/
Текст
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО
, «Уральский государственный горный университет»
Е. В. Прокофьев
АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Учебное пособие
Екатеринбург
2006
УДК 658.012.01 LS6^22J1
W8-----
Прокофьев Е. В.
П78 Автоматизация обогатительных фабрик: Учебное пособие. - Екатерин-
бург: Изд-во УГГУ, 2006. - 121 с.
В учебном пособии изложены основные понятия автоматики, принципы
автоматического контроля и управления подготовительных, основных и вспо-
могательных процессов обогащения, приведены примеры реализации систем
контроля и регулирования.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130405 -
«Обогащение полезных ископаемых» (ОПИ).
Рецензенты: В. Н. Ефремов, канд.техн.наук, доцент каф. АКТ;
Э. А. Киммельман, канд.техн.наук, зам. генерального
директора НПО «Уралсистем».
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Уральского го-
сударственного горного университета
© Прокофьев Е. В., 2006
© Уральский государственный
горный университет, 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................i.................. 5
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИКИ...............................6
1.1. Управляемый объект....................................6
1.2. Автоматическая система регулирования.................10
1.3. Задачи управления технологическими процессами........18
1.4. Принципы управления..................................19
1.5. Статические и динамические характеристики управляемых
объектов.................................................„21
1.6. Типовые законы регулирования.........................26
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 1.......................... 29
2. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НА ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ
ФАБРИКАХ....................’...........:..............31
2.1. Методы и средства автоматического контроля состояния
технологического оборудования.............................31
2.2. Методы и средства автоматического контроля технологических
параметров................................................34
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 2...............................65
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ............................ 67
3.1. Автоматизация технологического комплекса дробления...67
3.2. Автоматизация технологического комплекса измельчения.74
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 3...............................88
4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ..........................90
4.1. Автоматизация технологического комплекса флотации....90
4.2. Автоматизация технологического комплекса магнитной
сепарации........................................... 102
3
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 4.........................107
5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ i................108
5.1. Автоматизация технологического комплекса сгущения .108
5.2. Автоматизация технологического комплекса фильтрации.И1
5.3. Автоматизация технологического комплекса сушки.114
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 5....................... 118
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................120
4
ВВЕДЕНИЕ
Повышение эффективности обогатительного производства и улучшение
качества выпускаемых концентратов в условиях вовлечения в переработку бед-
ных руд идет по пути создания высокоэффективных технологических аппара-
тов, обеспечивающих, интенсификацию процессов, и систем управления ими.
Современные технологические механизмы выпускаются укомплектованными
автоматическими системами контроля и регулирования. Обогатительные фаб-
рики оснащаются современными анализаторами вещественного состава, про-
мышленными контроллерами, автоматизированными рабочими местами (АРМ)
операторов различных переделов.
В связи с этим горный инженер-обогатитель в своей производственной
деятельности обязательно встречается с использованием различных техниче-
ских средств автоматического контроля и регулирования. Для того чтобы ре-
ально оценивать возможности автоматического контроля и регулирования, дос-
тоинства и недостатки тех или иных средств контроля и управления, принципов
регулирования, он должен иметь представления об основных понятиях автома-
тики, основных методах и средствах автоматического контроля состояния тех-
нологического оборудования, технологических параметров процессов, принци-
пах автоматизации технологических комплексов, схемах автоматизации. Дан-
ное пособие должно помочь овладеть такими знаниями.
Учебное пособие состоит из пяти частей.
В первой части кратко излагаются основные понятия автоматики. Во вто-
рой - методы и средства автоматического контроля на обогатительных фабри-
ках. Третья часть дает представление о принципах и технических средствах ав-
томатизации технологических комплексов подготовительных процессов. В чет-
вертой части рассмотрены принципы автоматизации технологических комплек-
сов основных процессов обогащения. Пятая часть посвящена автоматизации
технологических комплексов вспомогательных процессов.
5
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИКИ
1.1. Управляемый объект t
Управляемым объектом называют технологический аппарат или техноло-
гический комплекс, в котором протекает физический процесс, подлежащий
управлению. Например, в качестве объекта управления может быть использо-
вана дробилка, осуществляющая дробление горной массы, мельница совместно
с классифицирующим аппаратом, осуществляющим классификацию руды и
т. д. В зависимости от целей, которые ставятся при разработке систем управле-
ния, объект управления может включать и цепочку технологических аппаратов.
Например, как объект управления в совокупности могут рассматриваться фло-
томашины, в каждой из которых осуществляется отдельная стадия обогащения
исходного продукта, или дробилки крупного, среднего и мелкого дробления,, в
которых осуществляется последовательное снижение крупности.
Процессы обогащения и технологические аппараты, в которых они проис-
ходят, являются сложными объектами управления с множеством входных и
выходных величин или параметров (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема для классификации параметров управляемого объекта
6
Под входными величинами Xh Ц, Z„ в общем случае понимают потоки ве-
щества (горной массы) или энергии, поступающие в аппарат, и их характери-
стики, например крупность материала, поступающего на дробление, содержа-
ние полезного компонента в продукте, поступающем на операцию обогащения,
ит. п.
Под выходными величинами У* понимают потоки вещества или энергии,
ч
выходящие из аппарата, и их характеристики.
Например,, выходные показатели - это крупность материала после дробле-
ния, его количество, содержание полезного компонента в продуктах обогаще-
ния и т. д. В общем случае выходным воздействием может быть и некоторый
обобщенный показатель, вычисляемый по другим, измеренным непосредствен-
но.
- Для характеристики технологического аппарата или комплекса из совокуп-
ности входных и выходных параметров необходимо выделить управляемые ве-
личины, управляющие и возмущающие воздействия и помехи.
Управляемой величиной является выходная физическая величина, или па-
раметр управляемого объект, который в процессе функционирования объекта
должен поддерживаться на определенном заданном уровне или изменяться по
определенному заданному закону.
Управляющим воздействием является материальный или энергетический
входной поток, изменяя который, можно поддерживать управляемую величину
на заданном уровне либо изменять ее по заданному закону. Например, для дро-
билки таким управляющим воздействием может быть количество руды, посту-
пающей на дробление. Если в качестве объекта управления рассматривается,
например, участок флотационного процесса обогащения, то такими управляю-
щими воздействиями могут быть расходы реагентов в процесс и т. п.
Возмущающим воздействием является входной материальный поток, либо
входная физическая величина, которая оказывает существенное влияние на
7
управляемую величину, и которые невозможноиэперативно контролировать и
изменять. _
Примерами возмущающих воздействий являются: для процесса дробле-
ния - твердость руды, .поступающей на дробление; для процессов обогащения -
содержание полезных компонентов в исходном питании соответствующих тех-
нологических аппаратов и т. д.
Входные воздействия, классифицируемые как помехи. - это тоже возму-
щающие воздействия, изменяющиеся случайным образом во времени, оказы-
вающие влияние на выходные показатели, ио они не могут быть проконтроли-
рованы. О них могут в лучшем случае знать, но учесть их в процессе разработ-
ки систем управления практически невозможно. Например, для процесса дроб-
ления, осуществляемого в дробилках различных типов, в качестве помехи мо-
жет быть рассмотрено явление износа разгрузочной щели дробилки. Это явле-
ние приводит к нежелательному увеличению размера разгрузочной щели и, как
следствие, к ухудшению качественных показателей процесса дробления (неже-
лательное увеличение крупности дробленого продукта). Для барабанных мель-
ниц это может быть износ футеровочных плит, что также сказывается на каче-
ственных показателях процесса измельчения (увеличивается длительность из-
мельчения, ухудшается качество помола). В каждом конкретном случае необ-
ходимо внимательнейшим образом проанализировать характер технологиче-
ского процесса и особенности устройства технологического аппарата, в кото-
ром он протекает, с тем чтобы знать возможные причины и характер возникно-
вения помех.
В табл. 1.1 приведены характеристики некоторых технологических процес-
сов обогатительных фабрик как управляемых объектов.
8
Таблица 1.1
Характеристика технологических процессов обогатительных фабрик
как управляемых объектов
№: п./п. Технологиче- ский процесс Управляемые величины Управляющие параметры Возмущающие параметры Помехи
1. Дробление Мощность электропри- вода, потребляемая при дроблении; уровень ма- териала в пасти дробил- ки Производительность дробилки (10 ИСХОД- НОЙ руде; частота качаний подвижно- го элемента дробил- ки; ширина разгру- зочной щели Гранулометрический состав и физико- механические свой- ства исходной руды Износ футе- ровки дро- билки
2. Измельчение в замкнутом, цикле Плотность и грануло- метрический состав сли- ва классифицирующего аппарата; мощность, потребляемая электро- приводом мельиииы; амплитуда и частота шумового сигнала, про- изводимого мелющими телами в зоне падения; величина циркуляцион- ной нагрузки цикла; уровень пульпы в зумп- фе насоса гидроииклона Производительность цикла по исходной руде; расход воды в мельницу и класси- фицирующий аппа- рат; изменение час- тоты вращения на- соса гидроциклона Гранулометрический состав и физико- механические свой- ства исходной руды Износ мелю- щих тел, фу- теровка бара- бана и песко- вой насадки гидроциклона
3. Флотация Массовая доля полезно- го компонента а кон- центрате и отходах; из- влечение полезного компонента в концен- трат Расход реагентов по фронту флота- ции; уровни пульпы и пены во флотаци- онных машинвх; расход воздуха во флотомашины Объемный расход, плотность и грану- лометрический со- став пульпы, посту- пающей на флота- цию; массовая доля минерала в руде и его флотируемость Изиос рабо- чих органов флотомашин, температура пульпы
4, Магнитная сепарация Массовая доля железа в концентрате и отходах Расход воды в ванну сепаратора; частота вращения барабана сепаратора; напря- женность магнитно- го поля в рабочей зоне сепаратора; плотность пульпы, поступающей на сепарацию Объемный расход и гранулометриче- ский состав пульпы, поступающей иа сепарацию; массовая доля железа в руде; степень раскрытия рудных минералов
5. Сгущеиие Плотность сгущенного продукта; плотность слива; уровни зоны оса- ждения Расход коагулянта; плошадь' разгрузоч- ного отверстия сгу- стителя Объемный расход пульпы в сгуститель, плотность пульпы в питании, ее щелоч- ность, грануломет- рический состав и температура Скорость фермы сгу- стителя
9
Продолжение табл. 1
6. Фильтрация Производительность вакуум-фильтра по кеку и влажность кека Скорость вращения дисков вакуум- фильтра и величина вакуума Объемный расход пульпы в питании вакуум-фильтра, ее плотность, грануло- метрический состав, температура и вяз- кость Удельное сопротивле- ние фильтро- вальной тка- ни
7. Сушка Влажность высушенного продукта; температура отходящих газов; темпе- ратура 8 топке и в опре- деленном сечении бара- бана Расход топлива; расход вторичного воздуха; расход ма- териала в сушиль- ный агрегат Влажность посту- пающего материала, его температуры, гранулометрический состав температуры первичного и вто- ричного воздуха Изменение теплоемкости топлива и материала
1.2. Автоматическая система регулирования
Автоматической системой регулирования (АСР~) называют совокупность
управляемого объекта и автоматического управляющего устройства или регу-
лятора.
Автоматическим устройством или регулятором называют техническое уст-
ройство, позволяющее без участия человека поддерживать величину техноло-
гического параметра на заданном уровне или изменять ее по определенному за-
кону.
Автоматическое управляющее устройство промышленных систем управ-
ления технологическими процессами включает в себя комплекс технических
средств, выполняющих в системе определенные функции.
В состав автоматической системы регулирования входят следующие эле-
менты (рис. 1.2).
Чувствительный элемент (ЧЭ) или датчик, служащий для преобразования
выходной величины у управляемого объекта (УО) в пропорциональный элек-
трический или пневматический сигнал.
10
эс
Рис. 1.2. Элементная схема автоматической системы регулирования
Элемент сравнения (ЭС), служащий для определения величины рассогла-
сования Ду между текущим ут и заданным у3 значениями выходной величины у.
Задающий элемент (ЗЭ) или задатчик, служащий для задания величины
технологического параметра, которую необходимо поддерживать на постоян-
ном уровне.
Усилительно-преобразующий элемент (УПЭ), служащий для выработки
регулирующего воздействия в зависимости от величины и знака рассогласова-
,ния Ду за счет внешнего источника энергии (ВИЭ).
Исполнительный элемент (ИЭ), служащий для реализации регулирующего
воздействия, выработанного УПЭ, путем изменения положения регулирующего
элемента (РЭ).
Регулирующий элемент (РЭ), служащий для изменения материального или
энергетического потока с целью поддержания выходной величины на заданном
уровне.
В практике автоматизации производственных процессов обогатительных
фабрик автоматические системы регулирования комплектуются типовыми об-
щепромышленными приборами, выполняющими функции вышеперечисленных
элементов.
В этом случае автоматическая система регулирования включает в себя сле-
дующие приборы:
11
1) датчик для преобразования величины технологического параметра в
электрический или пневматический сигнал;
2) нормирующий преобразователь для преобразования сигнала датчика в
стандартный токовый сигнал 0-5 мА, 4-20 мА постоянного тока;
3) вторичный прибор для измерения и регистрации сигнала датчика;
4) электронный регулятор для выработки команд управления в зависимо-
сти от величины и знака рассогласования;
5) усилитель мощности команд управления (магнитный пускатель или
электронный усилитель);
6) электрический (пневматический) исполнительный механизм для реали-
зации команд управления;
7) регулирующий орган (заслонка, шибер, вентиль и т. п.) для изменения
регулирующего воздействия.
В современных АСР вместо вторичных приборов и общепромышленных
аналоговых регуляторов могут использоваться дисплеи и программируемые ло-
гические контроллеры или программные технические комплексы.
На схеме автоматизации технологического процесса, показывающей взаи-
мосвязь, место расположения и функции всех технических средств, входящих в
АСР, элементы систем изображаются по ГОСТ 21.404-85 «Обозначения услов-
ных приборов и средств автоматизации в схемах». Условные обозначения при-
боров и средств автоматизации, применяемые в схемах, включают графические
(табл. 1.2), буквенные (табл. 1.3) и цифровые обозначения.
В верхней части графического изображения прибора наносят буквенные
обозначения измеряемой (контролируемой) величины и функционального при-
знака прибора, определяющего его назначение.
В нижней части графического обозначения прибора проставляется цифро-
вое или цифро-буквенное позиционное обозначение прибора на схеме автома-
тизации.
12
На рис. 1.3 (стр. 15) приведен принцип построения условного изображения
прибора.
Таблица 1.2
Графические условные обозначения приборов (по ГОСТ 21.404-85)
Наименование. Обозначение
Приборы и средства автоматизации, установленные по месту (вне щитов и пультов управления)
Приборы и средства автоматизации, установленные на щитах и пультах управления
Регулирующие органы: - общие обозначения; - в комплекте со встроенным исполнительным механизмом г
Исполнительные механизмы: - общее обозначение - с указанием воздействия на регулирующий орган при пре- кращении подачи или управляющего сигнала (открывает, за- крывает, оставляет в неизменном положении) - с дополнительным ручным приводом мм
Линия связи и место отбора импульса (два варианта) —|— 02
13
Таблица 1.3
Буквенные условные обозначения приборов
Обозна- чение Измеряемая (регулируемая) величина Функциональный признак прибора
основное обозначение величины дополнительное обозначение, уточняющее измеряемую ве- личину
А Сигнализация
В - -
С - • Автоматическое регулирование, управление
D Плотность Разность, перепад
Е Любая электрическая вели- чина - Преобразователь с естественным выходным сигналом (чувстви- тельный элемент)
F Расход Соотношение, доля, дробь
G Размер, положение, пере- мещение - -
Н Ручное воздействие • Верхний предел измеряемой величиям
1 - Показания
J • Автоматическое переключение, обегание -
к Время, временная про- грамма - Станция управления, блок руч- ного управления
L Уровень - Нижний предел измеряемой ве- личины
М Влажность - -
N
Р Давление, вакуум -
Q Величина, характеризую- щая качество, состав, кон- центрацию Интегрирование, суммирование во времен* -
R Радиоактивность Регистрация, запись
S Скорость, частота - Включение, отключение, пере- ключение
т Температура Дистанционная передача
и Несколько разнородных измеряемых величин - -
V Вязкость -
W Масса -
X - -
Y -
Z - -
14
Порядок расположения буквенных обозначений в верхней части (слева на-
право) должен быть следующим: обозначение измеряемой (регулируемой) ве-
личины; обозначение, уточняющее (в случае необходимости) основную изме-
ряемую величину; обозначение функциональных признаков прибора, которые
должны располагаться в следующей последовательности IRCSA.
Последовательность буквенных обозначений
Место для нанесения позиционного обозначения
Рис. 1.3. Принцип построения условного обозначения прибора
15
При построении условных обозначений преобразователей сигналов, вы-
числительных устройств надписи, определяющие вид преобразования или опе-
рации, осуществляемые вычислительным устройством, наносят справа от гра-
фического изображения преобразователя.
Род энергии в преобразователях обозначается буквами: Е - электрический;
Р ~ пневматический; G - гидравлический; вид формы сигнала - буквами; А -
аналоговый; Д - дискретный.
Для выделения операций, выполняемых вычислительными устройствами,
служат специальные обозначения: £ - суммирование, К - умножение на посто-
янный коэффициент, - извлечение из величины сигнала корня степени п, х -
перемножение двух и более сигналов друг на друга; : - деление сигналов друг
на друга, dx/dt - дифференцирование, j - интегрирование, 1g - логарифмирова-
ние и т. д.
Передача сигнала на ЭВМ обозначается буквой 2?„ а вывод информации с
ЭВМ-50.
В условном обозначении преобразователя на первом месте ставится буква,
обозначающая измеряемую величину; на втором - одна из дополнительных
букв: Е, Т, К, У; справа от графического обозначения наносится надпись, рас-
шифровывающая вид преобразования (например, PIE, £, А/Д и т. д.).
На рис. 1.4 представлена схема системы регулирования уровня пульпы в
зумпфе насоса гидроциклона изменением расхода воды в зумпф.
16
Рис. 1.4. Схема системы автоматического регулирования уровня пульпы в зумпфе
насоса гидроциклона путем изменения расхода воды в зумпф:
1а - уровнемер; 16 - нормирующий преобразователь; 1в - вторичный прибор с сигнализацией верх-
него (Н) и нижнего (L) значений уровня; 1г - электронный регулятор со встроенным блоком управле-
ния; 1д - магнитный пускатель; 1е - электрический однооборотный исполнительный механизм с до-
полнительным ручным приводом
17 ! ..
1.3. Задачи управления технологическими процессами
Целью управления технологическими процессами является выбор опти-
мального режима функционирования объекта - установление такого состояния
механизма или процесса, при котором можно получить продукт заданного ка-
чества при наименьших затратах энергетических и материальных ресурсов.
При выборе режимов функционирования технологического объекта могут
решаться следующие задачи:
1. Задача слежения, когда один из технологических параметров должен
изменяться в зависимости от изменения другого технологического параметра,,
который в свою очередь изменяется случайным образом.
Примером такой задачи на обогатительной фабрике служит изменение рас-
хода воды в барабан мельницы в зависимости от изменения расхода руды в не-
го для поддержания постоянства отношения твердого к жидкому.
Автоматические системы регулирования, решающие эту задачу, называют
следящими автоматическими системами.
2. Задача стабилизации, когда какой-либо технологический параметр в
процессе функционирования объекта должен поддерживаться на определенном
заданном уровне.
Примерами такой задачи на обогатительной фабрике служат поддержание
постоянства уровня пульпы в зумпфах, флотомашинах, поддержание опреде-
ленного значения производительности механизмов и т. п.
Автоматические системы, решающие эту задачу, называют автоматиче-
скими системами стабилизации.
3. Задача экстремального регулирования, когда какой-либо технологиче-
ский параметр в процессе функционирования объекта должен поддерживаться
на своем минимальном или максимальном уровне.
18
Примером такой задачи на обогатительной фабрике служит минимизация
содержания железа в отходах магнитной сепарации путем изменения частоты
вращения барабана сепаратора.
