Разработка автоматизированной информационной системы эксплуатации измельчительных агрегатов

1. Назначение, цель создания системы и содержательное описание объекта управления

Назначение системы Назначением системы является повышение эффективности работы мельницы, за счет оптимизации проведения ремонтно-профилактических работ.

Цель создания системы Цель создания АИС эксплуатации измельчительных агрегатов (мельниц) — повышение качества технического обслуживания и ремонта для предотвращения аварийных ситуаций.

Объектом управления является процесс эксплуатации измельчительных агрегатов с позиций возникновения аварийных ситуаций.

Описание переменных Входные:

— План измельчения;

— Плановые характеристики.

Измеряемые:

— Контроль давления (протока) масла мельницы (загрузка);

— Контроль уровня масла;

— Состояние наклонного конвейера;

— Состояние горизонтального конвейера;

— Шум мельницы;

— Расход воды в мельницу;

— Расход CaO в мельницу;

— Температура подшипника мельницы (загрузка);

— Энергоресурсы;

Выходные:

— Журнал аварийных событий;

— Журнал событий;

Контролируемые переменные:

— исполнение графиков планово-предупредительных ремонтов (ППР);

2. Словарь-глоссарий

Автоматизированная информационная система — совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для хранения и/или управления данными и информацией и производства вычислений.

Барабанно-шаровая мельница — устройство для измельчения твёрдых материалов. Применяется в основном для создания порошка для использования в красках, пиротехнических средствах, и в керамике.

Безотказность — свойство объекта сохранять свою работоспособность в течение определенного времени. Событие, нарушающее работоспособность объекта, называется отказом. Самоустраняющийся отказ называется сбоем.

Бункер — ёмкость для временного хранения жидких и сыпучих материалов. Различают бункеры железобетонные (монолитные, сборные, смешанного типа), металлические, комбинированные. Кроме того, в качестве бункера могут использоваться горные выработки.

Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах указанного периода времени, отказ объекта не возникнет. Этот показатель определяется отношение числа элементов объекта, безотказно проработавших до указанного момента времени к общему числу элементов объекта, работоспособных в начальный момент.

Дробление — разрушение твердого кускового материала на мелкие куски. Различают крупное, среднее и мелкое дробление.

Интенсивность отказов — это число отказов элементов объекта в единицу времени, отнесенное к среднему числу элементов объекта, работоспособных к определенному моменту времени.

Измельчение — процесс уменьшения крупности твердых частиц в результате различных физических воздействий.

Конвейер — транспортёр, машина непрерывного действия для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов.

Надежность — свойство выполнять требуемые функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение заданного периода времени.

Пески — измельченная руда крупной фракции. Размеры ее частиц превышают требуемые для флотации, поэтому они направляются в мельницу для доизмельчения.

Подшипник — это техническое устройство, являющееся частью опоры, которое поддерживает вал, ось или иную конструкцию, фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качание или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции.

Пульпа — это взвесь твёрдых нерастворимых с водой частиц от 0,075 до 0,1 мм. Она образуется в воде при измельчении руд в процессе обогащения.

Ремонтопригодность — свойство конструкции восстанавливать работоспособность в результате ремонта, приспособленность к ремонту и техническому обслуживанию.

Руда — полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии техники и технологии было экономически выгодным.

Сохраняемость — свойство объекта непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение и после хранения и технического обслуживания.

Футеровка — специальная отделка для обеспечения защиты поверхностей от возможных механических или физических повреждений.

3. Аналитический обзор

Перед пуском исправной мельницы проверяется наличие в маслосистеме масла. При неподвижной мельнице масло в баке должно доходить до верхней отметки маслоуказателя. Барабанные мельницы выпускаются с циркуляционной системой жидкой смазки коренных подшипников. Для подшипников приводного вала, а также шестерен и уплотнений коренных подшипников применяется централизованная густая смазка. При запуске мельницы сначала включают масляный насос и проверяют работу смазочной системы. Не допускается запуск мельницы при скоплении в классификаторе и в шахте улиткового питателя затвердевшего материала, так как это может привести к поломке черпака.

В процессе работы мельницы ведут наблюдение за исправностью всех механизмов, в том числе маслосмазочной системы зубчатой передачи и редуктора. Наблюдение за подачей масла производится через смотровое стекло. При уровне масла в сливной магистрали ниже допустимого, а также при нагреве коренных подшипников выше 65−70 °С электродвигатель мельницы выключается и подается аварийный сигнал. Периодически осматривают поверхности зубьев шестерен, венцовой пары и редуктора.

