Автоматизированная система управления дозирования реагентов Сатпаевской обогатительной фабрики

Главное преимущество этих реагентов состоит в том, что использование их позволяет работать при меньшем расходе подавителей и вспенивателей с одновременным улучшением показателей флотации золотосодержащих полиметаллических руд.

Примерно на 40% обогатительных фабрик применяют два или более реагента собирателя, причем характерно сочетание изопропилового или этилового ксантогената с амиловым, а в последнее время реагентов-ксантогенатов с реагентом-собирателем Z-200 (изопропил--этил--тионокарбомат), являющимся наиболее селективным по отношению к сульфидам железа и улучшающим флотацию крупных зерен минералов.

При флотации окисленных минералов руд редких, черных и некоторых цветных металлов, также при флотации горнохимического сырья наиболее эффективны кислородсодержащие (карбоновые кислоты, эфиры и их производные), азотсодержащие (амины, четвертичные аммониевые основания, соли аммония, гидроксамовые кислоты и их производные) и некоторые серосодержащие (органические производные серной кислоты) собиратели.

Для современной практики характерно применение сочетания реагентов собирателей (в одном и том же и различных циклах флотации).

Пенообразователи -- поверхностно-активные органические вещества, адсорбирующиеся преимущественно на поверхности раздела жидкость -- газ.

Назначение пенообразователей -- способствовать образованию в объеме пульпы воздушных пузырьков с определенными свойствами, а на поверхности пульпы -- достаточно устойчивого пенного слоя необходимого строения.

При флотационных концентрациях пенообразователей понижение поверхностного натяжения составляет 30--30 мкН/см и адсорбционный слой на поверхности пузырьков в объеме пульпы является ненасыщенным.

Концентрация пенообразователя в пенном слое значительно больше, чем в объеме пульпы (выше уровня пульпы пузырьки разрушаются и пена непрерывно обогащается новыми порциями реагента).

Структура флотационной пены зависит, при прочих равных условиях, от характера флотореагентов и крупности минеральных зерен.

Различают три типа пен: пленочно-структурные, агрегатные и пленочные. Тип пены можно определить по виду ее распада и содержанию воды в продуктах распада

Пленочно-структурная пена при флотации частиц обычной крупности встречается наиболее часто. Она характеризуется значительной обводненностью, имеет относительно большую высоту и повышенное содержание увлеченных потоком частиц пустой породы.

Агрегатными называют плотные минерализованные пены, содержащие относительно небольшую долю воды. Образованию агрегатных пен способствуют относительно крупные флотирующиеся частицы, а также добавки аполярных масел. Они могут получаться также при распаде обычных пленочно-структурных пен. Агрегатным пенам часто соответствует максимальная скорость флотации.

Пленочные пены аналогичны агрегатным, но имеют небольшую толщину; получаются при флотации крупных гидрофобных частиц небольшой плотности, например угля.

Пенообразователи оказывают следующее действие: способствуют диспергированию воздуха во флотационной машине; препятствуют коалесценции воздушных пузырьков; снижают скорость подъема пузырьков воздуха в пульпе (приблизительно в 2 раза), способствуя их лучшей минерализации; увеличивают силу прилипания пузырьков к флотирующимся минеральным частицам; способствуют образованию трехфазной флотационной пены определенных свойств и характера.

Более точное ведение технологического процесса и повышение его показателей может обеспечить применение комбинации из двух пенообразователей либо сочетание двух различных пенообразователей в одном цикле, либо использование разных пенообразователей в разных циклах флотации.

Дозируют пенообразователи обычно непосредственно во флотацию или в операцию перемешивания перед флотацией. В начальные операции рекомендуется подавать не менее 60--70 % общего расхода реагента.

Регуляторы -- флотационные реагенты, применяемые в дополнение к собирателям и пенообразователям для повышения селективности флотации или повышения извлечения минералов. Регуляторами флотации могут быть как неорганические, так и органические вещества.

В зависимости от целевого назначения в процессе флотации в каждом конкретном случае различают регуляторы активирующего, депрессирующего или подавляющего действия и регуляторы среды.

Регуляторы активирующего действия (активаторы) применяют при флотации минералов, извлечение которых одним собирателем и пенообразователем затруднено.

Регуляторы депрессирующего действия (депрессоры, или подавители) применяют при флотационном разделении минералов, когда их флотируемость мало или совсем недостаточно отличается друг от друга с данным собирателем. Номенклатура регуляторов-подавителей в практике флотации минерального сырья включает значительный ассортимент реагентов. Наиболее часто применяют цианиды, сульфид и гидросульфид натрия, цинковый и железный купорос, сульфоксидные соединения, ферро- и феррицианиды, жидкое стекло, кремнефтористый натрий, конденсированные фосфаты, бихроматы, известь, различные окислители, карботиосульфат, КМЦ, бисульфит натрия, декстрин и др.

Эффективны сочетания реагентов-регуляторов и их применение в комбинации с подачей в пульпу различных газов -- азота, кислорода, углекислого и сернистого.



3.2 Реагенты, применяемые на обогатительной фабрике

На фабрике обогащают медные сульфидные, смешанные руды открытой и подземной добычи. В процессе флотации используются следующие реагенты:

- ксантогенат;

- сернистый натрий;

- вспениватель.

Далее рассмотрены основные характеристики и свойства перечисленных веществ.

