Характеристика производственных процессов



Тип работы:  Дипломная работа
Бесплатно:  Антиплагиат
Объем: 60 страниц
В избранное:   
Введение

Сульфидные руды - это полезные ископаемые, которые состоят из соединений тяжелых металлов с серой (т.е. сульфидов).
На сегодняшний день экономика развита таким образом, что процесс извлечения нужных элементов из руд является возможным и выгодным. Одним из предназначений руды является производство металлов. С каждым годом мировое потребление металлов увеличивается. За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились. На данном этапе их значения равны около 800 млн. тонн и около 8 млрд. тонн. В настоящее время доля продукции, изготовленной с использованием черных и цветных металлов, составляет около 73% валового национального продукта государств. Объем добычи железных руд занимает в Республике Казахстан одно из первых мест.
Цель внедрения системы автоматизации (СА) процесса измельчения обогатительной фабрики горно-обогатительного комплекса - повышение технологических показателей работы обогатительного передела. Увеличение извлечения металлов, повышение качества выпускаемых фабрикой концентратов, сокращение удельных затрат нормируемых материалов будет достигнуто за счет эффективного компьютерного управления технологическими процессами, использования современного парка контрольной и измерительной техники.
Назначение дипломной работы - проектирование автоматизированной системы управления процессом измельчения сульфидной руды. Объектом проектирования является отделение измельчения обогатительной фабрики горно-обогатительного комбината. Основной целью дипломной работы является вывод о рациональности применения системы автоматизации для оптимизации технологических параметров и стабильного управления технологической линией, с анализом важнейших факторов и закономерностей процесса измельчения.
Хорошо известно, что гранулометрические характеристики продуктов измельчения оказывают существенное влияние на эффективность последующих операций разделения. Оптимальная работа измельчения и контроль размеров частиц продуктов измельчения являются ключевыми технологиями, которые необходимо срочно решать в области переработки полезных ископаемых и порошкового машиностроения. Однако для разных руд важность и сложность операции оптимизации измельчения и контроля размера измельчаемого продукта различны. Производственная практика показывает, что наиболее важными, но и наиболее сложными проблемами для оловянных обогатительных фабрик, работающих с касситеритными полиметаллическими сульфидными рудами, являются оптимальная работа операций измельчения и контроль размера частиц продуктов измельчения. Касситерит и сульфидные минералы имеют большие различия в физико-механических свойствах, и селективная фрагментация очевидна. По сравнению с сульфидными минералами касситерит хрупок и обладает высокой плотностью, легко осаждается и обогащается в измельчителях. Поэтому касситерит часто многократно дробится в измельчителях, что делает касситерит легко обогащаемым мелкими зернами продуктов измельчения и увеличивает трудность восстановления. Различные методы обработки существуют между касситеритом и сульфидными минералами. Необходимый размер шлифования также отличается. Сульфидные минералы обычно обогащаются и отделяются друг от друга флотацией. Они подходят для подачи материалов в диапазоне примерно -0,15 + 0,010 мм, поэтому руду необходимо мелко измельчить. Основным методом обогащения и извлечения касситерита является гравитационное разделение, и оптимальный диапазон размеров частиц составляет приблизительно -0,25 + 0,075 мм, следовательно, требуется крупноизмельченная руда. Трудно удовлетворить как требования грубого помола касситерита, так и тонкого помола сульфида, и это в конечном итоге приводит к большому количеству касситерита, который измельчается до мелкого уровня, с высокой скоростью потерь оловянных хвостов, которые трудно восстановить.
Это недостаточно, чтобы сделать размер частиц измельчения грубым, чтобы уменьшить образование мелкого касситерита, что приведет к недостаточной диссоциации сульфидной руды; кроме того, качество флотационного концентрата плохое, и взаимная потеря металла серьезная. Поэтому существует внутреннее противоречие между переизмельчением касситерита и недозолотом сульфидных руд, что приводит к низкосортному сульфидному концентрату, серьезным потерям касситерита и растрате минеральных ресурсов. Для решения этой проблемы было проведено много исследований по оптимизации мелющих тел, схем шлифования и моделей шлифования. Однако существует мало исследований по оптимизации метода процесса измельчения. Таким образом, остро необходимы исследования по определению способа управления процессом измельчения полиметаллических сульфидных руд.