Пуск и остановка мельницы, а также сопряженного с ней оборудования, производятся в строгой последовательности и регламентируются системой автоблокировок. Сначала включается классификатор (насосы гидроциклонов), и в систему подается вода, затем включают привод мельницы, ленточные конвейеры подачи руды в мельницу. После этого включают питатели или сборные конвейеры с телескопическими питателями.

Остановка производится в обратной последовательности. После прекращения подачи руды в мельницу необходимо в течение 10−15 мин вырабатывать руду, остающуюся в барабане мельницы.

При внезапной остановке мельницы прекращают подачу руды и воды, выключают электродвигатель мельницы и других агрегатов, поднимают спирали классификаторов. При длительных остановках пульпу классификатора выпускают в аварийную емкость. Остановка агрегата мельница-классификатор (гидроциклоны) может быть кратковременной (например, для подтяжки футеровочных болтов или догрузки стержней) или плановой — для ремонта.

В процессе эксплуатации обслуживающий персонал обеспечивает соблюдете предусмотренного технологическим процессом режима работы мельницы, в том числе качество и производительность, наблюдает за исправностью всех механизмов измельчающего агрегата. Периодически контролируется состояние зубчатых элементов мельницы, регулируется подача масла через подшипники, периодически производится профилактический осмотр футеровки, а при необходимости — ее замена.

В цехах измельчения обогатительных фабрик применяют схему, в которое дробленая руда, поступившая в бункер, системой питателей, сборных и наклонных конвейеров подается в стержневую мельницу, работающую в открытом цикле. На II стадии измельчения работают шаровые мельницы с гидроциклонами. Конвейерные весы контроля производительности мельницы установлены на наклонном конвейере. Бункер перед мельницами служит в качестве буферной емкости и средства равномерной подачи руды. Применяется также схема с использованием мельниц самоизмельчения на I стадии и шаровых мельниц на II стадии.

Шаровые мельницы с решеткой заполняют шарами на 40−50% объема, а при центральной разгрузке — несколько меньше. Периодически шары в мельнице пересортировывают с целью удаления шаров, износившихся до 15−20 мм, а также шаров, битых и потерявших форму. Операции с шарами механизированы. В схеме шарового хозяйства имеются бункеры для приема шаров из вагонов посредством магнитного крана или сбросом по наклонному желобу. Емкости для шаров футеруются и имеют несколько отделений для шаров различного размера. Выгружают шары из приемных устройств самотеком через нижнее отверстие или краном с электромагнитом. Перед мельницами установлена воронка-бункер для выпуска шаров питателем или заслонкой в лоток или трубу для ввода в горловину мельницы (центральное отверстие комбинированного питателя) или в рудный желоб. В мельничные бункеры шары подаются вагонеткой или контейнерами.

Для пересортировки шаров барабан переносится на стенд с помощью мостового крана, а на освобожденный фундамент устанавливают заранее подготовленный на монтажной площадке новый барабан. На монтажной площадке мельница разгружается от шаров и пульпы в зумпф. После промывки шаров вода откачивается насосом. Кран с электромагнитом подает шары в загрузочное устройство барабанного грохота. Шары сортируют в контейнеры и подают в новую мельницу через воронку.

Основными задачами эксплуатации мельниц I стадии измельчения являются обеспечение максимально возможной производительности при заданной крупности слива классификатора и изменение при необходимости крупности конечного продукта. При ручной регулировке процесс выхода на максимально возможную производительность осуществляют постепенным увеличением нагрузки на мельницу. После повышения производительности питателя увеличивают подачу воды в мельницу, чтобы плотность слива мельницы составляла 80−85%, и в классификатор — для обеспечения заданной плотности его слива. Часто для этого используют автоматические регуляторы постоянства заданных соотношений руда/вода. Продолжительность выхода мельницы на установившийся режим составляет 1−1,5 ч. В течение этого времени корректируется подача воды в мельницу и классификатор. При устойчивой работе снова увеличивают производительность по питанию и добиваются устойчивой работы мельницы. Процесс наращивания производительности продолжают до появления признаков перегрузки, при которой увеличиваются производительность бутары и циркулирующая нагрузка, снижается плотность слива классификатора (при значительной перегрузке пески мельницы выбрасываются через питатель). При появлении признаков перегрузки производительность по исходному питанию снижают на 5−6% и, отрегулировав воду, поддерживают ее в течение длительного времени. Рост крупности или крепости руды также приводит к перегрузке мельницы, в связи с чем ее производительность снижают на 4−5% с соответствующей корректировкой подачи воды (снижение крупности и крепости руды, наоборот, требуют повышения производительности мельницы).

