Автоматизация дробильного участка обогатительной фабрики

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения об объекте автоматизации

дробильный автоматизированный управление обогатительный

Автоматизируемым объектом в данном курсовом проекте является дробильный участок обогатительной фабрики. Конкретнее речь идёт о комплексе из двух дробилок и двух грохотов, каждый из которых управляется асинхронными двигателями серии 4А, но разными по мощности. В этом разделе рассматривается автоматизация грохотов. Оба грохота идентичны друг другу по всем характеристикам, поэтому процесс будет описан только для одной машины

В целом, грохот представляет собой огромное «сито», предназначенное для разделения сыпучих материалов (в данном случае - медной руды) по размеру частиц, пропуская в дробилку более мелкие, и отсеивая более крупные, не давая им попасть в процесс дробления и испортить механизм

В целом грохот - это устройство или машина для разделения (сортировки) сыпучих материалов по крупности частиц (кусков) на просеивающих поверхностях с калиброванными отверстиями с целью получения продуктов различного гранулометрического состава. Грохот применяют в горной промышленности для грохочения угля, руд, щебня, и других сыпучих материалов и обезвоживания. Грохот -- основной вид технологического оборудования дробильно-сортировочных фабрик и дробильно-сортировочных установок, рудоподготовительных и обогатительных комплексов

По характеру движения рабочего органа (просеивающей поверхности) или способу перемещения материала различают грохота: неподвижные (колосниковые, дуговые, конические; см. колосниковый грохот); частично подвижные (валковые, цепные, с возбуждением колебаний гибкого сита и другие); подвижные (гирационные и вибрационные; см. вибрационный грохот); вращающиеся (барабанные); гидравлические, в которых материал перемещается с водой. По геометрической форме просеивающей поверхности выделяют следующие типы грохотов: плоские, барабанные и дуговые; по расположению просеивающей поверхности: наклонные и горизонтальные; по крупности разделяемого материала: крупного, мелкого, тонкого и особо тонкого грохочения

При крупном (предварительном) грохочении кусков до 1200 мм применяют колосниковые решётки с отверстиями (щелями) от 300 до 100 мм; при среднем грохочении кусков до 350 мм -- колосниковые решётки со щелями 60-25 см и листовые перфорированные сита с круглыми или квадратными отверстиями 60-25 мм; при мелком грохочении кусков до 75 мм -- решёта и сита с отверстиями (ячейками) от 25 до 6 мм; при тонком грохочении кусков (частиц) до 10 мм -- сита с ячейками от 50 до 0,5 мм. В некоторых производствах при сортировке абразивов, шлифовальных порошков, гранулометрическом (дисперсионном) анализе применяют особо тонкое грохочение на мелких ситах с ячейками до 0,045 мм. Ниже представлено изображение:

Рис. №1 - Инерционный, наклонный грохот

Грохочение на частично подвижных грохотах с движением отдельных элементов просеивающей поверхности осуществляют в валковых грохотах, просеивающая поверхность которых образована дисками, насаженными на ряд валков, вращающихся в направлении подачи материала. Валковые грохота применяют при предварительном грохочении углей для выделения самых крупных классов, а также при грохочении известняка и других неметаллических полезных ископаемых перед первичным дроблением. Производительность валковых грохотов несколько выше, чем неподвижных колосниковых, однако забиваемость рабочих отверстий делает их эксплуатационно ненадежными. Подвижные грохота представлены плоскими аппаратами, совершающими симметрично продольные колебания -- наклонные (15-26°), слабонаклонные (5-6°) и горизонтальные. На обогатительных фабриках CCCP в 80-е гг. получили распространение три конструктивно-кинематических типа грохотов: инерционные наклонные, самобалансные (вибрационные с прямолинейными колебаниями) и с самосинхронизирующими вибровозбудителями. Ниже представлено ещё одно изображение