Автоматические системы, решающие эту задачу, называют экстремальны-
ми системами.
4. Задача программного регулирования, когда какой-либо технологиче-
ч
ский параметр в процессе функционирования объекта должен изменяться по
определенной заданной программе.
Примером такой задачи на обогатительной фабрике служит процесс приго-
товления раствора ксантогената в автоклаве, когда давление и температура в
автоклаве должны изменяться по определенной временной программе.
Автоматические системы, решающие эту задачу, называют системами
программного управления (регулирования).
1.4. Принципы управления
Для решения задач управления технологическими процессами, описанны-
ми выше, можно использовать лишь два принципа: управление по отклонению
и управление по возмущению, а также возможно их комбинирование.
Сущность принципов управления рассмотрим на примере решения задачи
стабилизации плотности пульпы на сливе классифицирующего аппарата, рабо-
тающего в замкнутом цикле с мельницей (рис. 1.5).
Условимся, что основной входной величиной, которая существенно влияет
на плотность слива 5M (возмущающее воздействие), является расход руды Qp в
мельницу, а величиной, с помощью которой стабилизируется плотность (регу-
лирующее воздействие), является расход воды в классификатор Qa.
Необходимо решить задачу стабилизации плотности слива (5СЛ = &>) путем
изменения расхода воды в классифицирующий аппарат (QB = vat). Это можно
сделать двумя путями.
19
или объектами с самовыравниванием, во втором - астатическими или объекта-
ми без самовыравнивания.
Примером статического объекта может служить дробилка по каналу «про-
изводительность - мощность», когда каждому определенному значению произ-
водительности соответствует определенное значение мощности электропривода
дробилки.
Примером астатического объекта может служить зумпф насоса по каналу
«расход пульпы - уровень пульпы в зумпфе», когда нельзя установить зависи-
мость уровня от расхода, так как уровень зависит в данном случае еще и от
времени подачи пульпы в зумпф.
Статическая характеристика объекта или элемента может быть выражена в
формульном виде (например, в виде алгебраической функции у = ах} или в виде
графика в координатахх -у (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Статическая характеристика линейного элемента
По виду статических характеристик объекты и элементы делят на линей-
ные и нелинейные. Статическая характеристика линейного объекта описывает-
ся линейной функцией. У нелинейных объектов связь между входной и выход-
ной величинами выражается в виде степенных, и более сложных функций.
Статические свойства линейных объектов однозначно характеризуются пе-
редаточным коэффициентом К, под которым понимают отношения приращения
22
выходной величины Ду к вызвавшему его приращению входной величины Дх:
кА (1.1)
Дх
Для нелинейных объектов передаточный коэффициент обычно определяет-
ся в рабочем диапазоне изменения входной величины путем линеаризации уча-
стка статической характеристики в этом диапазоне.
Статические характеристики объектов получают либо аналитически, ис-
пользуя закономерности технологического процесса, законы физики, химии,
термодинамики; либо путем постановки специального эксперимента на реаль-
ном объекте.
При изменении входной величины в управляемом объекте или элементе
начинается переходный процесс, вызванный тем, что в силу инерционности
объекта выходная величина не может сразу принять значение, соответствующее
изменившемуся значению входной величины. Такой режим работы называют
неустанрвившимся или динамическим режимом, который характеризуется тем,
что входные или выходные величины изменяются во времени. Связь между
входными и выходными величинами объекта в неустановившемся или динами-
ч ческом режиме называют динамическими характеристиками объекта или эле-
мента.
Динамические свойства управляемых объектов или элементов автоматиче-
ских систем могут быть выражены следующими динамическими характеристи-
ками:
1) переходными характеристиками;
2) дифференциальными уравнениями;
3) передаточными функциями;
. 4) частотными характеристиками.
Переходные характеристики объектов получают путем подачи на вход
объекта специальных возмущающих воздействий. Для того чтобы можно было
сравнивать динамические свойства различных объектов, на вход подают типо-
23
вые возмущающие воздействия, в качестве которых принимают единичное сту-
пенчатое (рис. 1.7, а), единичное импульсное (рис. 1.7, б) и гармоническое (рис.
1.7, в).
О
xft),
Хоо ~
x(t) = 0 при t < tij
х(?)=х00при/>/|;
x(t) = 0 при it >t> t2;
x(t) = X<O при Л < t < Z2;
x(t)
x(/) = xmsin wt
Рис. 1.7. Типовые возмущающие воздействия
Реакцию объекта на единичное ступенчатое воздействие называют разгон-
ной переходной характеристикой (рис. 1.8, а).
По разгонной характеристике можно определить графо-аналитическим
способом следующие динамические параметры объекта:
1. Передаточный коэффициент объекта
К ДА.~.А. (12)
24
2. Постоянную времени объекта То, которая характеризует его инерцион-
ность и определяется следующим образом.
К начальному участку кривой разгона проводят касательную в точке мак-
симального перегиба. За постоянную времени принимают промежуток времени
между точкой пересечения касательной с линией начального значения выход-
ной величины и точкой пересечения касательной с линией установившегося
ч
значения выходной величины.
Рис. 1.8. Переходные характеристики объектов
3. Время запаздывания объекта т0, которое определяется как промежуток
времени от начала изменения входного воздействия до точки пересечения каса-
тельной с линией начального значения выходной величины.
Реакцию объекта на единичное импульсное воздействие называют им-
пульсной переходной характеристикой (рис. 1.8, б).
25
В промышленных технологических процессах снятие разгонной характе-
ристики всегда связано с нарушением нормального режима, что приводит к до-
полнительным потерям полезного компонента, поэтому чаще снимают им-
пульсную переходную характеристику и определяют динамические параметры,
перестраивая ее в разгонную по специальной методике. Синусоидальное гар-
моническое воздействие используется для получения частотных характеристик,
по которым также определяются динамические параметры объектов.
1.6. Типовые законы регулирования
Под законом регулирования понимают математическое выражение, связы-
вающее величину регулирующего воздействия, выработанного регулятором, с
величиной и знаком рассогласования (рис. 1.9)
у₽=ЛДу)» (1-3)
где Ду - рассогласование (Ду ~ут -у3).
Рис. 1.9. Обобщенная структура системы автоматического регулирования
Промышленные автоматические регуляторы реализуют следующие законы
регулирования:
1) статический - пропорциональный или П-закон;
2) астатический - интегральный или И-закон;
3) пропорционально-интегральный - изодромный или ПИ-закон;
26
4) пропорционально-интегральный с дифференцированием - изодромный
с предварением или ПИД-закон.
Для регулирования технологических процессов обогатительных фабрик
наибольшее применение находят пропорциональный и изодромный законы.
Пропорциональный закон имеет следующее математическое выражение:
Ур = К-сДуч (1.4)
где Ке - коэффициент передачи статического регулятора.
Органом настройки пропорционального регулятора служит величина, об-
ратная коэффициенту передачи и называемая степенью неравномерности
8-Д. (,.5)
На рис. 1.10, а показана графическая интерпретация пропорционального
закона регулирования при различных величинах 8. Достоинством статических
регуляторов является высокое быстродействие, недостатком - низкая точность
регулирования, вызванная наличием статической ошибки регулирования.
Интегральный закон регулирования имеет следующее уравнение связи
ур=/Са{Ду-Л, (1.6)
о
где Кл - передаточный коэффициент астатического регулятора. -
Параметром настройки интегральных регуляторов служит постоянная вре-
мени регулятора, обратно пропорциональная передаточному коэффициенту:
П=~~- • • (1-7)
ла
На рис. 1.10, б показана графическая интерпретация интегрального закона
при различных Тл. Достоинством интегральных регуляторов является высокая
точность регулирования, недостатком - малое быстродействие.
Изодромный регулятор представляет собой параллельное соединение ста-
тического и астатического регуляторов и обладает быстродействием статиче-
ского и точностью астатического.
27
8i > 82 > S3;
Тя2 > Tu\ > T„3
Рис. 1.10. Г рафики типовых законов регулирования:
а - пропорционального; б - интегрального; в - изодромного
Уравнение связи изодромного закона:
y^K^y + K^&ydt,
о
(1-8)
28
ИЛИ г
1 4 1
y9=^by + -z-\by-dt’ (L9)
° 1 а О
ИЛИ
>’Р=|Гд>'+7-1Дх-^Л (1л°)
°\. 1 и О J
Параметрами настройки изодромного регулятора являются степень нерав-
номерности 8 и время изодрома
Т
Тп=^. (1-11)
о
На рис. 1.10, в показана графическая интерпретация изодромного закона
при различных значениях S и Тк.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ I
I. Что называют управляемым объектом?
2. Что такое управляемая величина?
3. Что такое управляющее воздействие?
4. Что такое возмущающее воздействие?
5. Что называют автоматической системой регулирования?
6. Какие элементы входят в состав автоматической системы регулирова-
ния?
7. Как изображаются элементы АСР в схемах автоматизации?
8. Какие задачи решаются при выборе режимов функционирования техно-
логического объекта?
9. Какие принципы управления Вы знаете?
10. Что называют статическими и динамическими характеристиками
управляемых объектов?
11. Какие динамические характеристики объектов Вы знаете?
29
12. Какие динамические параметры объекта Вы знаете?
13. Как определить динамические параметры объекта по разгонной харак-
теристике?
14. Какие типовые законы регулирования Вы знаете?
30
2. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НА ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ
ФАБРИКАХ
2.1. Методы и средства автоматического контроля состояния
технологического оборудования
ч
Одной из важнейших задач автоматизации технологических процессов яв-
ляется контроль состояния механического оборудования, к которому относятся
автоматический контроль температуры подшипников механизмов и автомати-
ческое обнаружение и удаление металлических предметов с ленты конвейера
перед дробильными установками.
Для автоматического контроля и сигнализации температуры подшипников
на обогатительных фабриках используются комплекты на базе многоточечных
уравновешенных мостов, устройств многоканальной сигнализации, темпера-
турных контроллеров. В качестве чувствительных элементов в таких комплек-
тах используются термопреобразователи сопротивления, принцип действия ко-
торых основан на изменении сопротивления проводника при нагревании. Пре-
образователь представляет собой миниатюрную катушку, намотанную из мед-
ного (ТСМ) или платинового провода (ТСП), помещенного в защитный корпус.
Для контроля температуры подшипников основное применение находят мед-
ные терморезисторы, встраиваемые в корпуса подшипников механизмов (дро-
билок, мельниц, насосов и т. д.).
Устройства многоканальной сигнализации УМС-3, УМС-4 (ЗАО «Роспри-
бор») предназначены для циклического контроля температуры 16 подшипни-
ков, преобразования сигналов от датчиков температуры в унифицированный
токовый сигнал, сигнализации о выходе температуры подшипников за пределы
заданных значений, сигнализации обрыва и короткого замыкания датчиков.
Устройство работает в комплекте с медными терморезисторами (ТСМ) с преде-
лами измерений до +200 °C, позволяет устанавливать допустимые значения
31
температуры по каждой группе из 4-х точек, имеет светодиодные индикаторы,
(мало - норма - много) по каждой точке с цифровой индикацией номера точки
и выходной сигнал 0-5 мА постоянного тока.
Многоканальные приборы для измерения температуры «Термодат
26К2/6ТС» и «Термодат 26К2/12ТС» (ООО «Квазар») предназначены для кон-
троля температуры подшипников и выдачи сигналов предупреждения, а также
для аварийного отклонения механизмов при перегреве. Приборы конструктив-
но состоят из контроллера со светодиодной индикацией или графическим дис-
плеем и набора модулей. Они обеспечивают контроль температуры шести
(«Термодат 26К2/6ТС») и двенадцати («Термодат 26К2/12ТС») подшипников
механизмов в диапазоне до +200 °C.
Для безаварийной работы дробильного оборудования необходимо обеспе-
чить надежное автоматическое обнаружение й своевременное удаление метал-
лических предметов, которые при попадании в дробилки среднего и мелкого
дробления вызывают их заклинивание и поломки узлов привода и механизма.
Металлические предметы представляют отработанные коронки бурового
инструмента, зубья экскаваторных ковшей, куски тросов, кувалды, ломы и т. д.,
попадающие на фабрику вместе с рудой из карьера и шахты. Аварийные про-
стои дробильного оборудования из-за заклинивания при попадании металличе-
ских предметов составляют до 50 % общего времени аварийных простоев, что
отрицательно сказывается на технико-экономических показателях работы фаб-
рики.
Решение задачи обнаружения металлических предметов в потоке руды ос-
ложняется большим разнообразием типов руд, габаритов и свойств металличе-
ских предметов.
Металлические предметы могут быть магнитными и немагнитными. Боль-
шинство металлических предметов (инструмент, зубья ковшей, буровые корон-
ки и т. д.),, попадающих на. фабрику, выполнены из легированных сталей и
твердых сплавов и являются немагнитными.
32
В то же время практически все руды содержат магнитную фракцию, что
делает их в той или иной степени магнитными. Поэтому ставится задача обна-
ружения немагнитного предметы в магнитной руде.
На обогатительных фабриках наиболее распространены металлоискатели,
принцип действия которых основан на существенном различии проводимости
металлического предмета и руды. Они позволяют обнаружить немагнитный
ч
предмет в магнитной руде.
В состав такого металлоискателя входит датчик .металла, представляющий
собой рамку из тонкого медного провода, и электронный блок, содержащий ав-
тогенератор высокочастотных колебаний, усилитель и электромеханические
реле для сигнализации и включения средств удаления.
Движущийся металлический предмет, попадая в электромагнитное поле,
меняет ее активное и реактивное сопротивление. Изменение состояния рамки
улавливается электронным блоком, на выходе которого срабатывает сигнальное
реле, контакты которого находятся в цепях сигнализации или металлоуловите-
лей.
Такие металлоискатели (например, ЭМИ-64П) могут обнаруживать метал-
лические предметы массой 0,2-0,5 кг в зависимости от ширины ленты.
Современные металлоискатели типа «БРИЗ-1200», «БРИЗ-1600», «Барьер-
104», «Барьер-302», «Барьер-404» в качестве датчика металла используют блок,
состоящий из передающей антенны, устанавливаемой над лентой конвейера, и
приемной антенны, устанавливаемой под лентой конвейера. Обе антенны при-
соединяются к электронному блоку, который обнаруживает изменение сигнала
приемной антенны при попадании между антеннами металлического предмета.
Эти металлоискатели позволяют автоматически обнаруживать немагнитные
металлические предметы в потоках магнетитовых руд («Барьер-302»), руд цвет-
ных металлов («Барьер-404») диаметром 10-50 мм.
Эти металлоискатели укомплектованы микроконтроллерами и цифровыми
микропроцессорами для регистрации и считывания протокола срабатывания
33
металлоискателя с сохранением данных (дата, время срабатывания, время про-
стоя и т. д.).
Для удаления магнитных металлических предметов используются крано-
вые электромагниты, которые подвешиваются над лентой конвейера и находят-
ся в «ждущем» режиме, получая питание от управляемого тиристорного преоб-
разователя. По сигналу металлоискателя электромагнит переводится в «форси-
рованный» режим питания с выдержкой времени, необходимой, чтобы предмет
попал в зону действия электромагнита. Ферромагнитный предмет притягивает-
ся и удаляется из потока руды.
Немагнитные металлические предметы могут удаляться с помощью меха-
нических металлоуловителей, представляющих собой систему переключаю-
щихся лотков или конвейеров, которые вместе с предметом удаляют из потока
и часть руды. Другим способом удаления металлических немагнитных предме-
тов является останов конвейера по сигналу металлоискателя и удаление пред-
мета вручную.
Для безаварийной работы конусных дробилок необходим непрерывный
контроль подпрессовки дробилок, которая происходит в случае забивки мелкой
дробленой рудой разгрузочного пространства под дробилкой. Это приводит к
поломке частей подвески конуса. Для контроля прдпрессовки дробилок можно
использовать радиометрические сигнализаторы типа гамма-реле.
2.2. Методы и средства автоматического контроля технологических
параметров
Технологический процесс обогащения характеризуется накоплением жид-
ких н сыпучих сред в емкостях с последующим их. расходом по'отельным тех-
нологическим потокам. В связи с этим при автоматизации процессов необхо-
димо решать, задачи контроля запасов сред и материалов в емкостях объемного
и массового расхода их. Кроме того, для реализации управления процессами
34
f
необходим контроль качественных показателей потоков - плотности, грануло-
метрического состава, содержания полезных компонентов. -
Автоматический контроль запасов сыпучих и жидких сред осуществляется
по уровню их в емкостях.
Уровень жидких и сыпучих сред - один из немногих параметров процессов
обогащения, измерение которого может быть осуществлено относительно не-
сложными приборами, имеющими общепромышленное назначение, что позво-
ляет удовлетворить требованиям автоматизации на обогатительной фабрике
(ОФ). Под жидкими средами понимается пульпа, вода, реагенты, пенный слой и
другие продукты. Сыпучие среды - это руда, дробленый продукт, высушенный
концентрат и т. д.
Уровень пульп и других жидких сред на ОФ измеряется во многих процес-
сах - классификации, флотации, отсадке, тяжелых средах, фильтровании. Из-
мерение уровня проводится в закрытых емкостях, технологических зумпфах; в
камерах обогатительных аппаратов измеряется уровень пульпы, пенного слоя;
границы раздела фаз - в сборниках технологических сливов и переливов.
Уровень сыпучих сред контролируется в бункерах, дробилках, мельницах
сухого измельчения, перегрузочных узлах, разгрузочных камерах сушильных
установок.
Для контроля уровня применяются сигнализаторы уровня, осуществляю-
щие дискретный контроль одного или нескольких значений уровней, и уровне-
меры. реализующие непрерывный контроль уровня в определенном диапазоне.
Устройства и способы измерения уровня реализованы на основе различных
физических принципов, имеют разнообразные конструктивные и методические
решения, поэтому их можно разделить на следующие группы:
- механические;
- электромеханические; '
- электрические;
- радиометрические;
35
- акустические;
- оптические.
Из механической группы датчиков наибольшее применение находят по-
плавковые уровнемеры, реже пьезометрические, а также буйковые и зондовые.
Поплавковые уровнемеры используются для контроля уровней жидкостей
и пульп в открытых и закрытых резервуарах. Принцип их действия основан на
использовании выталкивающих сил, действующих на погруженное в жидкость
тело. В качестве первичного элемента используется поплавок, перемещения ко-
торого при изменении уровня преобразуются в электрический или пневматиче-
ский сигнал с помощью вторичного преобразователя.
Основное применение на фабриках поплавковые уровнемеры находят для
непрерывного автоматического контроля уровня пульпы во флотомашинах. Это
датчики уровня типа ДТП-65а (несколько модификаций), ДТП-84.
Разновидностью поплавковых уровнемеров являются буйковые, принцип
действия которых основан на измерении веса частично погруженного в жид-
кость буйка при изменении уровня жидкости. Буйковый уровнемер «Уро-
вень Т» используется для контроля уровня жидких сред в любых открытых ем-
костях. Вес буйка измеряется тензодатчиком силы, к которому крепится буек, с
последующим преобразованием в электрический сигнал.
К буйковым уровнемерам относятся также уровнемеры «САПФИР-22ДУ»
и «САПФИР-22ПДУ», которые Измеряют изменения выталкивающей силы,
действующей на буек, при изменении уровня жидкости. Эти изменения преоб-
разуются тензопреобразователем в величину электрического сопротивления и
• ••
далее в электронном преобразователе в токовый сигнал.
Для контроля уровня сыпучих сред из механической группы применяются
зондовые уровнемеры, принцип действия которых основан на измерении поло-
жения зонда, подвешенного на гибком тросике, в момент касания его поверхно-
сти среды. Величина уровня определяется по длине отмотанного тросика от ну-
36
левой отметки до касания зондом поверхности материала (уровнемер
УРМ-10А, НПК «Укрцветметавтоматика»).
Электромеханические датчики уровня используют свойство сыпучих и
кусковых материалов оказывать механическое сопротивление проникновению в
их толщу какого-либо тела.
Из этой группы датчиков наиболее применимы сигнализаторы уровня, дей-
k
ствие. которых основано на принципе торможения чувствительного элемента,
выполненного в виде вращающихся лопаток, щупов,, при достижении материа-
лом уровня установки датчика. Они применяются для сигнализации наличия на
определенном уровне сыпучих тонкодисперсных сред.