1 Описание решаемой задачи

1.1 Характеристика производственных процессов

Размер добытой руды в естественном виде имеет большой спектр крупности. В случае открытой добычи крупность отдельных кусков может достигать 100-120 см, в то время как при подземной всего лишь 30-80 см. Для последующей переработки руды данного размера необходимо произвести процесс дробления или измельчения. Дробле - ние -- это процесс, при котором, происходит уменьшение размеров кусков твердого материала путем его разрушения под воздействием внешних сил. Данный процесс предназначен для придания кускам материала определенного размера. Итоговый размер измельченной руды определяется ее типом, а также способом дальнейшей обработки. При до - менной плавки верхняя норма размера кусков руды сос - тавляет 4-10 см.
Процесс измельчения руды подразумевает собой несколько ступеней. Перед каждой ступенью про - изводят рассев, для того чтобы выделить готовые по размеру куски.
Выделяют следующие стадии дробления:
- крупное дробление - начальный размер кусков 120 см, конечный размер 10-35 см;
- среднее дробление - Начальный размер 10-35 см, конечный 4-6 см
- мелкое дробление - начальный размер 4-6см, конечный 0,6-2,5 см;
- из - мельчение - начальный 0,6-2,5 см, конечный 0,1 см;
- тонкое измельчение - менее 0,1 см.
Крупное, среднее и мелкое дробление производят в дробилках, а измельчение - в мель - ницах.
Процесс дробления имеет несколько различных методов:
- раздавливание,
- истирание,
- раскалывание,
- удар и соче - тание перечисленных способов.
Основными типами применяемых дробилок являются (рисунок 1):
- щековые дробилки, которые применяются при крупном и среднем дроблении;
- конусные дробилки, которые выполняют процессы крупного, среднего и мелкого дробления. Эффективность дробилок крупного дробления составляет 150-2300 м[3]ч, для среднего - от 8 до 580м[3]ч, а для мелкого- от 24 до 260м[3]ч;
- молотковые дробилки, которые осуществляют процесс крупно - го, среднего и мелкого дробления для пород с низким коэффициентом крепости;
- валковые дробилки выполняют среднее и мелкое дробление для пород, имеющих среднюю твердость. Чаще всего применяют двух- и четырехвалковые дробилки.

Рисунок 1 - Схема устройства дробилок

Из бункера 1 качающимся питателем 2 исходный кусковый материал отправляется в щековую дробилку 3. После нее материал конвейером 5 поступает на грохот 6. Допустимый по размеру материал из грохота поступает в вагонетку готовой продукции 8 через конвейер 7. Крупный материал, не прошедший через грохот, конвейером 4 отправляется на повторное дробление в щековую дробилку. (Рисунок 2)

Рисунок 2 - Технологический процесс дробления руды

1.2 Аппаратура технологического процесса

Шаровая мельница с разгрузкой посредством решетки МШР (рисунок 3) содержит: барабан, основные подшипники 2 и 3, также питатель 4. Барабан состоит из 3 частей: загрузочной, средней и разгрузочной частей. Нагрузочная доля предполагает фронтальную крышку 5, отлитую совместно с цапфой. В цапфе предусмотрен загрузочный патрубок 6, изнутри которого установлены винтообразные устремляющие для подачи материала с питателя внутрь барабана. Также патрубок предназначен для охраны внутренней поверхности цапфы от износа. Средняя часть мельницы предполагает барабан, к которому болтами закрепляются фронтальные крышки. Изнутри барабан футеруется бронеплитами 7, которые закрепляются в болтах 8. Выгрузочная доля содержит фронтальную крышку 9 с цапфой 10, выгрузочную сетку, лифтеры 12, изнутри цапфы вводится выгрузочная углубление 13. Барабан, определяемый в подшипниках 2 также 3, приобретает оборот с электродвигателя посредством зубчатого венца 14.
Начальный материал погружается в мельницу, в отверстие 15 питателя, размельченный разгружается посредством щелевидного отверстия сетки в лифтеры, с которых при повороте барабана объединяется в горловину выгрузочной цапфы. Выгрузочная цапфа производится несколько наибольшего объема, нежели загрузочная, что упрощает движение пульпы по барабану мельницы. Мельницы вида МШР характеризуются укороченным барабаном (отношение длины барабана к диаметру является не более 1:1), поэтому они выдают размельченный продукт с наименьшей концентрацией шламов, нежели мельницы с центральной разгрузкой. По причине наиболее значительного наполнения мельниц вида МШР мелющими приборами, удельная эффективность данных мельниц возрастает в 10 -- 15%.

Рисунок 3 - Шаровая мельница с решеткой

Критической частотой вращения барабана называется частота, при которой измельчающийся материал прижимается к внутренней плоскости барабана и крутятся совместно с барабаном, не отрываясь. Данное явление происходит, когда центробежная сила уравновешивает силы тяжести материала. В следствии этого явления происходит прерывание процесса дробления руды.
В мельнице формируются разнообразные режимы дробления из-за различной частоты вращения барабана:
- водопадный режим дробления, который характеризуется следующими отличительными чертами: фактическая частота барабана составляет не меньше 0,76 - 0,88 критической, масса мелющих тел подымается на определенную высоту и спадает под воздействием силы тяжести, при этом имея траекторию сходной с параболической, дробление руды происходит в основном с помощью удара, данный режим применяется при измельчении большого материала, на первой ступени;
- смешанный режим дробления, который характеризуется следующими отличительными чертами: одна доля мелющих тел принимает участие в независимом полете, другая - перекатывается изнутри барабана согласно закрытым траекториям, подвергая руду измельчению ударом и истиранием, частота вращения составляет 0,6 -- 0,76 от критической;
- каскадный режим, который характеризуется следующими отличительными чертами: частота вращения барабана является 0,5 -- 0,6 от критической, при установленном последовательном порядке мелющие тела постоянно циркулируют внутри барабана, подымаясь согласно кольцевым траекториям в определенную вышину, потом скатываясь под углом, сходным к углу натурального откоса, при последовательном порядке сырье измельчается в большей степени путем истирания.

