Автоматический метод измерения и поддержания уровня пульпы и пены во флотационной машине

Размещено на http://allbest.ru

УДК 681.5: 622.765

Автоматический метод измерения и поддержания уровня пульпы и пены во флотационной машине

Галиев Владислав Асхатович магистрант

Шоланов Корганбай Сагнаевич, доктор технических наук,

академик НИА РК, профессор

Перед компанией ТОО «КПА ИНЖИНИРИНГ», корпорацией Казахмыс, была поставлена задача создания автоматизированной системы управления флотационной машиной казахстанского производства. Флотационная машина была создана Карагандинским литейно-машиностроительным заводом (далее КЛМЗ). Основным видом производственной деятельности КЛМЗ является изготовление и ремонт горно-шахтного оборудования, обеспечение предприятий корпорации запасными частями и оборудованием машиностроительного назначения. Изготовленная флотационная машина имеет 8 камер, мощные аэрационные узлы и полностью автоматизирована.

Машина установлена на Жезказганской обогатительной фабрике ЖОФ-2, там же установлены флотационные машины российского и турецкого производства. Испытываются три флотационные машины с целью оценки их безопасности, производительности и надежности. Результатом тестирования будет получение тендера на замену новыми флотационными машинами старых образцов на фабриках ЖОФ-1, 2, 3.

Флотационное обогащение руд в значительной мере определяет количественные и качественные показатели конечного продукта горно-обогатительного производства.

Функции существующих АСУ ТП процессом флотации заключаются в стабилизации параметров первичных технологических контуров, таких как уровень пульпы во флотомашине, расход флотационного воздуха и реагентов.

В настоящей работе описан комбинированный метод автоматического измерения уровня пульпы и создаваемой пены, так как эти параметры являются наиболее значимыми во всем процессе флотации.

Обогащение полиметаллических руд методом флотации осуществляется во флотационных камерах по принципу при котором через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов (в зависимости от используемых реагентов) собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены [1]. Структурная схема флотационной машины с основными элементами и контрольно-измерительной аппаратурой изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема флотационной машины.

Уровень пены (1) измеряется путём вычитания из значения показаний ультразвукового датчика уровня (15) значения уровня пульпы, полученного с помощью датчиков давления установленных в верхних частях полых труб (14), погруженных в минеральный материал.

Способ вычисления уровня жидкостей данным методом описан ниже. Флотация производится во флотационных камерах (2), мелкие пузырьки воздуха, образуются во вращающемся аэрационном узле (3), вращение передается от двигателя (8) на вал аэрационного узла (9), при помощи ременной передачи (10).

Сам воздух передается через систему подачи воздуха (11), расход измеряется расходомером (12) и регулируется электрической задвижкой (13). Пена поступает в специальный отсек, из которого по отводящим трубам (4) проходит дальше в соответствии с технологическим процессом. Заданный уровень пульпы поддерживается при помощи электрически управляемого цилиндра (7), который обеспечивает требуемый процент слива отработанного материала при помощи пробки (6) соединённой с ним штоком. Через систему труб (5) использованный материал отправляется в хвосты или на повторную обработку. автоматический полиметаллический флотационный

Система автоматизированного управления (САУ) флотационной машиной помимо поддержания требуемого уровня пульпы и пены, так же обеспечивает мониторинг состояния и управление приводами импеллеров. На сенсорной панели оператора отображается вся необходимая информация по данному технологическому процессу, так же с её помощью можно производить изменения алгоритмов функционирования системы и отдельных параметров.

Перейдем непосредственно к использованным в данной САУ методам измерения уровней пены и пульпы, а так же поддержания их в заданном диапазоне.

Измерение уровня пульпы производится косвенным методом, т.е. для его вычисления мы оперируем некоторыми формулами из курса физики, и путем арифметических вычислений получаем искомое значение. Для измерения уровня пульпы используются две идентичные полые трубки, на один из концов устанавливается датчик давления, соединение его с трубкой должно быть абсолютно герметично.

Данные трубки необходимо погрузить в измеряемую среду, причем глубина их погружения должна отличаться на значение численно равное ?h. Вычисление уровня основано на формуле вычисления давления столба жидкости (формула 1). Следует обратить внимание на то, что вычисления производятся в относительных величинах, и для их корректного отображения требуется использование корректировочных коэффициентов.

(1)

Так как у нас установлено два датчика давления, и известна разность глубин их погружения, выводим следующее соотношение (формула 2).

(2)

Далее вычисляем плотность, по формуле 3.

(3)

Для вычисления уровня пульпы полученное значение плотности требуется подставить в одну из формул давления, например в формулу давления P1 (формула 4, 5).

(4)

(5)

Для увеличения точности вычисления можно использовать среднеарифметическое значение h1 и h2, предварительно прибавив значение ?h к значению h2.

Для измерения уровня пены (hп), необходимо настроить ультразвуковой уровнемер и вычисленный уровень на одну «нулевую» точку. За нулевую точку принимается величина h0 (см. рисунок 1) которая совпадает с кромкой сливной камеры для пены. Далее осуществляется вычитание значения полученного путём вычислений из показаний уровнемера. Таким образом, получается значение численно равное высоте пены.

Для регулирования уровня пульпы в камерах флотационной машины используется пробка, управляемая электронным цилиндром. Степень открытия клапана определяется ПИД регулятором, либо в ручном режиме.

САУ имеет возможность автоматического поддержания уровня пены, автоматического поддержания расхода воздуха и ручное регулирование степени открытия электронной задвижки на подаче воздуха.