Электрическая группа датчиков уровня является наиболее универсальной и
применяется для контроля уровня твердых и жидких сред.
Принцип действия таких датчиков основан на существенном различии
электрических свойств среды и воздуха. Для контроля уровня сред, сопротив-
ление которых меньше 20 МОм, используются кондуктометрические датчики,
принцип действия которых основан на различии электрического сопротивления
среды и воздуха. При сопротивлении среды больше 20 МОм используются ем-
костные датчики, принцип действия которых основан на различии диэлектри-
ческих свойств среды и воздуха.
На рис. 2.1 представлена схема, поясняющая принцип действия кондукто-
метрического сигнализатора уровня.
Чувствительным элементом датчика является электрод Э, заключенный в
фарфоровый изолятор И, окруженный медным охранным кольцом ОК. В каче-
стве электродов используются металлические стержни, трубы, тросы, цепи и
т. п. Электрод закрепляется на стенке емкости на определенном уровне. Когда
среда не достигает контролируемого уровня, реле К1, включенное в цепь пита-
ния электрода Э, не может сработать, так как контакт электрода со средой от-
сутствует и цепь разорвана. Когда среда достигает уровня установки датчика,
катушка реле К1 получает питание по цепи: (+) выпрямителя - обмотка реле К1
37
- электрод - среда - стенка емкости - земля - (-) выпрямителя. Реле К1 сраба-
тывает и замыкает свой контакт в цепи питания более мощного реле К2, имею-
щего контакты в цепях сигнализации и управления.
Емкость С служит для предохранения от ложных срабатываний реле К1
при случайных контактах с контролируемой средой. Охранное кольцо ОК слу-
жит для предохранения реле К1 от срабатывания при загрязнении изолятора И.
Рис. 2.1. Схема, поясняющая принцип действия кондуктометрического сигнализатора
уровня
К этому типу датчиков относятся сигнализаторы уровня РОС-101, РОС-
101 И, РОС-102, РОС-Ю2И, позволяющие контролировать 3 уровня жидких или
сыпучих сред, ЭРСУ-5Р, контролирующий 5 уровней1, ОВЕН САУ-7Е и др.
К кондуктометрическим датчикам уровня можно отнести датчики уровня
пульпы и толщины слоя пены во флотомашине КУПП-40 и КУП-8, которые ис-
пользуют различие в электропроводности пульпы, пены и воздуха. •
Чувствительным элементом емкостного электрического датчика уровня
служат два плоских электрода, выполняющие функции пластин конденсатора.
38
При заполнении пространства между электродами контролируемой среды из-
меняется электрическая емкость чувствительного элемента. Это изменение ем-
кости преобразуется электронной схемой в сигнал постоянного тока.
1С*этому типу датчиков относятся измерители-сигнализаторы уровня серии
ИСУ-100И, ИСУ-ЮОМИ, предназначенные для непрерывного измерения уров-
ня жидких и сыпучих сред и контроля заданных предельных уровней в техно-
логических емкостях.
Контроль уровня материала в бункере можно осуществлять с помощью ре-
гистрации оптических или радиационных излучений. В обоих случаях струк-
турная схема устройства одинакова. На противоположных стенках бункера ус-
танавливают излучатель и приемник. В случае превышения контролируемого
уровня материала излучение прерывается скачком (при использовании излуче-
ния в видимой части спектра) или становится значительно меньше (при исполь-
зовании гамма-излучений). В последнем случае возможно непрерывное изме-
рение уровня при установке датчиков вдоль бункера.
Применение на фабриках находят радиометрические сигнализаторы уровня
(гамма-реле), так как работа оптических сигнализаторов в значительной степе-
ни зависит от запыленности окружающей среды. Для непрерывного бескон-
тактного измерения предельного уровня (сигнализации верхнего значения) и
текущего значения уровня жидких и сыпучих сред может применяться радио-
метрический преобразователь Gammapilot М FMG 60 («Endress + Hauser», Гер-
мания), который работает в комплекте с радиоактивным источником Cs137. Он
имеет несколько вариантов приемников излучения (детекторов): точечных (для
работы в качестве сигнализатора предельного уровня) и стержневых различной
длины (для работы в качестве непрерывного уровнемера).
Источник излучения и Gammapilot М устанавливаются на противополож-
ных сторонах емкости. Gammapilot М рассчитывает уровень наполнения (про-
центный), исходя из интенсивности получаемой радиации.
39
Принцип действия акустических датчиков уровня основан на акустической
локации поверхности материала в емкости, измерении времени распростране-
ния акустического импульса от источника до поверхности и обратно, пропор-
ционального измеряемому расстоянию и вычислении уровня наполнения емко-
сти. Могут использоваться для контроля уровня жидких и сыпучих сред.
Уровнемерами этой группы являются: акустический сигнализатор уровня
СУА-1, ультразвуковой уровнемер AiRanger, ультразвуковой уровнемер серии
8175, сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-5, ультразвуковой уровнемер
Probe, радарные уровнемеры APEX, УЛМ, ВМ70А, ВМ70Р серии 5600 и др.
Параметры акустических сигналов (амплитуда, частота), возникающих в
работающих технологических агрегатах (дробилках, мельницах) в процессе ра-
боты, используются для контроля уровня заполнения механизмов рудой.
В системе автоматического контроля уровня загрузки мельницы-рудой
«Звук-7» использован амплитудно-частотный метод контроля акустического
сигнала издаваемого работающей мельницей, с помощью направленного высо-
кочувствительного звукометрического датчика.
Аппаратно-программный комплекс контроля загрузки мельниц (шаровых,
стержневых, самоизмельчения) ВАЗМ-1 осуществляет контроль параметров ра-
боты мельниц на основе комплексного анализа виброакустических сигналов.
В устройстве контроля заполнения дробилки рудой УКЗ-1 используется
метод измерения акустического.сигнала, измеряемого приемной воронкой дро-
билки при подаче в нее исходного питания, с последующим преобразованием
его в электрический токовый сигнал.
Одной из важнейших производственных задач является измерение объем-
ного расхода жидких и газообразных сред. Информация об объемном расходе
жидкостей и газов используется при автоматизации процессов измельчения,
флотации, сушки и т. д., а также для расчета циркуляционных нагрузок, учета
расхода воды,-топлива, реагентов и т. д.
40
В настоящее время для измерения объемного расхода жидких и газообраз-
ных сред могут быть использованы следующие методы:
1) метод переменного перепада давления;
2) электромагнитный метод;
3) ультразвуковой метод;
4) кориолисовые методы;
ч
5) вихревой метод.
Расходомеры переменного перепада давления .применяют для контроля
объемного расхода воздуха, газа, топлива и жидкостей, очищенных от твердых
включений (чистой и оборотной воды, реагентов). Действие этих расходомеров
основано на зависимости разности давлений до и после специального сужаю-
щего устройства, встроенного в трубопровод
Q^a-F^-pt/p)112, (2.1)
где Q - объемный расход среды;
Fo - площадь поперечного сечения сужающего устройства;
а - конструктивный коэффициент, зависящий от сужающего устройства;
Pi и/>2 - давление до и после сужающего устройства;
р - плотность среды.
Расходомер представляет собой участок труббпровода, в который вмонти-
ровано сужающее устройство 1 (рис. 2.2), на котором создается перепад давле-
ния, связанный с объемным расходом.
Рис. 2.2. Расходомер переменного перепада давления
41
Измерение перепада давления и преобразование его величины в токовый
сигнал 4-20 мА постоянного тока и извлечение квадратного корня осуществля-
ется преобразователями перепада давления 2 типа «МЕТРАН-100ДД» или
«САПФИР-22ПСДД».
В качестве сужающих устройств могут использоваться диафрагмы камер-
ные (ДКС), бескамерные (ДБС), фланцевые камерные (ДФК) или трубки ПИ-
ТО, которые являются достойной альтернативой диафрагмам в случаях, когда
требуется малая потеря давления и когда необходимо измерять расход в трубо-
проводах большого диаметра.
Примерами расходомеров переменного перепада давления могут служить
компактные модульные расходомеры Deltatop (ДРО 10, 12, 15; 50; ДРР 10, 50)
(Германия).
Действие электромагнитных расходомеров основано на явлении электро-
магнитной индукции: при перемещении проводника длиной I в магнитном поле
с индукцией В со скоростью К в нем возникает электродвижущая сила, пропор-
циональная величине индукции, длине проводника и скорости его перемещения
E-BIV. (2.2)
В электромагнитном расходомере роль проводника играет протекающая
жидкость, длина проводника равна внутреннему диаметру трубопровода D, а
скорость перемещения проводника К = k-Q/E^. Следовательно,
Е = kB-Q/D = kQ. (2.3)
Электромагнитный расходомер (рис. 2.3) включает в себя датчик и измери-
тельный блок. Датчик представляет собой отрезок трубы, встроенный в контро-
лируемый трубопровод, как один из его участков. Внутри датчик покрыт изо-
ляционным материалом, стойким к абразивному износу. Магнитное поле дат-
чика создается электромагнитной системой I. Возникающая в жидкости элек-
тродвижущая сила снимается с помощью измерительных электродов 2, которые
устанавливаются на внутреннем покрытии под прямым углом к катушке элек-
42
тромагнитной системы. Усиление сигнала датчика, его фильтрацию и преобра-
зование реализуется измерительным блоком 3.
Рис. 2.3. Электромагнитный расходомер объемного расхода
Электромагнитные расходомеры используются для контроля объемного
расхода пульп и электропроводящих жидкостей.
Примерами электромагнитных расходомеров могут служить ПИР-1
(«МЕТРАН», Россия), ИР-61 (Эстония), Promag 10, 23, 50/51 («Endress +
Hauser», Германия), ALTOFLUXIFM, ECOFLUX, («Kzohne», Германия).
Ультразвуковые расходомеры могут использоваться для контроля объем-
ного расхода суспензий, агрессивных и высокотемпературных жидкостей и т. д.
Принцип действия основан на измерении скорости потока в фиксирован-
ном сечении трубопровода. Ультразвуковой сигнал излучается одновременно в
двух направлениях от одного датчика к другому. При нулевом расходе оба сен-
сора принимают ультразвуковую волну в один момент времени, т. е. время рас-
пространения не меняется. Когда же среда находится в движении, ультразвуко-
вые волны достигают обоих сенсоров в разное время, поскольку скорость рас-
пространения звуковой волны против потока всегда меньше, чем скорость в на-
правлении потока. Возникающая разность времени распространения сигнала
43
пропорциональна скорости потока. На основании этой разности электронный
блок прибора вычисляет скорость и объемный расход жидкости.
Ультразвуковые датчики могут быть погружные, встроенные в трубопро-
вод, для труб с недостаточной звуковой проводимостью и накладные, которые
монтируются на внешней поверхности трубопровода, для однородных сталь-
ных илн пластмассовых труб.
Примерами таких расходомеров могут служить UFM 300 FHT (ООО
«КРОНЕ-Автоматика», Самара), Prosonic Flow DMO («Endress + Hauser», Гер-
мания), FLOWSIC («Sick Maihak Gmbh», Германия).
Кориолисовые расходомеры используются для измерения, массового н вы-
числения объемного расхода жидких и газообразных сред.
Принцип измерения: если движущая масса подвергается колебаниям в на-
правлении, перпендикулярном направлению движения, то возникает сила Ко-
риолиса, пропорциональная массовому расходу. Кориолисовый массовый рас-
ходомер имеет специальные колеблющиеся измерительные трубки для того,
чтобы точно локализовать данный эффект. Кориолисовы силы возникают, ко-
гда среда протекает через эти осциллирующие трубки. Датчики на входном и
выходном концах регистрируют результирующий сдвиг фаз в геометрии колеб-
лющихся трубок. Процессор обрабатывает эту информацию и использует ее для
вычисления массового расхода. Частота колебания самих измерительных тру-
бок, кроме того, является прямым измерением плотности среды. Температура
измерительных трубок также регистрируется для компенсации температурного '
влияния. Эта величина соответствует температуре среды и доступна в виде вы-
ходного сигнала.
В состав расходомера входят: датчик расхода (расходомерные трубки), из-
мерительный микропроцессорный преобразователь и основной процессор.
Основными элементами датчика расхода являются две расходомерные
трубки, на которых монтируются:
44
- соединительная коробка с силовой электромагнитной (задающей) катуш-
кой возбуждения и магнитом;
- два тензодатчика с магнитами и электромагнитными катушками;
- терморезистор.
Под воздействием задающей катушки расходомерная трубка колеблется с
резонансной частотой.
В результате эффекта Кориолиса, возникающем при движении среды в ко-
леблющейся трубке, различные ее части изгибаются щэуг относительно друга.
Этот изгиб приводит к взаимному рассогласованию по фазе колебаний различ-
ных участков расходомерной трубки, которое преобразуется электромагнитны-
ми детекторами скорости в выходной сигнал датчика расхода.
Основной процессор служит для преобразования сигналов, поступающих с
измерительных преобразователей (массового и объемного расходов, плотности
и температуры среды) в стандартный цифровой протокол RS485, который
улучшает качество сигнала.
Примерами таких расходомеров служат «МЕТРАН-360» («МЕТРАН», Че-
лябинск), Promass («Endress + Hauser», Германия), OPTIMASS («Krohne», Гер-
мания).
Вихревые расходомеры применяются для контроля объемного расхода ма-
ловязких жидкостей и газов.
Данный принцип измерения основан на эффекте образования завихрений
за телом, являющимся препятствием потоку, как, например, за опорами моста
(принцип вихревой дорожки Кармана).
Когда среда огибает тело обтекания, расположенное в измерительной тру-
бе, вихри поочередно формируются на каждой из его граней. Частота вихрей,
срывающихся с каждой грани тела обтекания, пропорциональна средней скоро-
сти потока и, соответственно, объемному расходу. Срываясь с тела обтекания,
каждый из вихрей создает локальную область низкого давления в измеритель-
45
ной трубе. Колебания , давления детектируются емкостным сенсором и переда-
ются в электронику прибора как первичный линейный цифровой сигнал.
Данный принцип измерения основан также на методе переменного перепа-
да давления, но основным элементом здесь является сенсор, выполненный в
виде ромба с острыми боковыми гранями и закругленными передней и задней
кромками. *
На обеих кромках расположены отверстия, число которых зависит от диа-
метра трубопровода (типоразмера сенсора). Через отверстия измеряемая среда
поступает в соответствующую осредняющую камеру. Сенсор устанавливается
перпендикулярно направлению потока, пересекая поток по всему сечению. От-
верстия, направленные против течения среды, и соответствующая осредняющая
камера воспринимают давление скоростного напора среды (повышенное давле-
ние). Отверстия, направленные по течению среды, и соответствующая осред-
няющая камера воспринимает давление разрежения (пониженное давление).
Перепад давлений пропорционален расходу.
Примерами таких расходомеров служат «Метран-350», «Метран-ЗООПР»
(«Метран», Челябинск), Prowirl («Endress + Hauser», Германия), VFM 3100
(«Krohne», Германия).
Расходомеры всех типов могут работать вместе с различными вычислите-
лями (или компьютерами) расхода, контроллерами, при помощи которых осу-
ществляются многониточные вычисления расхода, многоконтурное ПИД регу-
лирование оборудования, реализация различных алгоритмов управления, архи-
вирование текущих параметров процесса, ведение журналов событий, сигнали-
зация и многое другое. Все это приводит к повышению надежности и произво-
дительности процессов.
Расход твердых сред (руды или твердого с пульпой) - одна из наиболее
часто измеряемых величин. Информация об изменении этого параметра ис-
пользуется: при подведении суточного баланса, при автоматической дозировке
46
реагентов в процессе флотации, при автоматическом регулировании и оптими-
зации процессов дробления и измельчения и т. д.
Для автоматического контроля расхода руды и сыпучих сред на обогати-
тельных фабриках применяются конвейерные весы, которые в зависимости от
способа получения информации о количестве груза на ленте различаются сле-
дующим образом: электромеханические, гамма-электронные, тензорезистор-
ные, электронные.
Конвейерные весы состоят из грузоприемного устройства с преобразовате-
лем измеряемого параметра, измерителя скорости или перемещения конвейер-
ной ленты и вторичной аппаратуры, преобразующей полученную информацию
в вид, удобный для регистрации. Грузоподъемные устройства выполняются в
виде одной роликоопоры или платформы с плоскопараллельным или угловым
перемещением.
Для измерения скорости ленты конвейера используются индукционные
датчики, тахогенераторы постоянного и переменного тока, механические изме-
рители.
Распространение получили интегральные весы, определяющие расход со-
гласно формуле
S-fyK*, (2.4)
оь
где Q - суммарная масса материала, перемещенная конвейером за время Г;
P/L - мгновенное значение массы, приходящейся на.единицу длины L,
И-скорость ленты конвейера.
В настоящее время наиболее применимыми весоизмерителями являются
тензорезисторные конвейерные весы и весовые дозаторы, имеющие в своем со-
ставе грузоприемное устройство с одним или двумя тензорезисторными датчи-
ками нагрузки, датчик скорости ленты и блок управления и регистрации.
Принцип работы весоизмерителей основан на измерении выходных элек-
трических сигналов датчиков нагрузки и датчика скорости, изменяющихся
47
пропорционально нагрузке на конвейере и скорости движения ленты соответст-
венно. Информация о результатах измерения поступает в блок управления и ре-
гистрации для вычисления массы и производительности.
К такому типу весоизмерителей можно отнести весы конвейерные тензо-
метрические ВКТ-4, ВКТ-5 (НПК «Укрцветметавтоматика»), АКВС-Г (ООО
«Синетик», Новосибирск). „
Получают распространение при автоматизации технологических процессов
дробления, измельчения весовые автоматические дозаторы, представляющие
собой весоизмерители, снабженные системой управления частотой вращения
привода на основе программируемых логических контроллеров. Структурная
схема такого дозатора приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Структурная схема дозатора весового транспортерного:
1 - ленточный конвейер; 2 - весовое устройство с датчиком силоизмерительным тензометрическим
(ДСТ); 3 - датчик оборотов ленты; 4 - датчик скорости леиты; 5 - электродвигатель; 6 - частотный
преобразователь; 7 - датчик оборотов барабана
48
Система управления на основе программируемого логического контролле-
ра обрабатывает следующие сигналы, поступающие от датчиков, расположен-
ных на весовом транспортере: сигнал весовых нагрузок на ленту от ДСТ; сиг-
налы от датчиков скорости ленты, оборотов ленты и барабана, сигналы от дат-
чиков минимального и максимального уровня в формирующей воронке. Задан-
ная производительность дозатора поддерживается изменением частоты враще-
ч
ния привода дозатора.
Примерами таких дозаторов могут служить весовой дозатор непрерывного
действия «Доза» (ООО «Синетик», Новосибирск) и дозатор весовой автомати-
ческий 4488ДН-У-6.
Автоматический контроль расхода твердого с пульпой, необходимый для
реализации автоматического дозирования реагентов в процессе флотации, осу-
ществляется расчетным путем по информации от датчиков объемного расхода и
плотности пульпы. Например, плотность пульпы измеряется в пульпопроводе с
помощью радиометрического преобразователя Gammapilot М, исходя из интен-
сивности прошедшего через пульпу радиоактивного излучения источника, ус-
тановленного на противоположной стороне пульпопровода. Объемный расход
пульпы измеряется электромагнитным расходомером Promag 53. Величина рас-
хода твердого рассчитывается в контроллере по информации этих приборов с
выдачей стандартного сигнала.
При управлении технологическими процессами обогащения необходимым
является автоматический контроль качественных параметров пульпы и продук-
тов обогащения - плотности, гранулометрического и вещественного состава,
влажности.
Плотность пульпы на сливе классифицирующего аппарата служит косвен-
ной характеристикой гранулометрического состава слива. Изменения плотно-
сти пульпы, поступающей в процесс обогащения, вызывают изменения качест-
венных показателей процесса. Сигнал датчика плотности пульпы на сливе
классифицирующих аппаратов используется при управлении процессами из-
49
мельчения и обогащения, а также чтобы определить содержание твердого в
пульпе, поступающей в процесс обогащения. Для непрерывного автоматиче-
ского контроля плотности слива на обогатительных фабриках в настоящее вре-
мя преимущественное распространение находят ареометрические и радиомет-
рические методы.