1.3 Анализ технологического процесса как объекта управления

Процесс дробления как объект управления представлен на рисунке 4.
Управляемыми величинами являются: мощность электропривода, употребляемая при дроблении, уровень материала в пасти дробилки
Управляющие параметры представляют собой: производительность дробилки по исходной руде, частота вращения подвижного элемента дробилки, ширина разгрузочной щели;
Возмущающими характеристиками в данном процессе представлены: гранулометрический состав и физико-механические свойства исходной руды, износ футеровки дробилки.
Оценить процесс дробления можно по ряду выходящих характеристик, таких как потребляемые ток I и мощность N приводного двигателя, эффективность дробилки Qд, степень наполнения камеры дробления h. В качестве управляющих воздействий обозначают эффективность питателя Qп, и размер разгрузочной щели b. Внешние возмущающие воздействия (крупность D и прочность σ начального материала) носят случайный вид.
Гранулометрами можно контролировать размер дробленного материала, а количество Перерабатываемого материала измеряют конвейерными весами.
О перегрузке или о забивке нижней выгрузочной щели сигнализирует наличие верхнего уровня руды в различных зонах дробилки.
Контроль нижнего уровня в приемочных бункерах нужен не только с целью извлечения данных о числе материала, но также с целью предохранения питателей от уничтожения падающими кусками руды при загрузке бункера (на пластинчатом питателе необходимо чтобы всегда присутствовал незначительный слой материала).

Рисунок 4 - процесс дробления как объект управления

2 Выбор принципиальных технических решений

2.1 Назначение и цель создания системы автоматизации

Обогатительные комплексы занимают промежуточное положение в цепи производственных процессов добычи и использования полезных ископаемых. На вход обогатительных фабрик поступает сырьё, вещественный состав которого отличается значительным непостоянством во времени, а на выходе должен быть получен кондиционный продукт, удовлетворяющий потребителя по своим качественным показателям. Решение этой задачи невозможно без автоматизации контроля процессов обогащения, регулирования режимов работы машин и механизмов.
Одной из важнейших задач автоматизированного управления производственным процессом является установление и поддержание оптимального технологического режима, то есть такого комплекса значений основных технологических параметров, которые обеспечивают наиболее высокие экономические показатели процесса. Успешное выполнение этой задачи при сложности процессов обогащения невозможно без применения средств автоматики и вычислительной техники.
Автоматизация обогатительных процессов - высшая ступень получения и использования информации, обеспечивающая достижение поставленных целевых функций, а также облегчающая труд обслуживающего персонала, расширяющая их возможную зону обслуживания и, в итоге, повышающая производительность труда.
Основа систем автоматизации - автоматические системы регулирования (АСР) отдельными параметрами. На их основе создаются автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП).
Автоматизированные системы управления решают следующие основные задачи:
измерение параметров процесса и контроль состояния оборудования;
централизованный сбор и первичная обработка информации;
мониторинг технологических показателей;
расчёт технико-экономических показателей.
Основной целью создания автоматизированной системы управления является повышение эффективности функционирования действующей обогатительной фабрики за счет следующих факторов:
оптимизации управления технологическими процессами на основе качественных измерений, физико-химических и математических моделей технологических процессов;
модернизации и замены физически изношенных средств и систем автоматизации;
интеграции разрозненных систем и контуров управления технологическими процессами.
Особо важное значение в интеграции систем приобретает централизованное автоматизированное управление на обогатительных фабриках вследствие наличия большого числа технологических потоков и механизмов. Централизованное управление одним контуром измельчения реализуется в виде операторской панели, на которой сведены управление и контроль за работой основных механизмов технологической цепи.
Переменные качества исходной руды по крупности, влажности, твёрдости и другим факторам сильно осложняют задачу автоматической оптимизации режима измельчения. Процесс измельчения физически тесно связан с процессом классификации. Эти два про - цесса находятся, как правило, в замкнутом цикле. Поэтому технологические параметры, характеризующие каждый процесс в отдельности, находятся между собой в динамической связи. Отсюда видно, что решать вопрос автоматизации измельчения и классификации отдельно друг от друга нельзя; в данном случае необходимо рассматривать как один объект мельница-классификатор. Конечным критерием, определяющим работу измель - чительно-классифицирующего агрегата, является максимальная производительность при заданных классах крупности в готовом продукте. Для решения данной задачи применяются автоматические системы регулирования.
Основная цель классических автоматических систем регулирования - стабилизация y(t) на заданном уровне yо путём изменения его входной величины x(t) в условиях, когда на входе объекта действует возмущение z(t), в соответствии с рисунком 2.1 [7]

Объект
y(t)
x(t)
z(t)

Объект
y(t)
x(t)
z(t)
Рисунок 2.1 - Структурная схема объекта автоматизации.