Ксантогенат - самые распространенные собиратели для флотации сульфидных минералов. Ксантогенаты представляют собой кристаллы желтого цвета, обладающие специфическим запахом. Выпускается обычно в виде порошка или гранул диаметром 6,3 мм и длиной 5-12 мм. Они хорошо растворимы в воде и применяются при флотации в виде растворов концентрацией 2-20%. Наиболее быстрое их разложение происходит при рН 5 и при повышенной температуры. Поэтому ксантогенаты наиболее эффективны в щелочной среде. Используются в качестве добавки к сульфгидрильным собирателям при флотации. Расход его обычно не превышает 20-100г/т.

В настоящее время выпускается три вида ксантогената - бутиловый С₄Н₉ОСS₂К, этиловый С₂Н₅ОСS₂К и изопропиловый С₃Н₇ОСS₂К. На обогатительной фабрике используется бутиловый ксантогенат.

Бутиловый ксантогенат предназначается для применения в качестве реагента-собирателя при обогащении руд методом флотации и в гидрометаллургической промышленности. Эффективен для флотации всех сульфидов, а также окисленных минералов свинца и меди после их сульфидизации в гидрометаллургической промышленности.

Сернистый натрий Na₂S является универсальным реагентом в практике флотации полиметаллических руд. Натрий сернистый технический выпускается в сыпучем виде (гранулированный, чешуированный) и в виде монолита трех марок:

- продукт марки «А» применяется в производстве красителей, при выработке светлых кож, поставляется на экспорт;

- продукт марки «Б» применяется в кожевенной и текстильной промышленности;

- продукт марки «В» применяется в цветной металлургии.

Сульфидированная минеральная поверхность, т.е. обработанная сульфидом, становится более гидрофобной, чем необработанная.

Пенообразователи предназначаются для создания флотационной пены нужного качества. Они должны снижать поверхностное натяжение на границе воздух - вода и по возможности не закрепляться на минеральной поверхности. К пенообразователям относятся полярные органические соединения, которые концентрируются в граничном слое воздуха с водой, обращены полярными и гидратирующимися группами в воду, а углеводородной частью - в воздух.

Пенообразователи при невысоких концентрациях в растворах должны образовывать обильную, но не слишком прочную пену, которая смогла бы разрушиться в желобах после флотации и успеть вынести минеральные частицы из камеры флотомашины. Пенообразователь не должен существенно ионизироваться, препятствовать контакту воздушного пузырька с минералами.

На обогатительной фабрике применяют пенообразователи Т-66, Т-80.

Возможность извлечения минералов зависит не только от степени селективной гидрофобизации минерала, но и от свойств флотационной пены. Пена представляет собой концентрированную эмульсию газов в жидкости, является термодинамически неустойчивой и временно существующей системой. Содержание воды в ней достигает 13 %.



3.3 Программируемый логический контроллер S7

Программируемый логический контроллер (ПЛК -- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

3.3.1 Подсистема ПЛК S-7 - компьютер

Рассмотрим ПЛК S-7 в совокупности с персональным компьютером. Поступаемая на микроконтроллер информация обрабатывается в нем, и весь процесс обработки данных и текущие их значения мы можем визуально наблюдать на дисплее компьютера. Визуализация процессов происходящих в ПЛК осуществляется с помощью прикладной программы WinCC. В ней создается рисунок, элементы которого привязываются к соответствующим тэгам. Идет считывание информации с тэгов и мы видим полную картину процесса.

Состав нашей подсистемы ПЛК и персональный компьютер представлен в таблице 3.1

Таблица 3.1. Подсистема ПЛК и персональный компьютер

Обоз.	Наименование	Тип	Техническая характеристика	Колич.	Место установки
РС	Раб. станция опер.	IBM	Pentium 3-100 МГц	1	Щит управления
ЦПУ	Процессор ЦПУ	CPU 314	Серия SIMATIC S7	1	Щит управления
УСО	Модули перифе ЦПУ	AI -331 SM -322	Серия SIMATIC S7	7-IN 2-OUT	Щит управления

Подсистема ПЛК - персональный компьютер состоит из двух основных частей:

1) Контроллерная станция, на базе аппаратно-технического комплекса фирмы «СИМЕНС» (Германия), которая выполняет роль логического управления технологическими агрегатами.

В состав контроллерной станции входят:

- Блок питания, тип PS-931;

- Блок центрального процессора, тип CPU-314;

- Модули периферии:

а) модуль аналоговых входов AI-331, на 8-каналах;

б) модуль дискретных выходов SM-322, на 8-каналах.

2) Рабочая станция оператора-технолога, которая выполняет функцию выдачи управляющих воздействий на контроллерную станцию (пуск и останов механизмов), а так же отображения текущего состояния технологического оборудования.

3.3.2 Программное обеспечение ПЛК включает в себя

1) Назначение. Промышленное программное обеспечение SIMATIC - это система тесно связанных инструментальных средств для программирования систем автоматизации SIMATIC S7, SIMATIC M7 и SIMATIC C7. Оно поддерживает все фазы выполнения проекта автоматизации:

- планирование, выбор конфигурации и задание параметров настройки аппаратуры и сетей;

- создание программы пользователя;

- документирование;

- тестирование, запуск и обслуживание;

- управление процессом;

- архивация.

2) Состав и характеристики. Промышленное программное обеспечение SIMATIC разработано с учетом требований следующих стандартов:

операционная система Windows 95 - NT,XP;

достаточное быстродействие.

