Автоматизация процессов измельчение твердых материалов

Исходный материал подается в мельницу через отверстие 15 питателя, измельченный разгружается через щелевидные отверстия решетки в лифтеры, из которых при повороте барабана сливается в горловину разгрузочной цапфы. Разгрузочная цапфа выполняется несколько большего размера, чем загрузочная, что облегчает продвижение пульпы вдоль барабана мельницы. Мельницы типа МШР характеризуются укороченным барабаном (отношение длины барабана к диаметру составляет не более 1:1), благодаря чему они выдают измельченный продукт с меньшим содержанием шламов, чем мельницы с центральной разгрузкой. Благодаря более высокому заполнению мельниц типа МШР мелющими телами, удельная производительность этих мельниц увеличивается на 10—15%.

Рис 1. Шаровая мельница с решеткой

Основные типы мельниц: а - барабанная шаровая (1 - корпус, 2 - мелющие тела, 3 - футеровочные плиты, 4 - привод); б - барабанная бесшаровая (1 - корпус, 2 - привод, 3 - диафрагма); в - центробежно-шаровая (1,12 - привод, 2 - корпус, 3 - чаша, 4 - отбойная поверхность статора, 5 - отражательная решетка, 6 - воздушный сепаратор, 7 - воздухопровод, 8 - вентилятор, 9 - шары, 10, 11 - штуцеры для подачи соотв. исходного материала и воздуха); г - вибрационная шаровая(1 - корпус, 2 - дебалансы, 3 - электродвигатель); д - планетарная(1 - привод, 2 - зубчатое колесо, 3 - малая шестерня, 4 - барабан, 5 - водило).

Режим работы мельниц

1 Частота вращения барабана.

При повышении частоты вращения барабана до критической наступает момент, когда центробежные силы уравновешивают силы тяжести мелющих тел, которые, не отрываясь, начинают вращаться вместе с внутренней поверхностью барабана, и измельчение руды практически прекращается.

Критической частотой вращения барабана называют такую частоту, при которой мелющие тела прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности барабана и вращаются вместе с барабаном, не отрываясь. Критическая частота вращения вычисляется по формуле

nкр = 42,3 / √D (об/мин)

где D — диаметр барабана мельницы, м.

При работе мельницы частота вращения барабана должна быть меньше критической. В зависимости от частоты вращения барабана в мельнице создаются различные режимы измельчения. Если фактическая частота вращения барабана составляет не менее 0,76—0,88 критической, создается так называемый водопадный режим измельчения, когда основная масса мелющих тел поднимается вместе с внутренней поверхностью вращающегося барабана на некоторую высоту, а затем, отрываясь, свободно падает под действием сил тяжести по траекториям, близким к параболическим. Измельчение рудных зерен в данных условиях происходит преимущественно ударом. Водопадный режим применяется при Смешанный режим измельчения характеризуется тем, что одна часть мелющих тел участвует в свободном полете, другая часть — перекатывается внутри барабана по замкнутым траекториям, подвергая руду измельчению ударом и истиранием. Смешанный скоростной режим имеет место при мокром измельчении руд в шаровых мельницах; скорость вращения составляет 0,6—0,76 от критической.

Каскадный режим наиболее тихоходный, скорость вращения барабана составляет 0,5—0,6 от критической. При измельчении в каскадном режиме свободный полет мелющих тел исключен. При установившемся каскадном режиме мелющие тела непрерывно циркулируют внутри барабана, поднимаясь по круговым траекториям на некоторую высоту, затем скатываясь под углом, близким к углу естественного откоса. При каскадном режиме руда измельчается преимущественно путем истирания.

Производительность барабанных мельниц зависит от диаметра, рабочего объема и скорости вращения барабана, от массы и размера мелющих тел, от конструктивных особенностей мельницы, от измельчаемости руды, от крупности исходного и измельченного материала, от выхода циркулирующего продукта, от плотности пульпы в исходном питании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Концептуальная модель

Построение концептуальной (содержательной) модели конкретного объекта является первым этапом моделирования. Основным содержанием этого этапа является переход от словесного описания к его математической модели.

Процесс измельчения как управляемый объект

Как управляемый объект, замкнутый цикл измельчения характеризуется следующими параметрами

1. входные:

1.1производительность цикла по исходной руде Q;

1.2 расход воды в мельницу Wм и классифицирующий аппарат Wкл;

1.3 гранулометрический состав Cx1 и физико-механические свойства руды σ;

1.4 частота вращения барабана мельницы n;

1.5 количество мелющей среды φ;

1.6 влажность ω;

1.7 температура T1 исходной руды.

2. выходные:

2.1 объемный расход слива классифицирующего аппарата qсл;

2.2 плотность δсл;

2.3 гранулометрический состав Cx2;

2.4 производительность цикла по готовому классу qг;

2.5мощность, потребляемая электроприводом мельницы P.

Управляющими воздействиями могут служить: производительность цикла по исходной руде Q; расход воды в мельницу Wм.

Цель моей работы создать систему управления процессом измельчения воздействием на подачу исходной руды в цикл и расхода воды в мельницу, т.е. регулировать и контролировать параметры Q и Wм, а также следить за состоянием оборудования.

Контроль загрузки барабана мельницы рудой и циркулирующая нагрузка замкнутого цикла измельчения – естественные индикаторы, отражающие ход процесса измельчения и реагирующие на изменение всех параметров цикла.

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.

Техническая реализация контроля наиболее проста при использовании амплитуды шумового сигнала. В этом случае в состав датчика входят микрофон, выпрямительная приставка, сглаживающий фильтр и выходной делитель напряжения. Датчик устанавливается вблизи мельницы в зоне падения шаров со стороны разгрузочной цапфы. Звуковые колебания воспринимаются микрофоном, преобразующим звуковые колебания в э.д.с. шумового сигнала. Ток выпрямляется, сглаживается и используется в системе контроля и регулирования.

