Автоматические системы управления процессами дробления

Автоматические системы управления процессами дробления

Реферат

Автоматические системы управления процессами дробления. Курсовая работа.

Ключевые слова: АСУ дробилок, размер разгрузочной щели, конусная дробилка, щековая дробилка, управляемые объекты, контролируемые объекты.

Содержит: общие сведения о рассматриваемом объекте, характеристику элементов как управляемых объектов, структурную схему, преимущества, графический материал.

Введение

Автоматизация технологических процессов является едва ли не решающим фактором повышения производительности и улучшения условий труда, улучшения экономических показателей.

В современных условиях одной из главных задач горно-обогатительных предприятий является сокращение энергетических затрат и эксплуатационных расходов в рудоподготовке. Наиболее энергоемким во всей технологии дезинтеграции полезных ископаемых является процесс измельчения. Поэтому основной путь экономии удельных, прежде всего, затрат по рудоподготовке в целом - снижение крупности дробленого продукта, поступающего в измельчение. Решение задачи снижения крупности конечного продукта и повышение производительности дробильного передела во многом обеспечивается посредствам оптимизации управлением, как самим процессом дробления, так и комплексом оборудования дробильной фабрики в целом.

Для достижения данной цели необходим комплексный подход к рассмотрению ряда как технологических проблем, связанных непосредственно с конструктивными решениями применяемых схем дробления, так и проблем по оптимальному автоматизированному управлению комплектом механизмов самой дробилки, как отдельного агрегата, а также механизмов поточно-транспортной системы подачи исходного материала и уборки готового продукта.

Наиболее важными функциями поставленной АСУ дробилок являются:

непрерывный контроль состояния оборудования комплекса механизмов и агрегатов дробилки в процессе работы;

формирование сигнала для управления загрузкой дробилки.

Автоматическое регулирование загрузкой дробилки (работа в оптимальном режиме загрузки главного привода) реализуется за счет управления подачей материала в функции тока двигателя главного привода.

Базовой посылкой при реализации автоматизированного способа управления загрузкой дробилки является достижение максимально-возможной производительности при условиях поддержания заданного значения величины тока двигателя главного привода при определенном установленном размере разгрузочной щели.

1. Общие сведения

Процесс дробления предназначен для снижения крупности кусков руды, добываемых в карьере (максимальная допустимая крупность куска руды - 1200 мм), в шахте (максимальная крупность кусков до 800 мм), до крупности, приемлемой для последующих процессов подготовки руды к обогащению в цикле измельчения (максимальная крупность кусков руды, поступающие на измельчение - 20-40 мм).

Существует несколько стадий процесса дробления:

1.- стадия крупного дробления (до крупности - 400 мм).

2.- стадия среднего дробления (до крупности - 200-300 мм)

3.- стадия мелкого дробления (до крупности - 20-40 мм).

Крупное дробление производится в дробилках крупного дробления конусного типа (ККД - конусные крупного дробления) или в щековых дробилках типа ЩКД (ЩКД - щековая крупного дробления).

Щековая дробилка со сложным качанием подвижной щеки посажена на горизонтальную ось, опирающуюся на два подшипника. Каждая точка подвижной щеки, периодически приближаясь и удаляясь от неподвижной, описывает дугу окружности. Щель между неподвижной и подвижной щеками при этом то уменьшается то увеличивается, и куски материала, находящиеся между ними, сначала раздавливаются, а затем выпадают из дробилки.

Рис. 1. Кинематические схемы щековых дробилок: а - с простым движением щеки; б - со сложным движением щеки

У дробилок со сложным качанием подвижной щеки (рис. 1, б) верхний конец ее подвешен к вращающемуся эксцентриковому валу, а нижний шарнирно связан тягой с задней торцовой стенкой корпуса дробилки. При вращении вала каждая точка щеки движется по замкнутой кривой, т. е. качается по дуге окружности и поступательно перемещается вверх - вниз вдоль щеки. Материал, зажатый между щеками такой дробилки, не только раздавливается, но и истирается. У таких дробилок относительно небольшая производительность.

Среднее дробление происходит в дробилках среднего дробления, конусного типа (КСД - конусная среднего дробления).