Величины x(t) и y(t), с одной стороны, и y(t) с другой стороны, связаны как причина и следствие; количественно такие причинно-следственные связи оценивают математическими закономерностями, которые для статического режима объекта имеют вид функциональной зависимости y = f (x, z). [8]
В автоматических системах регулирования без обратной связи (по возмущению) регулятор управляет входной величиной x(t) объекта (процесса) без измерения выходной величины y(t), но с измерением возмущения z(t), сигнал которого подаётся от измерительной системы на вход регулятора.
В автоматических системах регулирования с обратной связью регулятор управляет входной величиной x(t) объекта (процесса) на основе измерения только его выходной величины y(t); возмущения z1, z2,.. не измеряются. Выходная величина объекта y через измерительную систему передаётся на вход регулятора, в котором определяется отклонение от задания:

(2.1)

Затем формируется алгоритм управляющего воздействия на входе объекта . В простых типовых пропорциональных регуляторах (П - регуляторах) воздействие регулятора пропорционально отклонению , т.е.

(2.2)
где - статический коэффициент передачи.
В более сложных типовых пропорционально-интегрально-диффере нциальных регуляторах применяется ПИД - алгоритм

(2.3)

где - статический коэффициент передачи;
- постоянная времени интегрирования;
- постоянная времени дифференцирования.
Постоянные времени интегрирования и времени дифференцирования выбирают в зависимости от статических и динамических характеристик объекта(т.е. от вида математического уравнения, связывающего выход y и вход x объекта). [9]
С состав системы автоматизации процесса измельчения входят две подсистемы: система управления циклом измельчения и система стабилизации параметров измельчения.

2.2 Обоснование уровня автоматизации

На сегодняшний день в Казахстане существуют компании, которые разрабатывают различные системы и схемы автоматизации на различные технологические процессы. К примеру, компания ТОО "TUTAS" занимается обогащением железомарганцевой руды, при этом использует обогатительный комплекс собственной разработки под названием Tabysker.
Технологически рационально реализовывать автоматизированный контроль объема переработанного материала, гранулометрического состава готового продукта, уровней материала, присутствия в руде сторонних металлических объектов, температуры подшипников также обмоток электродвигателей также концепции централизованной смазки.
Объем переработанного материала измеряют при помощи конвейерных весов, крупность дробленого продукта контролируется разными гранулометрами.
Все нынешнее дробильное спецоборудование оборудовано конструкциями централизованной смазки. Оборудование с целью контролирования организации смазки, поставляемая обычно в комплекте с молотилкой, содержит оборудование с целью замера температуры масла, уровня в маслобаке также давления в маслопроводе.
Оптимальный процесс деятельности размельчающих аппаратов может быть выполнен только на основе автоматического программного управления, которое для получения соответствующего экономического результата обязаны разрабатываться с учетом конструктивных особенностей и обстоятельств эксплуатации размельчающих аппаратов.
В совокупном случае урегулирование загрузки молотилки необходимо, для того чтобы не позволить появления аварийных обстановок из-за неожиданных перемен крепости и крупности горной массы. Подобное урегулирование может осуществляться постоянно при использовании питателей с контролируемым приводом и отдельно, если электропривод питателя нерегулируемый.
При этом концепция управления комплексом может быть выполнена в двух степенях сложности:
1. Местное руководство и блокировка оснащения с целью предотвращения перегрузок оборудования. Электрическая блокировка гарантирует верную очередность запуска и приостановки оснащения. Положение регулирующих органов оснащения в этом случае обязано гарантировать службу в его номинальном режиме.
2. Управление технологическим комплексом с применением промышленных контроллеров и систем управления операторского уровня с целью регистрации данных, управления, расчета в настоящем времени установленных значений характеристик и перемены в настоящем времени предельных значений характеристик комплекса.

2.3 Задание на автоматизацию

Первостепенная цель - регулирование степени загрузки барабана мельницы рудой с влиянием на частоту верчения привода. Данный способ оправдывает себя, если гранулометрическая структура также физико-машинные качества начальной руды относительно неизменны. Главное превосходство данного принципа управления - легкость промышленной реализации. Применение его при механическом управлении предоставляет повышение производительности измельчительного аппарата вплоть до 10%.
2-ая цель - регулирование расхода воды в барабане мельницы (Wм = const) с влиянием на состояние стабилизирующего клапана трубопровода, выводящего воду в мельницу. Данный принцип используем при ситуации стабилизации расхода руды в барабан мельницы,
На основании проведённого анализа составлено задание на автоматизацию (таблица 4).

