Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях

Принцип прост в технической реализации САР II (рис.5) .В качестве датчика расхода воды 2а используют различного рода сужающие устройства. Регулятор расхода воды 2г через исполнительный механизм 2е воздействует на клапан трубопровода воды в мельницу. В состав системы автоматического регулирования САР II входят следующие элементы:

Bi - ввод информации на ЭВМ оператора

Bo - вывод информации с ЭВМ оператора вход информации

Рис. 5. Функциональная схема технической реализации принципов управления измельчения воздействием подачу исходной руды в цикл (САР I) и на расход воды в мельницу (САР II).

Функциональная структура проектируемой системы

Существующая система на предприятии должна иметь два уровня системы управления, так все данные фиксируются на местном щите мастера и на ЭВМ оператора.

Первый (нижний уровень) должен осуществлять контроль результатов измерений и непосредственное цифровое управление по датчикам, исполнительным механизмам, выполнение необходимых переключений по командам верхнего уровня, автоматическим переключениям.

Второй (верхний уровень) выполняет функции отображения данных о состоянии технологического процесса, архивировании полученных данных. Кроме того, на этом уровне нужно организовать сохранение всех изменений всех параметров, которые осуществил оператор, в базу данных, справочную систему и удобный интерфейс.

Описание режимов функционирования объекта

В общем случае все режимы функционирования технологического процесса управления процессом измельчения можно разделить на следующие группы:

1. Режим нормальной эксплуатации;

2. Предаварийные режимы эксплуатации;

3. Аварийные режимы эксплуатации.

Допустимость тех или иных режимов работы определяется характеристиками и возможностями оборудования. В соответствии с общими принципами установка считается безопасной, если при длительной ее эксплуатации во всех режимах, включая аварийные, будет исключено серьезное повреждение потенциально опасных узлов, а также обеспечена соответствующая зашита персонала установки.

Режимы нормальной эксплуатации включают в себя основные фазы производственного процесса:

§ непосредственно сам технологический процесс;

§ подготовку к пуску технологического комплекса (ТК);

§ запуск ТК;

§ останов ТК.

Предаварийные режимы работы соответствуют следующим случаям:

§ параметры регулирования системы находятся в допустимых, но близких к критическим значениям;

К числу аварийных режимов работы ТК следует отнести:

§ отключение электрического питания;

§ прекращение подачи воды;

§ режим работы, при появлении различного рода больших и малых течей на оборудовании и трубопроводах;

§ режим работы при выходе за определенные границы различных параметров регулирования;

§ при выходе из строя различных контролирующих устройств (датчиков);

§ при обрыве связи с объектом.

Описание режимов должно быть представлено в виде логических правил, образующих базу знаний (БЗ).

Логические правила, описывающие возникновение аварийных ситуаций в технологическом комплексе измельчения руды:

Если прекращение подачи воды, то остановка мельницы, питателя и конвейера, перекрытие вентилей на водоподводящих трубах.

Если нарушение герметичности оборудования и трубопроводов, то остановка мельницы, питателя и конвейера, перекрытие вентилей на водоподводящих трубах.

Если прекратилась подача исходной руды, то остановка мельницы, питателя и конвейера, прекращение подачи воды.

Если вышли из строя контролирующие устройства, то остановка мельницы, питателя и конвейера, прекращение подачи воды.

Если обрыв ленты, то остановка мельницы, питателя и конвейера.

Если заклинивание ленты, то остановка мельницы, питателя и конвейера.

Язык моделирования UML

Диаграмма использования

ИМ - исполнительный механизм

РО - регулирующий орган

Построение функциональной системы

Обеспечение нормального функционирования системы включает в себя функции, ориентированные на решение задач управления, документального обоснования (оценки и обработки данных о технологических параметрах и аварийных ситуациях), контроля, направленного на предотвращение и устранение аварийных режимов работы модуля, анализ причин отклонения.

Мониторинг процесса осуществляется с периодичностью 0,5 с использованием датчиков. Он включает в себя контроль расхода воды и руды. Под мониторингом понимается не только сбор информации об объекте управления, но и регулировании параметров системы.