Все данные проекта (таблица символов, данные конфигурации и настройки) сохраняются в общей базе данных. Доступ к этим данным осуществляется из всех инструментальных средств и других программ (например, WinCC). Это сокращает время разработки и снижает вероятность возникновения ошибок при вводе данных.

Для каждой фазы выполнения проекта могут быть использованы комфортные функции, позволяющие выбирать конфигурацию аппаратуры и задавать параметры ее настройки, разрабатывать программное обеспечение и документацию, выполнять наладку, запуск и обслуживание системы управления.

Системная платформа промышленного программного обеспечения SIMATIC открыта для компьютеров, использование которых существенно повышает производительность системы.

Промышленное программное обеспечение SIMATIC увеличивает производительность. Инструментальные средства могут быть легко настроены на использование в различных областях. Готовые к использованию части программы могут быть сохранены в библиотеках и использоваться в последующих проектах. Весь проект может быть разбит на составные части, разработка которых может выполняться параллельно. Диагностические функции позволяют сократить время простоя системы и потери, связанные с простоем.

Промышленное программное обеспечение SIMATIC имеет модульную структуру. Инструментальные средства могут использоваться независимо друг от друга. Необходимость их применения определяется только характером решаемых задач автоматизации.

Программное обеспечение подразделяется на два класса:

1) Стандартные инструментальные средства:

База для программирования аппаратуры SIMATIC. Стандартные инструментальные средства составляют основу для программирования систем автоматизации SIMATIC S7/M7/C7. Они обязательно нужны для программирования и включают в свой состав:

- STEP 7 - полная версия для всех применений;

- STEP 7-Mini - более дешевая версия, используемая для программирования систем SIMATIC S7-300 и SIMATIC C7;

- STEP 7-Micro - для программирования систем SIMATIC S7-200.

2) Инструментальные средства проектирования:

Языки высокого уровня и технологически ориентированное программное обеспечение. Инструментальные средства проектирования ориентированы на решение более узких задач и могут дополнять стандартные инструментальные средства. Они повышают удобство выполнения и снижают стоимость работ.

К инструментальным средствам проектирования относятся:

- языки программирования высокого уровня;

- графические языки для технологического программирования;

- вспомогательное программное обеспечение для диагностики, имитации, дистанционного управления, разработки документации и т.д.

3.3.3 Язык программирования STEP 7

STEP 7 включает в себя несколько языков программирования, которые могут использоваться в зависимости от индивидуальных предпочтений и знаний. Программу, созданную на языке списка команд, с соблюдением специфических правил, можно затем преобразовывать в программу на другом языке программирования. В свою очередь, программу, созданную на любом языке программирования можно всегда преобразовать в список команд.

LAD Контактная схема подобна схеме электрической цепи. Используются, например, такие символы, как контакты и катушки. Этот язык программирования рассчитан на тех, кто привык работать с электрическими схемами

SТL Список инструкций (Statement List) содержит команды языка STEP 7. На STL Вы можете довольно свободно программировать (в частности, можно написать программы, не доступные на других языках SТЕР 7). Этот язык программирования предпочитают программисты, которые уже знакомы с другими языками программирования.

FBD Язык функциональных схем для обозначения конкретных функций использует прямоугольники. Символ в прямоугольнике указывает на функцию (например, 8 -- логическая функция И). Этот язык программирования имеет то преимущество, что с ним может работать даже не программист, например, инженер-технолог.

3.3.4 Обработка аналоговых величин в ПЛК

При автоматизации работы дымососа конвертера нам приходится иметь дело с аналоговыми сигналами. Сигналы с различных датчиков поступают в виде аналоговой величины тока или напряжения. При решении в задачах автоматизации целый ряд физических величин производственного процесса (давление, температура, поток, скорость, величина рН, вязкость, и т.п.) должен обрабатываться в PLC. Измерительные датчики реагируют на изменения физической величины изменением своих свойств: расширением, электрической удельной электропроводностью и т.п.

Измерительные преобразователи переводят эти изменения в стандартные аналоговые сигналы, например,: 500 мВ, 10 В, 20 мА, 4...20 мА. Эти сигналы подаются на модули аналоговых входов.

Для обработки аналоговых величин в CPU, они должны быть преобразованы в цифровую форму. Это делается с помощью АЦП (аналого-цифровой преобразователь) в модуле аналоговых входов. Сигналы каждого входного канала, приходящего на один модуль преобразуются последовательно. Результат преобразования записывается в память результатов и остается там до тех пор, пока не перепишется новой величиной. Преобразованная аналоговая величина может быть прочитана с помощью инструкции загрузки: "L PIW...".

Аналоговый вывод: Инструкция передачи "Т PQW... используется для записи аналоговой величины, вычисленной программой, в модуль аналогового выхода, где ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) преобразует их в стандартные аналоговые сигналы. И аналоговые приводы со стандартными аналоговыми входными сигналами могут подключаться напрямую к модулям аналоговых выходов.

Мы изменяем тип и диапазон измерения, устанавливая кодирующие ключи. Некоторые модули без кодирующих ключей имеют специальные контакты для измерения напряжения и тока, а тип измерения устанавливается подключением проводов к соответствующим контактам. S7-300 имеет специальную адресную область для аналоговых входов и выходов, отдельную от областей отображения входов и выходов для цифровых модулей (РII/PIQ). Эта адресная область занимает адреса с байта 256 по байт 767. Каждый аналоговый канал занимает 2 байта.