В конусных дробилках материал раздавливается между поверхностями двух конусов: вращающимся внутренним 1 и неподвижным внешним 2 конусом. В зависимости от типа дробилки внутренний конус совершает круговые колебания по одной из трех схем. (рис. 2)

Рис. 2 Расположение конусов дробилки

В конусных дробилках с крутым конусом и подвешенным валом (рис. 2, а) внутренний конус совершает круговые колебания около неподвижной точки О, находящейся на оси наружного конуса, при этом центр основания внутреннего конуса описывает окружность вокруг этой оси. В конусных дробилках с крутым конусом (рис. 2, б) круговые колебания внутреннего конуса 1 совершаются с перемещением его оси по образующей А - В цилиндра с радиусом, равным эксцентриситету Г. В дробилках с консольным валом (рис. 2, в) точка О, вокруг которой совершаются круговые колебания внутреннего конуса 1, смещена вниз до уровня верхней кромки наружного конуса 2. При круговых колебаниях поверхность внутреннего конуса поочередно, то приближается, то удаляется от нее. В момент приближения внутреннего конуса к поверхности внешнего происходит дробление, а при удалении раздробленный материал под действием собственного веса выпадает из кольцевого отверстия дробилки. Таким образом, дробление и разгрузка в дробилке происходит непрерывно.

Мелкое дробление проводится в конусных дробилках мелкого дробления (КМД - конусные мелкого дробления).

2. Характеристика элементов как управляемых объектов

Под объектом управления понимается технологический аппарат или совокупность технологических аппаратов, в которых осуществляются (или с помощью которых осуществляются) типовые технологические операции смешения, разделения, либо их взаимное сочетание с простыми операциями.

Рассмотрим каждый элемент технологического комплекса дробления, объект управления, отметим их возмущающие и управляющие воздействия, выходные параметры.

Питатель (конвейер).

Структурная схема питателя как объекта управления показана на рис. 3

Рис. 3 Схема питателя как объекта управления

К входным управляющим воздействиям питателя относят: частоту вращения электродвигателя питателя n, об./мин.; положение шибера (затвора) выпускного отверстия приемного бункера (если он есть) S, мм.

К входным возмущающим воздействиям относят: содержание контрольного класса крупности в руде аг, %; влажность исходной руды W, %; наличие глин, ухудшающих процесс выхода руды из выпускного отверстия бункера (нарушается сыпучесть материала) Г, %.

К входным воздействиям относят также помехи F(t). Это, как правило, старение (износ) оборудования, люфты, заедания и т. п.

Выходными параметрами являются массовый расход руды (производительность питателя) QР, т/ч, и содержание контрольного класса крупности в руде агm,, % или относительных единицах.

Грохот.

Структурная схема грохота как объекта управления представлена на рис. 4

К входным управляющим воздействиям грохота могут быть отнесены: частота вибрации деки грохота (если тип грохота - вибрационный) f частота качаний в минуту, производительность по исходному материалу QР, т/час.

Рис. 4 Схема грохота как объекта управления

К возмущающим воздействиям относят: содержание контрольного класса крупности в исходном материале aг, наличие глинистых включений, ухудшающих процесс грохочения Г и др.

К входным воздействиям относим также помехи F(t). Это, как правило, старение оборудования, забивка отверстий просеивающих поверхностей и др.

К выходным показателям грохота как объекта управления относим: количество надрешетного продукта Qн, т/ч; количество подрешетного продукта Qп т/ч; содержание контрольного класса крупности в подрешетном агп и надрешетном агн продуктах.

В ряде случаев в качестве выходного показателя работы грохота может быть принята эффективность грохочения Э, определяемая как

где Qг. п и Qр. п - количество контрольного класса крупности в подрешетном продукте и руде.

Дробилка.

Структурная схема дробилки как объекта управления приведена на рис.5

К входным управляющим воздействиям дробилки могут быть отнесены: частота качаний щеки (в случае щековой дробилки) или конуса (в случае конусной дробилки) nдр, число качаний/мин.; производительность по исходному питанию, т/ч; положение регулирующего органа, изменяющего размер выходной щели дробилки (в случае применения дробилок с гидравлическим приводом для изменения выпускной щели дробилки) Sщ, мм.

грохот питатель загрузка дробилка

Рис. 5 Схема дробилки как управляемого объекта

К возмущающим воздействиям относят: содержание контрольного класса крупности в поступающей на дробление руде аг, %; физические свойства руды σ (твердость, трещиноватость, раскалываемость и т.д.); влажность руды W,%; наличие глинистых включений Г и др.

К входным воздействиям относим также помехи F(t): старение оборудования, износ футеровочных плит, износ выпускной щели дробилки и др.

К выходным управляемым показателям относим: производительность дробилки по дробленому продукту Qг, т/ч; содержание контрольного класса крупности в дробленом продукте аг.д, %; активная мощность, потребляемая электродвигателем привода дробилки, Р, кВт; уровень руды в рабочей зоне дробилки h, м.

Рассмотрим в качестве примера технологический комплекс дробления, состоящий из питателя, дробилки и грохота в качестве объекта управления (рис. 6).