Анализ процесса включает в себя непосредственно диагностику процесса, осуществляемую с применением средств автоматизации с известной степенью достоверности, фиксацию выхода контролируемого параметра за допустимые границы и анализ возникновения причин аварийных и предаварийных ситуаций.

Документирование осуществляет сбор всей идущей информации с последующим отбором и хранением ее.

Инфологическая модель является семантической моделью данных, т.е. переходом от функциональной модели к базе данных и показывает, какой информацией должно быть обеспечено выполнение конкретных функций.

Информационно-логическая модель

Для систематизации и уменьшения объема данных о процессе нужно рассмотреть природу соответствующей информации. Наиболее важные параметры, используемые в обработке измерений, включают в себя:

§ Указатели на данные измерений (идентификатор);

§ Адрес входного порта измерительной информации;

§ Интервал выборки;

§ Коэффициенты перерасчета сигнала;

§ Параметры датчика;

§ Пороговые значения (полоса гистерезиса с первым и вторым сигнальными пределами);

§ Результат измерений до и после обработки.

Параметры описания объектов хранятся с БД процесса, которая представляет собой центральный элемент программного обеспечения управляющей системы. БД для автоматизированного управления процессом содержит для обработки следующей информации:

§ Параметры всех датчиков и исполнительных механизмов;

§ Параметры для расчета производных величин;

§ Определение возможных событий и соответствующих им реакций управляющих воздействий

§ Плановые показатели.

Доступ к БД процесса, запросы и протоколы

Доступ к информации, содержащейся в БД, выполняется с помощью трех основных операций, которые могут комбинироваться, - выбора, проекции и сортировки.

Выбор (selection) определяет операцию для извлечения из базы данных только записей, удовлетворяющих заданным критериям. В нашей системе должны быть:

§ Выборка по сигналу датчика т.е. выборка параметра расходомера воды и параметра расхода руды в мельницу по уровню шума в ней);

§ Выборка по типу ситуации (нормальный режим работы, предаварийный, аварийный);

Проекция (projection) - это список интересующих полей записи БД.

Сортировка (sorting) означает упорядочение выбранных записей в соответствии с критерием.

Сочетание трех основных операций порождает большое число вариантов обработки и анализа данных.

Операция по извлечению информации из БД называется запросом.

Формирование протоколов

Важнейшей функцией системы управления является быстрое выявление недопустимых режимов и оповещение об этом оператора. Каждое изменение состояния, классифицированное как аварийное, должно быть зафиксировано специальном файле - журнал аварий - с указанием времени события.

Специальный запрос - аварийный протокол - используется для поиска и вывода всех объектов БД, которые находятся в данный момент в аварийно состоянии.

Как заполняется журнал предаварийных/аварийных ситуаций

Протоколы обслуживания

Важной составляющей работы является техническое обслуживание приборов и оборудования:

§ Подготовка к запуску;

§ Поверка состояния;

§ Замена изношенных приборов;

§ Калибровка датчиков;

Очевидным решением является подготовка графиков планового обслуживания на определенный период, исходя из информации хранящейся в БД процесса.

Операции управления, выполняемые с использованием БД

В зависимости от режима работы различаются исполнительные команды:

§ Автоматический - управление с ЭВМ. В данной системе управления в БД хранятся указания на автоматические действия, которые выполняются в определенных ситуациях. Специальная таблица БД указывает, при каком значении некоторого параметра вызывается исполнительная команда.

§ Ручной - управление мастером на местном щите.

Проверка достоверности исходных данных

Для данной системы достоверность играет большую роль, так как ошибки во входных данных могут привести к некорректным управляющим действиям:

1. проверяем состояние оборудования;

2. величина входного сигнала лежит в пределах рабочего диапазона датчика (микрофон: 300-400Гц, расходомер: 0,5-10м3/ч).

Во избежание аварийных ситуаций определяют полосу гистерезиса вокруг порогового значения. Аварийный сигнал генерируется только тогда, когда входная величина превысит второе пороговое значение. Для того чтобы сбросить аварийный сигнал, входная величина должна снова пересечь первое пороговое значение. Новый аварийный сигнал может быть выработан после того, как второй порог будет достигнут снова.

