Автоматизация технологического комплекса второй стадии мокрой магнитной сепарации на обогатительной фабрике ОАО

Вцентре фронтальной поверхности профиля, по всей егодлине симметрично относительно центра оси трубопроводарасполагаютcя щелевидные пазы, осредняющие скоростьпотока измеряемой среды и воспринимающие давлениеторможения, которое передается в «плюсовую» камеру датчика. По всей длине ОНТ с тыльной стороныпрофиля расположены отверстия, воспринимающие давлениеразрежения, которое передается в «минусовую» камеру. Разность давлений в камерах является перепадомдавления, пропорциональным расходу. Диапазон измерения расходомера 0,08 — 49 137 м3/ч.Выходной сигнал 4 — 20 мА соответствует текущему значению перепада давления или мгновенному объемному расходу в рабочихусловиях, сигнал по HART передает текущее значение перепада давлений или мгновенного объемного расхода в рабочих условиях, возможна передача сигнала по беспроводному протоколу WirelessHART. Предел основной относительной погрешности ±(0,80−3,0)%.Измерение плотности пульпы измеряется в пульпопроводе бесконтактным способом. Для этого используется радиометрический преобразовательGammapilotMFMG60. Принцип действия датчика основан на поглощении веществом гамма-излучения. Датчик плотности устанавливается на технологическом трубопроводе напротив выходного отверстия источника гамма-излучения. Интенсивность проходящего излучения обратно пропорциональна плотности материала, находящегося в пульпопроводе. Такой метод обеспечивает возможность контроля изменения плотности вещества в режиме реального времени и без контакта с этим веществом. Радиометрическая система преобразователя состоит из следующихкомпонентов:

1) Источник гамма-излучения (изотоп 137Cs или 60Co);2) Контейнер источника, который обеспечивает излучениетолько в требуемом направлении и экранирование излучения в других направлениях. 3) Компактный преобразователь Gammapilot M, состоящий в свою очередь из сцинтиллятора (NaI — кристаллический или пластиковый), фотоумножителя и цепиобработки сигнала. Приходящий поток гамма-излучения вызывает вспышки света в сцинтилляторе. Фотоумножительпреобразует эти вспышки в электрические импульсы и усиливает их. Частотаимпульсов (количество импульсов в секунду) является мерой интенсивности радиации. Частота импульсов преобразуется в цепи обработки в сигнал плотности или концентрации. При выборе вторичного прибора руководствуются следующими правилами: В качестве вторичного прибора используется сенсорная графическая панель оператора MT8070iH. Технические характеристики панели приведены в разделе 4.

3.5. 2 Выбор регулятора и расчет настроек.

Исследование проектируемой локальной системы регулирования расхода воды в корыто классификатора изменением угла поворота регулирующего органа с коррекцией по плотности слива классификатора проводится с целью определения оптимальных настроек регуляторов, обеспечивающих заданные показатели качества переходного процесса системы. Алгоритмическая структура локальной САР представлена на рисунке 16. Рисунок 16 — Алгоритмическая структура локальной.

САРQзслж — заданное значение расхода жидкого в слив;φ - угол поворота регулирующего органа;Wск — измеренное значение расхода воды в корыто классификатора;Qслж — измеренное значение расхода жидкого в слив; Wс — расход воды в зумпф сепараторов; Wo1(p), Wo2(p) — передаточные функции объекта управления по основному и корректирующему каналам соответственно; Wp1(p), Wp2(p) — передаточные функции регуляторов основного и корректирующего контуров соответственно; Wв (p) — передаточная функция объекта управления по каналу возмущения. На основе имеющихся особенностей, требований к технологии управляемого объекта в установившемся и переходных процессах формируются следующие показатели качества процесса регулирования:

остаточное отклонение регулируемой величины δп, %предельно допустимое время переходного процесса tp, cдинамический коэффициент регулированияRд ≤ y1/y0допустимое (или желательное) перерегулирование σ, % максимальное допустимое динамическое отклонение y1коэффициент затухания переходного процесса ψ = 1-у3/у1Рассчитаем настроечные параметры регуляторов. К качеству переходного процесса предъявлены следующие требования:

остаточное отклонение регулируемой величины δ= 0;предельно допустимое время переходного процесса tp≤ 4То;динамический коэффициент регулирования Rд≤ 0,45;допустимое перерегулирование σ ≤ 20%.Вид типового переходного процесса, удовлетворяющий требованиям показателей качества процесса регулирования, процесс с перерегулированием20%.Получим передаточную функцию по основному каналу («угол поворота регулирующего органа — расход воды в зумпф»). Значение расхода воды в зумпф из количественно-качественной схемы Wск=125м3/ч. Это значение соответствует расходу при угле поворота регулирующего органа φ = 900. Значит передаточный коэффициент по этому каналу k = 125/90 ≈ 1,39 (м3/ч)/град. Постоянная времени зависит от времени, за которое регулирующий орган поворачивается на 900 (Т ≈ 20 с), время запаздывания зависит от времени, потраченного на движение воды по трубопроводу вклассификатор (τ ≈ 5 с).Используя эти данные, передаточная функция по каналу «Δφ - ΔWск» будет иметь следующий вид: Выберемтип регулятора и закон регулирования. Отношение транспортного запаздывания объекта τо1 к его постоянной времени То1: Так как получившееся значение τ0/Т0 = 0,25 > 0,11, тип регулятора — непрерывный. Произведем предварительный выбор закона регулирования, руководствуясь следующим. И-регулятор применяется для автоматизации статических объектов, П-, ПИ-и ПИД-регуляторы — длялюбых объектов. П-, ПИи ПИД-регуляторы обеспечивают регулирование без статической ошибки (она не превышает зоны нечувствительности регулятора). И-регулятор допускает наибольшее динамическое отклонение регулируемой величины, Пи ПИ-регуляторы значительно его уменьшают, ПИД-регулятор обеспечивает минимальное динамическое отклонение регулируемой величины. Пи ПИД-регуляторы обеспечивают минимальное время регулирования, применение ПИ-регулятора увеличивает время регулирования примерно в два раза по сравнению с ПИД-регулятором.

Максимальное время регулирования получается при использовании И-регулятора. Исходя из вышеизложенного предварительно выбираем ПИ-регулятор.Уточненный выбор закона регулирования производят, используя графические зависимости Rдот τо/То. Выбирается закон, обеспечивающий при данном τо/То и выбранном типовом процессе регулирования необходимое значение коэффициента регулирования Rд. При значениях Rд=1,39; τо/То=0,25 И-регулятор обеспечивает необходимый динамический коэффициент регулирования Rд при типовом переходном процессе с 20%-ным перерегулированием и полученном отношении τо/То.Проверяем, обеспечит ли выбранный по Rд закон регулирования заданное время регулирования. Для этого используем графики зависимости to/τоотτо/То.

Если выбранный закон не обеспечивает необходимое время регулирования, применяется более сложный закон регулирования. Используя данные графиков, окончательно выбираем ПИ-закон регулирования, при использовании которого обеспечивается необходимое время регулирования. Рассчитаем настроечные параметры для ПИ-регулятора по эмпирическим формулам. Передаточная функция для ПИ-регулятора с рассчитанными параметрами имеет следующий вид: Составим расчетную схему цифровой модели основного контура регулирования локальной САР. Схема показана на рисунке 17. В результате симуляции модели получим переходную характеристику по каналу «∆Wзск — ∆Wск», показанную на рисунке18. Рисунок 17- Расчетная схема цифровой модели основного контура регулирования локальной САРИз графика видно, что переходная характеристикаудовлетворяетзаданному виду, величина перерегулированиянемного меньше заданной. Рисунок 18- Переходнаяхарактеристика основного контура с расчетными параметрами регулятора.