Рис №2 - Самобалансный грохот с вибровозбудителями

Основные типы плоских подвижных грохотов -- наклонные с круговыми эллиптическими колебаниями. В отличие от самобалансных вибрационных грохотов имеют по одному вибратору и наклонную просеивающую поверхность, состоящую из одного или двух сит. Широко внедряются грохота с самосинхронизацией, в которых два вибратора вследствие самосинхронизации дебалансных валов образуют один возбудитель колебаний. На углеобогатительных фабриках применяют горизонтальные полувибрационные, резонансные грохота, на предприятиях чёрной металлургии (главным образом в доменных цехах) -- электровибрационные грохота Вращающиеся грохота -- барабанные вращающиеся слабонаклонные аппараты с цилиндрическим, реже коническим барабаном, выполненным в виде просеивающей поверхности для промывки глинистых руд (в этом случае такие грохота называются барабанными промывочными или скрубберами), для промывки и сортировки щебня, гравия и песка (гравиемойки, гравиесортировки), для сортировки асбестового волокна, графитового материала (в последнем случае барабан имеет многогранную призматичную поверхность, состоящую из плоских сит), для улавливания скрапа и крупных кусков руды, разгружающихся из мельниц вместе с пульпой, для сортировки изношенных шаров при перефутеровке шаровых мельниц. Эффективность грохочения барабанных грохотов в пределах от 60 до 70%, качающихся -- 70-80%, вибрационных -- 90-98%.

В промышленности применяются все типы грохотов. Наиболее перспективны -- вибрационные, обладающие максимальной эффективностью, производительностью и надёжностью. Совершенствование грохотов идёт по пути увеличения надёжности работы за счёт применения износостойких материалов просеивающих поверхностей, производительности и эффективности за счёт совершенствования динамики грохотов и конструкции просеивающей поверхности

2. Характеристика работы аналогичных отечественных АСУ

На заводе ООО «Гранд КИТ» впервые на территории Краснодарского края была выполнена автоматизация производства с визуализацией процесса, внедрена система онлайн мониторинга. Преимуществом системы является минимальное участие оператора в управлении и регулировании процессом переработки щебня и песка, а так же иллюстрация объемов выпущенной продукции на каждом конвейере в реальном режиме времени.

Автоматизированная система управления линией переработки щебня реализована на базе PLC контроллера «Mitsubishi», а визуализация процесса на базе сенсорной графической панели GOT «Mitsubishi».

Результаты внедрения системы автоматизации (АСУ ТП) и ее преимущества:

Позволяет максимально уменьшить простои оборудования:

1) Централизованные сообщения о неисправности конкретного узла механизма

АСУ предусматривает сбор информации с датчиков: скорости, тока, дискретных сигналов обратных связей работы механизмов, выключателей безопасности, связь через последовательный интерфейс RS 485 (Modbus RTU) с измерительными конвейерными весами и инверторами. Алгоритм контроля предусматривает 128 аварийных сообщений о работе системы

2) Минимальное участие оператора в управлении и регулировании процессом переработки щебня и отсева:

- принятии решения о запуске дробильного комплекса и технологии АСУ берет на себя контроль следующих этапов управления:

- автоматический запуск АСУ в функции времени в зависимости от штатного режима управления;

- контроль и поддержание основных параметров управления;

- автоматический контроль загрузки породы в дробилку в функции тока электродвигателя дробилки (в случае перегрузки электродвигателя дробилки, происходит автоматическая разгрузка дробилки, отработка предупредительной сигнализации с последующим запуском питателя и подающего конвейера без участия оператора;

- корректный штатный останов технологии и дробильного комплекса при принятии оператором решения об останове АСУ (технолог при вызове специальной страницы на графической панели оператора «windows screen» может сам с помощью специальных регистров выставить режим останова механизмов , отдав приоритет тому или другому механизму;

- контроль за работой дробильного комплекса:

- контроль предельного касания «Статор-ротор»;

- учет количества касаний «Статор-ротор»;

- контроль питания линии касания «Статор-ротор»;

