức tạp, hoàn toàn thủ người ta có thể dùng 2 phương pháp: công và có độ chính xác rất thấp. a) Phương pháp đồ thị: Ví dụ trên hình 1, b) Phương pháp nội suy theo số liệu trong để đánh giá tính khả tuyển than cấp hạt 50- bảng phân tích chìm nổi: 100mm với độ tro yêu cầu của than sạch là 5%, Theo ví dụ trong bảng 1, theo cột cấp tỷ ta làm như sau: trọng, dóng theo hàng ngang, ta có: 105
3. - Ứng với tỷ trọng δ=1.5 thì có độ tro than gọi là một mẫu quan sát, các giá trị x0, x1, xn sạch At=4.98 (ô in đậm). gọi là điểm quan sát, còn y0, y1, , yn gọi là kết - Ứng với tỷ trọng δ=1.6 thì có độ tro than quả quan sát. sạch At=5.54 (ô in đậm). Ta gọi hệ n+1 hàm f0(x), f1(x), f2(x), , Để có độ tro than sạch yêu cầu là At=5% thì fn(x) là độc lập trên miền x nếu: t0f0(x) + t1f1(x) ta phải tính toán nội suy (phương pháp nội suy + t2f2(x) + + tnfn(x) = 0 (x X ) chỉ khi tuyến tính) để có tỷ trọng phân tuyển tương t0 = t1= t2 = = tn = 0. Để giải quyết bài toán ứng. Từ kết quả nội suy đó lại tính toán nội suy trên ta chọn một hệ n+1 hàm độc lập tuyến tính một lần nữa để ra cấp có tỷ trọng lân cận. f0(x), f1(x), f2(x), , fn(x) sau đó xây dựng hàm Ngoài ra, khi lập bảng cân bằng lý thuyết f(x) có dạng: các sản phẩm tuyển, cũng phải sử dụng cách nội f(x) = a0f0(x) + a1f1(x) + a2f2(x) + . + anfn(x). suy tương tự. trong đó: a0, a1, a2, , an là các tham số chưa Đánh giá phương pháp: Như vậy, với biết mà chúng ta cần xác định dựa vào hệ hàm phương pháp nội suy này, ta phải sử dụng cách f0,f1,f2, , fn và mẫu quan sát (xi,yi) (i= 0, n ).[3] tính toán thủ công, hay may mắn hơn nhờ sử Hàm f(x) được xây dựng như trên được dụng phần mềm MS Excel, ta cũng phải hiểu rõ dùng xấp xỉ hàm cho y = f(x). cách làm và nhập vào những công thức cần thiết Hiện nay có rất nhiều phương pháp nội suy để MS Excel tính toán hộ. Mặc dù thế, phương như nội suy Lagrange, nội suy Niutơn, nội suy pháp này mất rất nhiều thời gian và không có độ SPLINE, phương pháp bình phương bé nhất chính xác cao (do sử dụng phương pháp nội suy Mỗi một phương pháp đều có những ưu khuyết tuyến tính). điểm khác nhau. Với bài toán này, chúng tôi lựa Như vậy là với cả 2 phương pháp đã trình chọn phương pháp nội suy Lagrange vì đây là bày trên đều bộc lộ những nhược điểm. Vì vậy, phương pháp dễ đọc, dễ hiểu, sai số nhỏ yêu cầu đặt ra là phải nghiên cứu tìm ra giải Dưới đây trình bày đặc tả thuật toán của pháp khắc phục những nhược điểm và hạn chế module xác định giá trị các điểm bằng phương đó, giảm sai số đến mức thấp nhất. Sau khi pháp nội suy Lagrange thông qua ngôn ngữ giả nghiên cứu và thử nghiệm, giải pháp cuối cùng trình: được lựa chọn đó là sử dụng phương pháp nội suy Lagrange để tính toán giá trị các điểm tùy ý PROGRAM Yo(x0); trên cơ sở giá trị các điểm đã biết nhằm xác BEGIN định các thông số cần thiết. Y0 := 0 ; {khởi tạo giá trị ban đầu} 1.2. Giới thiệu về nội suy đa thức For i := 1 to n Giả sử các đại lượng x và y có quan hệ hàm Begin số y=f(x), Trong đó ta không biết biểu thức của T1:=1; {Tính giá trị tử số} hàm f(x) mà chỉ biết một số giá trị của y tương T2:=1; {Tính giá trị mẫu số} ứng với các giá trị của x tại các điểm: x0, x1, For j := 1 to n x2 .xn là y0, y1, y2 yn Begin If i <> j then X x0 x1 . xk . xn-1 xn Begin Y y0 y1 . yk yn-1 yn T1:=T1*(x(i)-x(j)); trong đó x x , .x được sắp xếp theo thứ tự 0, 1 n T :=T *(x -x(j)); tăng dần. 2 1 0 End; Bài toán nội suy là bài toán tìm giá trị gần đúng của y tại các điểm x, nằm giữa các giá trị End; trong bảng trên, chẳng hạn như tính gần đúng Y0:= Y0 + Y(i)*T2/T1; giá trị yk tại điểm xk. Mỗi bộ (n+1) cặp giá trị đã End; biết của x và y: (x0,y0), (x1,y1), , (xn,yn) được END. 106