После включения в схему звена Wо2(р) без корректирующего регулятора получим переходную характеристику звена, эквивалентного звеньям Wр1(р), Wо1(р) и Wо2(р), соединенным между собой, как показано на рисунке 20 (участок схемы, выделенный штриховой линией).Передаточная функция Wо2(р) выглядит следующим образом (из результатов параметрической идентификации):Составим расчетную схему цифровой модели, как показано на рисунке 24. В результате симуляции модели получим переходную характеристику по каналу «∆Wзск — ∆Qслж», показанную на рисунке19. Рисунок 19- Расчетная схема цифровой модели корректирующего контура регулирования локальной САР без регулятора корректирующего контура.

Однако при симуляции процесс имеет колебательный характер (рисунок 20), поэтому требуется корректировка параметров регулятора. Рисунок 20 — Переходная характеристика цифровой модели корректирующего контура регулирования локальной САР без регулятора корректирующего контура.

Подберём коэффициент kор=3,0. Процесс стабилизировался (рисунок 21).По кривой разгона на рисунке 21 можно определить динамические параметры объекта: запаздывание τоэ, постоянную времени Тоэ и передаточный коэффициент koэ. koэ= 4,8; τоэ≈ 4,35 с; Тоэ≈ 19,57 — 4,35 ≈ 15,22 с. Cоотношениеτоэ/Тоэ: τоэ/Тоэ = 4,35/15,22 ≈ 0,29К качеству переходного процесса предъявлены следующие требования:

остаточное отклонение регулируемой величины δ=0;предельно допустимое время переходного процесса tp≤ 4То;динамический коэффициент регулирования Rд≤ 2;допустимое перерегулирование σ ≤ 20%.Рисунок 21 — Аппроксимация переходной характеристики для определения параметров объекта управления.

По методике, приведённой выше, можно определить, что корректирующий регулятор имеет вид ПИ-регулятора.Расчет настроек для корректирующего регулятора производится по тем же формулам, что и для регулятора основного контура.;с.Передаточная функция для ПИ-регулятора корректирующего контура локальной САР имеет следующий вид: После включения в модель САР регулятор корректирующего контура, как это показано на рисунке 26, получена переходная характеристика, показанная на рисунке 27. Рисунок 26 — Расчетная схема цифровой модели локальной САРРисунок 27 — Переходная характеристика локальной САР с расчетными параметрами корректирующего регулятора.

Из графика видно, чтопереходная характеристика удовлетворяет заданным параметрам. После корректировки настроечных параметров регуляторов получены переходные процессы заданного качества. 5.3 Выбор исполнительных элементов системы.

Задача выбора формы предпочтительной пропускной характеристики регулирующего органа (РО) разбивается на два этапа:

1. Выбор формы расходной характеристики, обеспечивающей постоянство коэффициента передачи РО во всем диапазоне нагрузок.

2. Выбор формы пропускной характеристики, обеспечивающей при данных параметрах среды желаемую форму расходной характеристики. Правильный выбор типа и размера регулирующего органа — необходимое условие эффективной работы автоматической системы управления. К основным параметрам регулирующего органа относятся: пропускная способность, условное и рабочее давление, перепад давления на регулирующем органе. Вид регулирующего органа определяется характеристикой регулируемой среды, требованиями к линейности расходной характеристики и необходимой плотностью закрытия. При выборе исполнительного механизма необходимо учитывать следующие требования:

обеспечение энергетических и динамических свойств механизма при совместной работе с регулирующим органом в автоматической системе регулирования;

плотное открывание или закрывание затвора регулирующего органа;

возможность обеспечения заданной скорости перемещения затвора регулирующего органа, чтобы она была больше скорости изменения основных возмущений;