Ареометрический метод основан на зависимости выталкивающей сиДы,
действующей на погруженное в жидкость твердое тело определенной массы, от
плотности жидкости и применяется для контроля плотности пульпы в откры-
тых емкостях (классификаторах, флотомашинах, агитационных чанах и т. п.).
Первичным элементом плотномера, основанного на ареометрическом ме-
тоде, служит пустотелый поплавок веретенообразной формы. Масса поплавка
изменяется всыпаемой в него дробью. Поплавок связан с преобразователем ме-
ханического перемещения поплавка в электрический сигнал.
Примером технической реализации этого метода является буйковый мик-
ропроцессорный плотномер «Плотномер ТМ-1», предназначенный для непре-
рывного измерения плотности пульпы в открытых емкостях в диапазоне 0,5-
2, 5 г/см3.
«Плотномер ТМ-1» состоит из тензометрического датчика силы ТДС-1,
буйка и преобразователя микропроцессорного ПМВ-1 с жидкокристаллическим
дисплеем (рис. 2.5).
Датчик ТДС-1 крепится над технологической емкостью по месту. Буек
подвешивается к ТДС-1 на тросике и размещается в спокойной зоне технологи-
ческой емкости. При отсутствии спокойной зоны в емкость монтируется успо-
коитель жидкости, в который помещается буек.
50
Сел»
Тензометр -220а Г .
X. Вы>ссд4-ЯОмА
ТтВ Вход
Успокоитель
Рис. 2.5. Структура буйкового микропроцессорного плотномера «Плотномер ТМ-1»
Радиометрический метод контроля плотности основан на зависимости
поглощения потоком пульпы радиоактивного излучения от ее плотности
J = kJoe~k's, (2.5)
где J, Jo - интенсивность излучения при заполнении трубопровода соот-
ветственно пульпой и чистой водой;
к и к\ - коэффициенты, зависящие соответственно от конструкции прибора
и свойств пульпы.
Чтобы показания плотномера не зависели от химического состава пульпы,
применяют источники жесткого излучения (Cs137).
В настоящее время радиометрические плотномеры имеют преимуществен-
ное распространение для контроля плотности пульпы, растворов и взвесей,
транспортируемых по трубопроводам и желобам.
Плотномер радиометрический общепромышленного назначения
ПР-1027М предназначен для контроля плотности пульпы в трубопроводах и
желобах в диапазоне 500-4000 кг/м3.
51
В состав плотномера ПР-1027М входят: блок источника излучения типа
БГИ-А (БГИ-ЗОА, БГИ-45А, БГИ-60А, БГИ-75А); блок детектирования БД24-
01; блок обработки информации БОИ-2; вторичный прибор «ДИСК-250».
Блок источника излучения и блок детектирования монтируются соосно по
разные стороны трубопровода или желоба с контролируемым потоком пульпы.
Гранулометрический состав продукта измельчения (слива классифи11и-
рующего аппарата) определяет эффективность дальнейшего процесса обогаще-
ния, оказывая влияние на его качественные показатели. В практике автоматиза-
ции обогатительных фабрик применяются следующие способы контроля грану-
лометрического состава продукта измельчения:
- весовой;
- седиментационный;
- статистический;
- электромагнитный;
- лазерный.
• Весовой способ контроля гранулометрического состава основан на мокром
рассеве пробы и позволяет определять весовые содержания контролируемого
класса без предварительной подготовки пробы. Принцип его состоит во взве-
шивании определенного объема пульпы до и после рассева пробы. Содержание
плюсового класса (%)
+ р = §-100, (2.6)
где G, и Gi - масса твердого в пробе до и после рассева.
Этот способ реализуется в гранулометрах, используемых для экспресс-
анализа проб со временем анализа 4-5 мин. и погрешностью ±2-3 %. Все опера-
ции по определению гранулометрического состава в таких приборах автомати-
зированы, кроме загрузки проб.
Седиментационный способ контроля гранулометрического состава пробы
основан на различной скорости осаждения зерен различной крупности в спо-
52
койном столбе жидкости. Чем больше крупных частиц окажется в пробе, тем
больше их будет через определенное время после введения пробы на некотором
участке измерительной ячейки гранулометра. Концентрация частиц пробы на
контролируемом участке и является мерой крупности пробы. Современные
гранулометры, использующие этот принцип, различаются способом измерения
концентрации частиц на контролируемом участке.
Примером технической реализации седиментационного метода контроля
грансостава пульпы может служить автоматизированная система контроля гра-
нулометрического состава «Гран» («Гран-1», «Гран-2»), функциональная схема
которой представлена на рис. 2.6.
В состав системы входят:
- датчик гранулометра (на каждую точку измерения);
- пробоотборник и средства пневмотранспортирования пробы к датчику
гранулометра (на каждую точку измерения);
- шкаф управления «Гран-1» с контроллером управления и расчета;
- АРМ оператора системы контроля гранулометрического состава.
Датчик содержит камеру пробоприема 1, трубу ввода 2, трубу седимента-
ции (осадительную трубу) 3, измерительную трубу 4, клапан слива 5, датчик
давления б, электромагнитный клапан подачи воды 7 и электрораспредели-
Terfi>5.
Камера пробоприема содержит отражатель 9, о который гасится скорость
пробы, подаваемой с помощью сжатого воздуха от точки пробоотбора. Отража-
тель подвержен интенсивному абразивному износу и является сменной деталью
(при периодическом повороте на 60-90“ его срок службы не менее 1 года).
Вслед за пробой в камеру проникает сжатый воздух, который сбрасывается
через отверстие 10 в атмосферу. Давление в камере падает до атмосферного
еще до окончания полного ввода пробы в осадительную трубу, т. е. окончание
ввода пробы происходит под ее собственной тяжестью.
53
Система прободоставки
Рис. 2.6. Функциональная схема системы «Гран-1»
54
Уровень пробы в трубе ввода по инерции опускается ниже уровня жидко-
сти в осадительной трубе, что вызывает нежелательные пульсации уровней в
осадительной и измерительной трубах. Для исключения пульсаций в трубу вво-
да пробы встроен успокоитель, выполненный в виде обратного клапана. Клапан
представляет собой седло 11, перекрываемое легким шариком 12. Клапан сво-
бодно пропускает пробу в осадительную трубу и обладает малой инерционно-
стью.
В транспортном трубопроводе проба движется с большой скоростью, поток
сильно турбулентный, проба хорошо перемешивается в поперечном сечении,
слипшихся частиц нет. Твердые частицы движутся впереди потока, позади -
осветленная жидкость. В такой последовательности они вводятся в транспорт-
ный трубопровод из устройства отправки. Поэтому в осадительную трубу про-
ба вводится хорошо перемешанной, а в трубе ввода твердых частиц практиче-
ски не остается.
Отражатель 13 на конце трубы ввода гасит вертикальную составляющую
скорости пробы и направляет пробу в стороны и в верх осадительной трубы.
При этом часть воды, равная объему пробы пульпы, вытесняется из осадитель-
ной трубы в перелив. Объем трубы выше отражателя превышает объем пробы в
1,5-2 раза.
С помощью клапана 7 осадительная труба 3 заполняется водой до перели-
ва. Уровни воды в осадительной и измерительной трубах устанавливаются оди-
наковыми. С помощью системы пневмотранспорта проба подается в датчик
гранулометра. При вводе пробы в осадительную трубу плотность жидкости в
ней повышается и соответственно повышается уровень воды в измерительной
трубе на высоту, пропорциональную массе твердых частиц в пробе.
По мере оседания твердых частиц ниже уровня вреза измерительной трубы
в осадительную трубу уровень воды в измерительной трубе уменьшается. Из-
менение уровня воды в измерительной трубе отслеживается датчиком давления
б со стандартным токовым выходом 4-20 мА.
55
Для определения содержания заданного класса крупности а, эксперимен-
тально или расчетом определяют время ti, за которое все частицы крупнее а(
оседают ниже уровня вреза измерительной трубки.
Контрольный промежуток времени ti можно также определить по формуле
где L - высота измерительной трубы, мм;
5ТВ - плотность твердого в пульпе, г/см3;
8„ - плотность воды, г/см3;
d,- - диаметр частиц контролируемого класса, мм. '
Содержание класса крупности а; определяется по формуле
а(=Ад^2_.юо%, (2.8)
где Но - уровень воды в измерительной трубе после заполнения водой осади-
тельной трубы;
Нт - максимальный уровень после ввода пробы;
Ht - уровень в момент ti.
Статистический способ контроля гранулометрического состава пульпы ос-
нован на многократном прямом механическом измерении размеров частиц в
пульпе, усреднении результатов измерений и определении содержания конт-
рольного класса с использованием природной связи содержания, крупных и
мелких классов в пульпе. Основу датчика непосредственного измерения разме-
ра частиц составляет микрометрический щуп.
Этот способ контроля гранулометрического состава использован в уста-
новках для непрерывного автоматического измерения крупности частиц в по-
токе пульпы типа ПИК-074, ПИК-074П (Россия) и PSI-200 (Финляндия).
В гранулометрах ПИК-074 и PSI-200 отобранный поток пульпы направля-
ется в измерительную головку, где механическим микрометром измеряется
максимальная крупность частиц примерно раз в секунду. Гранулометр снабжен
56
микропроцессорным блоком, который регистрирует каждый результат измере-
ний и статистически рассчитывает с помощью калибровочной модели процент-
ное содержание нескольких классов крупности с отображением результатов на
цифровом дисплее. Результаты измерений выводятся в системы контроля и
управления в виде токовых сигналов 0-5, 4-20 мА постоянного тока.
В гранулометре ПИК-074П датчик крупности устанавливается непосредст-
венно в поток пульпы (пульпопроводе), что позволяет проводить измерение
крупности частиц без пробоотборных и пробоподготовительных устройств.
Данные гранулометры могут использоваться для контроля крупности в диапа-
зоне 0,028-1,0 мм и содержания класса 0,074 мм в пределах 20-90 %.
Лазерный метод контроля гранулометрического состава основан на изме-
рении распределения интенсивности когерентного света, рассеиваемого части-
цами. Когда луч лазера взаимодействует с частицами, из распределения рассе-
янного света можно рассчитать распределение их размеров.
Примером реализации этого метода может служить гранулометр PSI-500
(фирма «Оутокумпу»), включающий в себя устройства первичного и вторично-
го пробоотборов, устройство разбавления и головку лазерного оптического дат-
чика, и комплект управления со встроенным промышленным контроллером.
Диапазон измерения 1-500 микрометров.
Информация о содержании полезных компонентов в руде и продуктах обо-
гащения имеет решающее значение в оперативном управлении процессом обо-
гащения. Оперативность и точность этой информации оказывают влияние на
эффективность работы систем управления процессом и эффективность всего
процесса обогащения.
В настоящее время для анализа вещественного состава руд и продуктов
обогащения применяются различные методы: химические; использующие взаи-
модействие электромагнитного излучения с веществом; использующие специ-
фические свойства контролируемого сырья.
57
Химические методы основаны на стандартных приемах химического ана-
лиза. Они обеспечивают необходимую для управления и расчета материальных
балансов точность анализа, но требуют значительных затрат времени и труда.
Кроме того, не исключаются ошибки, зависящие от квалификации лаборанта и
качества химических реактивов. Химические методы не обеспечивают опера-
тивность анализа, необходимую для управления процессом обогащения, и по-
этому используются для экспресс-анализа проб, в которых нужна высокая точ-
ность определения содержания, при тарировке и проверке автоматических дат-
чиков, в которых используются другие методы измерения.
Методы контроля вещественного состава, основанные на взаимодействии
электромагнитного излучения с контролируемым веществом, наиболее пер-
спективны,' так как обеспечивают оперативность контроля, необходимую для
управления процессом, и позволяют на их основе создавать автоматические
датчики содержания элементов. ,
Для контроля вещественного состава можно использовать всю шкалу элек-
тромагнитных волн от низкочастотных колебаний до гамма-лучей. В практике
использования этого метода контроля наибольшее применение находят гамма-
лучи и рентгеновские лучи. В современных анализаторах вещественного соста-
ва в качестве источника гамма-излучения применяют радиоактивные изотопы и
высоковольтные рентгеновские трубки; в качестве приемников используются
газоразрядные и сцинтилляционные счетчики.
При взаимодействии у-кванта с атомом вещества часть энергии его переда-
ется электронам атома. Получивший добавочную энергию электрон может по-
кинуть атом, в результате чего атом оказывается возбужденным. Электроны,
находящиеся на более удаленных .от ядра орбитах, начнут переходить на орби-
ту, с которой удалены электроны.
Все орбиты электронов обозначаются буквами. Ближайшая к ядру орбита -
буквой К, следующие - L, М, N,O,P и т. д.
58
При большом числе атомов электроны могут переходить у одних на орбиту
К с других орбит, у других - на орбиту L и т. д. В процессе перехода избыток
энергии уносится из атома или фотоном, энергия которого зависит от частоты
фотона, или вторичным фотоэлектроном. Фотоны образуют рентгеновское
флуоресцентное излучение. Одновременно будет излучаться несколько волн
различной длины. Если переход электронов заканчивается на орбите К, возни-
кает /f-серия характеристического излучения, если на орбите L - L-серия и т. д.
Лучи флуоресценции, испускаемые различными атомами вещества пробы,
имеют тот же спектральный состав, что и характеристические линейчатые
спектры первичного излучения, возникающие под влиянием соударения элек-
тронов катодного пучка в рентгеновской трубке с теми же атомами. Обычно
для получения большей интенсивности флуоресценции используют возможно
большую длину волны возбуждающего излучения (но несколько меньшую дли-
ну волны края поглощения определяемого элемента).
Наиболее интенсивными линиями характеристического спектра являются
линии /С-серии. По их энергии определяют атомный номер элемента, а по ин-
тенсивности - содержание этого элемента в пробе.
Рентгеновские флуоресцентные анализаторы могут использоваться в ка-
честве автоматических датчиков содержания металлов в продуктах обогащения
в автоматизированных (автоматических) системах управления технологически-
ми процессами обогатительных фабрик. Действие рентгеновских анализаторов
(спектрометров) основано на зависимости интенсивности характеристического
рентгеновского излучения элементов, находящихся в пробе (пульпе), от кон-
центрации этих элементов в пробе (рис. 2.7). Первичное рентгеновское излуче-
ние от источника 1 направляется на анализируемый образец 2 - прессованную
таблетку из высушенного материала или на отобранный поток пульпы. Под
действием первичного излучения происходит возбуждение флуоресцентного
рентгеновского излучения, содержащего характеристические серии рентгенов-
ских линий каждого из элементов, входящего в состав образца.
59
Рис. 2.7. Блок-схема рентгеновского флуоресцентного анализатора
Вторичное излучение, испускаемое пробой, представляет собой поток на-
правленных во все стороны квантов. С помощью коллиматора 3 - свинцовой
пластинки с узкими щелями - из потока выделяются пучки параллельных лу-
чей, направляющихся в монохроматоры 4, число которых соответствует числу
анализируемых элементов образца. В каждом монохроматоре излучение с по-
мощью кристалла-анализатора разлагается в линейчатый спектр, в котором по-
ложение линии элемента определяется его атомным номером. Против линии
анализируемого элемента располагается приемное окно детектора измерения 5,
в качестве которого используются проточные пропорциональные счетчики или
сцинтилляционные счетчики. Импульсы детекторов подвергаются линейному
усилению, пропускаются через дискриминаторы 6, отсекающие шумы и им-
пульсы рассеянного излучения, и фиксируются пересчетными схемами 7.
Суммарное число, набранное за определенный промежуток времени, слу-
жит мерой интенсивности данной анализируемой линии. Интенсивность связа-
на градировочной кривой с процентным содержанием анализируемого элемен-
та.
При анализе пульпы в потоке в спектрометре с помощью счетчика 8 ре-
гистрируется излучение, прошедшее через измерительную ячейку, что позволя-
ет вносить в результаты измерения поправку на плотность пульпы. Современ-
60
ные спектрометры укомплектованы контроллерами 9, которые производят рас-
чет содержания металлов с учетом плотности пульпы. Результаты анализа фик-
сируются устройством ввода-вывода 10 вычислительной машины в виде рапор-
та с содержанием определенных элементов и содержанием твердой фазы по
каждому потоку. Кроме того, в комплект анализаторов входят устройства для
охлаждения рентгеновской трубки, блок питания и блок автоматического
управления (для анализаторов без ЭВМ).
Анализаторы могут работать в режиме таймера, когда интенсивность излу-
чения определяется по числу импульсов, поступивших за определенное время,
и в режиме монитора, когда интенсивность излучения определяется по време-
ни, за которое счетчик получает определенное число импульсов.
В зависимости от типа применяемого источника у-излучения рентге-
новские флуоресцентные анализаторы подразделяются на рентгеноспектраль-
ные, использующие высоковольтные рентгеновские трубки, и рентгенорадио-
метрические, использующие радиоактивные изотопы. Последние имеют пре-
имущества благодаря компактности, отсутствию блока высоковольтного на-
пряжения и системы пробортбора и прободоставки - наиболее ненадежного
элемента анализатора.
В зависимости от состояния анализируемых проб различают анализаторы
порошкообразных и пульпообразных проб. Анализаторы порошкообразных
проб предназначены для проведения экспрессного многокомпонентного коли-
чественного анализа проб; приготовленных в виде прессованных порошков.
Пробы перед анализом измельчаются, высушиваются и прессуются в таблетки
определенной толщины и плотности. Анализаторы пульпообразных проб
позволяют контролировать содержание элементов непосредственно в потоках
пульпы.
Точность анализа порошковых проб несколько выше, чем в потоке. Однако
приготовление таблеток приводит к увеличению времени анализа и затратам
ручного труда. Поэтому основное развитие получают анализаторы пульпооб-
61
разных проб. Рентгеновский многоканальный флуоресцентный спектрометр
АР-31М предназначен для проведения экспрессного количественного рентге-
носпектрального анализа непосредственно на отобранных потоках пульпы.
Спектрометр укомплектован 15-ю измерительными проточными кюветами, че-
рез которые подаются анализируемые потоки пульпы с расходом 10-15 л/ч и
содержанием твердой фазы 50-55 %. Анализ потоков проводится последова-
тельно по программе, задаваемой требованиями технологического контроля.
Спектрометрическое устройство, перемещающееся вдоль ряда измеритель-
ных кювет, позволяет определять в каждом потоке до 8 элементов с атомными
номерами от кальция Са (Z=20) до урана U (Z=92). Аппаратурная погрешность
(коэффициент вариации результатов измерений) составляет 0,4 %. Предел об-
наружения составляет 1-10'3-1-10’4 % массы (в растворах) и 5-10'2-1-10'3 % массы
(в пульпах).
Продолжительность анализа одного потока составляет 20-100 с (средняя -
40 с) и определяется методикой анализа. '
Спектрометр комплектуется вычислительным комплексом на основе
программируемых логических контроллеров, используемых для управления и
контроля работы анализатора и расчета концентраций с учетом плотности
пульпы.
Высокоэффективный комплекс для контроля в режиме реального времени
состояния технологического процесса флотации в потоке РА-931 позволяет оп-
ределить элементный состав и плотность пульпы рентгенофлуоресцентным ме-
тодом измерения, а также контролировать ее давление, щелочность, температу-
ру и расход. Основой измерительного блока системы РА-931 является многока-
нальный рентгенофлуоресцентный датчик, предназначенный для контроля эле-
ментного состава. Благодаря конструктивным особенностям измерительного
блока, система без затруднений оснащается потенциометрическими датчиками
состава жидкой фазы, датчиками расхода, давления и температуры.
62
Атомные номера определяемых элементов - 22-92 (от Ti до U). Время из-
мерения выбирается для каждого типового потока в соответствии с постоянной
времени процесса. Диапазон времени измерения - 15-300 с. Одновременно кон-
тролируются 3 элемента и плотность пульпы. Минимальный предел обнаруже-
ния 0,01-0,2 % - для пульпы 0,005-0,1 % - для растворов. Стандартное относи-
тельное отклонение 1 %.