Если диагностическое прерывание активировано и аппаратура неисправна например, отсутствует питание, включается диагностическое прерывание (ОВ 81). Также, Вы должны отметить поле "Diagnostics" для полей, которые должны проверяться. Проверка обрыва проводов возможна только для входов 4 - 20 мА.

Время цикла сканирования (Scan Cycle Time): Это время, которое использует модуль для обработки ("преобразования") всех активированных аналоговых каналов. Время цикла сканирования для аналого-цифрового преобразования (scan cycle time for А/D conversion) может быть от 0.5 до 16 мс. Когда в модуле обработаны все аналоговые каналы, может быть запущено аппаратное прерывание (прерывание "Конец Цикла") (только в том случае, если время цикла сканирования для преобразования больше выбранного на 1 мс). Неиспользованные каналы должны быть коротко замкнутыми в модуле, а в программных настройках (в утилите "HW/ Config") отмечены как "Deactivated". Деактивированные аналоговые каналы уменьшают время цикла сканирования.

Аналоговые входы SM 331 имеют разрешение 13 бит + знак, аналоговые выходы 11 бит + знак.

Неиспользованные выходные каналы должны оставаться "открытыми" в модуле (не коротко замкнуты, как аналоговые входы), а в программных настройках (в утилите "HW/ Config") отмечены как "Deactivated". Аналоговая величина представляется как число в дополнительном коде. Величина положительна, если бит 15 = 0 и отрицательна, если бит 15 =1.

Если разрешение аналогового модуля менее 15 бит, то аналоговое значение записывается в аккумулятор со сдвигом влево. Неиспользованные, незначимые битовые позиции заполняются "0". Разрешение определяется косвенно путем выбора времени интегрирования в утилите "HW Config".

Следующая таблица 3.2 для SM331 иллюстрирует зависимость между временем интегрирования, разрешением и подавлением частоты интерференции (interference frequency suppression).

Таблица 3.2. Зависимость между временем интегрирования, разрешением и подавлением частоты интерференции.

Время интегр. (мс)	Разрешение (в битах)	Частота интерференции (Гц)
2.5	9 + зн. бит	400
16.6	12 + зн. бит	60
20	12 + зн. бит	50
100	14 + зн. бит	10

В зависимости от типа модуля возможно разрешение от 8 до 15 бит.

Время преобразования зависит от процедуры преобразования, используемой в модуле (интегрирование, последовательное приближение).



3.4 Описание системы дозирования реагентов «SmartDosage»

Автоматизированная система управления дозированием реагентов «SmartDosage» представляет собой аппаратно-программный комплекс, предназначенный для автоматического поддержания заданного реагентного режима передела флотации с целью обеспечения оптимального процесса обогащения руд, повышения извлечения полезных компонентов и улучшения качества получаемых концентратов.

Основные функции системы:

- подача необходимого количества реагентов в заданные точки передела флотации;

- вычисление необходимого количества реагентов по всем точкам дозирования;

- количественный учет расхода по каждому типу реагентов;

- автоматическое, дистанционное и местное управление процессом дозирования;

- управление уровнем в чанах реагентов с выдачей сигнализации (опционально);

- автоматический дистанционный контроль работы оборудования системы;

- двухсторонняя связь со смежными системами и системой верхнего уровня

- управление приточно-вытяжной вентиляцией (опционально);

- уменьшение простоев при обслуживании дозаторов и системы;

- снижение количества ручного труда и роли «человеческого фактора» при стабилизации технологических процессов флотации.

Система автоматизации дозирования реагентов является частью систем комплексной автоматизации современных обогатительных фабрик и интегрируется с другими подсистемами.

Принцип построения и архитектура системы предполагает внедрять ее поэтапно, без остановки действующей системы, сохраняя при этом функциональность и целостность. Система предусматривает режим, в котором уставка дозирования по точкам изменяется на основании расчетов. Исходными данными для расчетов служат:

- количество и качество твёрдого на входе передела флотации;

- остаточная концентрация реагента на выходе передела флотации;

- количество и качество готовых концентратов, промпродуктов и отвальных хвостов переделов флотации;

- данные от датчиков концентрации исходных реагентов;

Исходные данные могут быть получены от регистрирующей аппаратуры (весы, плотномеры, расходомеры, датчики концентрации, анализаторы химического состава), на основании ручных измерений, производимых сотрудниками фабрики и вносимых в систему со своих рабочих мест, а также из смежных систем.

3.4.1 Состав и архитектура

Архитектура системы является масштабируемым решением, построенным на базе комплекса современных программно-технических средств.

В состав системы входят:

- аппаратная подсистема;

- информационная подсистема.

Примерный состав и архитектура системы представлены на рисунке 3.1

3.4.2 Датчики и исполнительные механизмы

В системе используются следующие датчики и механизмы:

- импульсные питатели реагентов ПРИУ;

- дозирующие насосы;

- расходомеры реагентов;

- датчики уровня в чанах реагентов;

- датчики концентрации ксантогената, сернистого натрия, извести;

- расходомеры твёрдого в пульпе.

Питатели реагентов и дозирующие насосы должны удовлетворять следующим техническим требованиям:

- погрешность дозирования должна быть не выше ±1 %;

- промывка камеры подачи реагента без полной разборки питателя.

