Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях

Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях

34

Содержание

1. Введение

АСУ ТП процесса измельчения

2. Описание технологического процесса

Подача руды

Процесс измельчения

Конструкции вращающихся барабанных мельниц

Режим работы мельниц

3. Моделирование АИС

Концептуальная модель

Процесс измельчения как управляемый объект

Функциональная структура проектируемой системы

Описание режимов функционирования объекта

Язык моделирования UML: диаграмма использования и диаграмма классов

Построение функциональной модели

Информационно-логическая модель

Составление структуры базы данных

Доступ к БД процесса, запросы и протоколы

Формирование протоколов

Протоколы обслуживания

Операции управления, выполняемые с использованием БД

Проверка достоверности исходных данных

Построение графиков

Имитационная модель

4. Глоссарий

5. Заключение

6. Литература

Введение

АСУ ТП процесса измельчения

Измельчение и классификация минерального сырья являются основными подготовительными операциями перед его обогащением. Измельчение сырья производится в стержневых и шаровых мельницах, а также в мельницах мокрого измельчения. Мельница и классификатор могут работать последовательно, раздельно или в замкнутом цикле друг с другом.

Измельчение--процесс уменьшения крупности твердых частиц в результате различных физических воздействий. В отличие от дробления крупность измельченного продукта не превышает 5 мм. В практике обогащения полезных ископаемых измельчение применяется для раскрытия рудных зерен, имеющих размер от 5 мм до долей миллиметра.

Из всех технологических переделов горно-обогатительного комбината измельчение является наиболее энергоемким процессом.

Технологические и технико-экономические показатели работы фабрики во многом определяются процессом измельчения, на долю которого приходится около 15% общего объема информации, используемой при автоматическом контроле и управлении технологическим процессом переработки руды. При автоматизации процессов измельчения необходимо решать ряд задач:

1. Автоматический контроль состояния механизмов:

a) температуры подшипников механизмов и машин;

b) параметров системы маслосмазки;

c) состояния перегрузочных узлов отделения измельчения;

d) длительности работ и простоя технологических механизмов.

2. Автоматический контроль технологических параметров цикла измельчения:

a) производительности цикла по исходной руде;

b) расхода воды, подаваемой в цикл измельчения;

c) гранулометрического состава продукта измельчения (слива классифицирующего аппарата);

d) заполненности барабана мельницы рудой;

e) загрузки мельницы дробящей средой;

f) уровня пульпы в зумпфах насосов гидроциклонов;

g) циркуляционных нагрузок цикла измельчения.

3. Автоматическое управление циклом измельчения:

a) Стабилизацией технологических параметров цикла;

b) Оптимизацией работы цикла.

Зачем нужна автоматизация процессов измельчения? С одной стороны, автоматизация данного процесса предназначена для поддержания требуемых режимов измельчения и классификации в условиях изменяющегося качества измельчаемого сырья и других условий измельчения (загрузки мелющих тел, водных режимов, циркуляционной нагрузки и прочее). С другой, автоматизация - снижение издержек производства и максимизация прибыли. Оба мнения справедливы, поэтому следует учитывать как мнение технологов, так и мнение инвесторов, поскольку они не противоречат, а взаимно дополняют друг друга.

Что мы имеем на сегодняшний день? Уровень автоматизации процессов измельчения сильно отличается на различных предприятиях: от практически нулевого уровня до достаточно развитых систем интеллектуальной оптимизации процесса. Наиболее типичные задачи автоматизации, решаемые посредством введения контуров стабилизации соответствующих технологических параметров в порядке уменьшения их распространенности:

§ стабилизация расхода руды в мельницу;

§ стабилизация соотношения «руда-вода» посредством подачи воды в мельницу;

§ стабилизация плотности слива классифицирующего аппарата (классификатора или гидроциклона) подачей дополнительной воды в классификатор или ЗУМПФ.

В 95% случаев автоматизация процессов измельчения этим и ограничивается.

В данной курсовой работе я попытаюсь создать АИС управления процессом измельчения воздействием на подачу исходной руды в цикл и расхода воды в мельницу.

Целью курсовой работы является обучение практическим приемам математического моделирования автоматизированных информационных систем.

Целью создания автоматизированной системы является повышение эффективности функционирования технологического комплекса за счет улучшения системы регулирования и контроля подачи исходной руды и расхода воды в мельницу.

Условием достижения поставленной цели является улучшение качества и оперативности обработки информации.

Описание технологического процесса

Подача руды

Руда качающимся питателем подается на ленточный конвейер. На ленточном конвейере перед подачей руды в мельницу установлены конвейерные весы для учета веса руды.