надежность работы исполнительного механизма. При работе также учитывают конструктивные особенности приводных элементов регулирующих органов, с которыми должны сочленяться выходные элементы исполнительных механизмов, так как от этого зависит выбор вида механизма (однооборотный, многооборотный, прямоходный).Вид исполнения ИМ (пылевлагозащищенное, взрывозащищенное, тропическое и т. д.) определяется внешними условиями среды, в которой они эксплуатируются. Наилучшее воспроизведение закона регулирования обеспечивают прямоходные ИМ. Прямоходные и однооборотные ИМ применяют в сочетании с регулирующими органами, имеющими затворы с малыми и средними площадями. Многооборотные ИМ сочленяются с исполнительными органами, снабжен затворами с большими площадями. Для сочленения ИМ с регулирующими органами в автоматических системах регулирования используют механические связи.

Их рассчитывают применительно к выбранным ИМ и регулирующим органам так, чтобы получить необходимую статическую характеристику исполнительного устройства. Регулирующим воздействием взаданной АСР является изменение расхода воды, поэтому в качестве регулирующего органа выбираем заслонку поворотную с двойным эксцентриситетом типа 497−40 производства фирмы «НЕМЕН».Выбор РО осуществим из таблицы по значению условной пропускной способности Кv при максимальном угле поворота диска. Учитывая объемный расход воды, выберем заслонку с диаметром условного прохода Dу = 65 мм. При максимальном угле поворота диска коэффициент расхода Кv = 138,4 м3/ч. Перекачиваемые среды: питьевая вода, вода для общепромышленного применения с температурой от -40°С до 260 °C, давление в трубопроводе 1 — 10 МПа. В качестве исполнительного механизма выберем электропривод типа SP0,1производства фирмы «НЕМЕН"с крутящим моментом 50 Нм. Двигатель однофазного переменного тока 220 В, 50 Гц. Скорость регулирования 20 с/900.Управление приводом осуществляется посредством пускателя бесконтактного реверсивного типа ПБР-2М. Сигнализация положения производится позиционером, выполненным на базе переменного сопротивления (потенциометра). 5.4 Расчет надежности системы.

Расчет надежности локальной системы производится упрощенным способом: все элементы соединены последовательно и отказы их независимы друг от друга. Надежность системы определяется такими показателями, как вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ и другими. Надежность будем определять по вероятности безотказной работы. При последовательном соединении элементов вероятность безотказной работы системы определяется как произведение вероятности безотказной работы всех звеньев. Количественной характеристикой отказов элементов является интенсивность отказов λi. В целом интенсивность отказов системы определяется по формуле, гдеλС — интенсивность отказов системы; N — количество элементов системы; λi — интенсивность отказов i — го элемента системы. Интенсивность отказов для каждого прибора берется из инструкций. Значения интенсивностей отказов для приборов локальной САР представлена в таблице 6. По данным таблицы определяемλС по формуле:.Тогда наработка на отказ составляет:

ч.Таблица 6 — Интенсивность отказов элементов локальной САРНаименование элемента.

Значениеинтенсивности10−5, λРасходомер Rosemount 3051SFA0,8Радиометрический преобразователь GammapilotMFMG601,0Программируемый логический контроллер VIPASystem 200V2,0Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М0,5Сенсорная графическая панель оператора MT8070iH2,0Электропривод SP 0,10,2Заслонка поворотная с двойным эксцентриситетом 497−400,1Вероятность безотказной работы при t = 2000 ч:.Таким образом, вероятность безотказной работы проектируемой системы составила 0,88.

5.5 Моделирование системы автоматического регулирования.