3.4.3 Автоматизированные рабочие места операторов

Автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов размещаются в диспетчерской или пунктах управления и обеспечивают графический человеко-машинный интерфейс с функциями управления и визуализации работы оборудования.

В состав системы входит:

- АРМ дозировщика;

- АРМ оператора фабрики;

- АРМ флотатора.

Дозировщик контролирует правильность работы оборудования, в частности расход реагентов, выполняет измерения фактического расхода и сравнивает с требуемым расходом. Оператор и/или флотатор управляет системой дозирования.

АРМ по согласованию может быть исполнен в двух вариантах:

- промышленный стационарный компьютер с монитором и клавиатурой;

- промышленный компьютер, совмещенный с сенсорным экраном.

АРМ оператора располагается в специальной монтажной стойке, обеспечивающей защиту от воздействия внешних механических и климатических факторов производственной зоны. Степень защиты не ниже IP 65.



3.5 Автоматизированная система управления технологического процесса дозирования реагентов ГК

Система обеспечивает подачу всех применяемых на обогатительной фабрике реагентов, необходимых в технологическом процессе. В настоящее время на ОФ существует система АСУДР «Реагент». АСУДР «Реагент» обеспечивает подачу всех применяемых на ОФ реагентов через управление импульсными питателями, контроль уровня в реагентных баках. Подача сигналов управления на каждый питатель реагентов флотации определенной длительности и частоты для остальных секций формируется при помощи релейных схем управления, через шкафы пневмоуправления. Данный подход не обеспечивает необходимой точности дозирования, так как уставка дозирования реагентов задается вручную и не завязана на текущий расход питания на секцию флотации (рисунок 3.2).

3.5.1 Цели создания системы

Модернизация существующей системы дозирования реагентов АСУДР «Реагент» и переход к принципиально новой технологии дозирования в части не обрабатываемой АСУДР «реагент» секций флотации, обеспечивающей точное и непрерывное дозирование по всем необходимым точкам учета за счет модернизации полевого оборудования.

Подача реагентов осуществляется при помощи расходомеров и управляемых реагентных клапанов.

Данные механизм управления дозированием реагентов обеспечивает:

- управление выливами реагентов в соответствии с картами дозирования, составляемыми индивидуально для каждого типа руды, обогащаемого фабрикой;

- создание новых и модификацию существующих карт дозирования;

Рисунок 3.1 Структурная схема SmartDosage

3.5.2 Технологические функции системы

- дистанционное управление подачей воды;

- автоматическое измерение концентрации реагента;

- управление подачей реагента (дозаторами);

- контроль уровня в контактных и отстойных чанах;

- контроль и управление работой насосов, мешалок, задвижек, вентиляторов;

- контроль давления воды и воздуха;

- учет объемов перекачиваемых растворов;

- работа оборудования в местном или дистанционном режимах;

- автоматическое управление дозировкой всех типов реагентов по необходимым точкам, с учетом фактической нагрузки по питанию на секцию;

- автоматический учет фактического (а не расчетного) расхода реагентов каждого типа по секции за заданный интервал времени (час, смену, сутки и т.п.);

- контроль параметров участка подготовки реагентов и отслеживание запасов реагентов каждого типа в режиме реального времени;

- обеспечение возможности автоматизированного учета концентрации реагентов каждого типа, в зависимости от выбранных реагентных карт;

- минимизация расхода дорогостоящих регентов за счет контроля остаточной концентрации по заданным точкам дозирования;

- учет технико?экономических показателей системы дозирования;

- выполнение технологических блокировок в соответствии с регламентом работы;

- передача параметров состояния агрегатов и данных о технологическом процессе в ТБД обогащения;

- отображение параметров работы узла дозировки и местное управление на локальном пульте оператора;

- долгосрочное, архивное хранение информации о работе технологического оборудования системы, с возможностью ретроспективного просмотра, в случаях анализа отказов и прочих аварийных ситуаций.

3.5.3 Объекты, охватываемые системой

- специализированные высокоточные расходомеры на каждый тип реагента;

- датчики концентрации реагентов;

- уровнемеры и термодатчики для отделения подготовки реагентов;

- перекачные насосы;

- сеть дозирующих трубопроводов;

- программируемый логический управляющий контроллер и контроллеры ввода/вывода;

- пульты местного управления;

- сетевое оборудование.

Рис.



Рисунок 3.2 Автоматизированная система подготовки/дозирования реагентов

3.6 Автоматизированная система управления дозирования реагентов (АСУДР - «Реагент»)

Для решения задачи дозирования флотационных реагентов и жидкостей предлагается комплексное решение «Автоматизированная система управления дозированием реагентов (АСУДР)». Система АСУДР предназначена для автоматизированного управления питателями реагентов при помощи аппаратно-программного комплекса. Комплекс обеспечивает автоматический расчет и подачу реагентов в соответствии с расчетной или установленной величиной расхода в реальном масштабе времени. Мнимосхема представлена на рисунке 3.3.

Система дозирования может быть спроектирована как с централизованным управлением (один шкаф управления с контроллером), так и с распределенным (несколько микроконтроллеров, объединенных информационной полевой шиной Profibus, CAN, Genius и др.) согласно принятого на производстве технологического регламента и иных требований. Тип применяемых контроллеров и полевых шин выбирается по согласованию с Заказчиком из следующего списка:

- Siemens;

- General Electric;

- National Instruments;

- Koyo Electronics и другие с языками программирования совместимыми со стандартом МЭК-61131.