Процесс измельчения

Измельчение сырья производится в стержневых и шаровых мельницах, а также в мельницах мокрого измельчения.

Применяемые для измельчения различных материалов барабанные мельницы различаются по форме барабана, характеру среды и измельчающих тел, по способу разгрузки измельченного продукта и по принципу действия. На современных обогатительных фабриках применяются преимущественно мельницы с барабанами цилиндрической формы различной длины. Трубная мельница является разновидностью цилиндрической и отличается удлиненной формой барабана. В зависимости от характера среды барабанные мельницы бывают для сухого и для мокрого измельчения. В качестве измельчающих тел для барабанных мельниц применяются стальные шары и стержни, керамические шары, природная галька и крупные куски руды. По способу разгрузки измельченного продукта барабанные мельницы бывают с разгрузкой через решетку, с периферической разгрузкой и с центральной разгрузкой через полую цапфу. По принципу действия барабанные мельницы бывают вращающиеся, вибрационные и центробежные. Степень измельчения, так же как и степень дробления, определяется отношением максимального размера зерен исходного продукта к максимальному размеру зерен (измельченного продукта).

Конструкции вращающихся барабанных мельниц

Шаровая мельница с разгрузкой через решетку МШР (рис. 2) состоит из барабана, коренных подшипников 2 и 3, и питателя 4. Барабан состоит из загрузочной, разгрузочной и средней частей. Загрузочная часть представляет торцовую крышку 5, отлитую вместе с цапфой. В цапфе установлен загрузочный патрубок 6, внутри которого предусмотрены винтовые направляющие для подачи материала из питателя внутрь барабана. Одновременно патрубок служит для защиты внутренней поверхности цапфы от износа. Средняя часть мельницы представляет барабан, к которому болтами крепятся торцовые крышки. Внутри барабан футеруется бронеплитами 7, которые крепятся на болтах 8. Разгрузочная часть включает торцовую крышку 9 с цапфой 10, разгрузочную решетку, лифтеры 12, внутри цапфы устанавливается разгрузочная воронка 13. Барабан, устанавливаемый в подшипниках 2 и 3, получает вращение от электродвигателя через зубчатый венец 14.

Исходный материал подается в мельницу через отверстие 15 питателя, измельченный разгружается через щелевидные отверстия решетки в лифтеры, из которых при повороте барабана сливается в горловину разгрузочной цапфы. Разгрузочная цапфа выполняется несколько большего размера, чем загрузочная, что облегчает продвижение пульпы вдоль барабана мельницы. Мельницы типа МШР характеризуются укороченным барабаном (отношение длины барабана к диаметру составляет не более 1:1), благодаря чему они выдают измельченный продукт с меньшим содержанием шламов, чем мельницы с центральной разгрузкой. Благодаря более высокому заполнению мельниц типа МШР мелющими телами, удельная производительность этих мельниц увеличивается на 10--15%.

Рис 2. Шаровая мельница с решеткой

Режим работы мельниц

§ Частота вращения барабана.

При повышении частоты вращения барабана до критической наступает момент, когда центробежные силы уравновешивают силы тяжести мелющих тел, которые, не отрываясь, начинают вращаться вместе с внутренней поверхностью барабана, и измельчение руды практически прекращается.

Критической частотой вращения барабана называют такую частоту, при которой мелющие тела прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности барабана и вращаются вместе с барабаном, не отрываясь. Критическая частота вращения вычисляется по формуле

nкр = 42,3 / vD (об/мин)

где D -- диаметр барабана мельницы, м.

При работе мельницы частота вращения барабана должна быть меньше критической. В зависимости от частоты вращения барабана в мельнице создаются различные режимы измельчения (рис. 23).

Если фактическая частота вращения барабана составляет не менее 0,76--0,88 критической, создается так называемый водопадный режим измельчения, когда основная масса мелющих тел поднимается вместе с внутренней поверхностью вращающегося барабана на некоторую высоту, а затем, отрываясь, свободно падает под действием сил тяжести по траекториям, близким к параболическим. Измельчение рудных зерен в данных условиях происходит преимущественно ударом. Водопадный режим применяется при измельчении более крупного материала (в первой стадии).

Смешанный режим измельчения характеризуется тем, что одна часть мелющих тел участвует в свободном полете, другая часть -- перекатывается внутри барабана по замкнутым траекториям, подвергая руду измельчению ударом и истиранием. Смешанный скоростной режим имеет место при мокром измельчении руд в шаровых мельницах; скорость вращения составляет 0,6--0,76 от критической.