ч
Система аналитического контроля РА-931 включает датчик элементного
состава пульпы, плотности, объемного расхода, щелочности, температуры, дав-
ления, а также устройство сбора и обработки информации (контроллера), ин-
женерный и управляющий компьютеры, связанные локальной сетью
ETHERNET.
Финской фирмой «Оутокумпу» серийно выпускаются анализаторы «Курь-
ер-ЗОАП», «Курьер-ЗОХП», «Курьер-40», «Курьер 6 SL», которые используют
принципы рентгеновской флуоресценции.
Все анализаторы типа «Курьер» имеют одну измерительную кювету, через
которую проходит измеряемая проба с расходом 20 л/мин. Кювета имеет двух-
слойное мембранное окно, через которое происходит измерение содержания.
Кювета разработана таким образом, что в месте измерения всегда находится
представительная проба. В анализаторе предусмотрена сигнализация повреж-
дения окна. .
В анализаторах «Курьер» также измеряется рассеянное излучение, пропор-
циональное плотности пульпы, и предусмотрена реперная проба, при измере-
нии которой происходит автоматическая настройка анализатора.
Анализатор «Курьер-ЗОАП» лучше всего подходит для обогатительных
фабрик. Он имеет маломощную рентгеновскую трубку с водяным охлаждением
и стационарные кристаллические спектрометры с пропорциональными счетчи-
ками. Прибор способен одновременно измерять содержание 5 элементов от Ti
до U. Анализатор имеет одну измерительную кювету, в которую два пульповых
мультиплексора направляют 6 проб подряд. В То время, когда первый мультип-
63
лексор направляет пробу в анализатор, второй мультиплексор промывается. Та-
ким образом, можно сократить цикл до 12-15 минут.
При управлении процессами сушки концентратов цветных металлов, асбе-
ста, шихтоподготовки перед агломерацией необходимо решать задачу автома-
тического контроля влажности материалов.
Методы измерения влажности можно разделить на прямые и косвенные. В
прямых методах производится непосредственное разделение влажного мате-
риала на сухое вещество и влагу. В косвенных методах измеряется другая вели-
чина, функционально связанная с влажностью материал^.
Из прямых методов измерений распространен метод, заключающийся в
воздушно-тепловой сушке пробы с одновременным автоматическим, взвешива-
нием на электронных весах. Для ускорения процесса сушки применяют инфра-
красные лучи и токи высокой частоты.
Находят применение экспресс-влагомеры прямого измерения МА-30, ЭВ-
ЛАС-2.
Косвенные методы контроля влажности материалов подразделяются на
электрические и неэлектрические.
Электрические методы измерения влажности подразделяются на кондук-
тометрические и диэлькометрические. Первые основаны на зависимости элек-
трической проводимости материала от его влажности, и оценка влажности про-
изводится по результатам измерения электрического сопротивления. Такие вла-
гомеры позволяют контролировать влажность материала в потоке на конвейере,
и чувствительным элементом в них служат два электрода, питаемые постоян-
ным или переменным током низкой частоты.
Диэлькометрический метод контроля влажности основан на зависимости
диэлектрической проницаемости материала от влажности. К таким влагомерам
относятся влагомеры BE МТ 260, BUMC-1, ИВАР.
К электрической группе влагомеров относится сверхвысокочастотный вла-
гомер поточный «Микрорадар-113 А», предназначенный для непрерывного ав-
64
тематического контроля влажности сыпучих сред (неэлектропроводных) непо-
средственно в технологическом процессе методом микроволновой влагомет-
рии. Принцип действия влагомера основан на измерении величины ослабления
СВЧ-энергии влажным материалом и преобразовании этой величины в цифро-
вой код й аналоговый сигнал, пропорциональный влажности материала.
Неэлектрические методы контроля влажности базируются на использова-
ч
нии взаимодействия различных видов электромагнитных колебаний и ядерных
излучений с исследуемым веществом. К этому типу относятся инфракрасные
фотометрические и нейтронные влагомеры.
В основу работы инфракрасных влагомеров положено измерение избира-
тельного поглощения влагой инфракрасного излучения определенной длины
волны, либо отраженного поверхностью материала, либо проходящего через
материал. Влагомеры этого типа обладают высокой чувствительностью, точно-.
стью и дают возможность непрерывного бесконтактного контроля влажности.
Принцип работы нейтронных влагомеров основан на явлении замедления
быстрых нейтронбв атомами водорода, содержащегося в воде. Контролируемый
материал облучают быстрыми нейтронами и контролируют количество мед-
ленных нейтронов, полученных в результате рассеяния нейтронного потока в
материале. Между числом медленных нейтронов и влажностью имеется прак-
тически линейная зависимость.
Примером нейтронных влагомеров являются ВНС-7652, ВПН, LB 350,
предназначенные для автоматического, непрерывного контроля влажности сы-
пучих сред.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 2
1. Как осуществляется контроль и сигнализация температуры подшипни-
ков технологических механизмов?
2. Каков принпип автоматического обнаружения металлических предме-
тов в руде на конвейере?
65
3. Как удаляются металлические предметы из потока руды на конвейере?
4. Чем отличаются уровнемеры от сигнализаторов уровня?
5. На какие группы делятся технические средства контроля уровня?
6. На каком принципе основана работа механических датчиков уровня?
7. Как работают кондуктометрические датчики уровня?
8. На чем основано действие ультразвуковых и радарных уровнемеров?
9. Какие методы используются для контроля объемного расхода жидких и
газообразных сред?
10. На чем основан метод переменного перепада давления?
11. На каком явлении основано действие электромагнитных расходоме-
ров?
12. Что положено в основу работы ультразвуковых расходомеров объем-
ного расхода?
13. Как работают вихревые расходомеры объемного расхода?
14. Каков принцип работы кориолисовых расходомеров объемного рас-
хода?
15. Каков принцип действия тензорезисторных весоизмерителей?
16. Какие методы измерения плотности пульпы Вы знаете?
17. На чем основано действие ареометрических плотномеров?
18. Каков принцип действия радиометрических плотномеров?
19. Какие методы контроля гранулометрического состава пульпы Вы
знаете?
20. Каков принцип действия седиментационных гранулометров?
21. На чем основано действие статических гранулометров?
22. Какие методы контроля вещественного состава руд и продуктов обо-
гащения Вы знаете?
23. На чем основано действие рентгеноспектральных анализаторов веще-
ственного состава?
24. Какие методы контроля влажности сыпучих сред Вы знаете?
66
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
3.1. Автоматизация технологического комплекса дробления
При автоматизации технологического комплекса дробления решаются еле-
ч
дующие задачи:
1. Автоматический контроль состояния оборудования передела: а) наличия
металлических предметов на ленте конвейера перед дробилками и их удаление;
б) температуры подшипников технологических агрегатов; в) подпрессовки дро-
билок; г) параметров централизованной жидкой маслосмазки; д) состояния пе-
регрузочных узлов; е) наличия материла на ленте конвейера; ж) состояния эле-
ментов поточно-транспортных систем передела; з) длительность работы и про-
стоев технологических механизмов; и) уровней руды в бункерах.
2. Автоматический контроль технологических параметров процесса дроб-
ления: а) производительности по исходной руде; б) уровня загрузки пасти дро-
билки рудой; в) мощности, потребляемой на дробление; г) гранулометрическо-
го состава дробленого продукта; д) ширины щели дробилки.
3. Автоматическое управление: а) стабилизацией производительности агре-
гатов; б) стабилизацией мощности, потребляемой на дробление; в) стабилиза-
цией уровня материала в пасти дробилки; г) приводом дробилок и питателей;
д) централизованным пуском оборудования дробильного передела; е) системой
смазки; ж) работой дробильного передела (оптимизация).
Характеристика технологического комплекса дробления как управляемого
объекта приведена в табл. 1.1 (см. с. 8).
Система управления технологическим комплексом дробления должна
обеспечить непрерывность потока руды в комплексе и поддержание оптималь-
ных условий работы механического оборудования.
67
При этом система управления комплексом может быть реализована на двух
уровнях сложности:
1. Местное управление и блокировка оборудования для предотвращения
перегрузок оборудования (по мощности, уровню, производительности).
Электрическая блокировка обеспечивает правильную последовательность пуска
и остановки оборудования. Положение регулирующих органов оборудования в
этом случае должно обеспечивать работу его в номинальном режиме.
2. Управление технологическим комплексом с использованием аналоговых
регуляторов, промышленных контроллеров и ЭВМ для регистрации данных,
управления, расчета в реальном времени заданных значений параметров и
изменения в реальном времени предельных значений параметров комплекса.
Непрерывность потока руды в технологическом комплексе дробления
обеспечивается автоматическим контролем и сигнализацией состояния
элементов комплекса - температуры подшипников механизмов и обнаружения
металлических предметов в потоке руды. Это достигается техническими
средствами, описанными в пункте 2.1.
Автоматическая система управления дробильным агрегатом должна не до-
пускать перегрузки дробилки по мощности и уровню материала в пасти, но при
этом должно обеспечиваться полное использование возможностей агрегата.
Перегрузка дробилки по потребляемой мощности может возникнуть, когда
производительность по исходной руде превышает допустимое значение, опре-
деляемое гранулометрическим составом, и физико-механическими свойствами
руды, и шириной разгрузочной щели.
Перегрузка дробилки по количеству материала в пасти дробилки возника-
ет, если производительность по исходной руде превышает максимально воз-
можный расход через дробилку при данной ширине разгрузочной щели.
Из возможных регулирующих воздействий (производительность по исход-
ной руде, частота качаний подвижного дробящего элемента и ширина разгру-
зочной щели) в настоящее время используется только одно - изменение произ-
68
вбдительности дробилки по исходной руде с воздействием на частоту вращения
привода питателя как наиболее просто технически реализуемое. Все применяе-
мые схемы управления дробилками основаны на использовании этого управ-
ляющего воздействия.
При автоматическом управлении процессом дробления используют сле-
дующие принципы:
К
а) стабилизация производительности дробилки по исходной руде измене-
нием частоты вращения привода питателя (£>=const; w=var);
б) стабилизация мощности, потребляемой электроприводом дробилки, из-
менением частоты вращения.привода питателя (P=const; n=var);
в) стабилизация суммарного сигнала производительности и мощности с
воздействием на частоту вращения привода питателя (UQ + UР = const; w=var);
г) стабилизация уровня руды в пасти дробилки с воздействием на частоту
вращения привода питателя (/f=const; w=var).
Схема автоматизации, реализующая эти принципы управления на аналого-
вых регуляторах, представлена на рис. 3.1.
Принцип (а) эффективен при переработке сортированной руды с малыми
колебаниями физико-механических свойств. Датчиком производительности в
системах, реализующих этот принцип, служат весоизмерители или дозаторы,
описанные в пункте 2.2.
Реализация принципа (б) позволяет не допустить перегрузки дробилки по
мощности при переработке любых типов руд. Датчиками активной мощности в
системах, реализующих этот принцип, служат ваттметровые преобразователи
серии Е 800,. преобразующие величину активной мощности в стандартный то-
ковый сигнал 4 -20 мА.
69
Рис. 3.1. Схема автоматизации, реализующая принципы автоматического'управления
процессом дробления:
1а - датчик веса; 16 - датчик скорости ленты; 1в - блок управления и регистрации (весы
АКВС -1); 4а, 2а, 46 - датчик мощности (ваттметровый преобразователь Е-859); За - акусти-
ческий датчик уровня (ДТА-1); 36 - фильтр ФП-3 (датчик уровня УКЗ-1); 1з, Зе, 4д - преоб-
разователь частоты (MICROMASTER 440); 1г, 1е, 1д, 26, 2в. 2г, Зв, Зг, Зд, 4в, 4г, 4д - элект-
ронный регулятор с непрерывным выходным сигналом 0-5,4-20 мА (Р17 «Контур»)
70
Реализация принципа (в) позволяет поддерживать максимальную загрузку
дробилки независимо от колебаний гранулометрического состава и физико-
механических свойств исходной руды. Принцип реализуется двухконтурной
системой автоматического регулирования. Первый контур осуществляет стаби-
лизацию расхода руды в дробилку изменением частоты вращения привода пи-
тателя, второй - корректирующий, осуществляет изменение задания первому
контуру при изменении активной мощности вследствие изменения крупности и
физико-механических свойств руды.
Реализация принципа (г) обеспечивает максимальную загрузку дробилки
по уровню материала вне зависимости от свойств исходной руды. Однако тех-
ническая реализация этого принципа затруднена из-за отсутствия средств не-
прерывного контроля уровня загрузки дробилки. Этот принцип может быть
реализован для управления дробилками, снабженными приемными воронками,
где уровень заполнения можно контролировать с помощью акустического дат-
чика УКЗ-1, описанного в пункте 2.2.
Технологический комплекс дробления включает несколько стадий дробле-
ния (крупное, среднее и мелкое) и грохочения. Система управления комплексом
должна обеспечить непрерывность технологического потока и оптимизацию ре-
жимов работы технологического оборудования при изменяющихся условиях
ведения процесса. Поэтому система управления должна содержать устройства
защиты оборудования от поломок и устройства регулирования и оптимизации
режимов работы отдельных агрегатов и технологического комплекса в целом.
Целями управления технологическим комплексом дробления могут быть:
а) стабилизация крупности дробленого продукта при постоянной произво-
дительности комплекса
= const при 0=c°nst
и ограничениях р, S pimm; Я( Himm для отдельных дробильных агрегатов
комплекса;
71
б) стабилизация крупности дробленого продукта при максимальной произ-
водительности комплекса
= const при Q -ютах
и ограничениях pt&plma-,Ht&Hima для отдельных дробильных агрегатов
комплекса;
в) минимизация крупности дробленого продукта при постоянной произво-
дительности комплекса
а* -> min при g==const
и ограничениях р^р^^Н^Н^ для отдельных дробильных агрегатов
комплекса.
Для отдельных дробильных агрегатов комплекса целями управления могут
быть следующие:
Р, “> Am« при а" = const; Я,- S Hinm;
Ъ -> прн а? = const; р, 2 pimai.
Часто необходимо изменение цели в соответствии с изменением условий в
технологической цепи. Например, там, где дробленый продукт поступает в
цикл измельчения, производительность дробильной установки может быть ог-
раничена прн некоторых производственных условиях производительностью
цикла измельчения, а в других случаях дробильная установка сама может быть
ограничивающим фактором. Некоторые цели могут быть физически недости-
жимы. Так, требование постоянства крупности продукта при максимальной
производительности при некоторых условиях подачи свежего питания не
должно быть очень строгим. В этих случаях следует определить допустимые
нормы качества продукта.
Для создания системы управления технологическим комплексом дробле-
ния, реализующей вышеприведенные цели управления, необходимо иметь сле-
дующие локальные системы автоматического контроля и регулирования:
72
Рис. 3.2. Схема автоматизации технологического комплекса среднего и мелкого дробления:
1а, 15- радарный уровнемер серин 5600; 2а, 25, 2в- весоизмерители АКВС-1 (датчик веса, датчик
скорости и шкаф управления и регистрации); 2г - преобразователь частоты (MICROMASTER 440);
За, 36, 6а, 65, 6в, 6г - датчики активной мощности (Е 859); 4а, 45 - металлоискатели типа «Фрегат»
(блок рамок и шкаф управления); 5а, 55, 5в, 5г - устройство многоканальной сигнализации УМС-3
(терморезисторы ТСМ ЮОМ и блок задания и сигнализации); 6д - магнитный пускатель ПБР-2М;
бе - электрический исполнительный механизм МЭО; 7а, 75 - датчик крупности дробленого продукта
73
1. Система автоматического обнаружения металлических предметов на
ленте конвейера перед дробилкой.
2. Система автоматической стабилизации расхода руды в технологический
комплекс дробления изменением частоты вращения электропривода питателя с
коррекцией по изменению величины активной мощности электропривода дро-
билки среднего дробления.
3. Система автоматического контроля температуры подшипников дробилок
с сигнализацией верхних значений температур.
4. Система автоматического контроля уровней руды в бункерах, входящих
в технологический комплекс.
5. Система автоматического регулировайия загрузки рудой дробилок мел-
кого дробления путем изменения положения шибера в перегрузочном узле, из-
меняющего расход руды в параллельно работающие дробилки по сигналам дат-
чиков мощности электроприводов дробилок.
6. Система автоматического контроля гранулометрического состава дроб-
леного продукта.
На рис. 3.2 представлена схема автоматизации технологического комплек-
са среднего и мелкого дробления на основе промышленных контроллеров.
3.2. Автоматизация технологического комплекса измельчения
При автоматизации технологического комплекса измельчения необходимо
решать следующие задачи:
I. Автоматический контроль состояния механизмов: а) температуры под-
шипников механизмов и машин; б) параметров системы маслосмазки; в) состо-
яния перегрузочных узлов отделения измельчения; г) длительности работы и
простоя технологических механизмов.
2. Автоматический контроль технологических параметров комплекса из-
мельчения: а) производительности цикла по исходной руде; б) расхода воды,
74
подаваемой в цикл измельчения; в) гранулометрического состава продукта из-
мельчения (слива классифицирующего аппарата); г) плотности слива класси-
фицирующего аппарата; д) заполненности барабана мельницы рудой; е) загруз-
ки мельницы дробящей рудой; ж) уровня пульпы в зумпфах насосов гидроци-
клонов; з) циркуляционных нагрузок комплекса.
3. Автоматическое регулирование (стабилизация) технологических пара-
метров технологического комплекса измельчения: а) гранулометрического со-
става сливов классифицирующих аппаратов; б) плотности пульпы на сливе
классифицирующих аппаратов; в) производительности комплекса по исходной
руде; г) расходов воды в технологический комплекс (мельницы, классификато-
ры, зумпфы); д) заполнения барабанов мельницы пульпой; е) уровней пульпы в
зумпфах насосов гидроциклонов.
4. Оптимизация работы технологического комплекса измельчения по эко-
номическому или технологическому критериям.
Характеристика процесса измельчения в замкнутом цикле приведена в
табл. 1.1 (см. с. 8).
Среди параметров процесса измельчения особое место занимают уровень
загрузки барабана мельницы рудой и величина циркуляционной нагрузки, яв-
ляющиеся естественными индикаторами хода процесса и отражающие измене-
ние всех параметров цикла.
Контроль уровня загрузки барабана мельницы рудой может осуществлять-
ся по параметрам либо звукометрического, либо вибрационного сигналов,
имеющих зависимость от степени загрузки барабана мельницы рудой.
Степень загрузки мельницы рудой наиболее просто контролировать по
уровню шума, производимого мелющими телами в зоне их падения. При
уменьшении уровня загрузки уровень шума возрастает, при увеличении -
уменьшается. Если шаровая нагрузка поддерживается постоянной, а износ фу-
теровки за определенный промежуток времени незначителен, уровень шума
будет отражать степень заполненности барабана мельницы рудой.
75
Звукометрический метод контроля заполненности барабана рудой исполь-
зуется для шаровых мельниц со стабильной футеровкой. На основе этого мето-
да разработаны комплектные системы автоматического контроля и регулирова-
ния загрузки мельниц рудой типа «Звук», основу которых составляет микро-
фонное устройство, устанавливаемое вблизи мельницы в зоне падения шаров.
Контроль уровня загрузки стержневых мельниц и мельниц самоизмельче-
ния можно осуществлять с помощью системы автоматического контроля уров-
ня загрузки мельниц типа УРК-3, которая использует параметры вибрационно-
го сигнала, возникающего в процессе размола руды. В состав системы входит
вибродатчик, который устанавливается на одной из опор мельницы, магист-
рального усилителя и устройства контроля.
Уровень загрузки мельниц самоизмельчения можно контролировать также
по величине активной мощности электропривода мельницы с помощью ватт-
метровых преобразователей.
Для оперативного контроля параметров работы (загрузки исходной рудой,
мелющими телами, водного режима) мельниц различного типа (шаровых,
стержневых, самоизмельчения) на основе комплексного анализа виброакусти-
ческих сигналов используется аппаратно-программный комплекс контроля за-
грузки мельниц В АЗМ-1.