При производительности мельницы, близкой к максимально возможной, устанавливается высокая циркулирующая нагрузка, степень заполнения барабана является также высокой, а время пребывания материала в нем — минимальным. Снижение циркулирующей нагрузки свидетельствует о недостаточной загрузке мельницы исходной рудой, а непрерывный ее рост — о приближении мельницы к перегрузке.

Если необходимо повысить крупность слива классификатора, увеличивают количество подаваемой в мельницу руды и регулируют расход воды в мельницу и классификатор. Во всех случаях плотность слива мельницы должна быть примерно постоянной (80−85% твердого), а плотность слива классификатора — соответствовать заданной крупности. Плотность слива классификатора определяется по графическим зависимостям крупности слива от плотности, которые основаны на практических данных измельчения руды. Для снижения крупности слива классификатора в него подают дополнительное количество воды, замеряют через 10−15 мин его плотность и наблюдают за процессом. При появлении признаков перегрузки мельницы снижают нагрузку по исходному питанию. Его контроль осуществляют с помощью автоматических весов на питающем конвейере.

Пульпа мельницы и слив классификатора характеризуются содержанием твердого и отношением массы твердого к массе воды в пробе пульпы (сокращенно обозначается Т: Ж) или отношением Ж: Т, где Т, Ж — масса твердого и масса воды в пробе, кг. В практических условиях Тв определяют взвешиванием мерной кружки с пульпой и при помощи зависимости Тв от массы 1 л пульпы. В ряде случаев плотность разгрузки мельницы контролируют плотномерами, а слива классификатора — индикаторами плотности, работающими на основе измерений массы пульпы, а также радиоактивными плотномерами.

Регулировка мельниц II и III стадий измельчения, работающих в замкнутом цикле с гидроциклонами, производится путем изменения крупности слива гидроциклонов. При его увеличении подачу воды в зумпф уменьшают, одновременно может быть несколько увеличено количество подаваемой руды в мельницу I стадии. При снижении крупности увеличивают подачу воды в зумпф, а при появлении признаков перегрузки (переполнение зумпфа насосов гидроциклонов и выброс пульпы из питателя мельницы) снижают производительность мельниц I стадии.

Для получения максимальной производительности мельницы процесс измельчения регулируют изменением плотности ее слива, для контроля которой отбирают пробы (для ситового анализа по какому-либо классу) через каждые 0,5−1 ч. Эффективность измельчения определяется водным режимом, физическими свойствами руды и равномерностью ее подачи, дробящей средой. При измельчении крупного материала для максимальной производительности содержание воды в пульпе составляет 20−35%, при более мелком материале — 30−50%. У мельниц самоизмельчения поддерживают содержание твердого в пульпе около 70−75% по массе. В сливе рудно-галечных мельниц оно на 5−7% меньше, чем у шаровых.

Подачу воды регулируют по замерам плотности слива мельницы, классификатора или гидроциклона, иногда по интенсивности шума мельницы или температуре пульпы.

Плотность слива непрерывно замеряют автоматически. Наиболее часто применяются радиоизотопный и пьезометрический методы. Достоинство радиоизотопного метода состоит в измерении без контакта датчика с пульпой. При плотности пульпы до 3 г/см3 плотномер можно установить на трубе диаметром 100−300 мм. Погрешность прибора составляет примерно 2%. Выходной сигнал плотномера передается водопроводной задвижке или вентилю с электрическим приводом и благодаря этому до известной степени обеспечивается стабильная крупность измельченного материала. Равномерность питания мельницы обеспечивается регулированием подбункерных питателей автоматически или вручную.

На эффективность процесса измельчения оказывают влияние крупность кусков и измельчаемость, колеблющиеся в широких пределах. Так, рост крупности и прочности руды укрупняет разгрузку мельницы и слив классификатора, увеличивает циркуляцию. В этом случае постепенно снижают производительность по воде и питанию. Резкое увеличение воды недопустимо из-за нарушения процесса классификации.

