Размещено на http://allbest.ru

Автоматизация технологического комплекса измельчения на обогатительной фабрике ПАО «Учалинский ГОК»

Введение

Автоматизация технологических процессов в промышленности является важнейшим проявлением научно-технической революции. Автоматизация любого технологического процесса имеет свои особенности, зависящие от технологического процесса или комплекса.

Автоматизация технологических процессов обогащения имеет существенное значение для повышения количественных и качественных показателей процесса, снижения потерь полезных минералов с хвостами.

Измельчение и классификация в процессе обогащения руд предназначены для раскрытия полезных минералов перед обогащением и получения частиц требуемой крупности. Эти процессы всегда технологически связанны между собой, поэтому целесообразно рассматривать их как единый управляемый объект.

Измельчение производится в барабанных, стержневых, шаровых рудогаечных мельницах самоизмельчения. Измельчение в основном производится с добавлением воды. Кроме мельниц в состав технологического комплекса измельчения входят классифицирующие аппараты, механические классификаторы и гидроциклоны, предназначенные для разделения зерен продукта по крупности.

Также входят питатели руды, зумпфы и насосы гидроциклонов, бункера и перегрузочные узлы.

Технологические и технико-экономические показатели работы фабрики во многом определяются высокоэнергоемким 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 и классификации необходимо решать следующие задачи:

- автоматический контроль состояния механизмов (температуры подшипников механизмов и машин, параметров системы маслосмазки, состояния перегрузочных узлов отделения измельчения, длительность работы и простоя технологических механизмов)

- автоматический контроль технологических параметров цикла измельчения (производительности цикла по исходной руде, расхода воды, гранулометрического состава продукта измельчения, плотности слива классифицирующего аппарата, наполненности барабана мельницы рудой, загрузки мельницы дробящей средой, уровня пульпы в зумпфах насосов гидроциклонов)

- автоматическое управление циклом измельчения (стабилизацией технологических параметров цикла, оптимизацией работы цикла).

1. Анализ технологического комплекса как управляемого объекста

1.1 Краткое описание технологической схемы комплекса

Процесс измельчения протекает в трехстадиальном технологическом комплексе, включающем три мельницы. Первая мельница мокрого помола с центральной разгрузкой МСЦ 3,6х4,5 работает в открытом цикле и предназначена для грубого измельчения, и две другие мельницы типа МШЦ 4,5х6,0 (шаровые) работают в замкнутых циклах с гидроциклонами ГЦР-1000.

Задачу управления многостадиальным комплексом измельчения можно свести к максимизации производительности комплекса по готовому классу (-0,074 мм).

Рисунок 1 - Качественно-количественная схема комплекса



Рисунок 2 - Схема цепи аппаратов комплекса

Таблица 1-Установленное механическое оборудование

Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
1		Бункера	1
2		Конвейер сборный	1
3	МСЦ - 3600х4500	Мельница	1
4	МШЦ - 4500х6000	Мельница	1
5		Зумпф	1
6		Насос	1
7	ГРЦ - 1000	Гидроциклон	1
8		Зумпф	1
9		Насос	1
10	ГРЦ - 1000	Гидроциклон	1
11	МШЦ - 4500х6000	Мельница	1

1.2 Анализ технологического комплекса как управляемого объекта

В технологический комплекс измельчения входят: питатель, стержневая мельница МСЦ 3200х4500, две шаровых мельницы МШЦ 4500х6000, и два гидроциклона ГЦ-1000 с зумпфами и песковыми насосами.

Технологический комплекс измельчения как объекта управления характеризуется следующими параметрами:

Входные параметры:

- расход руды в комплекс Q_р, т/ч;

- частота вращения электропривода питателя n, об/мин;

- грансостав ,%;

- расход воды в мельницу МСЦ 3200х4500 , м³/ч;

- расход воды в мельницу МШЦ 4500х6000 , м³/ч;

- расход воды в мельницу МШЦ 4500х6000 , м³/ч;

- расход воды в зумпф гидроциклона 1, м³/ч;

- расход воды в зумпф гидроциклона 2, м³/ч;

- частота вращения барабана стержневой мельницы , об/мин;

- частота вращения барабана стержневой мельницы , об/мин;

- частота вращения барабана стержневой мельницы , об/мин;

- частота вращения привода насоса первого гидроциклона , об/мин;

- частота вращения привода насоса второго гидроциклона , об/мин;

- диаметр песковой насадки первого гидроциклона , мм;

- диаметр песковой насадки второго гидроциклона , мм;

- изменение параметров механизмов, входящих в комплекс в виду старения и износа оборудования F(t).

Рисунок 3 - Схема технологического комплекса измельчения как объекта управления

Выходные параметры:

- объемный расход пульпы в сливе ;

- плотность пульпы в сливе ,%;

- содержание контрольного класса крупности в сливе, %;

- уровень пульпы в первом зумпфе , мм;

- уровень пульпы во втором зумпфе , мм;

- уровень загрузки барабана стержневой мельницы рудой , мм;

- уровень загрузки барабана шаровой мельницы рудой , мм;

- - уровень загрузки барабана шаровой мельницы рудой , мм;

- мощность привода стержневой мельницы , кВт;

- мощность привода шаровой мельницы , кВт;

- мощность привода шаровой мельницы , кВт.

Основные возмущающие воздействия:

- содержание готового класса крупности в исходной руде , %;

- физические свойства руды (прочность, твердость, раскалываемость и т.д.) ,%;

- Q_п ,т/ч- количество песков, возвращаемых в мельницу на доизмельчение.

В качестве каналов управления могут быть приняты:

- «расход руды в комплекс - содержание твердого в сливе классификатора»;

- «частота вращения привода питателя - содержание твердого в сливе классификатора»;

- «расход воды в мельницу - расход воды в сливе классификатора»;

- «расход воды в мельницу - содержание готового класса крупности в сливе классификатора»;

- «расход воды в классификатор - содержание готового класса крупности в сливе классификатора».