Построение графиков

Построение графика изменений сигнала во времени или как функции сигнала позволяют выявить некоторые интересные детали:

1. исключительные или необычные возмущения;

2. потерю значений;

3. периодические колебания.

Имитационная модель

Задачи имитационной модели: хранение всех показаний датчиков, которые снимаются 1 раз в секунду, сравнение с пороговыми значениями, построение графиков, выявление аварийный и предаварийных ситуаций, смена режима работы, назначение ответственного.

Все показания заносятся в журнал событий.

В течение работы программы можно менять режим работы: автоматический и на местном щите с помощью РО. При этом назначается ответственное лицо.

Все показания, вышедшие за пределы пороговых значений, заносятся в журнал предаварийных/аварийных ситуаций.

На вкладке 2 и 4 можно просмотреть графики показаний расхода воды и уровня шума в мельнице. Зеленая линия - первое пороговое значение, красная - значения, вышедшие за первое пороговое значение, заносятся в журнал предаварийных ситуаций.

В зависимости от того, как меняется расход руды и уровень шума в мельнице можно посмотреть график изменения скорости ленты конвейера.

Глоссарий

Руда - полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии техники и технологии было экономически выгодным.

Обогащение полезных ископаемых - совокупность процессов механической переработки минерального сырья с целью извлечения ценных компонентов и удаления пустой породы и вредных примесей, которые не представляют практической ценности в данных технико-экономических условиях.

Измельчение - процесс уменьшения крупности твердых частиц в результате различных физических воздействий.

Концептуальная модель включает в себя краткое содержательное описание объекта, ориентированное на поставленную задачу.

Инфологическая модель является логической основой проектирования баз данных и основана на трактовке данных в контексте их взаимосвязи с другими данными.

Формализованная модель связывает выходные переменные объекта с управляющими и возмущающими воздействиями.

Имитационная модель отражает динамические аспекты функционирования системы и предназначена для анализа основных процессов с учетом альтернативных вариантов их организации.

Прецедент (ВИ - вариант использования) - специфицирует поведение системы или ее части и представляет собой описание множества последовательностей действий (включая варианты), выполняемых системой для того, чтобы исполнитель мог получить определенный результат

Исполнитель (actor) называют сущность, обладающую поведением, например, человека или организацию.

Выбор (selection) определяет операцию для извлечения из базы данных только записей, удовлетворяющих заданным критериям. В нашей системе должны быть:

Проекция (projection) - это список интересующих полей записи БД.

Сортировка (sorting) означает упорядочение выбранных записей в соответствии с критерием.

Диаграмма классов (class diagram) описывает типы объектов системы (сущности, характеризующиеся операциями (методами) и атрибутами) и различного рода статистических отношений между ними.

ИМ - исполнительный механизм

РО - регулирующий орган

Заключение

В процессе измельчения руды важно учитывать, контролировать и регулировать ряд параметров для нормального режима предприятия. Для этого создаются информационные системы управления.

В данной работе я рассмотрела систему управления процесса измельчения воздействием на подачу исходной руды в цикл и расхода воды в мельницу под воздействием.

Система позволяет:

§ регистрацию и сохранение параметров процесса в БД;

§ контроль за состоянием оборудования и приборов, контролирующих и регулирующих параметры процесса;

§ выявление предаварийных и аварийных ситуаций;

§ регулирование параметров с помощью мастера (ручной способ на местном щите) или оператора ЭВМ (автоматический: на ЭВМ).

Литература

1. Арестова А.В., Ефремов В.Н. Теоретические основы автоматизированного управления. Автоматизация обогатительных фабрик. Уральский государственный горный университет. Екатеринбург 2005

2. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях / под редакцией В.С. Виноградова. Недра. М. 1984

3. Зобнин Б.Б. Задания и методические указания по выполнению курсовой работы. Уральская государственная горно-геологическая академия. Екатеринбург 2003

4. Зобнин Б.Б., Сурин А.А. Информационные технологии. Конспект лекций. Уральский государственный горный университет. Екатеринбург. 2006

5. Троп А.А., Козин В.З., Прокофьев Е.В. Автоматическое управление технологическими прочесами обогатительных фабрик, Недра, М. 1986

Страницы: 1, 2