Автоматическое регулирование работы мельниц построено на принципах постоянства загрузки мельниц рудой и их нагрузки. Система регулирования содержит датчики производительности по исходному питанию, степени заполнения барабана рудой (по шуму мельницы, датчик — микрофон), песковой нагрузки мельницы (датчик — двигатель классификатора), преобразовательных и исполнительных механизмов, изменяющих производительность по исходному и пескам.

Комбинированные системы поддерживают требуемое соотношение между подачей руды и песками и постоянное отношение Т: Ж в пульпе. Применяется и самостоятельное автоматическое регулирование плотности слива классификатора.

В целом применение автоматического регулирования повышает производительность на 3−10%.

Системы автоматического регулирования измельчения сооружают, ориентируясь на стабилизацию производительности и крупности по исходному, плотности слива классификатора (гидроциклона), а также на получение максимальной производительности при постоянной крупности продукта. Находят применение следующие системы автоматической стабилизации:

— крупности готового и слива классификатора путем постоянства подачи руды с помощью счетчика конвейерных весов, электрически связанного с электродвигателем подбункерных питателей; одновременно поддерживают неизменной подачу воды;

— заполнения барабана рудой (по интенсивности шума мельницы) путем применения регулируемого питателя; расход воды регулируется автоматически по показаниям весов; система автоматически компенсирует изменение измельчаемости;

— суммы сигналов преобразователей (звукометрического и исходного питания), преобразованных в определенном соотношении и воздействующих на питатель руды; при этом отдельно (пропорционально подаче руды) поддерживается расход воды;

— суммарного сигнала преобразователей исходного питания и циркулирующей нагрузки (измеряемой косвенно по мощности, потребляемой электродвигателем спиралей классификатора, для гидроциклонов — датчик массы желоба песков), воздействующего на исполнительный механизм питателя.

Кроме указанных систем, разработаны системы автоматического поиска оптимального режима агрегата измельчения. Оптимум находят последовательным увеличением питания на некоторую величину.

Для мельниц рудного самоизмельчения также разработаны системы стабилизации массы загрузки в барабане (датчик — мощность электродвигателя мельницы или давление масла в коренных подшипниках) и шума мельницы, зависящих от соотношения крупного и мелкого классов руды в мельнице. Систему можно применять при раздельном питании мельницы рудой крупного и мелкого классов.

При эксплуатации мельниц для улавливания отдельных крупных рудных зерен и металлического скрапа разгрузки мельниц и щепы из слива классификаторов на разгрузочную горловину мельницы надевают небольшой барабанный грохот с внутренней спиралью, а в желобе, отводящем слив классификатора, устанавливают перфорированный стальной лист или барабанный грохот-щепоуловитель. На мельницах самоизмельчения бутары выполняют роль классификационного аппарата, поэтому они имеют большие размеры.

Для нормальной работы мельниц коренные подшипники барабана, подшипники малой шестерни, зубчатую передачу барабана и редуктора регулярно смазывают жидкими консистентными минеральными маслами. В качестве жидких масел используют индустриальные масла, а консистентных — индустриальные и синтетические солидолы. Венцовые зубчатые открытые передачи смазывают графитной смазкой, распыляемой сжатым воздухом.

Коэффициент движения мельниц фактически определяется уровнем организации их ремонта. На практике применяют три способа. При первом (узловом) ремонт и перефутеровку осуществляют на месте установки мельницы. Продолжительность ремонта составляет 30−140 ч, коэффициент движения — 0,82−0,89. Способ применяют при числе мельниц до шести. При втором способе (машиносменном комбинированном) измельчающую среду выгружают на месте, а мельницу ремонтируют на стенде ремонтно-монтажной площадки для перефутеровки. Вместо снятой мельницы устанавливают резервную. Длительность простоя составляет 16−24 ч, коэффициент движения — 0,93−0,94. Способ применяют при числе мельниц от семи до 16. При машиносменном способе ремонта мельницу с измельчающей средой переносят краном на стенд ремонтной площадки, где осуществляют ее выгрузку и загрузку. Простой составляет 8−20 ч, коэффициент движения — 0,94−0,95 и выше. Способ применяют при числе мельниц более 16. При использовании различных мельниц коэффициент снижается вследствие несовпадения по времени перефутеровок. Ремонт мельниц и других компонентов измельчающего агрегата приурочивают к смене футеровок. Рекомендуемая периодичность приведена в табл. 1.1.