1.3 Анализ статических и динамических свойств элементов комплекса

Процессы измельчения и классификации - это нелинейные объекты, и статические характеристики их нелинейные, но в ограниченном диапазоне изменения входных параметров их можно линеаризовать. Исключение составляют зависимости:

- выхода готового класса в слив мельницы от содержания твердого;

- выхода готового класса в слив классификатора от производительности по твердому ;

- потребляемой мощности для мельницы самоизмельчения от производительности.

Данные зависимости имеют явно выраженный экстремум. Эти зависимости используются для экстремального управления процессами измельчения и классификации. На рисунке 4 представлены некоторые статические характеристики мельниц и классифицирующих аппаратов по различным каналам, работающих в открытом и замкнутом циклах.

Рисунок 4- Статические характеристики процессов измельчения и классификации:

а) шаровой мельницы по каналу «производительность - содержание класса -0,074 мм в сливе»; б) мельницы мокрого самоизмельчения по каналам «производительность - мощность Р», «производительность - давление масла в опорных подшипниках р»; в) гидроциклона по каналу «плотность питания плотность слива»

На динамические свойства процессов измельчения и классификации оказывают влияние следующие группы факторов:

а) определяющие сущность операции ( измельчение твердых тел и разделение минералов в водной среде по крупности и плотности);

б) характеризующие элементы технологического комплекса как гидравлические емкости (накопление, расход и т.д.);

в) транспортирование материала через барабан мельницы и по пульпопроводам, связывающим элементы технологического комплекса.

Характер переходных процессов мокрого измельчения определяется:

- гидравлическим процессами в барабане мельницы по каналам:

- «производительность - выход твердого в разгрузку»;

- «расход воды - выход твердого в разгрузку»;

- кинетикой измельчения и свойствами исходной руды по каналам:

- «гранулометрический состав руды - гранулометрический состав разгрузки»;

- «физико-механические свойства руды - гранулометрический состав разгрузки»;

- совокупностью гидравлических процессов и кинетики измельчения по каналам:

- «производительность - гранулометрический состав разгрузки»;

- «расход воды - гранулометрический состав разгрузки».

На характер переходных процессов в механическом классификаторе основное влияние оказывают гидравлические процессы.

Далее на рисунках 5-8 представлены экспериментальные динамические характеристики отдельных элементов и технологического комплекса в целом.

Рисунок 5 - Динамические характеристики процессов измельчения и классификации:

а) стержневой мельницы по каналу «производительность - содержание готового класса в сливе»; б) шаровой мельницы по каналу «производительность - амплитуда шумового сигнала»; в) мельница мокрого самоизмельчения по каналу «производительность - потребляемая мощность»; г) замкнутый цикл по каналу «производительность - содержание класса -147 мкм в сливе гидроциклона»

Рисунок 6 - Динамические характеристики технологического комплекса измельчения, включающего стержневую мельницу и две стадии шарового измельчения(возмущение-изменение расхода руды в стержневую мельницу):

а) расход питания стержневой мельницы; б) содержание класса -2362 мкм в разгрузке стержневой мельницы; в) плотность питания гидроциклона первой стадии; г) объемный расход питания гидроциклона первой стадии;

д) содержание класса -147 мкм в сливе гидроциклона первой стадии; е) плотность питания гидроциклона второй стадии; ж) объемный расход питания гидроциклона второй стадии; з) содержание класса -147 мкм в сливе гидроциклона второй стадии

Рисунок 7 - Динамические характеристики первой стадии технологического комплекса измельчения (возмущение по расходу воды в стадию):

а) расход воды; б) плотность питания гидроциклона; в) объемный расход питания гидроциклона; г) содержание класса -147 мкм в сливе гидроциклона; д) плотность питания гидроциклона второй стадии измельчения



Рисунок 8 - Динамические характеристики второй стадии технологического комплекса измельчения (возмущение по расходу воды в стадию):

а) расход воды; б) плотность питания гидроциклона; в) объемный расход питания гидроциклона; г) содержание класса -147 мкм в сливе гидроциклона

Из приведенных динамических характеристик видно, что во всех точках технологического комплекса при возмущении по расходу наблюдается постепенный переход от одних технологических условий к другим, в то время как при возмущении по расходу воды происходит немедленное значительное изменение как плотности, так и гранулометрического состава слива гидроциклона.

2. Математическое моделирование технологического комплекса

2.1 Структурная идентификация комплекса

Под структурной идентификацией технологического объекта (комплекса) или отдельных элементов комплексов понимают выбор или определение алгоритмической структуры математической модели объекта, комплекса или элемента на основании анализа связей входных и выходных параметров объекта, оценки влияния входных параметров на выходные и выделения из множества входных и выходных параметров наиболее значимых.

На основании технологической цепи аппаратов и таблицы состава оборудования составим структуру модели комплекса измельчения.

Рисунок 9 - Алгоритмическая структура комплекса

Структура отражает связи входных управляющих воздействий - расхода руды () и расхода воды () в мельницу, а также возмущающего воздействия - относительного содержания готового класса в исходной руде () с выходными параметрами мельницы - расходом твердого () и воды () со сливом мельницы и производительностью мельницы по готовому классу ().

2.2 Параметрическая идентификация технологического комплекса

Под параметрической идентификацией понимают определение численных значений параметров оператора математической модели объекта, связывающего входы и выходы модели. Таким оператором, в нашем случае, является матрица передаточных функций, дающих алгебраическую связь между изображениями по Лапласу входов и выходов модели. Таким образом, параметрическая идентификация заключается в определении численных значений параметров передаточных функций по отдельным каналам связи модели (k_i, T_i, ф_i).

Расчет коэффициентов передаточных функций ведется на основании качественно-количественной схемы процесса .

Математическое описание питателя.

,

где К_п - коэффициент передачи питателя по конвейерному каналу;

Т_п - постоянная времени двигателя;

- время запаздывания.

Соотношение между инерционной и запаздывающей частями выражения для различных каналов изменяется .

По каналу «положение затвора на бункере Q_р - производительность Q_р^п» преобладающее влияние оказывает запаздывающая составляющая передаточной функции:

.

Время запаздывания определяется из выражения:

,

Где: L_к - длина конвейера, м;

V_к - скорость движения ленты конвейера, м/с;

L_к = 5 м;

V_к = 2 м/с.