В состав этого комплекса входят: микрофонное устройство, устанавливае-
мое непосредственно у барабана мельницы в зоне падения шаров, виброакселе-
рометр, устанавливаемый на одной из опор мельницы, усилители входных сиг-
налов и микропроцессорный анализатор. Комплекс имеет выходной сигнал
4-20 мА постоянного тока и интерфейс связи RS 232 или RS 485.
Для замкнутых циклов, измельчения с гидроциклонами можно использо-
вать расчетные методы определения Циркулирующей нагрузки цикла измельче-
ния. Они основаны на использовании сигналов приборов непрерывного кон-
троля потоков пульпы, обладающих достаточной надежностью и точностью,
76
индукционных расходомеров объемного расхода пульпы, радиоактивных дат-
чиков плотности пульпы, весоизмерителей расхода руды и так далее.
Один из методов предусматривает определение циркулирующей нагрузки
по сигналам плотномера и расходомера объемного расхода пульпы, на основа-
нии которых рассчитываются массовые расходы твердого (руды) Qp и воды Qa в
потоке циркулирующей нагрузки
6nSp(5n-l).
8р-1 ( 4
. 6п(8р ~Sn)
8р-1 ’ (3’2)
где Qa - объемный расход пульпы (сигнал расходомера объемного расхо-да);
8р - плотность руды;
5„ - плотность пульпы (сигнал плотномера).
Для автоматического контроля основных технологических параметров
комплекса измельчения - гранулометрического состава и плотности пульпы на
сливах классифицирующих аппаратов можно использовать методы и техниче-
ские средства, описанные в пункте 2.2.
Основная задача процесса измельчения - обеспечение подготовки пульпы
к обогащению (крупность, раскрытие минералов и т. д.). В цикле измельчения
должно перерабатываться плановое количество руды.
В связи с этим цели управления технологическим комплексом измельчения
могут быть следующие:
а) стабилизация гранулометрического состава продукта измельчения
(a^074=const) ПРИ постоянной производительности цикла по исходной руде
(2P=const);
б) стабилизация гранулометрического состава и плотности пульпы, посту-
пающей в процесс обогащения (a“ 074=const, 5cn=const);
в) обеспечение максимального выхода готового класса (qT, ra-> max);
77
г) стабилизация гранулометрического состава продукта измельчения
(a-o.o74=const) ПРИ максимальной производительности цикла по исходной руде
(бр->тах).
Основные управляющие воздействия, в основном используемые для дос-
тижения этих целей указаны выше (см. табл. 1.1 на с. 8).
При управлении технологическим комплексом для достижения целей
управления необходимо компенсировать следующие возмущения: изменения
физико-механических свойств руды, вызывающие постепенное изменение рас-
хода и гранулометрического состава пульпы на выходе комплекса; изменения
количественных характеристик входных потоков руды и воды, ведущие к изме-
нению 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 необходи-
мо решение следующих задач:
а) стабилизация входных потоков руды и воды;
б) стабилизация условий измельчения;
в) стабилизация условий классификации;
г) стабилизация гранулометрического состава выходного потока пульпы;
д) 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:
1. Принципы управления, использующие в качестве управляющего воздей-
ствия расход исходной руды в технологический комплекс.
2. Принципы управления, использующие управляющим воздействием рас-
ход воды в комплекс.
3. Принципы управления уровнем пульпы в зумпфе насоса гидроциклона.
78
4. Принципы управления гранулометрическим составом выходного про-
дукта комплекса.
5. Принципы управления расходом измельчающей среды в барабан мель-
ницы.
К первой группе, которая объединяет принципы управления, использую-
щие в качестве управляющего воздействия изменение производительности
цикла по исходной руде, следует отнести следующие:
1.1. Стабилизация производительности комплекса по исходной руде путем
изменения частоты вращения привода питателя (gp=const, Mn=var). Этот прин-
цип управления широко применяется на отечественных и зарубежных обогати-
тельных фабриках. Он оправдывает себя, когда гранулометрический состав и
физико-механические свойства исходной руды сравнительно постоянны.
Для реализации принципов управления первой группы питатель, подаю-
щий руду в мельницу, должен быть оборудован электроприводом с регулируе-
мой частотой вращения.
Датчиком в системе автоматического регулирования, реализующим этот
принцип (САР 1, рис. 3.3), служат конвейерные весы (1954АВ, АК-10,
АКВС-1).
Применение таких систем стабилизации дает прирост производительности
измельчительных агрегатов на 5 % и выше при незначительных колебаниях фи-
зико-механических свойств руды.
1.2. Стабилизация уровня загрузки барабана мельницы рудой с воздействи-
ем на частоту вращения привода питателя (G=const, nn=var)- Уровень загрузки
барабана мельницы рудой при неизменной производительности отражает изме-
нение физико-механических свойств руды. Он может контролироваться по
уровню шумового сигнала (для мельниц со стальной футеровкой), производи-
мого мелющими телами в зоне падения, или по потребляемой мощности элек-
тродвигателя мельницы (для мельниц самоизмельчения), или по давлению мас-
ла в опорных подшипниках мельницы (для мельниц с резиновой футеровкой).
79
Управление сводится к следующим условиям:
Ащ=сопз1 или Pnp=const
или pM=const при ип=чаг,
где Аш - амплитуда шумового сигнала;
Рпр - потребляемая мощность электропривода мельницы;
ра - давление масла в опорных подшипниках барабана мельницы;
ип - частота вращения привода питателя.
Этот принцип управления комплексом измельчения наиболее известен и
апробирован. Использование его при автоматическом управлении дает увели-
чение производительности измельчительного агрегата до 10 %.
В качестве датчиков уровня загрузки барабана мельницы рудой в автома-
тических системах, реализующих этот принцип (САР 2, рис. 3.3), могут приме-
няться либо виброакустические датчики (типа ВАЗМ-1), либо датчики активной
мощности (типа Е-859), либо манометрические преобразователи давления.
1.3. Стабилизация суммарного сигнала производительности и уровня за-
грузки барабана мельницы рудой (6Р+Аш=сопз1) с воздействием на частоту
вращения питателя (ип=чаг или gp=var). Преимущество этого принципа состоит
в том, что косвенным образом учитывается изменение физико-механических
свойств исходной руды по изменению уровня загрузки барабана мельницы ру-
дой и циркулирующей нагрузки.
Этот принцип реализуется двухконтурной системой автоматического регу-
лирования.
Первый контур стабилизирует расход руды в мельницу изменением часто-
ты вращения привода питателя, второй контур - корректирующий, который из-
меняет задание системе первого контура при изменении уровня загрузки бара-
бана мельницы рудой при изменении грансостава или физико-механических
свойств исходной руды.
S0
Рис. 3.3. Схема автоматизации технологического комплекса измельчения, реализующая
принципы управления 1-й группы:
1а, 16, 1в - датчики веса, скорости и шкаф управления весоизмерителя АКВС-1; 2а, 2г - датчик мощ-
ности Е 859; 2б,2д,2ж - датчик, усилитель и анализатор комплекса ВАЗМ-1; 1ж, 2к - преобразова-
тель частоты (MICROMASTER 440); /з - вторичный прибортДИСК-250»;/г. 1д, 1е. 2з, 2ж, 2и - регу-
лирующие блоки, ручные задатчики и блоки управления регулятора с аналоговым выходным сигна-
лом типа PI7
81
Вторая группа объединяет принципы управления комплексом измельчения,
использующие в качестве управляющего воздействия изменение расхода воды
в барабан мельницы и в зумпф гидроциклона.
2.1. Стабилизация расхода воды в барабан мельницы (fFM=const) с воз-
действием на положение регулирующего клапана трубопровода, подающего
воду в мельницу. Этот принцип применим при условии стабилизации расхода
руды в барабан мельницы.
Принцип прост в технической реализации (САР 1, рис. 3.4). В качестве дат-
чика расхода воды используются различного типа сужающие устройства. Регу-
лятор расхода воды через исполнительный механизм воздействует на клапан
трубопровода воды в мельницу.
2.2. Стабилизация соотношения твердого продукта к жидкому (Т/Ж=сопз1)
путем изменения расхода воды в барабан мельницы (lFM=var). Применение это-
го принципа управления позволяет стабилизировать плотность пульпы в бара-
бане мельницы, чем стабилизируются условия измельчения; это позволяет из-
бежать переизмельчения или недоизмельчения руды.
Этот принцип управления реализуется автоматической следящей системой
(САР 2, рис. 3.4).
Данный принцип управления имеет преимущественное распространение
на отечественных обогатительных фабриках. J
2.3. Стабилизация плотности пульпы на сливе мельницы (8M=const) изме-
нением расхода воды в барабан мельницы (lFM=var), когда соотношение Т7Ж
может нарушаться из-за колебаний циркулирующей нагрузки. Датчиком плот-
ности в системе, реализующей этот принцип (САР 3, рис. 3.4), может служить
радиоактивный плотномер ПР-1027, устанавливаемый на разгрузочном желобе
мельницы-
82
Рис. 3.4. Схема автоматизации технологического комплекса измельчения,
реализующая принципы управления 2-й группы:
1а. 16, 1в - датчики веса, скорости и шкаф управления весоизмерителя АКВС-1; 2а, 26, 2ж-датчик
расхода воды с преобразователем «МЕТРАН-100 ДЦ»; За. 36, Зв - источник, приемник и блок обра-
ботки информации плотномера ПР-1027; 2в. 1г. 1д, Зе-вторичные приборы «ДИСК-250»; /в. 2г. Зг-
регулятор с широтно-импульсным выходным сигналом (РС-29); 2д, 1ж, Зд - магнитные пускатели
ПБР-2М
83
Третья группа принципов управления используется для стабилизации ус-
ловий классификации. Стандартный ряд песковых насосов, которые подают
пульпу в гидроциклон, не позволяет подобрать производительность насоса,
точно соответствующую расходу пульпы в цикле. Поэтому обычно устанавли-
вают насосы с завышенной производительностью, что приводит к колебаниям
уровня пульпы в зумпфе: в какие-то моменты зумпф может оказаться опорож-
ненным и работа гидроциклона нарушится. Поэтому необходима стабилизация
уровня пульйы в зумпфе для предотвращения его перелива или опорожнения.
В практике управления комплексом измельчения применяются следующие
принципы регулирования уровня в зумпфе насоса гидроциклона.
3.1. Стабилизация уровня пульпы (//3=const) путем изменения расхода во-
ды в зумпф (fT,=var), применяемая на отечественных и зарубежных обогати-
тельных фабриках. Системы регулирования, реализующие этот принцип, про-
сты и наименее инерционны. Такая система (САР 1, рис. 3.5) содержит датчик
уровня и регулятор уровня, воздействующий на регулирующий клапан трубо-
провода, по которому подается вода в зумпф.
Регулирование уровня пульпы изменением расхода воды в зумпф вызывает
нежелательные колебания плотности питания гидроциклона. Поэтому целесо-
образно применить систему стабилизации плотности питания гидроциклона
изменением частоты вращения электропривода питателя исходной руды. Со-
вместным применением этих двух принципов управления можно достигнуть
удовлетворительных результатов по компенсации изменений физико-
механических свойств руды, особенно в установившихся режимах.
84
Рис. 3.5. Схема автоматизации технологического комплекса измельчения, реализующая
принципы управления 3-й и 4-й групп:
1а, 16, 2а-датчик уровня Probe; /в, 26, 4в- вторичные приборы «ДИСК-250»; 1г, 4г. 4в - регулятор
РС-29; 2в, 2г, 2д - регулятор Р-17; За, 36, Зв - источник, приемник и блок обработки информации
плотномера ПР-1027; 4а, 46 - датчик гранулометра PSI-200; 1д, Зд, 4г - магнитный пускатель ПБР-
2М; 2г - преобразователь частоты MICROMASTER - 440; 1е - исполнительный механизм МЭО
85
3.2. Стабилизация уровня пульпы в зумпфе (Я,“const) изменением частоты
вращения привода пескового насоса (nH=var) достигается обеспечением соот-
ветствия между дебитом и расходом пульпы из зумпфа. Применение насоса с
регулируемой частотой вращения позволяет исключить влияние степени износа
рабочего колеса на производительность, что стабилизирует условия классифи-
кации и дает возможность поддерживать циркулирующую нагрузку на опти-
мальном уровне. В состав системы регулирования (САР 2, рис. 3.5), реализую-
щей этот принцип управления, входят датчик уровня и регулятор уровня, воз-
действующий на частоту вращения электропривода насоса через тиристорный
преобразователь.
Четвертая группа принципов управления комплексом измельчения основа-
на на использовании прямой или косвенной информации о гранулометрическом
составе пульпы на выходе цикла измельчения.
4.1. Стабилизация плотности слива гидроциклона (8M=const) изменением
расхода воды в зумпф насоса (0<,=var). Здесь плотность пульпы используется
как косвенный показатель крупности слива гидроциклона. Этот принцип широ-
ко применяется на отечественных и зарубежных обогатительных фабриках бла-
годаря простоте технической реализации и возможности стабилизации пара-
метров пульпы, поступающей на обогащение. В качестве датчиков плотности в
автоматических системах регулирования (САР 3, рис. 3.5) на фабриках исполь-
зуются радиоактивные плотномеры.
4.2. Стабилизация гранулометрического состава слива гидроциклона
(Cx<ai=const) воздействием на расход воды в зумпф насоса гидроциклона
(H<,=var) с использованием прямой информации о гранулометрическом составе
слива. В системе, регулирования (САР 4, рис. 3.5) датчиком крупности слива
может служить гранулометр PSI-200, сигнал которого использует регулятор
крупности, который воздействует на регулирующий клапан трубопровода, по-
дающего воду в зумпф насоса.
86
Дрхшеиадрзя»
87
Основной принцип регулирования подачи измельчающих тел в барабан
мельницы - стабилизация соотношения «шаровая нагрузка - руда» - обеспечи-
вает оптимальную производительность измельчительного агрегата и реализует-
ся с помощью шародозировочных машин и шаропитателей, которые управля-
ются автоматически. Подача шаров дозируется или пропорционально количе-
ству руды, подаваемой в мельницу, или периодически через определенные
промежутки времени, которые задаются реле времени или специальными про-
граммными устройствами.
Основными задачами автоматического управления многостадиальным
комплексом измельчения являются:
1) стабилизация (оптимизация) производительности комплекса по исход-
ной руде;
2) стабилизация соотношения «руда - вода» в мельницу первой стадии;
3) стабилизация расходов воды в технологический комплекс (мельницы и
в классифицирующие аппараты);
4) стабилизация уровней пульпы в зумпфах насосов гидроциклонов;
5) стабилизация параметров потока пульпы на выходе комплекса (плот-
\
ность и грансостав слива гидроциклона последней стадии).
На рис. З.б представлена схема автоматизации трехстадиального техноло-
гического комплекса измельчения, включающего стержневую мельницу (СМ),
работающую в открытом цикле, и две шаровые мельницы (ШМ1 и ШМ2), ра-
ботающие в замкнутых циклах с гидроциклонами (Г/Ц1 и Г7Ц2).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 3
1. Какие задачи решает автоматизация технологического комплекса дроб-
ления?
2. Какие управляемые параметры, управляющие и возмущающие воздей-
ствия можно выделить в комплексе дробления?
88
3. Каковы основные принципы автоматического управления процессом
дробления?
4. Каковы цели управления технологическим комплексом дробления?
5. Какие системы автоматического контроля и регулирования необходи-
мы для реализации системы управления комплексом?
б. Какие задачи решает автоматизация технологического комплекса из-
мельчения?
7. Каковы возмущающие и управляющие воздействия можно выделить в
комплексе измельчения?
8. Какие методы и средства контроля уровня заполнения барабана мель-
ницы пульпой?
9. Каковы цели управления технологическим комплексом измельчения?
10. Какие принципы управления измельчением, использующие в качестве
регулирующего воздействия расход руды Вы знаете?
11. Какие принципы управления измельчением, использующие расход во-
ды в комплекс, Вы знаете?
12. Назовите принципы управления уровнем пульпы в зумпфе насоса гид-
роциклона и гранулометрическим составом выходного комплекса?
89
4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ
4.1. Автоматизация технологического комплекса флотации
При автоматизации технологического комплекса флотации решаются сле-
дующие задачи.
1. Автоматический контроль состояния технологического оборудования: а)
работы импеллеров и пеносъемов флотационных машин; б) работы перекачных
насосов; в) длительность работы и простоя механизмов.
2. Автоматический контроль технологических параметров комплекса: а)
параметров пульпы, поступающей на флотацию (объемного расхода, плотно-
сти, гранулометрического состава, щелочности, температуры); б) вещественно-
го состава руды и продуктов обогащения; в) расходов воздуха и реагентов во
флотационные машины; г) ионного состава пульпы; д) уровней пульпы и тол-
щины слоя пены во флотационных машинах.
3. Стабилизация технологических параметров комплекса: а) расхода реа-
гентов и их концентраций по фронту флотации; б) расхода воздуха во флотаци-
онные машины; в) уровней пульпы во флотационных машинах.
4. Оптимизация технологического комплекса флотации по экономическому
или технологическому критерию.
Характеристика технологического комплекса флотации как объекта управ-
ления приведена в табл. 1.1 (см.с. 8).
Основные свойства процесса флотации, характеризующие его как управ-
ляемый объект, - многомерность, большая инерционность, наличие технологи-
ческих обратных связей и помех, а также сложность физико-механических про-
цессов, происходящих при флотации руд.
Основой оперативного управления технологическим комплексом флотации
является автоматизированная система аналитического контроля (АСАК), кото-.
90
рая предназначена для получения, обработки и предоставления оперативной
аналитической информации различным потребителям обогатительного произ-
водства, в первую очередь технологическому персоналу.
В состав АСАК входят:
- автоматизированная система пробоотбора, прободоставки и пробоподго-
товки;
ч
- автоматический анализатор пульпообразных проб (может быть несколь-
ко);
- анализатор порошкообразных проб;
- автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора;
- АРМ аналитика;
- АРМ наладчика.
Автоматизированная система пробоотбора и прободоставки предназначена
для автоматического отбора частных пульповых проб, их накопления, транс-
портирования к месту анализа и прокачки пробы через анализатор рентгенос-
пектрального анализа и могут быть использованы в качестве автономных сис-
тем опробования или в составе системы аналитического контроля продуктов
обогащения.
Система выполняет следующие функции:
- отбор частных проб из точек контроля потоков пульпы;
- накопление общих проб;
- транспортирование общей пробы к месту анализа;
- формирование из общей пробы оперативной (экспрессной), двухчасовой,
сменной и суточной проб;
- рентгеноспектральный анализ оперативной пробы;
- обработка и выдача результатов анализа технологическому персоналу и
автоматизированной системе управления технологическим процессом
(АСУТП).
91
На отечественных обогатительных фабриках получили распространение
пневматические системы прободоставки типа «Контур» («Контур-1», «Контур-
2-2,5», «Контур-3», «Контур-Курьер»), работающие в комплекте с анализатора-
ми АР-31 УМ, Courier-ЗОМ и др.
Система «Контур» является программно-управляемой, набирается из уни-
фицированных узлов и характеризуется простотой, высокой экономичностью и
надежностью.
В систему включено оборудование пробоотбора, пневмотранспортировки и
подачи проб на анализ с необходимой системой управления. Система управле-
ния доставкой проб выполнена на базе программируемого контроллера, син-
хронизируемого с движением спектрометрического блока (каретки) анализато-
ра.
В состав оборудования пробоотбора, прободоставки и пробоподготовки
входят следующие устройства:
• пробоотборники различного типа (ножевые, пересечные,
вакуумные);
• блоки отправки проб (пневмотрассы);
• блоки приема проб;
• формирователи проб;
• циркуляционные контуры с насосом;
• установка обезвоживания проб.
Параметры системы регулируются с компьютера АРМ оператора системы
«Контур». Так же в АРМ оператора осуществляется визуализация работы сис-
темы «Контур» и регистрации событий.
АРМ оператора системы пробоотбора и прободоставки связан с програм-
мируемым контроллером управления через сеть Ethernet и с контроллером АРМ
анализатора пульпообразных проб через модули ввода - вывода.