Недостаток этого метода контроля – чувствительность датчика к внешним звуковым помехам, например, от работающих рядом мельниц. Для устранения этого недостатка динамик или микрофон, воспринимающие шум мельницы, заключаются в специальный корпус с тройной звукопоглотительной решеткой на входе.

Итак, первая моя задача – стабилизация уровня загрузки барабана мельницы рудой с воздействием на частоту вращения привода. Этот метод оправдывает себя, когда гранулометрический состав и физико-механические свойства исходной руды сравнительно постоянны. Основное преимущество этого принципа управления – простота технической реализации. Использование его при автоматическом управлении дает увеличение производительности измельчительного агрегата до 10%.

В состав системы автоматического регулирования САР I (рис.5), реализующий этот принцип, входят следующие элементы:

1. Микрофон направленного  действия	300 - 400 Гц
2. Преобразователь частоты в унифицированный сигнал тока или напряжения (Е/Е), расположенный на местном щите
3. Вторичный прибор Диск-250 М показывающий, записывающий, со  встроенной звуковой сигнализацией (звонок громкого боя)
4. Автоматический регулятор  системы “Каскад-2” Р-17, расположенный  на щите оператора
5. Блок управления тиристорами
6. Блок тиристоров	800 – 1200 об/мин

Вторая задача - стабилизация расхода воды в барабан мельницы (Wм = const) с воздействием 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 II (рис.5) .В качестве датчика расхода воды 2а используют различного рода сужающие устройства. Регулятор расхода воды 2г через исполнительный механизм 2е воздействует на клапан трубопровода воды в мельницу. В состав системы автоматического регулирования САР II входят следующие элементы:

1. Преобразователь электромагнитный  измерительный расхода жидкости (ПИР-1)	0,5 - 10 м3/ч
2. Преобразователь датчика  ПИР-1 (преобразует естественный  электрический сигнал в унифицированный  токовый сигнал (Е/Е)), расположенный  по месту
3. Вторичный прибор Диск-250 М показывающий, записывающий, расположенный  на местном щите
4. Автоматический регулятор  системы “Контур-2” РС-29, расположенный на щите оператора
5. Пускатель бесконтактный  реверсивный ПБР-2М, расположенный  на местном щите	0 - 100 % хода вала ИМ
6. Электрический ИМ типа  МЭО-1,6/40		2е
7. Регулирующий клапан  двухседельный Dу = 50 мм		2ж

Bi – ввод информации  на ЭВМ оператора 

Bo – вывод информации  с ЭВМ оператора вход информации 

Bo – вывод информации  с ЭВМ оператора вход информации 

(рис 2)

 

Рис. 5. Функциональная схема технической реализации принципов управления измельчения воздействием подачу исходной руды в цикл (САР I) и на расход воды в мельницу (САР II).

Функциональная структура проектируемой системы

Существующая система на предприятии должна иметь два уровня системы управления, так все данные фиксируются на местном щите мастера и на ЭВМ оператора.

Первый (нижний уровень) должен осуществлять контроль результатов измерений и непосредственное цифровое управление по датчикам, исполнительным механизмам, выполнение необходимых переключений по командам верхнего уровня, автоматическим переключениям.

Второй (верхний уровень) выполняет функции отображения данных о состоянии технологического процесса, архивировании полученных данных. Кроме того, на этом уровне нужно организовать сохранение всех изменений всех параметров, которые осуществил оператор, в базу данных, справочную систему и удобный интерфейс.

Описание режимов функционирования объекта

В общем случае все режимы функционирования технологического процесса управления процессом измельчения можно разделить на следующие группы:

1. Режим нормальной эксплуатации;

2. Предаварийные режимы  эксплуатации;

3. Аварийные режимы эксплуатации.

Допустимость тех или иных режимов работы определяется характеристиками и возможностями оборудования. В соответствии с общими принципами установка считается безопасной, если при длительной ее эксплуатации во всех режимах, включая аварийные, будет исключено серьезное повреждение потенциально опасных узлов, а также обеспечена соответствующая зашита персонала установки.

 

 

 

 

Режимы нормальной эксплуатации включают в себя основные фазы производственного процесса:

1 непосредственно сам технологический процесс;

2 подготовку к пуску технологического комплекса (ТК);

3 запуск ТК;

4 останов ТК.

Предаварийные режимы работы соответствуют следующим случаям:

5 параметры регулирования системы находятся в допустимых, но близких к критическим значениям;

К числу аварийных режимов работы ТК следует отнести:

6 отключение электрического питания;

7 прекращение подачи воды;

8 режим работы, при появлении различного рода больших и малых течей на оборудовании и трубопроводах;

10 режим работы при выходе за определенные границы различных параметров регулирования;

11 при выходе из строя различных контролирующих устройств (датчиков);

12 при обрыве связи с объектом.

Описание режимов должно быть представлено в виде логических правил, образующих базу знаний (БЗ).

Логические правила, описывающие возникновение аварийных ситуаций в технологическом комплексе измельчения руды:

Если прекращение подачи воды, то остановка мельницы, питателя и конвейера, перекрытие вентилей на водоподводящих трубах.

Если нарушение герметичности оборудования и трубопроводов, то остановка мельницы, питателя и конвейера, перекрытие вентилей на водоподводящих трубах.

Если прекратилась подача исходной руды, то остановка мельницы, питателя и конвейера, прекращение подачи воды.

Если вышли из строя контролирующие устройства, то остановка мельницы, питателя и конвейера, прекращение подачи воды.