К₁== 1;

с^-1;

.

По основному каналу регулирования «частота вращения привода питателя n - производительность питателя по исходной руде Q_р^п» преобладает инерционная составляющая, определяемая движущимися массами электромеханической системы и руды на питателе. Запаздывание определяется временем падения руды с питателя до уровня ее в дробилке или грохоте.

Коэффициент передачи питателя по этому каналу определяется типом питателя и его техническими параметрами:

,

где: Q^п_р.ном - номинальная (паспортная) производительность питателя, т/ч;

n_п.ном - номинальная (паспортная) частота вращения привода питателя, об/мин.

n_п.ном=1500 об/мин.

[].

Постоянную времени Т_п по этому каналу ориентировочно можно определить для конвейерных питателей по формуле:

,

где N_п.ном - номинальная мощность электропривода двигателя, кВт;

N_п.ном=25 кВт.

с;

.

По каналу «Q_-0,074 - Q^п_-0,074» передаточная функция будет иметь следующий вид:

= 1;

.

Математическое описание мельницы МCЦ 3600Ч4500.

;

Где ц - коэффициент заполнения барабана мельницы пульпой (0.15-0.25);

V_м - объем барабана мельницы;

м³;

D_м, L_м - диаметр и длина барабана мельницы;

Q_вых - объемный расход пульпы;

м³/ч;

с;

В барабане мельницы одновременно происходят процессы перемешивания и вытеснения. При возмущении по каналам «расход твердого в мельницу- параметры выходного потока пульпы» преобладают процессы вытеснения, а по каналам «расход воды в мельницу -параметры выходного потока». Для канала «расход твердого в мельницу- параметры выходного потока пульпы» определяем следующие параметры:

с;

с;

Для канала «расход воды в мельницу -параметры выходного потока» определяем следующие параметры:

с;

с;

;

;

;

;

;

.

Математическое описание мельницы МШЦ 4500Ч6000.

м³;

м³/ч;

с;

с;

с;

с;

с;

;

;

;

;

;

.

Математическое описание гидроциклона ГЦ-1000.

Т_сл = 350 с;

ф_сл = 200 с;

Т_п = 450 с;

ф_п = 300 с.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Математическое описание гидроциклона ГЦ-1000.

Т_сл = 400 с;

ф_сл = 250 с;

Т_п = 500 с;

ф_п = 350 с.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Математическое описание мельницы МШЦ 4500Ч6000.

м³;

м³/ч;

с;

с;

с;

с;

с;

;

;

;

;

;

.

Были проведены расчеты передаточных функций технологического комплекса измельчения. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры передаточных функций всего технологического комплекса

Канал связи	Передаточная функция	К, ед.вых/ед.вх.	Т, с	ф, с-1
«Qпр - Qм1р»	W1(р)	1	0	2,5
«n - Qм1р»	W2(р)	0,0022	2	2,5
«Q-0,074 - Qп-0,074»	W3(р)	1	0	2,5
«Qм1р - Qм1тв»	W4(р)	1	252,7	97,2
«Wм1в - Wм1в»	W5(р)	1	369,5	27,2
«Wм1в - Qм1-0,074»	W6(р)	1,77	369,5	27,2
«Qм1-0,074 - Qм1-0,074»	W7(р)	4,42	252,7	97,2
«Qм2р - Qм2тв»	W8(р)	1	166,4	55,5
«Wм2в - Wм2в»	W9(р)	1	210,8	15,5
«Wм2в - Qм2-0,074»	W10(р)	0,95	210,8	15,5
«Qм2-0,074 - Qм2-0,074»	W11(р)	1,68	166,4	55,5
«Qгц1р - Qптв»	W12(р)	0,64	450	300
«Qгц1р - Qслтв»	W13(р)	0,36	350	200
«Wгц1в - Qп-0,074»	W14(р)	0,15	450	300
«Wгц1в - Wслв»	W15(р)	0,78	350	200
«Wгц1в - Wпв»	W16(р)	0,22	450	300
«Wгц1в - Qсл-0,074»	W17(р)	0,51	350	200
«Qгц1-0,074 - Qсл-0,074»	W18(р)	0,83	350	200
«Qгц1-0,074 - Qп-0,074»	W19(р)	0,24	450	300
«Qгц2р - Qптв»	W20(р)	0,38	500	350
«Qгц2р - Qслтв»	W21(р)	0,62	400	250
«Wгц2в - Qп-0,074»	W22(р)	0,07	500	350
«Wгц2в - Wслв»	W23(р)	0,91	400	250
«Wгц2в - Wпв»	W24(р)	0,09	500	350
«Wгц2в - Qсл-0,074»	W25(р)	0,4	400	250
«Qгц2-0,074 - Qсл-0,074»	W26(р)	0,85	400	250
«Qгц2-0,074 - Qп-0,074»	W27(р)	0,15	500	350
«Qм3р - Qм3тв»	W28(р)	1	499,1	166,3
«Wм3в - Wм3в»	W29(р)	1	632,2	46,6
«Wм3в - Qм3-0,074»	W30(р)	0,75	632,2	46,6
«Qм3-0,074 - Qм3-0,074»	W31(р)	2,17	499,1	166,3

2.3 Исследование статических и динамических характеристик комплекса

С помощью передаточных функций ,была смоделирована система и получены характеристики в программе “MatLab”. Статические и динамические характеристики были получены по следующим заданным каналам управления: -, -, -, , , ,-, , , , -, , , , , ,

, . Характеристики приведены на рисунках 10-51. Модель комплекса представлена на рисунке 52.