Исследование проектируемой локальной системы регулирования на модели производится с целью выбора оптимальных настроек регулятора, обеспечивающих заданные показатели переходного процесса системы. В разделе 5.2 были получены настройки регуляторов. Первый контур регулирования является основным (оптимальные параметры регулятора kp1 = 1,39; Ти1 = 11 с), а второй — корректирующим (оптимальные параметры регулятора kp2 = 1,24;Ти2 = 18 с). Составим расчетную схему математической модели локальной САР в Simulink с учетомрассчитанных и полученных методом подбора (оптимальных) параметров регуляторов и получим графики переходных процессов по каналам задания и возмущения. Переходнаяхарактеристика по каналу «ΔWзск-ΔWск"с расчетными и оптимальными настроечными параметрами регулятора основного контура показана на рисунке 28. Рисунок 28 — Переходная характеристика локальной САР по каналу «ΔWзск-ΔWск"и «ΔQзск-ΔQск"с регулятором основного контура.

По графикам видно, что качество переходного процессаудовлетворяет условиям задания.

5.6 Разработка документов на щит.

Состав, содержание и порядок документации, рассматриваемой в проекте автоматизации для изготовления щитов, определяются руководящими материалами (РМ 4−107−82) Системы автоматизации технологических процессов. Требования к выполнению документации на щиты и пульты. Руководящий материал устанавливает правила оформления следующих проектных документов:

чертежа общего вида;

таблицы соединений электрических проводок;

таблицы подключенияспецификации щитов и пультов. Чертеж общего вида единичного щита должен содержать:

перечень составных частейвид спереди;

вид на внутренние плоскости щита;

технические требования;

таблицу надписей. Компоновка аппаратуры, арматуры и установочных изделий должна быть выполнена с учетом их конструктивных особенностей, функционального назначения, обеспечения удобства монтажа и эксплуатации. Приборы в щитах и штативах рекомендуется расположить на следующих расстояниях от нижней кромки рамы:

1700−1975 мм- трансформаторы, стабилизаторы, выпрямители, пускатели, источники питания малой мощности;

600−700 мм- реле, регуляторы, функциональные блоки, преобразователи, элементы аналоговой и дискретной техники;

350−600 мм — сборки контактных зажимов горизонтальные;

350−1975 — сборкиконтактных зажимов вертикальные. В качестве щита управления проектируемой локальной САР, для размещения необходимых средств контроля и управления в соответствии с требованиями эргономики, условий эксплуатации и техники безопасности, выбираем щит типа ЩПК-3П-I-1800×800-УХЛ4-IРО1.В Приложении.

Г представлены чертежи вида спереди и вида на внутренние плоскости щита в масштабе 1:

10. В Приложении Д представлена спецификация на щит.

Заключение

.

При выполнении курсового проекта была проведена автоматизация управления технологическим комплексом второй стадии мокрой магнитной сепарации на обогатительной фабрике ОАО «ЕВРАЗ ВГОК». В качестве исходных данных были использованы количественно-качественная схема комплекса и схема цепи аппаратов. Для определения возможных каналов управления объект был представлен в виде совокупности управляемых параметров и входных управляющих и возмущающих воздействий. В результате выбраны управляющие параметры, имеющие наибольшее влияние на основной управляемый параметр комплекса ММС — содержаниежелеза в концентрате. Далее были проанализированы аналогичные системы контроля и управления технологическим комплексом ММС на отечественных и зарубежных фабриках, а также проведен библиографический и патентный обзор по автоматическому контролю и управлению комплексом. Поскольку выбор того или иного канала управления в конкретных условиях определяется видом статической характеристики и динамическими параметрами выбираемого канала управления, необходимо смоделировать комплекс. Для этого была проведена структурная и параметрическая идентификация комплекса, в результате которой определена структура математической модели технологического процесса и параметры динамических звеньев этой модели. Исследование статических и динамических закономерностей комплекса ММС произведенпри помощи специализированного пакета визуального моделирования Simulink системы Matlab. После анализа характеристик сделан выбор каналов управления для локальной системы автоматического регулирования (САР). В качестве основного канала управления локальной САР выбрана зависимость расхода воды в сепаратор от положения регулирующего органа. Корректирующим был выбран канал «расход воды в сепаратор — расход жидкого в слив на обезвоживание».Для решения поставленных задач автоматизации технологического комплекса ММС были выбраны средства контроля и автоматизации на основании составленной схемы автоматизации технологического комплекса ММС. Далее более подробно исследована локальная.