Таблица 4 - Техническое задание на автоматизацию
Наименование технологиче-ского агрегата
Назначение
Наименование параметра
Величина параметра
Степень автоматизации
Точноть поддержания
Автосамосвал
Загрузка материала
Грузоподъёмность, тонн
130 - 220
Контроль
Регистрация
+-10

Дробилка
Дробление материала
Температура

Размер исходного материала,мм

-20 до +45
1200
Контроль
Регистрация
Автоматическое регулирование
+-0,2

+-300

Разгрузочная воронка
Выгрузка готового материала
Размер куска на выходе,мм
300
Контроль
Регистрация
Автоматическое регулирование
+-50

Питатели
Питание сети
Номинальное напряжение,кВ
Частота,Гц

6

50
Контроль
+-10

+-0,2

2.4 Функциональная схема и спецификация

Уровень загрузки мельницы рудой преимущественно легко осуществлять контроль согласно степени шума, вырабатываемого мелющими станами в области их падения. При уменьшении степени загрузки степень гула увеличивается, при повышении - снижается.
Технический осуществление контролирования более легка при применении амплитуды шумового сигнала. В данном случае в структуру измерителя вступают радиомикрофон, выпрямительная приставка, выравнивающий фильтр также выходящий делитель напряжения (Рис.7). Прибор вводится возле мельницы в области падения шаров с края выгрузочной цапфы. Голосовые раскачивания принимаются микрофоном, переводящим голосовые раскачивания в э.д.с. шумового сигнала. Электроток выпрямляется, сглаживается и применяется в концепции контролирования и регулировки.
Минус данного способа контролирования - восприимчивость измерителя к наружным голосовым помехам, к примеру, от трудящихся вблизи мельниц. С Целью ликвидации данного недочета громкоговоритель либо радиомикрофон, улавливающие гул мельницы, включаются в особый блок-корпус с тройной звукопоглотительной сеткой на входе.
Имеющаяся система в компании обязана обладать двумя степенями управления, таким образом все без исключения сведения фиксируются в местном щите специалиста и в электронно-вычислительная машина оператора.
Первый (нижний уровень) обязан реализовывать надзор итогов замеров также прямое числовое руководство согласно измерителям, исправным механизмам, осуществление требуемых переключений согласно указаниям верхнего уровня, механическим переключениям.
Второй (верхний уровень) осуществляет функции отражения сведений о состоянии научно-технического хода, архивировании приобретенных сведений. Помимо этого, в данном уровне необходимо осуществить поддержку абсолютно всех перемен абсолютно всех характеристик, какие реализовал диспетчер, в основу сведений, справочную систему и практичный сокет.

Рисунок 5 - Функциональная схема технической реализации принципов управления измельчения

Bi - ввод информации на ЭВМ оператора
Bo - вывод информации с ЭВМ оператора
В структуре концепции механической регулировки САР I, осуществляющий данный принцип, вступают соответствующее компоненты, указанные в таблице 5.

Таблица 5 - Компоненты регулировки САР I.
1. Микрофон направленного действия
300 - 400 Гц

2. Преобразователь частоты в унифицированный сигнал тока или напряжения (ЕЕ), расположенный на местном щите

3. Вторичный прибор показывающий, записывающий, с встроенной звуковой сигнализацией

4. Автоматический регулятор системы, расположенный на щите оператора

5. Блок управления тиристорами

6. Блок тиристоров
800 - 1200 обмин

Принцип простой в промышленном осуществлении САР II.В свойстве измерителя расхода воды 2а применяют разного семейства сужающие приборы. Стабилизатор расхода воды 2г посредством исполнительной системы 2е оказывает влияние на гидроклапан трубопровода воды в мельницу. В структуре концепции механической регулировки САР II выступают компоненты, которые указаны в таблице 6.

Таблица 6 - Компоненты регулировки САР II
1. Преобразователь электромагнитный измерительный расхода жидкости
0,5 - 10 м[3]ч

2. Преобразователь датчика (преобразует естественный электрический сигнал в унифицированный токовый сигнал (ЕЕ)), расположенный по месту

3. Вторичный прибор показывающий, записывающий, расположенный на местном щите

4. Автоматический регулятор системы, расположенный на щите оператора

5. Пускатель бесконтактный реверсивный, расположенный на местном щите
0 - 100 % хода вала

6. Электрический ИМ


7. Регулирующий клапан двухседельный



2.5 Электрическая принципиальная схема

Последовательный пуск электродвигателей выгрузного шнека (M1) и потом дробилки (М2) обеспечивает схема управления дробилкой (Рисунок 6). Для уменьшения тока пуска электродвигатель дробилки запускается по схеме звезда, после чего происходит переключение на схему треугольник. При пустом бункере дробилки при нажатии кнопки SB6 пускают загрузочный шнек.
Пока не произошло замыкание контактов SL1 (мембранный датчик верхнего уровня материала в бункере) шнек будет продолжать работу. При шунтировании контакта SL1 магнитного пускателя КМ4 и реле KV, они отключаются. После опустошения бункера и размыкания контактов датчиков верхнего SL1 и нижнего SL2 уровней происходит повторный пуск шнека.