Рисунок 10- Ступенчатое воздействие по каналу «-»

Рисунок 11- Статическая характеристика по каналу «-»



Рисунок 12- Динамическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 13- Ступенчатое воздействие по каналам «-, -, , , »

Рисунок 14- Динамическая характеристика по каналу «-»



Рисунок 15- Статическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 16- Динамическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 17- Статическая характеристика по каналу «-»



Рисунок 18- Динамическая характеристика по каналу « »

Рисунок 19- Статическая характеристика по каналу « »

Рисунок 20- Динамическая характеристика по каналу «»



Рисунок 21- Статическая характеристика по каналу «»

Рисунок 22- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 23-Статическая характеристика по каналу «»



Рисунок 24- Ступенчатое воздействие по каналам «-, , , »

Рисунок 25- Динамическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 26- Статическая характеристика по каналу «-»



Рисунок 27- Динамическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 28- Статическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 29- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 30- Статическая характеристика по каналу «»



Рисунок 31- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 32- Статическая характеристика по каналу «»

Рисунок 33- Ступенчатое воздействие по каналам «-, , , »

Рисунок 34- Динамическая характеристика по каналу «-»



Рисунок 35- Статическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 36- Динамическая характеристика по каналу «-»

Рисунок 37- Статическая характеристика по каналу «-»



Рисунок 38- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 39- Статическая характеристика по каналу «»

Рисунок 40- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 41- Статическая характеристика по каналу «»



Рисунок 42- Ступенчатое воздействие по каналам «, »

Рисунок 43- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 44- Статическая характеристика по каналу «»

 Рисунок 45- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 46- Статическая характеристика по каналу «»

Рисунок 47- Ступенчатое воздействие по каналам «, »

Рисунок 48- Динамическая характеристика по каналу «»



Рисунок 49- Статическая характеристика по каналу «»

Рисунок 50- Динамическая характеристика по каналу «»

Рисунок 51- Статическая характеристика по каналу «»

По полученным переходным характеристикам можно сказать, что по любому каналу объект обладает самовыравниванием, объект статический. В качестве системы автоматического регулирования выбираем систему стабилизации расхода руды в стержневую мельницу изменением частоты вращения электропривода питателя с коррекцией по уровню заполнения барабана мельницы пульпой.



Рисунок52- Цифровая модель управления комплексом

3. Автоматизация технологического комплекса измельчения

3.1 Библиографический и патентный обзоры по автоматизации комплекса измельчения

Большое число переменных технологических факторов - качество исходной руды по крупности, твердости, влажности; режимных - расход руды, воды, шаровой загрузки (при использовании барабанных мельниц), частоты вращении, состояния футеровки, конструктивных особенностей мельниц - создает определенные трудности при автоматизации процесса.

Некоторые параметры трудно использовать в качестве регулирующих воздействий из-за отсутствия контрольных устройств для оперативного измерения соответствующих параметров (например, гранулометрического состава руды, ее твердости), а также из-за структуры технологической цепи (например, регулирование измельчения путем изменения циркулирующей нагрузки возможно только при использовании полузамкнутых схем измельчения). Поэтому в качестве регулирующих воздействий в основном используется расход руды и воды в мельницу.

При разработке новых устройств для измерений технологических параметров используются практически все современные физические способы. С этой точки зрения совершенно необходимо исследовать патентные фонды со смежным подклассом (функциональному признаку), так как совокупность решений в отраслевых подклассах неполно характеризуют накопленный опыт разработки соответствующих средств измерений.

Результаты патентного обзора представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты патентного обзора

Объект изобретения	Особенности изобретения	Страна	Номер авторского свидетельства или патента	Источник информации
Способ управления мельницей самоизмельчения	Регулирования по степени загрузки по характеристикам работы привода	Россия	2080932 B02C25/00	www.fips.ru 27.08.2006
Способ регулирования загрузки мельницы	Регулирование по комбинации параметров	Россия	1349063 B02C25/00	www.fips.ru 10.06.2001
Способ контроля внутримельничного заполнения шаровых мельниц	Управление по комбинации параметров	Россия	2300422 B03D1/02, B03B7/00	www.fips.ru 20.11.2006
Способ управления процессом измельчения	Управление по комбинации параметров	Россия	2300798 G05D29/00, B02C25/00	www.fips.ru 10.06.2007
Способ управления процессом измельчения	Управление по комбинации параметров	Россия	2317148 B02C25/00	www.fips.ru 20.06.2002
Способ управления процессом измельчения	Управление путем регулирования частоты вращения барабана мельницы	Россия	95107485 B02C25/00	www.fips.ru 27.04.2002
Способ управления процессом измельчения	Управление путем регулирования нагрузок измельчительных и классифицирующих агрегатов	Россия	2149062 B02C25/00	www.fips.ru 20.05.2003
Cпособ управления двустадийным циклом измельчения	Управление по комбинации параметров	Россия	1460797 B02C25/00	www.fips.ru 11.03.2008
Cпособ управления процессом измельчении в барабанной мельнице	Управление по комбинации параметров	Россия	2062656 B02C25/00	www.fips.ru 27.08.2009
Способ управления мельницей самоизмельчения	Стабилизация производительности агрегата, запаса материала в мельнице и плотности готового продукта	Россия	2375116 B02C25/00	www.fips.ru 10.12.2009
Способ контроля величины загрузки мельницы	Контроль по акустическому сигналу	Россия	1716668 B02C25/00	www.fips.ru 21.03.2004
Способ управления мельницей с замкнутым циклом	Стабилизация производительности мельницы и плотности готового продукта	Россия	2320417 B02C25/00	www.fips.ru 27.03.2008
Способ оптимального управления мельницей замкнутого цикла	Управление по комбинации параметров	Россия	97115590 B02C25/00	www.fips.ru 27.06.2009
Способ оптимального управления мельницей замкнутого цикла	Управление по комбинации параметров	Россия	2146175 B02C25/00	www.fips.ru 10.03.2002
Способ управления мельницей замкнутого цикла	Стабилизация производительности агрегата, запаса материала в мельнице и плотности готового продукта	Россия	2006115413 B02C25/00	www.fips.ru 27.11.2007
Способ контроля крупности частиц в потоке	Контроль индуктивным методом	Россия	2401425 G01N15/02	www.fips.ru 10.10.2010

3.2 Выбор функциональной структуры схемы автоматизации комплекса

Выбираем электрическую ветвь государственной системы промышленных приборов, так как в данном случае она обладает рядом преимуществ перед пневматической и гидравлической ветвями ГСП.

Для разрабатываемого проекта автоматизации технологического комплекса измельчения выбираем следующую структуру управления:

И используем следующую структуру управления:

1) Приборы по месту;

2) Щит КИП и А;

3) Контрольный уровень;

4) ЭВМ (Scada - уровень).