Используемые в комплексе, серийно выпускаемые автоматические питатели реагентов АПУ или ПРИУ обеспечивают подачу некристаллизующихся на воздухе, очищенных от механических примесей реагентов, к которым стойки следующие конструктивные материалы: масса холодного формования на винипластовой основе фторлон-3М, фторопласт, нержавеющая сталь, полиэтилен, полихлорвинил.

Системы дозирования реагентов могут работать в «капельном» диапазоне 0...2 литр/час, для этой цели используются специализированные микродозировочные насосы, либо прямоточные клапаны.

В системе АСУДР заложена техническая возможность обеспечить учет расхода реагентов (по согласованию на стадии заключения договора) по каждой точке дозирования за требуемые интервалы времени, включив в спецификацию специализированные расходомеры или расчетным путем. Предусмотрена возможность использования информации об остаточной концентрации реагентов в процессе флотации (ионометрия), а так же о качестве их подготовки. Системы АСУДР могут быть выполнены как с электромагнитными питателями реагентов, так и с пневмоуправляемыми ПРИУ-4П, АПУ или импортными питателями фирмы Burkert и аналогичных.

Специалистами разработано программное обеспечение, позволяющее оптимизировать и учитывать расход реагента по следующим критериям:



Рисунок 3.3 Система автоматического управления дозирования реагентов

- управление расходом (Кх и Na2S) по окислительно-восстановительному потенциалу;

- стабилизация расхода реагента по переработке (тоннажу) руды;

- автокоррекция расхода при изменении концентрации реагентов.

В типовой состав системы входит бак из нержавеющей стали со стабилизацией уровня и стойка на 4,5 или 8 питателей реагентов (стойка имеет обозначение УДР или УРИП). Необходимое количество баков и стоек определяется на стадии проектной привязки оборудования к Вашей технологической схеме. На стойке закреплен коллектор. Между коллектором и клапаном установлен шаровый кран из нержавеющей стали. Бак со стабилизацией уровня и расходный чан соединяются через запорный вентиль.

В случае применения пневмоуправляемых питателей сжатый воздух общепромышленного назначения подается в клапаны через пневмораспределители (фирм Festo, Camozzi или SMC), которые смонтированы в шкафу пневмоуправления ШПУ. Шкафы ШПУ оборудованы узлом подготовки воздуха, состоящем из фильтра-влагоотделителя и регулятора давления. Реагент из клапана поступает в сливную воронку и далее по полиэтиленовому трубопроводу dy = 25 мм в процесс. Разрыв между клапаном и сливной воронкой позволяет периодически контролировать объем разовой порции. Кроме этого исключается возможность возникновения сифонного эффекта. Используемые в комплексе серийно выпускаемые ЗАО «Уралавтоматика инжиниринг» автоматические питатели реагентов ПРИУ-4П-2 (пневматические) обеспечивают подачу некристаллизующихся на воздухе, очищенных от механических примесей реагентов, к которым стойки следующие конструктивные материалы: масса холодного формования на винипластовой основе фторлон-3М, фторопласт, нержавеющая сталь, полиэтилен шланговый полихлорвиниловый (таблица 3.1). ПРИУ-4П-2 работает в импульсном режиме. Длительность и частота импульсов регулируется оператором цеха.

Таблица 3.1. Техническая характеристика дозатора ПРИУ-4П-2

Наименование параметров	Характеристика
Давление сжатого воздуха, мПа	0,2-0,6
Напряжение управления электроклапанами, В	24
Напряжение питателя устройства управления дозаторами, В	220
Мощность, потребляемая электроклапанами, ВА	12
Емкость напорного бака, л: большого малого	232 ± 1 99 ± 1
Расход реагента при максимальной частоте 20 имп./мин, л/ч (задается на устройстве управления): минимальный максимальный	50 1000

3.6.1 Технические характеристики АСУДР

Все питатели реагентов работают по импульсному принципу управления. Шкаф управления подает индивидуальные сигналы управления на каждый питатель реагентов определенной длительности и частоты, через шкафы пневмоуправления ШПУ-15-3. Длительность и частота импульсов регулируется оператором (таблица 3.2).



Таблица 3.2. Индивидуальные сигналы длительности и частоты

Давление сжатого воздуха, МПа	От 0,2 до 0,6
Давление сжатого воздуха/подаваемое на ПРИУ-4П-2, МПа	От 0,15 до 0,2
Напряжение управления эл. клапанами, В	24
Напряжение питания шкафа управления, В	+10% 220 -15%
Мощность, потребляемая эл. клапаном, ВА	12
Емкость напорного бака, л	99
Расход реагента при максимальной частоте 20 импульсов в минуту и длительности 2 с, л/ч	Min 50 Mах 1000

3.6.2 Устройство системы «АСУ ДР-Реагент» изображено на рисунке 3.4

Установка питателей реагентов УРИП-6П состоит из металлического каркаса 4, на котором закреплена плита 5 из винипласта. В нижней части каркаса установлен коллектор 6, который через запорные ручные вентили 7 соединен с питателями реагентов 3. С лицевой стороны каркаса установлены воронки 8. Коллектор, вентили и воронки выполнены из нержавеющей стали.

Сливные шланги питателей реагентов опущены в воронки 8, на которые надеваются шланги, подающие реагент в технологический процесс. Колектор с одной стороны заканчивается ниппелем для присоединения реагентопровода, идущего от напорного бака 1, с другой стороны коллектор заглушен пробкой для поддержания заданного напора реагентов перед поступлением их в питатели служит напорный бак 1.