Рисунок 6 - Принципиальная электрическая схема дробилки

При помощи регулирующей заслонки можно автоматически регулировать эффективность дробилки. По команде автоматического регулятора загрузки (АРЗ) заслонка перемещается ИМ М4.
При больших загрузках двигателя и паузах в электроподачи, соединяющая заслонку с ИМ электромагнитная муфта YС размыкается контактом АРЗ, после под тяжестью своего веса падает заслонка из-за чего останавливается движение руды в дробильную камеру.
Сирена НА при замыкании конечного выключателя SQ2 сигнализирует о полном открытие заслонки и в следствие этого об уменьшении наполнения дробилки.

3 Исследование объектов автоматизации

3.1 Математическое описание объекта регулирования

Исключить переполнение дробилки в режиме работы с наибольшей производительностью возможно при использовании САР уровня, но невозможно регулировать производительность дробилки. В следствие этого главный двигатель не защищен от перегрузки.
Максимальную производительность при дроблении твердых материалов проводит САУ процессом дробления. Данная система построена на принципе стабилизации мощности (тока) в статорной цепи приводного двигателя. В данной системе дроблении мягких пород может случится завал дробилки или приемного устройства.
Наиболее целесообразным является комбинированное регулирование загрузки дробилки. Вариант САУ процессом дробления, поддерживающий заданное значение весовой производительности дробилки и ограничивающий уровень материала в камере дробления и ток электродвигателя дробилки, представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 - Структурная схема автоматического управления процессом дробления (комбинированный вариант):Б - бункер; ЛП - ленточный питатель с регулируемым приводом; ДЩ - дробилка щековая; ОК - отгружающий конвейер; ДП, ДТ, ДУ - датчики соответственно производительности дробилки Qдр, тока двигателя I и уровня h заполнения камеры дробилки; РУ - регулирующее устройство; Ml, M2 - электродвигатели питателя и дробилки; Qп - производительность питателя; Qдр зад, Iзад, hзад - заданные значения соответственно производительности, тока двигателя и уровня заполнения дробилки;Uру - сигнал регулирующего устройства.
Основным контуром регулирования является контур регулирования по току (мощности), который потребляет приводной двигатель дробилки. Ток (мощность) характеризуется условиями дробления и физико-техническими данными горной массы, поступающей в дробилку: растет с увеличением крупности кусков и крепости поступающей горной массы и наоборот. Кроме того, увеличение (уменьшение) тока (мощности), потребляемого приводным двигателем дробилки, соответствует уменьшению (увеличению) ее производительности. Следовательно, система стабилизации по току (мощности) может быть использована для изменения производительности дробилки, что достигается изменением уставки по току (мощности). Стабилизация по току (мощности) приводного двигателя дробилки осуществляется изменением производительности питателя.
Дробильная установка в нашем варианте состоит из бункера, ленточного питателя с регулируемым электроприводом постоянного тока, щековую дробилку с нерегулируемым асинхронным электроприводом и отгружающий конвейер. В данной системе датчиком производительности является электротензометрические конвейерные весы, а датчиком уровня - фотоэлектрический уровнемер (осветитель с фотодатчиком) и датчиком тока - датчик нагрузки, чувствительным элементом которого является трансформатор тока, включаемый в статорную цепь асинхронного двигателя дробилки. Регулирующее устройство может быть выполнено на базе магнитного усилителя.
Переходные процессы в дробилке, работающей с постоянной частотой ω и амплитудой А качания щеки, можно описать, используя уравнение материального баланса:
ⅆMⅆt+Qдр=Qп
Где Qдр, Qп - производительность соответственно дробилки и питателя, тч; М - запас материала в дробилке, т.
Запас материала в дробилке обусловливает инерционность аппарата. Дифференциальное уравнение дробилки по параметрам h и Qп имеет вид
ToⅆΔhⅆt+Δh=K0ΔQп
где T0=γSномm=MномQдр.ном - постоянная времени, характеризующая способность дробилки накапливать и расходовать материал; γ - плотность материала, тм3; Sном - площадь верхнего сечения пасти дробилки, м2; m=ΔQдрΔh - коэффициент пропорциональности, определяемый статической характеристикой дробилки ; K0=lm - передаточный коэффициент.
Зависимость Qдр=φh нелинейна и имеет ограничения по уровню hмах и производительности Q др мах при данных частоте вращения вала и амплитуде А колебаний щеки дробилки (Рисунок 8).

Рисунок 8 - Статическая характеристика щековой дробилки

Передаточная функция щековой дробилки по каналу Qп - h имеет вид
w01p=ΔhpΔQпp=K0T0p+1
Передаточная функция дробилки по каналу QП - QДР
с учетом запаздывания τ ,обусловленного способом измеренияQдр с помощью датчика производительности, установленного на отгружающем конвейере на некотором расстоянии lдп от разгрузочной щели дробилки, может быть представлена выражением
W02p=ΔQдрpΔQпp=e-pτ

Где τ=lдпνок с; νок - скорость движения ленты отгружающего конвейера, мс; lдп - расстояние установки датчика ДП.