- контроль «воздушной подушки» вентилятора наддува и параметров электродвигателя;

- контроль параметров инвертора и электродвигателя дробилки

3) Визуализация процесса АСУ:

На графической панели оператора отображен графически (3D) технологический процесс с фрагментами анимации работающих механизмов в холостом режиме и под нагрузкой, отображены параметры токов, временные параметры и т.д., которые позволяют анализировать о реальной работе линии и дробильного комплекса. Нагрузки в виде графиков;

4) Архивы событий, графики, аварийные сообщения:

АСУ предусматривает создание архивов:

- учет включения и выключения механизмов линии и дробильного комплекса;

- учет аварийных сообщений;

- исторические события параметров тока и т.д. в виде графиков;

- анализ суммарной нагрузки и учет работы дробилки в холостом режиме и под нагрузкой

5) АСУ предусматривает связь по протоколу обмена с устройствами конвейерных весов:

- сбор информации о количестве прошедшего готового материала (отсева, щебня) , в течение, каждого часа, суток, месяца;

- информация о плотности распределенного материала на ленте конвейера и графическое отображение количества материала на ленте.

6) Аварийный и внештатный останов комплекса и технологии

7) Местный режим управления

3. Структурная схема и расчёт её параметров

Структурная схема системы регулирования (автоматическое регулирование загрузки дробилки регулированием частоты вращения вала грохота) состоит из следующих компонентов:

1) Задатчика постоянной величины (const)

2) Сумматора с обратной связью (греч. буква «сигма»)

3) ПИ-регулятора (Wрег)

4) Преобразователя частоты (Wпч)

5) Электродвигателя грохота (Wэд)

6) Грохота (Wгр)

7) Дробилки (Wдр)

8) Измерительного преобразователя (обратная связь, Wип)

Сама схема выглядит следующим образом:

Строим структурную схему в среде Simulink, программы Matlab

Построение схемы производится в среде Simulink программы MathLab, версия 2012 года

1) Задатчик постоянной величины - берётся из раздела «Sources», называется “Const”, и значение константы прописывается 320

2) Сумматор с обратной связью - находится в разделе «Math Operations», называется «Sum», и на его нижний вход ставится отрицательная обратная связь

3) ПИ-регулятор - он, в свою очередь состоит из двух разных компонентов, из пропорциональной и интегральной частей. Пропорциональная часть - это блок «Gain», он находится в том же разделе, что и сумматор: «Math Operations». Второй компонент ПИ-регулятора - интегральная часть, это блок «Transfer Function», и он располагается в разделе «Continuous»

4) Дробилка в структурной схеме состоит из двух блоков - звена запаздывания «Transport Delay» и «Transfer Function», включенных в схему последовательно, друг за другом. В следующем порядке - начала второй, а потом первый блок

Все остальные элементы в схеме, такие как: преобразователь частоты, электродвигатель грохота, сам грохот, и измерительный преобразователь, представляют собой на схеме блок «Transfer Function», каждый со своей передаточной функцией

Эти передаточные функции и коэффициенты необходимо рассчитать, за исключением ПИ-регулятора - его параметры выбираются исходя из полученных параметров структурной схемы и промежуточных графиков переходного процесса

Передаточные функции звеньев

Грохот состоит из апериодического звена первого порядка, и его передаточная функция имеет следующий вид:

,

где - коэффициент грохота, а - его постоянная времени, = 1, а = 0.001 с

Дробилка также состоит из апериодического звена первого порядка, но с добавлением звена запаздывания, и поэтому её передаточная функция имеет более сложный вид

* ,

где - коэффициент дробилки, а является её постоянной времени, = 1, а = 0,001 с

Измерительный преобразователь, как и грохот, состоит из того же самого звена, но его коэффициент отличается:

,

где = 10, а = 0,001 с, как и у предыдущих элементов схемы

Передаточная функция электродвигателя грохота выглядит так:

,

где = 0,001 c, а значение коэффициента рассчитывается следующим образом:

=, где - угловая частота вращения вала ротора асинхронного двигателя грохота, рад/c, а - это частота сети переменного тока, = 50 герц, следовательно:

= = = 6,283

Передаточная функция преобразователя частоты имеет следующий вид, и имеет сразу два коэффициента в числителе, но и постоянная времени также отличается:

,

где - это коэффициент преобразователя частоты, и = 5. В свою очередь, рассчитывается по той же формуле, что и из предыдущей передаточной функции, и, следовательно, = = 6,283. Последний параметр - рассчитывается по такой формуле:

= = = 3,33

Для ПИ-регулятора, исходя из промежуточных результатов, полученных на графике переходного процесса, были выбраны следующие значения:

- пропорциональная составляющая (блок «gain») = 0.01

- интегральная составляющая (коэффициент в числителе передаточной функции, блок «Transfer function») = 0.6

Как выглядит переходный процесс:

С этими значениями передаточных функций система сначала делает задержку на 1 секунду, из-за блока «Transport Delay». Потом от 1 до 4 секунды происходит скачок значения от 0 до 350. Далее, от 4 до 6 секунды система выходит на установившийся режим работы, где значение становится примерно равным 320 с некоторыми колебаниями. Далее значение становится постоянным, равным 320, и не меняется до конца моделирования системы

График переходного процесса:

Структурная схема Simulink, полученная в среде Matlab:

Теперь следует выбрать датчики веса, которые будут регулировать загрузку грохота и дробилки рудой, контролировать вес руды на конвейере перед грохотом. Также на втором конвейере, который располагается после дробилки, для руды, которая прошла процессы грохочения с дроблением

дробильный автоматизированный управление обогатительный

4. Выбор датчиков для системы управления

Перед выбором датчиков сначала требуется определить нагрузку на конвейерах, подающих руду на грохот и принимающих руду из дробилки. Каждый кубический метр руды, в зависимости от размеров кусков этой руды, имеет объёмную массу в пределах от 1,4 до 2 тонн на метр кубический. Возьмём среднее значение, равное 1,7 . Комплекс производит 320 руды в час. Исходя из этого, рассчитаем производительность комплекса в тоннах в час:

= 1,7 * 320 = 544

Далее следует определить нагрузку, которой ежеминутно подвергается конвейер под весом руды

= = = 9,067

Необходимо выбрать датчик веса, подходящий под эти характеристики. Для них подходит тензодатчик веса колонного типа C2A. Он сделан из нержавеющей стали, способен выдерживать нагрузки от 1 до 10 тонн, легко монтируется и демонтируется при необходимости. Также этот прибор соответствует требованиям OIML R60 до 4000 поверочных интервалов и требованиям по ЭМС согласно EN 45 501

Технические характеристики, тензодатчик C2A:

Список литературы

1. Прокофьев Е. В. «Системы автоматизации и управления»: учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1999

2. Лукас В. А. «Расчёт настроечных параметров автоматических систем управления типовыми промышленными объектами»: учебное пособие для вузов. - Свердловск: Изд-во СГИ, 1987

3. Штерензон В. А. «Моделирование технологических процессов»: конспект лекций. - Екатеринбург: Изд-во РГППУ, 2010

4. Прокофьев Е. В. «Автоматизация технологических процессов и производств»: уч. пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2013

5. Троп А. Е., Козин В. З., Прокофьев Е. В. «Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик»: учебник для вузов. - М.: Изд-во «Недра», 1986

6. Прокофьев Е. В. «Автоматизация технологических процессов и производств. Часть 1. Автоматизация технологических комплексов подготовительных процессов»: учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006

7. Прокофьев Е. В., Ефремов В. Н. «Структурная и параметрическая идентификация технологических комплексов обогащения»: учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2000

8. Линч А. Дж. «Циклы дробления и измельчения. Моделирование, оптимизация, проектирование и управление»: Пер. с англ. - М.: Изд-во «Недра», 1981

Размещено на Allbest.ru