Каскадный режим наиболее тихоходный, скорость вращения барабана составляет 0,5--0,6 от критической. При измельчении в каскадном режиме свободный полет мелющих тел исключен. При установившемся каскадном режиме мелющие тела непрерывно циркулируют внутри барабана, поднимаясь по круговым траекториям на некоторую высоту, затем скатываясь под углом, близким к углу естественного откоса. При каскадном режиме руда измельчается преимущественно путем истирания.

Производительность барабанных мельниц зависит от диаметра, рабочего объема и скорости вращения барабана, от массы и размера мелющих тел, от конструктивных особенностей мельницы, от измельчаемости руды, от крупности исходного и измельченного материала, от выхода циркулирующего продукта, от плотности пульпы в исходном питании.

Моделирование АИС

Основой разработки АИС является построение моделей производственных процессов, а также процессов сбора и обработки информации о ходе этих процессов. Общая цель моделирования подчинена цели любых естественно - научных исследований - прогнозировать результаты предстоящих экспериментов.

Создание автоматизированной системы управления технологическим процессом измельчения является одним из этапов реконструкции обогатительной фабрики. АСУ ТП процесса измельчения предназначена для выполнения следующих задач:

1. управления технологическим процессом измельчения и классификации, руды на различных стадиях;

2. непрерывного измерения, контроля и регулирования технологических параметров;

3. диагностики и контроля состояния оборудования цеха измельчения.

Концептуальная модель

Построение концептуальной (содержательной) модели конкретного объекта является первым этапом моделирования. Основным содержанием этого этапа является переход от словесного описания к его математической модели.

Процесс измельчения как управляемый объект

Как управляемый объект, замкнутый цикл измельчения характеризуется следующими параметрами (рис. 4):

1. входные:

§ производительность цикла по исходной руде Q;

§ расход воды в мельницу Wм и классифицирующий аппарат Wкл;

§ гранулометрический состав Cx1 и физико-механические свойства руды ?;

§ частота вращения барабана мельницы n;

§ количество мелющей среды ?;

§ влажность ?;

§ температура T1 исходной руды.

2. выходные:

§ объемный расход слива классифицирующего аппарата qсл;

§ плотность ?сл;

§ гранулометрический состав Cx2;

§ производительность цикла по готовому классу qг;

§ мощность, потребляемая электроприводом мельницы P.

34

Рис. 41. Структура замкнутого цикла измельчения

Управляющими воздействиями могут служить: производительность цикла по исходной руде Q; расход воды в мельницу Wм.

Цель моей работы создать систему управления процессом измельчения воздействием на подачу исходной руды в цикл и расхода воды в мельницу, т.е. регулировать и контролировать параметры Q и Wм, а также следить за состоянием оборудования.

Контроль загрузки барабана мельницы рудой и циркулирующая нагрузка замкнутого цикла измельчения - естественные индикаторы, отражающие ход процесса измельчения и реагирующие на изменение всех параметров цикла.

Степень загрузки мельницы рудой наиболее просто контролировать по уровню шума, производимого мелющими телами в зоне их падения. При уменьшении уровня загрузки уровень шума возрастает, при увеличении - уменьшается.

Техническая реализация контроля наиболее проста при использовании амплитуды шумового сигнала. В этом случае в состав датчика входят микрофон, выпрямительная приставка, сглаживающий фильтр и выходной делитель напряжения. Датчик устанавливается вблизи мельницы в зоне падения шаров со стороны разгрузочной цапфы. Звуковые колебания воспринимаются микрофоном, преобразующим звуковые колебания в э.д.с. шумового сигнала. Ток выпрямляется, сглаживается и используется в системе контроля и регулирования.

Недостаток этого метода контроля - чувствительность датчика к внешним звуковым помехам, например, от работающих рядом мельниц. Для устранения этого недостатка динамик или микрофон, воспринимающие шум мельницы, заключаются в специальный корпус с тройной звукопоглотительной решеткой на входе.

Итак, первая моя задача - стабилизация уровня загрузки барабана мельницы рудой с воздействием на частоту вращения привода. Этот метод оправдывает себя, когда гранулометрический состав и физико-механические свойства исходной руды сравнительно постоянны. Основное преимущество этого принципа управления - простота технической реализации. Использование его при автоматическом управлении дает увеличение производительности измельчительного агрегата до 10%.

В состав системы автоматического регулирования САР I (рис.5), реализующий этот принцип, входят следующие элементы:

Вторая задача - стабилизация расхода воды в барабан мельницы (Wм = const) с воздействием на положение регулирующего клапана трубопровода, подающего воду в мельницу. Этот принцип применим при условии стабилизации расхода руды в барабан мельницы,

Страницы: 1, 2