3.2 Алгоритмы функционирования регулятора

Cистема управления циклом измельчения предназначена для пуска в работу, согласно заданному алгоритму, агрегатов входящих в состав цикла измельчения, останова, сигнализации состояния, контроля за периодичностью выполнения технического обслуживания, аварийного останова всех агрегатов. При достижении электродвигателями агрегатов 50 запусков, на панели оператора загораются соответствующие лампы технического обслуживания, сигнализирующие мастеру смены о необходимости проведения ревизии. Кнопка аварийного отключения прерывает работу всей технологической цепи измельчения.
В состав системы входят панель управления и агрегаты:
Панель оператора, в соответствии с рисунком 2.2

Рисунок 2.2 - Панель оператора.

Агрегаты, входящие в состав системы управления циклом измельчения, в соответствии с рисунком 2.3

Рисунок 2.3 - Агрегаты системы управления циклом измельчения.

Описание работы системы управления циклом измельчения, в соответствии с рисунком 2.4:
На панели оператора включаем кнопку пуска насоса пульпы, загорается лампа пуска двигателя насоса. После включения насоса, снимается блокировка на запуск двигателя классификатора. Запускаем классификатор, затем отсадочную машину. Перед запуском мельницы, необходимо запустить двигатель масляного насоса. Затем, через 10 секунд опрашивается датчик расхода масла и если давление масла в пределах нормы, разрешается пуск мельницы. После включения мельницы разрешается запуск конвейера №1 и конвейера №2. При превышении температуры подшипников мельницы, двигатель мельницы отключается.

Пуск насоса пульпы
START
Пуск классификатора
Пуск отсадочной машины
Пуск мельницы
Пуск масляного насоса
Проверка уровня масла
Наличие протока масла
нет
да
Пуск конвейера 1
Пуск конвейера 2
STOP
Пуск насоса пульпы
START
Пуск классификатора
Пуск отсадочной машины
Пуск мельницы
Пуск масляного насоса
Проверка уровня масла
Наличие протока масла
нет
да
Пуск конвейера 1
Пуск конвейера 2
STOP

Рисунок 2.4 - Алгоритм запуска цикла измельчения.

Работа агрегатов постоянно контролируется: проверяется состояние сигнала аварийного отключения, значение температуры подшипников мельницы, наличие протока масла в магистрали смазки подшипников мельницы, а также количество пусков для сигнализации необходимости ревизии, в соответствии с рисунком 2.5

START
Остановка линии измельчения
Наличие протока масла
нет
да
Аварийный сигнал выключен
Температура подшипников в норме
Количество пусков меньше 50
А
В
да
нет
В
нет
В
нет
да
да
А
Сигнализация ревизии
А
START
Остановка линии измельчения
Наличие протока масла
нет
да
Аварийный сигнал выключен
Температура подшипников в норме
Количество пусков меньше 50
А
В
да
нет
В
нет
В
нет
да
да
А
Сигнализация ревизии
А

Рисунок 2.5 - Алгоритм контроля работы системы запуска цикла измельчения.

Перечень сигналов системы управления циклом измельчения приведён в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Перечень сигналов системы управления циклом измельчения.

Объект управления
Контроллер
Система
визуализации и управления

Наименование измеряемого,
управляемого или регулируемого
параметра
Кол-во
точек
Предел
измерения
Дискретный
вход
Аналоговый
вход
Дискретный
выход

1
Насос для пульпы
1
01

1
Отображение состояния работы насоса
2
Двигатель классификатора
1
01

1
Отображение состояния работы классификатора
3
Отсадочная машина
1
01

1
Отображение состояния работы отсадочной машины
4
Двигатель мельницы
1
01

1
Отображение состояния работы мельницы
5
Масляный насос
1
01

1
Отображение состояния работы масляного насоса
6
Контроль подачи масла
1
01
1

Отображение наличия подачи масла

7
Двигатель конвейера 1
1
01

1
Отображение состояния работы конвейера 1
8
Двигатель конвейера 2
1
01

1
Отображение состояния работы конвейера 2
9
Температура подшипников
мельницы
2
0-100[o]C

2

Отображение текущей температуры.
Аварийное отключение.

3.3 Исследование динамических характеристик и устойчивости

Передаточная функция разомкнутой системы: Кр(р) =Кос(р)Кп(р), где Кп(р) -передаточная функция прямой передачи системы; Кр(р) -передаточная функция разомкнутой системы; Кос(р)-передаточная функция цепи обратной связи.
Частотный критерий (критерий Найквиста) позволяет определить устойчивость замкнутой САР, используя амплитудно-фазовую характеристику (АФХ) разомкнутой САР. Сначала, путем формальной замены в выражении оператора р на jω, получаем выражение для АФХ, разомкнутой САР в виде:
Kpj⋅ω=KосjωKпjω
Затем выражение представляют в алгебраической форме:
kpjω=Rⅇkpjω+j⋅Jmkpjω
На комплексной плоскости, изменяя частоты ω от 0 до infinity, строим годограф (рисунок 12). Согласно критерию Найквиста замкнутая САР будет устойчива, если годограф АФХ разомкнутой системы на комплексной плоскости не охватывает точку с координатами (-1, j0).