Рис. 6 Схема цепи аппаратов одного из комплексов дробления

Такой технологический комплекс как объект управления может быть представлен следующим образом (рис. 7)

Рис. 7 Схема технологического комплекса как объекта управления

В принятых ранее для элементов комплекса обозначениях на структурной схеме комплекса дробления как управляемого объекта представлено:

Управляющие воздействия:

частота вращения двигателя привода питателя п, об./мин.;

положение регулирующего органа разгрузочной щели дробилки SЩ, мм;

f - частота вибраций грохота, число качаний/мин.

Возмущающие воздействия:

аг - содержание контрольного класса крупности в руде на входе дробильного комплекса;

σ - физические свойства дробимой руды;

W - влажность руды;

Г - наличие глинистых включений.

В качестве управляемых выходных показателей комплекса можно рассматривать:

Qп - производительность комплекса по готовому продукту, т/ч;

Ра - активная мощность, потребляемая электродвигателем привода дробилки, кВт;

а г.n - содержание контрольного класса крупности в выходном (подрешетном) продукте;

h - уровень руды в рабочей зоне дробилки, м.

Возможные каналы управления:

количество руды в питании дробилки QР

количество готового продукта минусового класса Qn;

положение регулирующего органа разгрузочной щели дробилки SЩ;

количество дробленой руды минусового класса Qп и т. д.

Любое управляющее воздействие на входе комплекса связывают с любым приходным показателем, характеризующим работу комплекса.

Исследуется также и поведение по каналам передачи возмущающих воздействий. Например, крупность (содержание контрольного класса крупности) руды в питании аг - эффективность разделения дробленой руды Э; твердость руды на входе σ - потребляемая мощность электродвигателем привода дробилки Р и т. д.

. Структурная схема АСУ технологического управления дробилкой

В основу алгоритмов управления легли зависимости основных технологических показателей работы дробилок в режиме цеха (отделения ДТО).

) зависимость производительности дробилки от размера разгрузочной щели;

) зависимость потребляемой электроэнергии от производительности дробилки;

) зависимость параметра «шаговая переработка» от производительности дробилки и размера разгрузочной щели.

Рис. 8 Структурная схема АСУ технологического управления дробилкой

В процессе рабочего проектирования по выполнению функций оптимального управления загрузкой и регулирования разгрузочной щели в исходное «Техническое задание» внесены изменения с целью реализации режима управления подачей руды в дробилку в зависимости не от уровня материала в приемной зоне, а от пропускной способности дробилки, определяемой величиной разгрузочной щели с ограничением по допустимому току главного привода дробилки (1мд, <42,5А); и по уровню материала в приемной воронке (L, <750 мм).

Принятый исходно критерий ограничения подачи по допустимой потребляемой мощности двигателя главного привода, был признан в ходе выполнения наладочных работ недостаточно корректным, т. к. в данной конкретной системе управления контроль мощности осуществляется с помощью измерительных преобразователей активной мощности (Рмд, кВт), т. е. получаемые параметры не отражают полную загрузку двигателя. Поэтому более точным показателем для защиты агрегата (дробилки) от перегрузки был признан ток двигателя главного привода.

Дополнительно при управлении подачей руды реализуются функции контроля расчетного параметра - удельной потребляемой мощности на тонну переработанной руды, величина которой отображается на экране операторской станции управления дробилкой.

Таким образом, исходным базовым критерием для реализации алгоритма оптимального управления загрузкой в функции пропускной способности дробилки является определение расчетного значения показателя «текущая величина разгрузочной щели» по принципу шаговой переработки (переработка количества руды, при котором щель изменяется на 1 шаг подтяжки).

На операторской станции реализован проект визуализации с привязкой к основному видеокадру контроля состояния оборудования дробилки (см. рис. 9). В верхней правой части экрана располагается инструментально-информационная панель, на которой отображаются следующие параметры:

) щель, измеренная на дробилке (мм);

) расчетная щель (мм);

) рекомендованное число шагов подтяжки (шаг).

Рис. 9 Видеокадр контроля состояния оборудования

При проведении перестройки разгрузочной щели в местном режиме работы гидроагрегата обслуживающий персонал обязан инициативно ввести информацию о размере разгрузочной щели с операторской станции.

Система контролирует факт работы гидроагрегата при подтяжке разгрузочной щели и сообщает о необходимости ввода информации о фактическом размере щели в специальном информационном окне (см. рис. 10).

Рис. 10 Сообщение о необходимости ввода информации о размере разгрузочной щели после работы гидроагрегата.