Бак снабжен входным и выходным патрубками (под фланец), поплавковым регулятором уровня прямого действия и фильтром из листового винипласта с диаметром отверстий 2,5 мм.

Напорные баки устанавливают так, чтобы уровень реагента был приподнят над плитой установки ПРИУ-4П-2 от 1,5 до 2,5 м, это обеспечивает достаточный напор жидкости через питатель, что снижает погрешность при дозировании реагентов с повышенной вязкостью.



Рисунок 3.4 Общий вид автоматизированной системы управления дозированием реагентов на 4 питателя ПРИУ-4П-2: 1 - бак-99М; 2 - установка питателей реагентов УРИП-6П; 3 - питатель реагентов ПРИУ-4П-2; 4 - каркас; 5 - плита; 6 - коллектор; 7 - запорный вентиль; 8 - сливная воронка; 9 - шкаф управления; 10 - шкаф пневмоуправления ШПУ-15-3; 11 - расходомер РСМ-05

Управление работой «АСУДР-Реагент» осуществляется от шкафа управления (в дальнейшем ШУ). ШУ предназначен для выработки управляющих сигналов на пневмораспределители, подающие сжатый воздух к питателям реагентов.

Режим работы устанавливается при помощи переключателей, расположенных на лицевой панели ШПУ-15-3. Шкаф пневмоуправления ШПУ-15-3 (в дальнейшем ШПУ) выполнен в виде герметичного корпуса, в котором размещены фильтр-регулятор, пневмораспределители и ресивер с манометром. ШПУ соединяется с ШУ кабелем (в комплект поставки не входит). К ШПУ подводится сжатый воздух давлением от 0,2 до 0,6 МПа, на питатели - от 0,15до 0,2 МПа.

Пневмопривод имеет исполнение, стойкое к агрессивным средам. Система управления производит отключение подачи воды/раствора при превышении заданного уровня в контактном/ отстойном чанах. Информация о состоянии процесса отражается на автоматизированном месте оператора цеха и на локальных местных пультах управления. Также информация может быть передана посредством открытых сетевых интерфейсов на технологический сервер предприятия.

Пробы растворов автоматически отбираются и транспортируются к датчикам концентраций, расположенным в шкафу непосредственно в производственном помещении или транспортируются в специальное помещение (лабораторию). Один датчик может контролировать от одного до нескольких растворов реагентов. Система отбора, транспорта, приема, анализа и возврата имеет герметичное, стойкое к агрессивным средам исполнение.

Практический опыт говорит в пользу выбора пневмоуправляемых питателей, который продиктован повышением надежности системы, электробезопасностью обслуживающего персонала и увеличением быстродействия клапанов.



4. Электроснабжение

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии. Система электроснабжения промышленных предприятий состоит из питающих, распределительных, трансформаторных и преобразовательных подстанций и связывающих их кабельных и воздушных сетей и токопроводов высокого и низкого напряжения. Электрические схемы предприятий строятся таким образом, чтобы обеспечить удобство и безопасность их обслуживания, необходимое качество электроэнергии и бесперебойность электроснабжения потребителей в нормальных и аварийных условиях.

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электрической энергии.

Объектом исследования в представленной работе является участок флотационного цеха. Предметом исследования - электроснабжение участка флотационного цеха.



4.1 Расчет суммарных нагрузок и выбор трансформаторов

4.1.1 Расчет электрических нагрузок

Электрические нагрузки определяем для выбора и проверки токоведущих элементов (шин, кабелей) по пропускной способности (нагреву), а также для расчета потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств. Расчет производим по имеющимся потребителям методом коэффициента спроса. Расчетная нагрузка предприятия определяется суммированием расчетных нагрузок отдельных групп электроприемников с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузки:

,

где - сумма активных расчетных нагрузок, кВт:

,

где суммарная установленная мощность отдельных групп

электроприемников;

суммарная реактивная мощность отдельных групп

электроприемников.

Расчетная активная мощность одного электроприемника определяется по формуле



Расчетная реактивная мощность одного электроприемника определяется из выражения

,

Составим таблицу нагрузок и найдём полную мощность предприятия (таблица 4.3).

Таблица 4.3. Основные электропотребители флотационного цеха

Наименование потребителей	Р, кВт	Кс	сos	tg	Pр, кВт	Qр, кВАр
1. Пеногон	18	0,75	0,9	0,75	15	10
2. Насос WDF200L	300	0,7	0,95	0,88	125	81
3. Воздушный компрессор	37	0,75	0,95	0,88	28	25
4. Вакуумный фильтр	110	0,8	0,95	0,85	88	76
5. Компрессор	1200	0,75	0,9	0,88	565	441
6. Насосы фильтрата	450	0,7	0,95	0,62	140	89
7. Насос 5A25OS	450	0,7	0,95	0,88	140	124
8. Питатель	30	0,4	1,0	1,2	20	0
Итого					1121	846

Принимая данные таблицы 4.3, определяем расчетную мощность трансформатора ТП по формуле (4.1):

кВА.

4.1.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Число трансформаторов определяется требованиями надежности электроснабжения. Большинство нагрузок предприятия относятся к потребителям второй категории. Двухтрансформаторная подстанция экономична с точки зрения обеспечения резервирования.