Рисунок 12 - Годограф АФХ разомкнутой системы

Согласно рисунку, можно сделать вывод что система устойчива, так как не пересекает точку (-1, j0)
Переходный процесс объекта имеет вид (Рисунок 9):

Рисунок 9 - Переходный процесс объекта

Исследование объекта показывает, что он первого порядка с постоянного времени Т1=0,8мин (Рисунок 10). Передаточная функция разомкнутой системы: Кр(р) =Кос(р)Кп(р), где Кп(р) - ПФ прямой передачи системы; Кр(р) - ПФ разомкнутой системы; Кос(р) - ПФ цепи обратной связи.

Рисунок 10 - Исследование объекта

Выбираем регулятор для управления объектом по методу Зиглера - Никольса на основании параметров, приведённых выше в данной курсовой работе подбираем регулятор (Рисунок 11). Суть данного метода заключается в том, чтобы выставить все коэффициенты (Kp, Ki, Kd) в 0. После этого необходимо наблюдать за системой пока она не стабилизируется.

Рисунок 11 - Сравнение регуляторов

Исходя из этого, можно просчитать критерий каждого регулятора. Для ПИД он равен 53, в то время как для ПИ регулятора равен 60. К заданному значению ПИ регулятор стремится намного быстрее чем ПИД. Также в ПИД регуляторе, часть Д является слишком дорогой, и поэтому для нашего объекта выбираем ПИ регулятор, который имеет параметры Кp=2, Tи=2,8.

4 Технические средства автоматизации

4.1 Средства полевой автоматики

В настоящее время автоматизация любых производственных процессов выполняется на базе универсальных микропроцессорных контроллерных средств - программируемых логических контроллеров (ПЛК). На вход ПЛК от датчиков поступают измеренные значения величин, характеризующих производственный процесс. Контроллеры реализуют заданные функции контроля, учета, регулирования, последовательного логического управления и выдают результаты на экран дисплея рабочей станции оператора и управляющие воздействия на исполнительные механизмы объекта автоматизации.
В качестве дисплейных рабочих станций почти всегда используются персональные компьютеры в обычном или промышленном исполнении; большей частью с двумя типами клавиатур: традиционной алфавитно-цифровой и специальной функциональной и оснащенные одним или несколькими мониторами с большими экранами.
SIMATIC S7-300 - это модульный программируемый контроллер фирмы SIEMENS, предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.
Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.
Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.
Контроллеры SIMATIC S7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:
модуль центрального процессора (CPU), в зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающихся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов и т.д;
модули блоков питания (PS), обеспечивающие возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120230В или от источника постоянного тока напряжением 244860110В;
сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами;
коммуникационные процессоры (CP) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS-Interface или организации связи по PtP (point to point) интерфейсу;
функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов, модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае отказа центрального процессора ПЛК;
интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к базовому блоку (стойка с CPU) стоек расширения ввода-вывода, контроллеры SIMATIC S7-300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным стойкам, все модули работают с естественным охлаждением.
Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:
все модули легко устанавливаются на профильную рейку DIN и фиксируются на установленных местах винтом;
во все модули (кроме модулей блоков питания) встроены участки внутренней шины контроллера, соединение этих участков выполняется шинными соединителями, устанавливаемыми на тыльной стороне корпуса;
наличие фронтальных соединителей, позволяющих производить замену модулей без демонтажа всех внешних соединений и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей;
подключение внешних цепей через фронтальные соединители с контактами по винт или пружинными контактами, механическое кодирование фронтальных соединителей, исключающее возможность возникновения ошибок при замене модулей;
применение модульных и гибких соединителей SITOP TOP Connect, существенно упрощающих ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МЕНЕДЖМЕНТА НА ПРИМЕРЕ ОАО LG ELECTRONICS ALMATY KAZAKHSTAN
Технико-экономический анализ деятельности АО «Шымкентмай Эль-Дос»
Повышение качества и ассортимента продукции как фактор развития производства на примере АО Винзавод Казахстан
АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ АО СНПС-АКТОБЕМУНАЙГАЗ
Кузнечно-прессовый цех
Основы автоматизированного проектирования. Структура САПР
Проект автокамерного цеха шинного завода по производству грузовых шин с производительностью 500000 шт/год
Проект внутрихозяйственного землеустройства ТОО «Манас» Зелёновского района ЗКО
ВЛИЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПРОИЗВОДСТВА НА КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Задача и структура служб технического и организационного обслуживания
Дисциплины