4. 2. Giải thuật tự động xử lý làm tròn nào đó trong tổng để thu được kết quả mong 2.1. Nguyên tắc làm tròn trong quá trình tính muốn. toán, tổng hợp số liệu Đối với bài toán tuyển than các tham số được Trong quá trình tính toán, tổng hợp số liệu làm tròn đến 2 chữ số thập phân sau dấu phẩy. Để than đem tuyển (được lập thành các bảng), có đảm bảo được kết quả theo ý muốn, việc tìm kiếm một việc là cần phải kiểm tra giá trị tổng hợp và làm tròn với các tham số cụ thể có thể phải xét của các thành phần (thường là theo cột). Giá trị đến chữ số thứ ba hoặc thứ tư sau dấu phẩy. Sau này cần phải bằng một giá trị cho trước. Thông khi chọn và làm tròn tham số thành phần lại phải thường, số liệu sau khi tổng hợp có giá trị kiểm tra lại kết quả tổng hợp. Nếu kết quả tổng không bằng mà có thể lớn hơn hay nhỏ hơn giá hợp không đạt yêu cầu thì lại tiến hành làm lại trị cho trước đó. Vì vậy cần phải tiến hành làm Cứ như vậy cho đến khi đạt kết quả tổng hợp tròn giá trị của các tham số thành phần. Vấn đề mong muốn trong bảng. Việc này sau đó sẽ được đặt ra là để như mong muốn, cần tiến hành làm lặp lại hầu như tất cả các bảng trong quá trình tính tròn theo một nguyên tắc nhất định theo yêu cầu toán. Vì vậy công việc này mất rất nhiều thời gian chuyên môn ngành tuyển khoáng. Đây là thao và khó tránh khỏi sai sót. Hiện nay, mặc dù người tác không thể thiếu nhằm đảm bảo giảm tối đa ta đã dùng phần mềm MS Excel để hỗ trợ việc sai số và tăng độ chính xác của các tham số. tính toán, nhưng việc tìm kiếm và làm tròn thành Như trên đã nói, thực tế thường xảy ra 2 trường phần số liệu tham gia để đảm bảo nguyên tắc nói hợp phải làm tròn, đó là: trên vẫn phải làm bằng phương pháp thủ công (do - Nếu tổng đó lớn hơn một số cố định thì con người quyết định). Vì vậy, nhóm tác giả đã phải giảm các tham số nào đó trong tổng sao nghiên cứu và khắc phục những nhược điểm này cho kết quả thu được là tổng bằng số cố định đã bằng cách xây dựng một giải thuật toán học, tích cho. hợp trong một module chương trình máy tính để - Ngược lại trong trường hợp tổng đó nhỏ việc làm tròn được thực hiện hoàn toàn tự động hơn số cố định thì bắt buộc phải tăng thông số và đạt độ chính xác yêu cầu. 2.2. Giải thuật tự động xử lý làm tròn Thuật toán chính của module này được xây dựng và đặc tả bằng ngôn ngữ giả trình như sau: PROGRAM lamtron(Tong,N); BEGIN While (Tong–N>0) {Trường hợp phải giảm phần tử trong tổng} Begin - Xác định các phần tử trong tổng được làm tròn tăng; - Tìm đến phần tử được làm tròn tăng có phần mở rộng nhỏ nhất trong các phần tử đã xác định được; - Giảm phần tử tìm được đi 0.01 đơn vị; - Tính lại Tong; End; While (Tong-N<0) {Trường hợp phải tăng phần tử trong tổng} Begin - Xác định các phần tử trong tổng không được làm tròn; - Tìm đến phần tử không được làm tròn có phần mở rộng lớn nhất trong các phần tử xác định được; - Tăng phần tử tìm được lên 0.01 đơn vị; - Tính lại Tong; End; END. 107
5. Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Việc nghiên cứu ứng dụng tin học trong tính toán thiết kế xưởng tuyển than thông qua các giải thuật nói trên là giải pháp khoa học, tin [1]. Phạm Hữu Giang, 2003. Hướng dẫn đồ án cậy và đã được kiểm chứng trong thực tế. Kết thiết kế môn học tuyển trọng lực. Trường Đại quả cài đặt thuật toán và chạy chương trình cho học Mỏ-Địa chất. thấy hiệu quả của giải pháp rất rõ rệt. Nó thể [2]. Phạm Hữu Giang, 2001. Bài giảng tuyển hiện qua thời gian thực hiện tính toán nhanh trọng lực. Trường Đại học Mỏ-Địa chất. chóng, hoàn toàn tự động và đạt độ chính xác mong muốn, đáp ứng được yêu cầu đặt ra của [3]. Tạ Văn Đĩnh, 2000. Phương pháp tính. bài toán trong thực tế. NXB Giáo dục, Hà Nội. SUMMARY Solutions for increasing of coal preparation plant design calculation efficiency Canh Chi Thanh, Ninh Thi Mai, Dang Van Nam University of Mining and Geology This paper is to present results of the study and applications of information technology solutions for increasing the efficiency of coal preparation plant design calculation, which are: The use of Lagrange interpolation method to replace the traditional methods (graphical and linear interpolation methods) and rounding algorithm establishment automatically to replace manual rounding. The solutions have shown quick and accurate calculation results. 108