АРМ оператора АСАК производит корректировку измерений на просчеты,
дрейф, фон и наложения спектральных линий, сохраняя полученные результаты
92
в своей базе данных. Эти данные используются для расчётов содержаний эле-
ментов в пульпе. Для проб, отбираемых на химический анализ, АРМ оператора
поддерживает базу данных с измеренными и откорректированными интенсив-
ностями и рассчитанным процентным содержанием компонентов за период вре-
мени до одного года (аналитический архив).
АРМ аналитика использует информацию из этой базы данных для прове-
дения аналитических расчетов, выбора градуировочных характеристик, прове-
рок результатов текущих анализов и их корректировок.
Функциональные АРМы реализуются на отдельных компьютерах обычно-
го настольного исполнения.
Основным регулирующим воздействием технологического комплекса фло-
тации является расход реагентов по фронту флотации. Расход реагентов - эф-
фективное, но дорогостоящее управляющее воздействие. От правильно вы-
бранного реагентного режима зависят конечные результаты флотации, а пере-
расход реагентов ухудшает технико-экономические показатели работы фабри-
ки.
Автоматическое (автоматизированное) управление дозированием реаген-
тов позволяет экономить реагенты и более точно следовать режимным техноло-
гическим картам, предъявляющим жесткие требования к соблюдению постоян-
ства соотношения «возмущающее воздействие - расход реагента».
Управление расходом реагентов в процесс флотации может осуществлять-
ся по следующим параметрам:
- объемному расходу пульпы на флотацию (<?,у = /(0);
- расходу твердого с пульпой, поступающей в процесс флотации
(^ =/(&));
- содержания металла в исходной руде а или количеству металла, посту-
пающего на флотацию (fy = /(0Т • а));
- концентрации реагентов в пульпе (qtj = ftCi')'y,
93
- отклонению качественных показателей процесса флотации
(^=/(ДР, Д&, Де));
- по алгоритму, учитывающему отклонения входных и выходных величин
процесса флотации (qSJ = /(ДОт,Д&,Де)).
Эти принципы дозирования могут быть реализованы разомкнутыми (по Q,
QT, бме)> замкнутыми (по С1г ДР, Д&, Де) и комбинированными (по QT с кор-
рекцией по ДР, Д&, Де) системами автоматического (автоматизированного)
управления.
Разомкнутые системы дозирования реагентов являются наиболее распро-
страненными на обогатительных фабриках. Они обеспечивают компенсацию
колебаний возмущающих воздействий и их целесообразно применять при рез-
ких колебаниях параметров входного потока пульпы. Кроме того, такие систе-
мы сравнительно просто реализуемы. Однако при таком управлении невозмож-
но учесть колебания неконтролируемых возмущений (флотируемость, состоя-
ние минерализации и т. д.), что приводит к необходимости корректировать рас-
ход реагентов, чтобы поддерживать выходные показатели на заданном уровне.
Наибольшее распространение имеет система дозирования реагентов по расходу
твердого с пульпой.
Замкнутые системы дозирования реагентов используют информацию об
изменении выходных показателей процесса и поэтому косвенно реагируют на
все контролируемые и неконтролируемые возмущения. Выходные показатели
процесса (Д|},Д9,Де) контролируются с определенным интервалом времени,
определяемом возможностями технических средств контроля вещественного
состава. Однако эффективность таких систем невысока вследствие значитель-
ной инерционности процесса флотации.
Наилучшие результаты дают комбинированные системы управления реа-
гентным режимом. Например, по расходу твердого QT с коррекцией по остаточ-
ной концентрации С, реагента в пульпе или по отклонению ДР,Д&, Де.
94
В системах управления реагентным режимом в процессах флотации в каче-
стве исполнительных элементов используются комплексы технических средств
автоматической (автоматизированной) дозировки флотационных реагентов.
Одним из таких комплексов является автоматизированная система управления
дозированием реагентов «Реагент» (АСУДР «Реагент»).
Автоматизированная система управления дозированием реагентов
(АСУДР) предназначена для автоматизированного управления питателями реа-
гентов при помощи аппаратно-программного комплекса.
Комплекс обеспечивает автоматический расчет и подачу реагентов в соот-
ветствии с расчетной или установленной величиной расхода в реальном мас-
штабе времени.
Используемые в комплексе автоматические питатели реагентов ПРИУ-4М
(порционный), ПРИУ-4М-1 (импульсный) и ПРИУ-4П (пневматический) обес-
печивают подачу некристаллизующихся на воздухе, очищенных от механиче-
ских примесей реагентов.
Комплекс обеспечивает учет расхода реагентов по каждой точке дозирова-
ния за требуемые интервалы времени, используя специальные расходомеры,
или расчетным путем.
В состав системы входят:
1. Исполнительное оборудование:
- питатели реагентов ПРИУ-4М-1 (до 1000 л/час), ПРИУ-4М или
ПРИУ-4П;
- установка УРИП-6 для размещения питателей;
- баки напорные (малый - 99 литров, большой - 232 литра);
- автономная компрессорная станция для ПРИУ-4П;
- расходомеры-счетчики электромагнитные.
2. Шкаф управления питателями реагентов с программируемым контрол-
лером;
95
- пульт ручного управления на базе жидкокристаллического дисплея и
пленочной клавиатуры;
- средства организации связи с ЭВМ автоматизированного рабочего места
оператора.
Исполнительное оборудование комплекса размещается на реагентной пло-
щадке фабрики, оборудование аппаратно-программного комплекса - в опера-
торском пункте фабрики.
АСУДР «Реагент» в качестве дозаторов реагентов использует питатели
ПРИУ-4П (с пневматическим управлением) и ПРИУ-4М и ПРИУ-4М-1 (с элек-
тромагнитным управлением).
Питатели могут быть в порционном (управляются изменением частоты им-
пульсов при постоянной их длительности) и импульсном (управляются измене-
нием длительности импульсов при постоянной частоте их следования) испол-
нении. Все питатели реагентов работают по импульсному принципу управле-
ния. Устройство управления подает индивидуальные сигналы на каждый пита-
тель реагентов определенной длительности и частоты, через шкафы пневмо-
управления. Длительность и частота импульсов-регулируются оператором (ав-
томатизированный режим), либо рассчитываются контроллером по информа-
ции о массовом расходе твердого, поступающего в процесс флотации. Длитель-
ность управляющих импульсов может изменяться в пределах 0-2 с, а частота
0-20 ИМП./МИН.
Функционально структура программно-аппаратного комплекса АСУДР
«Реагент» состоит из 3-х уровней:
- контроллерный уровень (шкаф уцравЯЬния);
- уровень визуализации (АРМ);
- сетевой уровень (ETHERNET).
Такая структура позволяет системе управления функционировать как авто-
номно, так и интегрироваться в состав АСУТП фабрики.
96
Расход реагентов по фронту флотации является эффективным регулирую-
щим воздействием, но имеет ограниченный ресурс, вызванный тем, что зависи-
мость извлечения металла в концентрат от расхода реагентов имеет вид кривой
насыщения. Это означает, что при достижении определенного расхода реаген-
тов извлечение металла в концентрат будет изменяться незначительно и даль-
нейшее увеличение расхода приведет только к ухудшению технике-
ч
экономических показателей из-за перерасхода реагентов.
В этом случае можно применить другое не менее эффективное регули-
рующее воздействие - уровень пульпы во флотомашинах.
Уровень пульпы и толщина слоя пены во флотационной машине оказыва-
ют значительное влияние на показатели процесса - извлечение металла в кон-
центрат и содержание металла в концентратах.
Уровень пульпы во флотационной машине определяется положением регу-
лирующего органа флотомашины и объемным расходом пульпы в нее. Объем-
ный расход пульпы при нормальной работе может изменяться в пределах 20-
30 % от номинального, поэтому возникает необходимость автоматического
контроля и регулирования уровня пульпы во флотационных машинах.
Автоматическое регулирование (стабилизация) уровня пульпы во флотаци-
онных машинах осуществляется как аналоговыми, так и цифровыми системами
стабилизации. Аналоговые системы регулирования выполняются на базе обще-
промышленных регуляторов (с широтно-импульсным или непрерывным сигна-
лом), а цифровые системы регулирования - на базе программируемых логиче-
ских контроллеров.
В качестве регулирующих органов в системах стабилизации уровня пуль-
пы используются хвостовые шиберы камерных флотомашин (поворотные и с
вертикальным перемещением) или пробковые краны разгрузочных отверстий
чановых флотомашин.
В качестве измерителей уровней во флотационных машинах могут приме-
няться пьезометрические, поплавковые, электродные, ультразвуковые и радар-
97
ные уровнемеры. Выбор типа датчика зависит от конкретных условий обогати-
тельной фабрики. Распространение получили поплавковые (ДТП-64А, ДТП-80,
ДТП-55М) и ультразвуковые (Probe LU) уровнемеры.
Для стабилизации уровней пульпы во флотомашинах промышленного
комплекса флотации требуется значительное количество автоматических сис-
тем. В результате в эксплуатации находится много идентичных технических
средств контроля и регулирования, что усложняет обслуживание и ремонт и
снижает надежность всей системы управления.
Выход из этой ситуации заключается в использовании автоматических сис-
тем стабилизации уровня на базе программируемых логических контроллеров.
Датчики уровня (например, Probe LU) подключаются к контроллеру через
платы аналогового ввода, а выработанные команды управления - с платы выво-
да на исполнительный элемент системы.
В контроллере заключена программа первичной обработки информации,
формирования среднего текущего значения уровня пульпы, сравнение его с за-
данным, выработка управляющих воздействий, реализация их через исполни-
тельные механизмы.
Управляющим воздействием служит время работы исполнительного меха-
низма.
В настоящее время большинство заводов (фирм)-изготовителей комплек-
тует выпускаемые флотационные машины системами стабилизации расхода
воздуха и уровня пульпы во флотомашине (отечественные чановые флотома-
шины типа РИФ и флотомашины фирмы «Оутокумпу» (Финляндия) типа ОК).
Информация о толщине слоя пеиы Используется для контроля состояния
комплекса флотации, так как отражает качественные и количественные показа-
тели реагентного режима, определяет качество концентрата и извлечение ме-
талла в концентрат.
Эту величину можно контролировать, стабилизируя уровень пульпы и
принимая колебания уровня пены за колебания толщины слоя пены.
98
Для контроля толщины слоя пены можно использовать следующие автома-
тические устройства: «Пена-5», КУ 1111-40, КУП-8.
Для анализа внешнего вида пены можно использовать анализатор ценного
слоя Froth Master™ 2 (фирма «Оутокумпу»). Система Froth Master контролиру-
ет важнейшие характеристики пенного слоя, включая скорость схода пены,
размер пузырьков, стабильность пены и ее цвет. Система включает в себя блоки
ч
технического зрения, смонтированные над флотокамерами. Блоки через микро-
процессорные соединительные элементы подключены к станции Froth Master,
являющейся межсетевым переходом к АСУТП фабрики. Соединительные эле-
менты (коробки) обеспечивают анализ образа пены.
Система управления процессом флотации строится как многоуровневая
иерархическая система контроля и управления. Это сложная комбинированная
система, включающая разомкнутые и замкнутые контуры управления, контуры
стабилизации отдельных параметров процесса и учитывающая как влияние воз-
мущающих параметров на процессе, так и результаты управления.
Автоматизированная система управления технологическим процессом
флотации предназначена для управления технологическим процессом флотации
(в полном объеме технологического цикла), сбора и анализа информации с дат-
чиков, измерения различных параметров, характеризующих режим работы про-
цесса н условий эксплуатации. Она является одной из подсистем АСУТП обо-
гатительной фабрики.
В системе управления технологическим комплексом флотации можно вы-
делить следующие уровни.
1. Уровень датчиков (уровень I/O).
Данный уровень является базой построения любой системы управления.
Уровень включает датчики, исполнительные механизмы и нормирующие пре-
образователи. Главная задача этого уровня - обеспечение достоверной инфор-
мации о протекающем технологическом процессе флотации в верхние уровни
управления. Сигналы от датчиков поступают на контроллерный уровень.
99
2. Контроллерный (локальный) уровень.
На этом уровне происходит преобразование аналоговых сигналов от дат-
чиков, исполнительных механизмов и других источников в цифровой код, при-
годный для компьютерной обработки. Сюда же поступает информация в виде
дискретных сигналов о состоянии агрегатов и аварийных состояний. Контрол-
леры выполняют основную работу по сбору, обработке и передаче информации
на следующий уровень управления. Контроллерный уровень обеспечивает ста-
билизацию технологических параметров флотации (уровня пульпы, расхода
воздуха во флотомашины, реагентного режима процесса, щелочности пульпы и
т. д.) и визуализацию изменений всех технологических параметров на дисплее
по вызову оператора.
В небольших системах управления технологическим комплексом флотации
на этом уровне могут размещаться вторичные приборы и аналоговые общепро-
мышленные регуляторы, решающие задачи стабилизации технологических па-
раметров.
3. Оперативный уровень (Scada - уровень).
Это уровень, на котором находятся станции оператора системы, инженера,
а также хранилище данных - сервер. Для обеспечения гибкого управления
АСУТП ОФ на операторской станции устанавливается специальный пакет про-
граммного обеспечения SCADA-система. Эта аббревиатура расшифровывается
как Supervisory Control And Data Acquisition - централизованное управление и
сбор данных. SCADA-система позволяет наглядно представить информацию о
протекающем процессе с помощью мнемосхем, графиков, таблиц и на основе
этой информации осуществлять управление процессом в полном объеме. Дан-
ные в программу поступают с контроллеров в режиме реального времени, то
есть все изменения процесса, происходящие в текущий момент времени фикси-
руются оператором системы немедленно.
100
Рис. 4.1. Схема автоматизации технологического комплекса флотации:
1а, 14а, 17а, 15,146, /76-расходомер объемного расхода (ПИР-3); 2а, 15а, 18а, 26,156,186,2в, 15в, /&-радиоактивный плотномер (ПР-1027) с
детектором н блоком обработки информации; За, 36 - датчик pH с преобразователем; Зв, Зг, Зд • шкафы пнеамоуправлеши (ШПУ); 4а, 19а, 24а • точки
отбора проб для контроля вещественного состава; 5а, 8а, На, 56- расходомер объемного расхода «МЁТРАН-350»; 6а, 9а, 12а, 6в - д атчик толщины
слоя пены (КУПЛЕЮ); 7а, 10а, 13а, 76 - датчик уровня пульпы Probe; 7в - элемролневматмческий преобразователь в ЭПП; 5в • магнитный пускатель
ЛБР-2М; / - ксантогенат, 2 - аэрофлот; 3 - воздух; 4 • известковое молоко.
Программа позволяет отслеживать выход параметров на допустимые пре-
делы с выдачей звуковых сообщений, архивацию значений в базе данных сер-
вера с необходимым интервалом и требуемой глубиной хранения, подготовку и
печать различных отчетов, вывод графиков реального времени и отображение
на графиках заархивированной ранее информации для ее анализа и вывода на
Печать.
Также имеется возможность ведения журнала, тревог (предупреждений) об
опасных (аварийных) ситуациях или каких-либо нежелательных отклонениях
технологического процесса. Сервер предоставляет сервис по физическому со-
хранению баз данных для SCADA-систем, а также служит источником данных
для АСУТП обогатительной фабрики.
На рис. 4.1 представлена схема автоматизации технологического комплек-
са флотации, состоящего из основной, контрольной и перечистной операций,
включающая систему аналитического контроля на базе рентгеноспектрального
анализатора в потоке АР-31М и автоматизированную систему дозирования реа-
гентов в процессе АСУДР «Реагент».
4.2. Автоматизация технологического комплекса магнитной сепарации
При автоматизации технологического комплекса мокрой магнитной сепа-
рации решаются следующие задачи:
1. Автоматический контроль состояния технологического оборудования:
а) температуры подшипников технологических механизмов; б) работы перекач-
ных насосов; в) длительности работы и простоя механизмов.
2. Автоматический контроль технологических параметров комплекса: а)
параметров пульпы, поступающей на сепарацию (объемного расхода, плотно-
сти, гранулометрического состава); б) содержание железа в пульпе и продуктах
обогащения; в) расходов воды в комплекс; г) уровней пульпы в зумпфах.
102
3. Автоматическое регулирование технологических параметров: а) содер-
жание железа в концентрате; б) уровней пульпы в зумпфах; в) расходов воды в
комплекс; г) плотности пульпы, поступающей в сепаратор.
4. Оптимизация технологического комплекса мокрой магнитной сепара-
ции.
Характеристика процесса мокрой магнитной сепарации как управляемого
объекта приведена в табл, 1.1 (см. с. 8).
Основным производственным звеном в составе фабрики мокрой магнитной
сепарации является технологическая линия мокрого магнитного обогащения^
включающая комплекс технологических процессов как многостадиальных, так
и одностадиальных. Многостадиальные процессы включают измельчение в ба-
рабанных мельницах, классификацию по крупности в гидроциклонах и мокрую
магнитную сепарацию на барабанных магнитных сепараторах.
Основным технологическим параметром, характеризующим процесс маг-
нитной сепарации и используемым для контроля и управления процессом, слу-
жит содержание железа в руде и продуктах разделения.
На обогатительных фабриках, перерабатывающих железорудное сырье, для
контроля содержания железа могут применяться следующие методы: химиче-
ские, индуктивные, радиометрические и рентгеновские флуоресцентные.
Химические методы, основанные на стандартных приемах химического
анализа, дают достаточную точность, но не обеспечивают необходимую для
контроля н управления экспрессность анализа.
Индуктивные методы контроля основаны на использовании характерного
свойства железорудного сырья - изменения магнитной восприимчивости мате-
риала при изменении в нем содержания магнетита. Магнитную восприимчи-
вость контролируют по изменению собственной индуктивности L электриче-
ской катушки при попадании в ее поле ферромагнитного материала
x-d?-w
£ = —------(4Л)
103
где dK - диаметр катушки;
/-длина катушки;
w - число витков катушки;
Но - магнитная постоянная;
Hi - относительная магнитная материала сердечника.
При определенных параметрах катушки ее индуктивность зависит только
от магнитной проницаемости материла сердечника pt. Если сердечником слу-
жит проба или поток железорудного сырья, то индуктивность будет зависеть от
содержания магнетита в объеме катушки оценку которого можно дать по
току катушки.
Радиометрический метод контроля содержания железа основан на зависи-
мости ослабления у-излучения, прошедшего через пробу, от атомного номера
элемента в пробе:
/=/0-е*'“, (4.2)
где /0,/- соответственно интенсивность начального и ослабленного излучения;
ц - массовый коэффициент ослабления, зависящий от относительного со-
держания железа в пробе;
х - толщина слоя пробы;
р - плотность пробы.
Рентгеновский флуоресцентный метод контроля основан на зависимости
интенсивности характеристического излучения определяемого элемента от его
концентрации в пробе. Он используется для контроля железорудного сырья
(руды, концентрата) на содержание железа.
Установка рентгенорадиометрическая РЦП-1 предназначена для непре-
рывного одновременного измерения содержания железа и содержания твердого
(плотности) в потоке пульпы.
Анализ потока пульпы осуществляется через отверстие в стенке пульпо-
провода, закрытое резиновой прокладкой. Анализируемая пульпа облучается
у-излучением от источника Ри238. При этом возникают вторичное флуоресцент-
104
ное и рассеянное излучение, которые регистрируются блоком детектирования и
преобразуются в электрические импульсы.
Из блока детектирования импульсы поступают в блок предварительной об-
работки информации, откуда через интерфейс RS 485 информационные сигна-
лы поступают в управляющий компьютер, обеспечивающий прием, обработку
их и представление информации в виде энергетических спектров.
Обогащение железных руд осуществляется путем стадиального измельче-
ния с целью раскрытия минеральных зерен и последовательного удаления пус-
той породы с помощью магнитной сепарации.
Из стадиального построения схемы обогащения вытекает принцип покон-
турного управления технологической линией магнитного обогащения.