3.2.1 Принципы контроля и управления комплексом

При управлении технологическим комплексом для достижения целей управления необходимо компенсировать следующие возмущения: изменения физико-механических свойств руды, вызывающие постепенное изменение расхода и гранулометрического состава пульпы на выходе комплекса; изменения количественных характеристик входных потоков руды и воды, ведущие к изменению расхода и гранулометрического состава пульпы; изменения расходных характеристик потоков пульпы внутри комплекса, ведущие к неравномерности питания классифицирующих аппаратов и нарушению условий классификации. Поэтому для достижения целей управления процессом измельчения необходимо решение следующих задач:

- стабилизация входных потоков руды и воды;

- стабилизация условий измельчения;

- стабилизация условий классификации;

- стабилизация гранулометрического состава выходного потока пульпы;

- компенсация изменения физико-механических свойств исходной руды.

Технологический комплекс измельчения является достаточно изученным, поэтому было предложено множество принципов управления им, которые можно классифицировать по виду применяемых управляющих воздействий:

- Принцип управления, использующие в качестве управляющего воздействия расход исходной руды в технологический комплекс;

- Принципы управления, использующие управляющим воздействием расход воды в барабан;

- Принцип управления уровнем пульпы в зумпфе насоса гидроциклона;

- Принципы управления гранулометрическим составом выходного продукта комплекса;

- Принципы управления расходом измельчающей среды в барабан мельниц.

3.2.2 Перечень систем автоматического контроля и регулирования

В приложении представлена схема автоматизации трехстадиального технологического комплекса измельчения. Основу приведенной системы автоматического управления составляют следующие локальные системы контроля и регулирования:

1) Система стабилизации расхода руды в стержневую мельницу изменением частоты вращения привода питателя (2а, 2б - 2в - контроллер - 2г) с коррекцией по уровню заполнения барабана мельницы (3а - 3б - Зв - контроллер);

2) система стабилизации соотношения «руда - вода» в стержневую мельницу изменением расхода воды в мельницу (2а, 2б - 2в, 4а - 4б - 4в - контроллер - 4г);

3) системы стабилизации расходов воды в ШМ1 (6а - 6б - контроллер - 6в - 6г) и ШМ2 (7а- 7б - контроллер - 7в - 7г) изменением положения регулирующего клапана на водопроводе;

4) система стабилизации расхода воды в классификатор второй стадии изменением положения регулирующего клапана на водопроводе (5а - 5б - контроллер - 5в - 5г);

5) система стабилизации расхода воды в классификатор третьей стадии изменением положения регулирующего клапана водопровода (8а - 8б - контроллер - 8в - 8г) с коррекцией по плотности слива классификатора (9а- 9б - 9в - контроллер) или по гранулометрическому составу слива (10а - 10б - контроллер);

6) система автоматического контроля уровня руды в бункере комплекса (1а - 1б - контроллер);

7) система автоматического контроля объемного расхода пульпы на сливе гидроциклона последней стадии (11а - 11б - контроллер);

8) система автоматического контроля температуры подшипников мельниц (12а, 12б, 12в - контроллер).

На верхний уровень системы управления (Scada - уровень) передается информация о расходах воды в технологический комплекс (Bi₃, Bi₄, Bi₅, Bi₆, Bi₇), руды (Bi₂), уровня руды в бункере комплекса (Bi₁), параметрах выходного потока комплекса (объемном расходе - Bi₁₀, плотности - Bi₈, грансостава - Bi₉).

По требованиям последующего процесса обогащения с верхнего уровня управления (Scada - уровень) может производиться корректировка заданий по производительности комплекса, плотности или гранулометрическому составу выходного потока слива классификатора последней стадии.

Аппаратурная реализация систем автоматизации технологического комплекса измельчения представлена в приведенной в приложении спецификации к схеме автоматизации технологического комплекса.

3.3 Выбор технических средств автоматизации комплекса

Учитывая специфику проектируемой системы, выбираемые средства автоматизации должны удовлетворять следующим требованиям:

- быть приспособленным для работы в условиях измеряемой среды (вибрация, шумы от рядом работающих электродвигателей);

- иметь стандартные выходные сигналы (0-5, 4-20 мА);

- иметь связь с контроллером;

- работа в данных климатических условиях.

Для измерения уровня заполнения барабана стержневой мельницы рудой выбираем аппаратно-программный комплекс «ВАЗМ-1».

Аппаратно программный комплекс «ВАЗМ-1».

Назначение:

Оперативный контроль параметров работы (загрузки исходным сырьем, мелющими телами, водного режима) мельниц различного типа (шаровых, стержневых, самоизмельчения) на основе комплексного анализа виброакустических сигналов.

Область применения:

Одно и многостадиальные схемы мокрого и сухого измельчения на обогатительных фабриках цветной и черной металлургии, горной химии и других отраслях промышленности.

Состав сигнализатора:

1) Микрофонное устройство;

2) Вибродатчик (акселерометр);

3) Усилитель входных сигналов;

4) Контроллер ВАЗМ-1;

5) Модуль выходного сигнала.

Достоинства и преимущества:

- Точность и стабильность измерения величин входных сигналов комплексом «ВАЗМ-1» обеспечивает высокую достоверность контроля загрузки измельчительного агрегата сырьем, мелющими телами и водой, а в ряде случаев, и степени износа мелющих тел и футеровки.

- База данных (временные тренды параметров), формируемая комплексом, в совокупности с базой данных, отражающей временные изменения технологических параметров процесса (трендами АСУ ТП) может быть использована для установления корреляционных связей, позволяющих оптимизировать процесс измельчения по тем или иным критериям, выбранным заказчиком.

- При оснащении дополнительными датчиками, контролирующими грансостав, плотность пульпы, активную мощность мельницы (классифицирующего агрегата), а также исполнительными механизмами комплекс «ВАЗМ-1» является ядром локальной системы автоматизированного управления измельчительным процессом.

Основные характеристики аппаратно программного комплекса «ВАЗМ-1» представлены в таблице 5.