САР с целью определения оптимальных настроек регуляторов, обеспечивающих заданные показатели качества переходного процесса системы. После расчета параметров регуляторов основного и корректирующего контуров проведено моделирование локальной САР для определения эффективности регулирования при воздействии на систему различных возмущений. Качество регулирования признано удовлетворительным. Далее была рассчитана надежность локальной системы упрощенным способом. Вероятность безотказной работы проектируемой системы достаточно высока. Также были разработана документация на щит.

КИПиА.Список использованной литературы.

А.Е. Троп, В. З. Козин, Е. В. Прокофьев «Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик», Недра, Москва, 1986 г. А. Е. Троп, В. З. Козин, В. М. Аршинский «Автоматизация обогатительных фабрик», Недра, Москва, 1970 г. А. Н. Марюта «Автоматическая оптимизация процесса обогащения руд на магнито-обогатительных фабриках», Недра, Москва, 1975 г. А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский «Проектирование систем автоматизации технологических процессов», Энергия, Москва, 1980 г. В. А. Олейников, О. Н. Тихонов «Автоматическое управление технологическими процессами в обогатительной промышленности», Недра, Ленинград, 1966 г. В. З. Козин, А. Е. Троп, А. Я. Комаров «Автоматизацияпроизводственных процессов на обогатительных фабриках», Недра, Москва, 1980.В. З. Козин, О. Н. Тихонов «Опробование, контроль и автоматизация обогатительных процессов «, Недра, Москва, 1990 г. В. З. Персиц «Разработка и патентование систем автоматизации обогатительных фабрик», Недра, Москва, 1987 г. В. И. Гудима «Основы автоматизации обогатительных фабрик», Недра, Москва, 1979 г. В. И. Карамзин «Обогащение руд черных металлов», Недра, Москва, 1982 г.Е. В. Прокофьев «Автоматизация обогатительных фабрик». Учебное пособие, изд. УГГУ, Екатеринбург, 2006 г. Е. В. Прокофьев «Автоматизация технологических процессов и производств». Методическое пособие по выполнению курсового проекта, изд. УГГУ, Екатеринбург, 2007 г. Е. В. Прокофьев, В. Н. Ефремов «Структурная и параметрическая идентификация технологических комплексов обогащения», Екатеринбург, 2000.С. Г. Евсиович, С. И. Журавлев «Обогащение магнетитовых руд», Недра, Москва, 1972 г. Ю. Г. Гончаров, А. С. Давидкович, Б. Е. Гейзенблазен, Г. В. Гуленко «Автоматический контроль и регулирование технологических процессов на железорудных обогатительных фабриках», Недра, Москва, 1968 г."Обогащение руд черных металлов», под редакцией Г. В. Губина, Недра, Москва, 1973 г. Сайт www.kgok.ru.Сайтwww1.fips.ru.Приложение А. Моделирование технологического комплекса ММСПриложение Б. Схема автоматизации технологического комплекса ММСПриложение В. Заказная спецификация.

Приложение Г. Чертеж общего вида щита.

Приложение Д. Спецификация на щит.

Пози-ция.

Обозна-чение.

НаименованиеКол-во.

Примеч.Документация.

Стандартные изделия1ЩПК-3П-I-1800×600-УХЛ4-IРО112Рейка Р-800 ТКЗ-101−834Прочие изделия3Р1Панель оператора"МТ8070iH"14QF1,SF1Автоматический выключатель4SF2, SF35A1ПЛК «VIPA System 200V"1614вПускатель ПБР-2М17БлокзажимовWAGO «Cage Clamp"4Материалы.

Провод ПВ 1×1−380 ГОСТ 6323–7950 мПровод НВМ 0,5-IV-500 ГОСТ 175.

15−7220 м.