Автоматическое поддержание пены осуществляется с помощью ПИД регулятора, который вычисляет требуемое количество поступающего воздуха в аэрационный узел в единицу времени (т.е. требуемый расход). Расход же, в свою очередь, так же управляется ПИД регулятором, который после сравнения вычисленного на предыдущей ступени расхода, с текущим значением показаний расходомера, определяет степень открытия электронной задвижки. При недостатке воздуха, процесс флотации имеет низкий КПД, так как образуется мало пены, а при переизбытке воздуха материал начинает «кипеть» т.е. пузырьки пены начинают лопаться и концентрат опускается обратно. Поэтому крайне важно поддерживать уровень поступающего воздуха в определенном диапазоне.

Так же есть возможность перехода от автоматического поддержания уровня пены к автоматическому поддержанию расхода. Так ПИД регулятор обработав текущее значение расхода и сравнив его с заданным, регулирует степень открытия электронной задвижки на подаче воздуха.

Аппаратное обеспечение. Для реализации автоматизированной системы управления флотационной машиной, требовалось выбрать из широкого ассортимента современных средств автоматизации наиболее подходящие. При выборе промышленного логического контроллера (далее ПЛК) учитывались факторы позволяющие реализовать алгоритмы работы машины, описанные выше.

Как главный элемент управления процессом - ПЛК должен обладать следующими качествами: высоким быстродействием, иметь возможность расширения при помощи различных модулей (дискретные и аналоговые входа/выхода), поддерживать промышленные сетевые стандарты, такие как RS-422 (для подключения сенсорной панели оператора) и ETHERNET для интеграции САУ в SCADA систему предприятия. Не маловажным фактором при выборе ПЛК является его экономическая рентабельность.

Дискретные сигналы, поступающие с местных пультов управления импеллерами и коммутационного оборудования, имеют различные типы, но все приводятся к единому стандарту, который зависит от типа контроллера или подключенного к нему модуля расширения, при помощи реле. Реле, выбираемые для рассматриваемого проекта должны иметь высокую наработку на отказ, быть компактными и не дорогими. Структура аппаратного обеспечения САУ представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структура аппаратного обеспечения САУ флотационной машиной

На основании представленных выше требований был выбран ПЛК FX-3G фирмы Mitsubishi Electric, к нему подключены модули аналоговых и дискретных входов/выходов, модуль ETHERNET связи.

Так же к ПЛК подключена сенсорная панель оператора GOT 2000, производства Mitsubishi Electric, на ней отображаются данные о состоянии импеллеров, текущие значения следующих величин: уровня пульпы в камере, уровня создаваемой пены, текущей плотности пульпы, текущего расхода воздуха, состояния вводных автоматов, магнитных пускателей и тепловых реле. Сенсорная панель оператора так же сохраняет архив всех событий происходящих в системе (включение и отключение оборудования, достижения аналоговыми величинами критических значений и др.). По средствам панели можно вводить требуемые значения величин, включать и отключать технологические блокировки, менять режимы работы и прочее.

Источниками аналоговых сигналов поступающих в САУ являются: датчики давления, аналоговый расходомер (измерение расхода воздуха в аэрационных узлах), ультразвуковой уровнемер. Они выдают унифицированный токовый сигнал 4-20 мА. Датчики давления исполнены в корпусе из нержавеющей стали для предотвращения коррозии. В целях снижения помех ультразвукового уровнемера он установлен в пластиковый короб. Расходомер Opti Swirl был поставлен заводом изготовителем полностью сконфигурированным для поставленной задачи (конфигурирование подразумевает установку деталей для заданного давления воздуха, диаметра трубы подачи, температуры и др.).

Рабочими органами данной САУ являются пневмоцилиндры и задвижки оснащенные электроприводами. Рабочие органы управляются ПЛК посредствам аналогового токового сигнала 4-20 мА.

Пневмоцилиндры соединены с пробками при помощи штока, и регулируют поток материала между ступенями флотации, либо поток отработанного материала в отвал. Используемые пневмоцилиндры имеют длину хода штока 50 сантиметров позволяя регулировать поток материала в широком диапазоне.

Задвижка SMC, оснащенная электроприводом, обеспечивает требуемый процент открытия и регулирует расход воздуха необходимого для аэрационного узла. Если задвижка будет работать некорректно, это может кардинально повлиять на производительность всего процесса флотации. Недопустимым является как слишком малый поток воздуха (не создается пена), как и слишком большой (пена начинает кипеть, частички металла вновь уходят в осадок).

Все электроприводы импеллеров САУ приводятся в действие магнитными пускателями с тепловыми реле (для предотвращения перегрева электродвигателей).

Возможность интеграции САУ флотационной машиной в общую SCADA систему предприятия позволяет дистанционно отслеживать технологический процесс, и немедленно реагировать на складывающуюся ситуацию. Так же это позволяет синхронизировать производственные процессы получения концентрата.

Данная система автоматизированного управления является инновационной, так как позволяет задавать необходимый уровень пульпы и пены в процессе флотации, и поддерживать их в оптимальном диапазоне. Это обеспечивает высокий КПД флотации и упрощает работу обслуживающего персонала.

Список использованной литературы

1. Абрамов А.А.. Флотационные методы обогащения. -М. Недра. 2008 г. стр - 24

Об авторах

Галиев Владислав Асхатович магистрант группы АиУМ-15-1. Окончил бакалавриат по специальности «Автоматизация и управление» в 2014 году. Работает в ТОО «КПА ИНЖИНИРНГ» на должности инженер-программист.

Шоланов Корганбай Сагнаевич, доктор технических наук, академик НИА РК, профессор, профессор кафедры АПП Карагандинского государственного технического университета.

Ключевые слова: автоматика, система, уровень, пульпа, пневмоцилиндр, клапан, флотация, флотомашина, импеллер, привод, задвижка, давление, расход, пена, уровнемер.

Размещено на Allbest.ru