Таблица 5- Основные характеристика «ВАЗМ-1»

Диапазон измерения, Гц	20-20000
Количество каналов измерения	2
Количество поддиапазонов (в каждом канале)	5
Выходные сигналы, мA	4-20
Интерфейс связи	RS-232, RS-485
напряжение, В	220 ±15%
частота, Гц	50 ±1%
Габаритные размеры, мм	микрофонного устройства	1600Ч230Ч120
	усилителя входных сигналов	120Ч80Ч50
	вибродатчика	90Ч90Ч90
	аппаратного шкафа ВАЗМ-1	380Ч380Ч240

Реализуемые функции :

Аппаратно-программный комплекс «ВАЗМ-1» обеспечивает:

- непрерывный контроль загрузки мельницы по параметрам вибро и акустического сигналов, получаемых с соответствующих датчиков;

- визуальное представление входных сигналов и их спектральных характеристик;

- измерение и отображение интегральных значений сигналов в полном диапазоне частот (общий уровень сигналов) и в пяти частотных поддиапазонах выбираемых пользователем;

- измерение и отображение других параметров входных сигналов (частоты и амплитуды максимума);

- формирование базы данных, отражающей временные изменения параметров вибро и акустического сигналов в заданных диапазонах частот.

- формирование выходных управляющих сигналов, реализующих функцию комплексной суммы параметров входных сигналов и нормализованных в принятом в автоматизации стандарте (4 - 20 мА).

Технологические аспекты применения комплекса «ВАЗМ-1».

Традиционное управление процессом измельчения путем стабилизации подачи руды не позволяет максимально использовать текущую производительность мельницы и приводит к снижению общей производительности и увеличению энергозатрат. В тоже время известно, что при улучшении условий измельчения объемное заполнение мельницы падает, и наоборот растет при ухудшении условий. Стабилизируя объемное заполнение на заданном уровне с помощью комплекса «ВАЗМ-1», можно в определенной степени подстраивать текущую производительность под изменяющиеся условия. При этом можно добиться следующих результатов:

- Использовать мельницу в режиме максимально возможной в данных условиях производительности;

- Снизить абсолютный и удельный расход электроэнергии;

- Стабилизировать в определенной степени циркуляционную нагрузку и, как следствие, плотность пульпы на выходе мельницы;

- Стабилизация плотности в определенной степени способствует и стабилизации грансостава выходного продукта.

Весы конвейерные автоматические «АКВС-1»

Назначение:

Весы конвейерные автоматические АКВС-1,предназначены для непрерывного взвешивания материала, транспортируемого ленточным конвейером.

Принцип работы весов основан на измерении выходных электрических сигналов тензодатчиков и датчика скорости, движения ленты соответственно. Основные характеристики весов приведены в таблице 6.

Таблица 6- Основные характеристики «АКВС-1»

Наименование	Величина
Предел допускаемой погрешности весов, % от измеряемой массы	0.5
Дискретность индикации, кг	1
Скорость движения ленты не более, м/с	5
Угол наклона боковых роликоопор весов не более, град	30
Угол наклона ленты весов не более, град	20
Диапазон рабочих температур С:	грузоприемного устройства, датчика скорости	-30…+40
	Шкафа управления	+5…+40
Номинальная мощность, потребляемая весами, не более, ВА	15
Вероятность безотказной работы весов за 2000 часов составляет	0.92
Средний срок службы весов не менее, лет	10
Габаритные размеры прибора	600x600x350
напряжение переменного тока, В	220
частота, Гц	50

3.4 Анализ работоспособности локальной системы автоматического регулирования по выбранному каналу регулирования

Выбор регулятора и расчет его настроек

Выбор закона регулирования производится на основе имеющихся динамических (Т_о и ф_о) и статических характеристик (К_о) объекта регулирования по принятому каналу управления, требованиям к показателям качества процесса регулирования, функций и структуры схемы автоматизации. Системой автоматического регулирования является стабилизация расхода руды в стержневую мельницу изменением частоты вращения электропривода питателя с коррекцией по уровню заполнения барабана мельницы пульпой.

В таблице 7 представлены требования к показателям качества переходного процесса регулирования.

Таблица 7 - Требования к показателям качества процесса регулирования

Показатели качества	Контур 1	Контур 2
Перерегулирование	у?20%	y1>min
Допустимое время регулирования	tp?4T01	tp?4T02
Допустимое остаточное отклонение	д =0	д =0
Динамический коэффициент регулирования	Rд?0.45	Rд?0.35

Рисунок 53 - Алгоритмическая структура комбинированной системы регулирования

Рассмотрим первый контур. Выберем закон регулирования и определим настройки регулятора стабилизирующего контура.

Параметры первого объекта:

k₀₁ = 0.133, T₀₁ = 2 c, ф₀₁ = 2,5 c;

Соотношение ф₀₁/T₀₁=1.25, t_р?8, t_р/ф₀₁=3,2 производим выбор закона регулирования используя графические зависимости (рисунок 54, 55).

Рисунок 54 - Динамические коэффициенты регулирования на статических объектах: а - апериодический процесс; б - процесс с 20%-ым перерегулированием; в - процесс с min?; 1 - И-регулятор; 2 - П-регулятор; 3 - ПИ-регулятор; 4 - ПИД-регулятор

Рисунок 55 - Графики времени регулирования для статических объектов: а - апериодический процесс; б - процесс с 20%-ым перерегулированием;

в - процесс с min?; 1 - И-регулятор; 2 - П-регулятор; 3 - ПИ-регулятор; 4 - ПИД-регулятор

Таким образом, для первого регулятора выбираем ПИ закон регулирования и настройки регулятора считаем по следующим выражениям:

3.4.2 Моделирование автоматической системы регулирования

В проекте исследуется система стабилизации расхода руды путем изменение частоты вращения электропривода питателя, с коррекцией по уровню заполнения барабана мельницы рудой.

Моделирование и снятие динамических характеристик производим в программе MatLab пакете визуального моделирования “Simulink”.

Рисунок 56 - Схема модели внутреннего контура управления

Используем рассчитанные настройки регулятора.