Целью управления технологической линией магнитного обогащения явля-
ется максимизация производительности линии по концентрату при ограничени-
ях на его качество и потери с отходами.
gK->max
МР*Р2 L
У ж
где Sk - производительность технологической линии по концентрату;
Pi и Рг - нижний и верхний пределы содержания железа в концентрате;
3Д0П- допустимое содержание железа в хвостах.
(43)
Эта же цель должна достигаться при управлении каждой стадией магнит-
ного обогащения, максимальная производительность всей технологической ли-
нии gK->max может быть достигнута только при обеспечении максимальной
производительности по концентрату для каждой стадии.
105
Рис. 4.2. Сх ем» автоматизации техиопспгаесксго'комплекса 3- й стадии мокрого митштаого обогяцекик
1а, 16 - расходомер о&лмиогорасхо» ПИР-3; 2а, 26,2t, Sa.86.8t- tnovssx, девхюриблж обработки иафоркадаи шютаоира ПР-1023; 4а, 46,
4г. 4г, 46 - терюрездоторы ТСм; 4ж - wipoScno миишанадоаай сигнализации УМХ4; Sa, 36, Sa, 66-ртзфйвв^хввайдапшипкш ftdbe; It, 2г,
St, 7г,8г-втопшвшип|йбор42^СК-250»;^д5дг St, 7г, 76,7а - аиектригный реп1ЛягорРГ7;4в. 70 - элмароавдй регралторРС29; (as, &-магнитный
иусккпль ПБР-2М; Sx, 7х - преобразовав ль частота MICRDMASTTR; &, 7ж - исгетитйлнгый механизм МЭО; Ю - жагшптшй сепаратор; ШМ -
1иартт1жеинпп<а; Г31] - гидронимом; РА - рвзмапшчшающкй аппарат
При выборе управляющего воздействия магнитного сепаратора необходи-
мо учитывать степень селективности его влияния на выходные величины Р и
9. Основной управляемой величиной магнитной сепарации является содержа-
ние железа в концентрате Этот параметр регулируется изменением плотно-
сти пульпы, поступающей в сепаратор.
Наиболее рационально плотность пульпы, поступающей на сепарацию, ре-
гулировать изменением плотности слива классифицирующего аппарата, пред-
шествующего магнитной сепарации.
На рис.”4.2 представлена схема автоматизации технологического комплек-
са 3-й стадии линии мокрого магнитного обогащения.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 4
1. Какие задачи решаются при автоматизации процесса флотации?
2. Что входит в состав автоматизированной системы аналитического кон-
троля?
3. По каким параметрам может осуществляться дозирование реагентов в
процессе флотации?
4. Что входит в состав АСУДР «Реагент»?
5. Как регулируется уровень пульпы во флотомашине?
6. Какие уровни можно выделить в системе управления технологическим
комплексом флотации?
7. Какие задачи решаются при автоматизации процесса мокрой магнитной
сепарации?
8. Какие управляющие воздействия используются при управлении техно-
логическим комплексом мокрой магнитной сепарации?
9. Какие методы контроля содержания железа Вы знаете?
10. Каковы цели управления технологическим комплексом мокрой маг-
нитной сепарации?
107
5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ
5.1. Автоматизация технологического комплекса сгущения
При автоматизации технологического комплекса сгущения решаются сле-
дующие задачи:
1. Автоматический контроль состояния технологического оборудования: а)
работы песковых насосов; б) перегрузки ферм сгустителей; в) времени работы и
простоев сгустителя.
2. Автоматический контроль технологических параметров: а) плотности
сгущенного продукта; б) мощности слива сгустителя; в) расхода флоккулянта;
г) уровня зоны осаждения; д) уровень ожиженной постели сгустителя (границы
постель/зона слива); е) температуры пульпы, поступающей в сгуститель.
3. Автоматическая стабилизация технологических параметров: а) плотно-
сти сгущенного продукта; б) уровня ожиженной постели.
Характеристика процесса сгущения как управляемого объекта приведена в
табл. 1.1 (си. с. 8).
В современных высокопроизводительных сгустителях (например, «Супаф-
ло») можно выделить следующие три зоны, характеризующиеся различными
концентрациями твердого и гидродинамическими условиями осаждения твер-
дых частиц (рис. 5.1):
1. Зона слива.
2. Ожиженная постель - от точки подачи питания до границы раздела по-
стель/зона слива.
3. Зона осаждения.
На каждой границе раздела зон происходит ступенчатое изменение содер-
жания твердого. Уровень ожиженной постели должен поддерживаться выше
точки подачи питания.
108
Рис. 5.1. Схема радиального сгустителя:
1 - зона слива; 2 - ожиженная постель; 3 - а она осаждения (сгущения)
Для безаварийной работы радиального сгустителя необходим автоматиче-
ский контроль перегрузки сгустителя, возникающий при скоплении большого
количества твердого материала в зоне сгущения и приводящий либо к поломке,
либо к остановке фермы сгустителя. При перегрузке сгустителя возрастает мо-
мент на валу электропривода фермы и соответственно возрастает его потреб-
ляемая мощность и ток двигателя. Эти электрические величины, контроль ко-
торых достаточно просто реализовать, используются для контроля и сигнализа-
ций перегрузки сгустителя.
Основной технологический параметр, определяющий работу сгустителя, -
плотность сгущенного продукта. Для автоматического контроля этого парамет-
ра используются радиоактивные плотномеры типа ПР-1028М, которые уста-
навливаются на пульпопроводе, подающем сгущенный продукт на фильтрацию.
В сгустителях «Супафло» плотность сгущенного продукта контролируется
по весу твердого в сгустителе. Для этого в разгрузочном конусе сгустителя
смонтирован датчик давления. Так как высота столба пульпы над датчиком по-
109
стоянна, то величина давления будет прямо пропорциональна весу твердого в
сгустителе.
Другой технологический параметр сгустителя, который необходимо непре-
рывно контролировать, - плотность (мутность) слива сгустителя, которая опре-
деляет потери полезного компонента со сливом. Для контроля этого параметра
используют мутномеры, принцип действия которых основан на ослаблении
светового потока, проходящего через сливной потока. Отобранный поток слива
пропускается через специальную кювету с прозрачными окнами, перед одним
из которых располагается источник света, перед другим - фотоэлемент, сигнал
которого пропорционален прошедшему световому потоку, зависящему от мут-
ности слива. Примером таких приборов может служить широкодиапазонный
(0,2 мг/л -12 г/л) мутномер - сигнализатор АЖН-98/ПК.
Уровень ожиженной постели можно контролировать с помощью погруж-
ного поплавкового датчика, который использует значительную разность плот-
ности зоны слива и зоны ожиженной постели. Для этой цели можно использо-
вать также ультразвуковые датчики уровня раздела сред.
Целью управления технологическим комплексом сгущения является ста-
билизация плотности сгущенного продукта - основного возмущающего воздей-
ствия для последующего процесса фильтрации при максимальной производи-
тельности сгустителя и допустимой плотности (мутности) слива
8Р = const; = max; 8С < 8С.Д()„..
Система управления радиальным сгустителем включает локальные систе-
мы стабилизации плотности сгущенного продукта изменением частоты враще-
ния привода пескового насоса, либо изменением площади поперечного сечения
разгрузочного отверстия сгустителя и уровня границы раздела зон слива и
ожиженной постели изменением расхода флоккулянта в сгуститель.
Схема автоматизации технологического комплекса обезвоживания пред-
ставлена на рис. 5.2.
110
52. Автоматизация технологического комплекса фильтрации
Автоматизация технологического комплекса фильтрации решает следую-
щие задачи:
1. Автоматический контроль состояния технологического оборудования: а)
величины вакуума; б) давление воздуха на отдувку; в) целостность фильтро-
вальной ткани; г) верхнего уровня заполнения ресивера; д) времени работы и
простоев оборудования.
2. Автоматический контроль технологических параметров: а) производи-
тельность вакуум-фильтров по кеку; б) влажность кека; в) уровней заполнения
ванн вакуум-фильтров; г) температуры пульпы, поступающей на фильтрацию;
д) плотности пульпы, поступающей на фильтрацию; е) частоты вращения дис-
ков вакуум-фильтров.
3. Автоматическое регулирование технологических параметров: а) произ-
водительности вакуум-фильтров; б) влажности кека; в) толщины осадка.
Характеристика процесса фильтрации как управляемого объекта приведена
в табл. 1.1 (см. с. 8).
При эксплуатации вакуум-фильтров необходимо контролировать состоя-
ние фильтр-ткани, износ или порыв которой приводит к значительным потерям
полезного компонента с фильтратом. Состояние ткани контролируют по каче-
ству фильтрата, мутность и удельный вес которого резко меняются при износе
или порыве. Для контроля качества фильтрата можно использовать мутномеры
(например, мутномер-сигнализатор АЖН-98/ПК).
При откачке фильтрата из вакуум-ресивера необходим контроль верхнего
значения уровня заполнения. Для контроля этого параметра используют либо
гамма реле (например, Gammapilot М), либо поплавковые уровнемеры (фильт-
ры «КЕРАМЕК»), по сигналу которых включается насос откачки.
Ш
Pus. 5.2. Схема автоматизации технологического комплекса обезвоживания:
1а, - «rapManpaafifraaaia-rem eonyong^yM ЮЛ-50; 2й, 25- мутномер АЖН 98ШК; За, 35,10а, 106 -уродкеиар paaic«eri«iMicKH8Ganinupibt 45 -радпометрк-
»»скни11воткомсрПР-1П28; &, 65- хювдухтоллзричесхнк сиполлзааор урохмхРОС-1; 7а, 75, 7е- теиюрегисторкыкаесовямврюеяж АКВС-1;&2,Фг-вэмиаектнаигран-
ного ыагомер*, 9а,95- дахчккдахленкя «МЕГРАН-100-ДИ»; На, 115-млкожаауометр; 15, Зе, 4е, 55, 7е- поркчкие лрх&фм «ДИСК-250>;#ж^ Зе -преобразомтега
частотыTuibomaster, Зг- мектромкыкрехуиггоу РС-29,4е, 45,4е,&л,&г, ДО-эяеазрашшнрехуипорРГ?
Для контроля уровня заполнения ванны вакуум-фильтра (наличия перели-
ва) используются кондуктометрические сигнализаторы уровня (например, РОС-
101), электроды которого устанавливаются непосредственно в ванне. Реле сра-
батывает и подает сигнал при понижении уровня.
Производительность вакуум-фильтра по кеку можно контролировать кон-
вейерными вёсоизмерителями (например, АК-10, АКВС-1), если имеются уело-
вия их установки (расстояния между вакуум-фильтром и сушильным бараба-
ном, эффективность работы вакуум-фильтра).
Давление воздуха на отдувку контролируется преобразователем «МЕТ-
РАН- 100ДИ».
Основной технологический параметр - влажность кека, определяющая эф-
фективность вакуум-фильтра, может контролироваться инфракрасными или
нейтронными влагомерами.
Целью управления технологическим комплексом фильтрации является ста-
билизация основных выходных параметров - производительности по кеку и
влажности
wK < wK,3; qK =
или оптимизация одного из этих параметров при сохранении заданного
значения другого
wK -> min; qK -
или
qK -> max; wK = wK.,.
Основным управляющим воздействием служит изменение частоты враще-
ния дисков вакуум-фильтра.
Схема автоматизации технологического комплекса обезвоживания пред-
ставлена на рис. 5.2.
Получающие распространение на зарубежных и отечественных фабриках
керамические дисковые вакуум-фильтры «КЕРАМЕК» («Оутокумпу», Финлян-
дия) являются полностью автоматизированными установками на базе програм-
113
мируемых логических контроллеров, осуществляющих контроль и управление
процессом фильтрации.
5.3. Автоматизация технологического комплекса сушки
При автоматизации технологических комплексов сушки решаются сле-
дующие задачи:
1. Автоматический контроль состояния технологического оборудования: а)
давления в топливной и воздушной магистралях; б) наличия пламени факела
горелок топки; в) уровня высушенного материала в разгрузочной камере су-
шильного агрегата; г) температура газов до и после электрофильтра; д) времени
работы и простоев технологического оборудования.
2. Автоматический контроль технологических параметров: а) производи-
тельности сушильных агрегатов; б) расходов топлива, первичного и вторичного
воздуха; в) влажности высушенного продукта; г) разрежения в топке; д) темпе-
ратуры в топке, сушильном барабане, отходящих газов.
3. Автоматическая стабилизация технологических параметров: а) произво-
дительности сушильных агрегатов; б) температуры в топке, отходящих газов; в)
влажности высушенного продукта; г) соотношения «топливо - воздух».
Характеристика процесса сушки как управляемого объекта приведена в
табл. 1.1 (см. с. 8).
Как управляемый объект сушильный барабан характеризуется значитель-
ными инерционностью и транспортным запаздыванием, а также воздействиями
большого числа случайно изменяющихся возмущений. Сушильный агрегат ра-
ботает как теплообменник, в котором должна быть обеспечена передача тепла
от сушильного агента к материалу, и как транспортное устройство, которое
должно пропускать заданное количество материала.
114
Для обеспечения безопасной работы сушильных агрегатов они оборудуют-
ся автоматическими устройствами для контроля параметров и предотвращения
аварий, связанных с нарушением нормального режима.
Для контроля горения факела и сигнализации в случае его погасания слу-
жит запально-защитное устройство (ЗЗУ), предназначенное для автоматическо-
го или дистанционного зажигания горелок, работающих на газообразном или
ч
жидком топливе. В состав ЗЗУ входят: электрозапальник для зажигания топли-
ва; фотодатчик для контроля наличия запального факела, по сигналу которого
газ поступает в горелки; электромагнитный клапан для подачи топлива в фор-
сунки; устройство контроля пламени горелок, которое в случае исчезновения
пламени подает сигнал на электромагнитный клапан для прекращения' подачи
топлива в форсунки.
Кроме того, для безопасной эксплуатаций сушильного агрегата необходим
автоматический контроль и сигнализация давления первичного воздуха и газа,
разрежения в топке, температуры в топке, отходящих газов, до и после элек-
трофильтра, верхнего уровня в разгрузочной камере. При срабатывании любого
из перечисленных приборов сигнализации разрывается цепь питания электро-
магнитного клапана и подача газа в горилки прекращается.
Контроль и сигнализация давления топлива и первичного воздуха осуще-
ствляется датчиками-реле давления (ДЕ-57-6) и дублируются мембранными на-
поромерами (НМП-52). При снижении давления в магистралях ниже критиче-
ского реле срабатывает и подает сигнал в схему аварийной сигнализации и на
отсечку топлива.
Контроль и сигнализация разрежения в топке реализуется с помощью дат-
чиков разрежения («МЕТРАН-100-Ех-ДВ») в комплекте с прибором показы-
вающим и регистрирующим «ДИСК-250» с сигнальным устройством, которое
подает сигнал о превышении разрежения и на отсечку топлива.
115
Рис. 5.3. Схема автоматизации технологического комплекса сушки:
la, 2а - датчнк-релс .щвлення ДЕ-57-6; 2а. 26 - напоромер мембранный НМП-52; За, 4а. За- диафрагма камерная ДКС ОД 36,46,56 - преобразователь «МЕТРАН-100-ДД»; Зв. 4в. 5в. 66.76,86 - вторичный
прибор «ДИСК-250... 4г. 5г, бв. 8в - электронный регулятор PC 29; 7в. 7г. 7d - рейдирующий блок» задатчики блок управления регулятора 1’17; 40,5о. 6г, 8г - магнитный пускатель ПБР-2М; 8а -датчик
разрежения «МЕТРА|1-100-Ех-ДВ»; 4е, 5е. ба. 8а- механизм электрический однооборотный МЭО 16/63; 9а - фотодатчнк ФДЧ; 96 - прибор контроля пламени Ф34.2; 9g - элекгрозалальннк газовый ЭЗ; 6а,
10а. //м-термо-пр^юразоватепьсопротиадения ГСМ-56М; 12а. 126. /2< - ращюметрнческийсппалнзагар ypJH^GamaiapitocM^CS-. сушильныйбарвбак; РК- разгрузочная камера. ЭФ-электрофильтр
Контроль и сигнализация температурного режима сушки осуществляется
терморезисторами (ТСМ) и термоэлектрическими преобразователями (ТХА),
работающими в комплекте со вторичными приборами «ДИСК-250» с сигналь-
ными устройствами для подачи аварийного сигнала и отсечки газа в случае
превышения верхнего значения температуры.
Контроль расходов газа, первичного и вторичного воздуха осуществляется
с помощью камерных диафрагм (ДКС) и преобразователей разности давлений
«МЕТРАН-100-ДЦ».
Основной параметр — влажность высушенного продукта - может контро-
лироваться с помощью инфракрасных или нейтронных влагомеров. Однако из-
за трудности реализации контроля влажности используют косвенный параметр
-температуру отходящих газов, измерение которой реализуется достаточно
просто.
Целью автоматического управления процессом сушки является либо ста-
билизация основных выходных параметров - производительности по высушен-
ному продукту q„ и влажности продукта wn
q„ = const; = const
либо оптимизация
q„ -> max; wn = const.
Система управления должна обеспечивать оптимальный режим горения,
необходимую скорость сушильного агента (топочных газов) через сушильный
барабан, поддержание температурного режима в различных точках сушила и
стабильную влажность высушенного продукта.
Для выполнения задач управления система должна содержать следующие
контуры:
1) стабилизации соотношения «топливо - воздух», который обеспечивает
выполнение необходимых условий сжигания топлива;
117
2) стабилизации температуры газов на входе в сушильный барабан, обес-
печивающий постоянство температуры сушильного агента перед контактом с
материалом;
3) стабилизации тягодутьевого режима, обеспечивающего нормальный ре-
жим горения, соответствующую скорость сушильного агента и определяющего
интенсивность сушки;
4) стабилизации влажности высушенного продукта, обеспечивающего за-
данное значение влажности.
Схема автоматизации технологического комплекса представлена на
рис. 5.3.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 5
1. Какие задачи решаются при автоматизации технологического комплек-
са сгущения?
2. Какие управляемые параметры, возмущающие и управляющие воздей-
ствия можно выделить в комплексе сгущения?
3. Как контролируется перегрузка сгустителя?
4. Какова цель управления процессом сгущения?
5. Какие задачи решает автоматизация технологического комплекса
фильтрации?
6. Какие управляемые параметры, возмущающие и управляющие воздей-
ствия можно выделить в комплексе фильтрации?
7. Какие параметры необходимо контролировать в вакуум-фильтре?
8. Какова цель управления технологическим комплексом фильтрации?
9. Какие задачи решает автоматизация технологического комплекса суш-
ки?
10. Какие технологические параметры можно использовать в качестве
управляющих воздействий процесса сушки?
'118
11. Какие параметры необходимо автоматически контролировать для безо-
пасной работы сушильного агрегата?
12. Какова цель управления процессом сушки?
13. Какие необходимые контуры стабилизации должна содержать система
управления сушильным агрегатом?
119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прокофьев Е. В. Автоматизация технологических процессов и произ-
водств. Часть 1. Автоматизация технологических комплексов подготовитель-
ных процессов: Учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. - 135 с.
2. Прокофьев ,Е. В. Автоматизация технологических процессов и произ-
водств. Часть 2. Автоматизация технологического комплекса флотации: Учеб-
ное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. - 114 с.
3. Троп А. Е., Козин В. 3., Прокофьев Е. В. Автоматическое управление тех-
нологическими процессами обогатительных фабрик: Учебник для вузов. - 2-е
изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1986. - 303 с.
4. http//uralautomatica.ur.ru
5. Прокофьев Е. В., Комаров А. Я. Автоматизация обогатительных процес-
сов. - Свердловск: Изд. СГИ, 1990. - 88с.
120
Евгений Васильевич Прокофьев
Автоматизация обогатительных фабрик
Учебное пособие
Редактор М. В. Карякина
Компьютерная верстка В. А. Борисова
Подписано в печать 22.11.06 г. Печать
на ризографе. Бумага писчая. Формат бумаги 60*84 1/16
Печ. л. 7,625.Уч. изд. л. 6,0. Тираж 150 экз. Заказ №2#
Издательство УГГУ
620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
Уральский государственный горный университет
Лаборатория множительной техники