В случае проведения подтяжки щели без ввода информации функции оптимизации управления загрузкой деактивируются и оператору доступен только ручной режим управления подачей (установка заданной производительности с регулированием по ограничению мощности двигателя главного привода).

Функция «оптимального управления загрузкой руды в дробилку» реализуется только от контроллера и обеспечивает управление приводами подающего конвейера в зависимости расчетного значения показателя «текущая величина разгрузочной щели», автоматически формируя задание на количество подаваемой в дробилку руды (Q, т/ч). Следует отметить следующие особенности программной реализации контура регулирования оптимальной загрузки (подачи) материала в дробилку.

) Оптимизация подачи материала в функции величины разгрузочной щели производится только в рекомендованном технологическом диапазоне значений данной щели (8,5 - 10,5мм). При работе дробилки со щелью вне данного диапазона регулятор обрабатывает задание алгоритма в щадящем режиме. На станции оператора дробилки формируются информационные сообщения о необходимости проведения подтяжки щели.

) Ограничение подачи по току двигателя (I, <42,5А) и уровню материала в приемной воронке (L, <750 мм) производится не по мгновенному, а по усредненному значению параметра, если контролируемый параметр превышает значение ограничительной установки в течение 5 сек.

) В регуляторе реализован контроль изменения самого регулируемого параметра (подачи руды) для предотвращения режима завала дробилки в случае с перебоями в подаче материала на конвейере (защита от завала) по следующему алгоритму:

в случае резкого снижения подачи руды (более чем на 70% от установившегося значения за время 3 сек), не обусловленного формированием какого-либо управляющего воздействия из системы управления, производится снижение установки задания подачи материала;

уровень задания (Q, т/ч) снижается на 30% от ранее заданного значения;

при возобновлении подачи руды, и достижения вновь заданного (заниженного) значения (Q1, т/ч) по истечении 15 сек. стабильного уровня загрузки автоматически установка задания подачи переходит на прежний оптимальный уровень.

) По аналогичному алгоритму реализована в контуре управления загрузкой отработка других условий наступления защитных ограничений:

по допустимому уровню тока двигателя;

по максимальному уровню материала на загрузочном устройстве (в приемной воронке);

по контролю температурного режима (при достижении предаварийной температуры);

по отработке сигнала из системы амортизации.

. Преимущества данной системы

Внедрение системы позволило интегрировать в управлении одним аппаратно-техническим комплексом комплекс сопрягаемых технологических агрегатов (непосредственно дробилку и линию подачи материала), эффективность совместной работы которых в значительной мере определяется степенью согласования и скоростью двухстороннего информационного обмена: в первую очередь для замыкания взаимных обратных связей контуров управления.

Система обеспечивает значительное повышение комфортности работы оператора ДТО, предоставляя ему единый пользовательский интерфейс управления различными технологическими агрегатами (и конвейерами подачи материала, и дробилками) с одной операторской станции и дополнительный объем информационных и сервисных услуг.

Более важным в экономическом отношении является показатель не только оптимальной производительности дробилки при переработке руды с минимально-возможными энергозатратами, но и показатель стабильной работы с наименьшей крупностью конечного дробленого продукта. Внедренная система технологического управления позволяет достаточно достоверно контролировать данный параметр и имеет заложенные программные инструменты для корректировки граничных коэффициентов для обеспечения эффективности такового контроля.

Заключение

Анализ работ, связанных с вопросами совершенствования технологии и автоматизации процессов дробления, показывает, что процессы измельчения каменных материалов, закономерности дробления и технологические параметры разных типов дробилок (производительность, размеры выходных отверстий, характеристики зернового состава и т.п.), принципы их автоматизации исследованы достаточно хорошо.

Это может служить основой для внедрения в эксплуатацию различного автоматизированного дробильно-сортировачного оборудования. К тому же, в настоящее время предприятия строительной отрасли в достаточной мере оснащены средствами автоматического контроля и системами стабилизации основных технологических параметров. Новый уровень информационной насыщенности производства строительных смесей, расширение информационной базы, за счёт сбора и обработки не только технических характеристик сырья, но и режимных параметров отдельных устройств и агрегатов, позволяет внедрить более совершенные методы управления.

Список использованных источников

1. Прокофьев Е.В., Автоматизация технологических процессов и производств. Часть 1./Прокофьев Е. В.//Учебное пособие 1999-С. 5-15.

. Троп А.Е., Козин. В.З., Прокофьев Е.В. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик. /Троп А., Козин В., Прокофьев Е.// Учебное пособие 1986-С. 303

3. Суриков В. Н., Буйлов Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств. Часть 1./Суриков В. Буйлов Г.//Учебно-методическое пособие 2011-С. 78