Получаем следующий переходный процесс:

Рисунок - 57 Переходный характеристика основного конура регулирования

по возмущению

Рисунок - 58 Переходный характеристика основного конура регулирования по каналу задания

Изменим настройки ПИ-регулятора для получения желаемых характеристик. В результате подбора были определены оптимальные настройки ПИ-регулятора: =31, =1.5. На рисунке показаны характеристики с оптимальными настройками ПИ-регулятора.

Рисунок - 59 Переходная характеристика по каналу с оптимальными настройками регулятора по каналу возмущения

Рисунок - 60 Переходная характеристика по каналу задания с оптимальными настройками регулятора

Рассчитаем настроечные параметры корректирующего регулятора. Для этого снимем разгонную характеристику по каналу n-Hз.

Рисунок 61 - Схема модели объекта, объединяющий основной контур и объект управления корректирующего контура

Далее, для расчета настроек корректирующего регулятора, аппроксимируем полученную переходную характеристику объекта.

Аппроксимацию переходной характеристики объекта осуществляют следующим образом: в точке наибольшего наклона (наибольшей крутизны) переходной характеристики проводят касательную (рисунок 60) и полагают, что передаточная функция объекта может быть записана следующим образом:

Рисунок 62 - Аппроксимация переходной характеристики объекта

После аппроксимации получаем следующие значения:

k₀₂ = 0.79, T₀₂ = 300 c, ф₀₂ = 100 c;

Таким образом, для второго регулятора выбираем ПИ закон регулирования и настройки регулятора считаем по следующим выражениям:

=199

Подставим полученные значение в ПИ-регулятор и исследуем на модели (рис.63).

Рисунок 63 - Схема системы модели управления

Получим переходные характеристики по каналам управления и возмущения при рассчитанных настройках регулятора.

Рисунок - 64 Переходные характеристики системы регулирования с расчетными настройками регулятора, по каналу возмущения



Рисунок - 65 Переходные характеристики системы регулирования с расчетными настройками регулятора, по каналу задания n-Hз

Изменим расчетные характеристики регулятора, для получения желаемых характеристик. Методом подбора получили 1.7 , 190.Получили следующие переходные характеристики:

Рисунок - 66 Переходные характеристики системы регулирования с оптимальными настройками регулятора, по каналу возмущения

Рисунок - 67 Переходные характеристики системы регулирования с оптимальными настройками регулятора, по каналу задания

Расчет устойчивости системы

При помощи критериев устойчивости можно установить факт устойчивости или неустойчивости системы, все параметры которой заданы. Однако при проектировании и наладке систем возникает более общая задача анализа устойчивости - определение допустимых (по условию устойчивости) пределов изменения некоторых параметров системы. В качестве таких варьируемых параметров обычно рассматривают коэффициенты и постоянные времени управляющего устройства, которые можно целенаправленно изменять при настройке системы.

Допустимые пределы варьирования параметров системы можно определить путем построения областей устойчивости. Областью устойчивости называют область в пространстве варьируемых параметров, каждой точке которой соответствуют только левые корни характеристического уравнения. Область устойчивости выделяет из всех возможных значений варьируемых параметров лишь те значения, при которых система устойчива. Поверхность, ограничивающая область устойчивости, называется границей устойчивости. Построим область устойчивости в плоскости параметров настройки регулятора K_Р и K_Р/Т_И для стабилизирующего контура, с помощью метода D-разбиения.

Для получения АФЧХ разомкнутого контура воспользуемся комплексом Control System Toolbox матричной математической системы MATLAB располагающим эффективными средствами проверки устойчивости по критерию Найквиста и вычисления запасов устойчивости по амплитуде и по фазе.

Листинг программы для оценки устойчивости контура представлен ниже.

W1=tf([0.133],[2.5 1]); %описание w1

[num1,den1]=pade(2.5,10);

W11=tf([num1],[den1]); %описание звена запаздывания w1

sys1=tf([31],[1]); %описание П-состовляющей регулятора 1

sys2=tf([1],[1.3 0]); %описание И-состовляющей регулятора 1

sys12= parallel (sys1,sys2); %охватываем Кр и Ти. Регулятор 1

sys11=series(W1,W11); % соединяем последовательно w1 и w11

sys22=series(sys11,sys12); %описание разомкнутого внутреннего контура nyquist(sys22) %получаем АФЧХ внутреннего разомкнутого контура

Рисунок 68- АФЧХ разомкнутого основного контура системы регулирования.

Рисунок 69 - ЛАЧХ и ФЧХ разомкнутого внешнего контура объекта

Так как АФЧХ не охватывает точку с координатами (-1;j0), то согласно основной формулировке критерия устойчивости Найквиста, основной контур локальный САР устойчив. Запас устойчивости по амплитуде составляет составляют 17.4 дБ, а по фазе 66.8⁰

3.4.4 Построение области устойчивости основного контура локальной САР в плоскости 2-х параметров

Исходным выражением для построения области устойчивости является характеристическое уравнение замкнутого контура скорректированной системы

Приведем к общему знаменателю:

Приравняем числитель к нулю:

= 0

Подставляя р = j• и используя преобразования, получим

Изменяя значения , определяем С₁ и С₀ и заносим их в таблицу 8. Строим область устойчивости в плоскости параметров K_P и K_P/(рис. 68).

Таблица 8 - Данные к построению области устойчивости

Подобные документы

• Система автоматизации технологического комплекса флотации

  Обоснование эффективности автоматизации технологического комплекса медной флотации как управляемого объекта. Математическое моделирование; выбор структуры управления и принципов контроля; аппаратурная реализация системы автоматизации, расчет надежности.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.02.2013
  

• Автоматизация технологического процесса штамповки

  Обоснование автоматизации роботизированного технологического комплекса штамповки. Анализ путей автоматизации. Разработка системы и структурной схемы управления РТК. Выбор технических средств. Электромагниты, автоматические выключатели и источники питания.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 23.01.2014
  

• Автоматизация рецептурно-смесительного комплекса приготовления шоколадных масс

  Характеристика объекта автоматизации. Описание поточной линии для приготовления шоколадных масс. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации и выбор контролируемых параметров. Выбор технических средств и описание схемы автоматизации.
  