Замена футеровок является основной ремонтной работой, наиболее длительной и трудоемкой. Вследствие неточностей отливки при сборке зазоры между футеровками достигают 20 мм, поэтому под них подкладывают листы резины или прорезиненную ткань. Расколотые при эксплуатации футеровки рудоразмольных мельниц выбрасывают в лом, а вместо вышедших из строя устанавливают новые.

Для цементных и углеразмольных мельниц замена вышедших из строя плит новыми при их безболтовом креплении сопряжена с большими трудностями, а иногда и невозможна, поэтому в этих случаях футеровки ремонтируют, например при помощи сварки. На некоторых цементных заводах для увеличения срока службы не полностью износившуюся футеровку ремонтируют наплавкой электродами из серого чугуна толщиной 5−6 мм. Наплавка производится элекродуговым способом переменным или постоянным током при обратной полярности. При наплавке переменным током на чугунные электроды наносят обмазку из графита, замешанного на жидком стекле. Наплавку постоянным током можно производить электродами без обмазки. Толщина наплавляемого слоя должна быть 4−5 мм. Поверхность такой футеровки является более износостойкой, чем поверхность из марганцовистой стали. Наплавку футеровок цилиндрической части барабана производят при принудительной вентиляции. Такое восстановление футеровки снижает затраты на нее более чем в два раза.

Таблица 1.1. Рекомендуемая периодичность ремонта мельниц, ч.

4. Характеристика проблемной ситуации

К проблемным ситуациям, возникающим при эксплуатации оборудования при процессе измельчения руды относятся:

· отсутствие прогноза значений основных технологических показателей;

· отсутствие давления масла в маслосистеме;

· низкий уровень масла в маслосистеме;

· отсутствие электронного журнала работы и журнала состояния технологического оборудования;

· отключение мельницы из-за перегрева подшипников;

· неисправность подшипников;

· отсутствие протоколирования действий оператора в аварийных ситуациях:

· поломка контролирующих устройств;

· низкое давление подачи воды в охлаждающую систему;

· отключение электроэнергии;

· заклинивание ленты конвейера;

· обрыв ленты конвейера;

Признаки нарушения работы оборудования:

· изменение давления масла в мельнице;

· изменение температуры в подшипниках мельницы;

· нарушение режима подачи руды;

· нарушение режима подачи воды

· физические повреждения оборудования мельницы;

· выход из строя оборудования мельницы;

· посторонние шумы;

· повышенные вибрации оборудования;

5. Функциональная модель IDEF0

Как есть

Как будет

6. Модель вариантов использования (прецедентов)

7. Информационно-логическая модель

Таблица «Бригады»

Таблица «Допуск»

Таблица «Измельчение»

Таблица «Оборудование»

Таблица «Отчёт»

Таблица «Партия руды»

8. Имитационная модель

Задача имитационной модели: хранение показаний выбранных датчиков, которые снимаются раз в 3 секунды, сравнение со значениями, указанными в техническом регламенте, построение графика процесса измельчения, выявление аварийных ситуаций.

При запуске программы мы указываем параметры технического регламента, а также выбираем бригадира смены При выходе одного из регулируемых параметров за пределы допуска, система сигнализирует об этом.

мельница измельчительный автоматизированный эксплуатация При выводе все трёх параметров за пределы допуска, происходит полная остановка процесса измельчения и оповещения главного механика об этом.

Просмотр таблицы измельчения.

Таблица «Бригады», добавление, редактирование и удаление бригады.

Просмотр отчёта.

Также в программе выдаётся общее количество совершенных на данный момент времени ошибок.

Заключение

Создана система в интересах механика участка измельчения. Выполнена главная цель создания АИС эксплуатации измельчительных агрегатов — повышение качества технического обслуживания и ремонта для предотвращения аварийных ситуаций.

Программа в случае аварийных ситуаций сообщает об этом и заносит соответствующую запись в журнал аварийных ситуаций, в случае выхода из строя нескольких оборудований, система сообщает об этом и полностью останавливает процесс измельчения руды до полного восстановления оборудования.

Выполнено содержательное описание объекта управления с позиции возникновения аварийных ситуаций. Построены ВИ с позиции механика участка.

Таким образом, задание полностью выполнено.