Исходя из общей расчетной нагрузки S_расч. = 1404 кВА выбираем два силовых трансформатора ТМ-1600/6-0,4 по 1600 кВА [11]. Номинальную мощность каждого из них определяем по условию:

,

кВА,

.

Определим коэффициент загрузки одного трансформатора

,	(4.6)
.

Проверяем установленную мощность трансформаторов в аварийном режиме при отключении одного трансформатора из условия:

,
,
.

Следовательно, выбранные трансформаторы 21600 обеспечивают электроснабжение предприятия, как в нормальном, так и в аварийном режиме.



Таблица 4.2. Техническая характеристика трансформатора ТМ-1600/6-0,4

Наименование показателей	Технические данные
1) Номинальная мощность, кВА	1600
2) Напряжение: а) ВН, кВ б) НН, кВ	6 0,4; 0,69
3) Напряжение Uкз, %	5,5
4) Ток х.х. Iхх, %	1,3
5) Потери мощности: а) Рхх, Вт б) Ркз, Вт	2,75 18

4.2 Компенсация реактивной мощности

Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения предприятий, является вопрос о компенсации реактивной мощности.

Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, и дополнительные потери напряжения в питающих сетях.

Компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества электроэнергии непосредственно в сетях промышленных предприятий является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок предприятий.

Учитывая удельную плотность нагрузки, принимаем к установке трансформаторы с номинальной мощностью 1600 кВА с коэффициентом загрузки 0,44 (преобладают потребители II категории).



4.2.1 Определяем минимальное число трансформаторов ТП

где Р_р - активная средняя мощность потребителей, кВт;

К_з - коэффициент загрузки;

N - добавка до ближайшего целого числа;

Окончательно определяем число трансформаторов по экономичности N_опт = N_мин + 0 = 2.

В аварийных условиях оставшийся в работе трансформатор должен быть проверен на допустимую перегрузку с учетом возможного отключения потребителей III категории надежности.

,
кВА.

4.2.2 Находим наибольшую реактивную мощность, которая передается через два трансформатора

, кВар,
кВар.



Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит:

Qн.к = Qр - Qмакс,

где Q_р - суммарная средняя реактивная мощность потребителей предприятия, кВар;

Qн.к. = 846 - = - 5 кВар.

Q_н.к.< 0, следовательно установка батарей конденсаторов при выбранном оптимальном числе трансформаторов не требуется.

4.3 Выбор сечений проводников и шинопроводов

4.3.1 Выбор шин

а) Выбор прямоугольных шин по длительно допустимому току. Расчетный ток трансформатора

, А,
А.

Выбираем шины марки ШМА68Н. Активное и реактивное сопротивление шины, приходящиеся на единицу длины, соответственно:

мОм/м;

мОм/м.

б) Выбираем сечение шин по экономической плотности тока:



где j_эк = 1,5 А/мм² - экономическая плотность тока;

Принимаем двухполосные шины сечением 2(8010) мм². Длительно допустимый ток А.

в) Проверяем шины по термической стойкости:

,

где =11 - термический коэффициент;

J - установившийся ток короткого замыкания, кА;

t_ф = 0,32 с - фактическое время действия короткого замыкания;

Sст = 1135,4 = 220 мм2.

Выбранное сечение проходит по термической устойчивости.

г) Проверяем шины на динамическую устойчивость:

доп > р,

где _р - расчетное напряжение в шине, кгс/см²;

_доп - допустимое напряжение в шине данного сечения и материала.

Удельный ток короткого замыкания при трехфазном к.з. составит:



F(3) = 1,76()2(l/a)10-2, кгс,

где l - длина пролета между изоляторами, см;

а - расстояние между шинами, см.

F(3) = 1,76(54,1)2(100/80)10-2 = 64,4 кгс.

Изгибающий момент:

Момент сопротивления:

где b, h - соответственно толщина и ширина шин, см.

Расчетное сопротивление на изгиб:



Условие (4.15) выполняется:

650 кгс/см2 > 50 кгс/см2,

сечение шин проходит по динамической устойчивости.

4.3.2 Выбор силовых кабелей

Расчетный ток двигателя насоса мощностью Р₁ = 250 кВт:

, А,
А.

По условию нагрева:

Iр1 < Iдоп.,

где I_доп - допустимая токовая нагрузка кабеля, А.

Выбираем силовой кабель марки АВВГ 3185 мм² (небронированный с пластмассовой изоляцией и оболочкой с алюминиевыми жилами) с I_доп = 580 А.

522 А 580 А.

Проверяем по экономической плотности тока:

где j_эк =1,2 А/мм² - экономическая плотность тока;



Выбранное сечение кабельной линии проходит по экономической плотности тока.

Расчетный ток двигателя насоса мощностью Р₂ = 110 кВт:

, А,
А.

По условию нагрева:

Iр2 < Iдоп.,

где I_доп - допустимая токовая нагрузка кабеля, А.

Выбираем силовой кабель марки АВВГ 370 мм² (небронированный с пластмассовой изоляцией и оболочкой с алюминиевыми жилами) с I_доп = 340 А.

230 А 340 А.

Проверяем по экономической плотности тока:



Выбранное сечение кабельной линии проходит по экономической плотности тока.

4.4 Расчет токов короткого замыкания

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение короткого замыкания в сети или элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов к.з., а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи к.з. и по ним выбирать электрооборудовани...