  курсовая работа [170,4 K], добавлен 09.05.2011
  

• Автоматизация тепловых процессов на примере кожухотрубчатого теплообменника

  Описание технологического процесса нагревания. Теплообменник как объект регулирования температуры. Задачи автоматизации технологического процесса. Развернутая и упрощенная функциональная схема, выбор технических средств автоматизации процесса нагревания.
  
  курсовая работа [401,0 K], добавлен 03.11.2010
  

• Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях

  Моделирование АИС. Создание автоматизированной системы управления процессом измельчения для повышения эффективности функционирования технологического комплекса за счет улучшения системы регулирования и контроля подачи руды и расхода воды в мельницу.
  
  курсовая работа [1,7 M], добавлен 17.01.2009
  

• Разработка системы автоматизации технологического процесса дожимной насосной станции

  Автоматизация технологического процесса на ДНС. Выбор технических средств автоматизации нижнего уровня. Определение параметров модели объекта и выбор типа регулятора. Расчёт оптимальных настроек регулятора уровня. Управление задвижками и клапанами.
  
  курсовая работа [473,6 K], добавлен 24.03.2015
  

• Автоматизация узла получения оксиэтилированных алкилфенолов

  Описание процесса оксиэтилирования алкилфенолов. Основные характеристики и особенности технологического объекта с точки зрения задач управления. Анализ существующей системы автоматизации технологического процесса и разработка путей его совершенствования.
  
  дипломная работа [1,3 M], добавлен 11.06.2011
  

• Автоматизированный комплекс подачи листовых деталей

  Анализ существующих методов и средств автоматизации процесса загрузки. Компоновка технологического комплекса устройства подачи листовых деталей. Расчёт пневмоцилиндров и вакуумного захвата. Принцип работы и назначение схемы пневматической принципиальной.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 31.05.2013
  

• Проектирование роботов и робототехнических систем

  Разработка технологического предложения на создание роботизированного технологического комплекса для изготовления заданных деталей методом механической обработки, штамповки или литья. Конструкторские задачи автоматизации машиностроительного производства.
  
  курсовая работа [171,6 K], добавлен 25.10.2014
  

• Автоматизация стекловаренной печи

  Описание технологического процесса производства стекломассы. Существующий уровень автоматизации и целесообразность принятого решения. Структура системы управления технологическим процессом. Функциональная схема автоматизации стекловаренной печи.
  
  курсовая работа [319,2 K], добавлен 22.01.2015
  

• Автоматизация технологического процесса сушки макарон

  Изучение технологического процесса сушки макарон. Структурная схема системы автоматизации управления технологическими процессами. Приборы и средства автоматизации. Преобразования структурных схем (основные правила). Типы соединения динамических звеньев.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 22.12.2010
  

• Автоматизация процесса каталитического риформинга

  Аппаратура технологического процесса каталитического риформинга. Особенности рынка средств автоматизации. Выбор управляющего вычислительного комплекса и средств полевой автоматики. Расчет и выбор настроек регуляторов. Технические средства автоматизации.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 23.05.2015
  

• Автоматизация технологической линии "D" сушки ПВХ

  Общая характеристика и принцип действия сушилки Т-4721D, предназначенной для сушки ПВХ. Теплообменные процессы в сушилке. Инженерный анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса сушки.
  
  курсовая работа [52,7 K], добавлен 22.11.2011
  

• Анализ производительности роботизированного технологического комплекса механообработки

  Анализ компоновочной схемы роботизированного технологического комплекса. Расчет геометрических и кинематических параметров. Построение циклограммы технологических средств производства. Особенность определения коэффициентов загрузки оборудования.
  
  курсовая работа [761,2 K], добавлен 23.12.2021
  

• Горно-технологический процесс на предприятии "Рудник "МИР" - КСА-1"

  Ознакомление с современным горным производством на примере горно-обогатительных и горно-перерабатывающих предприятий. Изучение технологического комплекса обогатительной фабрики. Электромеханическое оборудование и автоматизация технологических процессов.
  
  отчет по практике [1,0 M], добавлен 12.10.2021
  

• Автоматизация технологического процесса изготовления сыра

  Анализ технологической схемы и выбор методов и средств автоматизации. Синтез системы автоматического регулирования температуры в сыродельной ванне. Обоснование структуры математической модели сыродельной ванны как объекта регулирования температуры.
  
  курсовая работа [99,4 K], добавлен 02.02.2011
  

• Создание роботизированного технологического комплекса (РТК)

  Предназначение роботизированного комплекса для изготовления заданной детали методом механической обработки, штамповки или литья. Выбор технологического процесса изготовления детали. Выбор основного технологического оборудования, типа промышленного робота.
  
  курсовая работа [2,8 M], добавлен 25.10.2014
  

• Автоматизация технологического процесса производства цемента с регулированием уровня загрузки и вязкости шлама в цементной мельнице

  Описание технологического процесса и функциональной схемы автоматизации производства цемента. Расчет качества переходного процесса. Разработка чертежа вида на фронтальную и внутреннюю плоскости щита, составление таблицы их соединений и подключений.
  
  дипломная работа [556,7 K], добавлен 19.04.2010
  

• Автоматизация смесительного узла

  Анализ технологического процесса. Уровень автоматизации работы смесительной установки. Алгоритм производственного процесса. Описание функциональной схемы автоматизации дозаторного отделения, принципиальной электрической схемы надбункерного отделения.
  
  контрольная работа [14,2 K], добавлен 04.04.2014
  

• Разработка технологического процесса изготовления детали

  Автоматизация как одно из направлений научно-технического прогресса, анализ основных преимуществ. Анализ способов автоматизации технологического процесса обработки детали в плане загрузки и разгрузки на станке, общая характеристика особенностей.
  
  дипломная работа [4,7 M], добавлен 24.06.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам

w	C1(Kp)	C0(Kp/Tи)
0	-22.7	0
0,2	-21.2	6.40
0,4	-18.3	13.60
0,6	-14.3	21.29
0,8	-8.01	29.18
1.0	-1.65	36.94
1.4	16.34	50.78
2.0	47.04	62.84