CC BY
35
©РИВС
Р.В. Сбежнев,
руководитель отдела новой техники и программирования департамента АСУ АО «НПО «РИВС»
А.В. Седов,
директор
департамента
АСУ АО «НПО «РИВС»
Л.А. Бразюлис,
начальник отдела ОФ АО «КГМК» г. Заполярный
М.П. Марухин,
заместитель главного инженера по НТИ ОФ АО «КГМК» г. Заполярный
©РИВС
Аннотация
Для дробильно-сортировочных комплексов, как важной составляющей процесса обогащения руд, актуально наличие обратной связи (контроля) по процессу. Особенно важно наличие контроля для участков с открытым циклом на переделах, не имеющих оборудования для сортировки. Обеспечить такой контроль путем периодического ручного или автоматического отбора проб дробленой руды с конвейеров с последующей ее классификацией в лаборатории ОТК - задача, требующая значительных временных и физических затрат, при этом не обеспечивающая контроль потока в онлайн режиме. Несколько лет назад специалистами департамента автоматизации компании АО «НПО «РИВС» было разработано и предложено к опытной эксплуатации бюджетное решение по точному оперативному контролю крупности руды на конвейере, основанное на высокоскоростном лазерном сканировании поверхности движущейся рудной насыпи несколькими триангуляционными датчиками.
Ключевые слова: гранулометрический состав, контроль руды в потоке, автоматизированное регулирование, высокоскоростное лазерное сканирование
Operational Control of Crushed Ore Lump Size and Conveyor Productivity
A.A. Kamenetsky, R.V. Sbezhnev, A.V. Sedov, M.S. Molodtsev, L.A. Brazulis, M.P. Marukhin
Abstract
Being an important part of the ore concentration process, crushing and screening complexes require availability of process feedback (monitoring). It is especially important to have monitoring in open circuit areas of the processing plants that have no screening equipment. Such control can be provided through periodic manual or automatic sampling of crushed ore from conveyors and its subsequent classification in the QCD laboratory. This is a time-consuming and physically demanding task that, however, does not provide online material flow control. Several years ago, specialists at the Automation Department of the RIVS Company developed and proposed for pilot testing a cost-effective solution for accurate operational control of the ore grain size on the conveyor, which is based on high-speed laser scanning of the moving ore mass surface with several triangulation sensors.
Keywords: particle size distribution, ore flow control, automated control, high-speed laser scanning
Статья посвящена задаче популяризации системы «РИФ-Гранулометр» как законченного устройства, имеющего положительный референс и успешно внедряемого на горно-обогатительных предприятиях.
Актуальность и целесообразность применения устройства
Наибольшие затраты на обогатительных фабриках связаны с рудоподготовкой: капитальные - 50-60 %, эксплуатационные - до 80 %. Более экономичная переработка руд на ГОКах возможна при выполнении следующих условий: снижении максимальной крупности дробленого продукта в питании мельниц I стадии измельчения с 25-30 до 10-15 мм; применении на стадиях дробления современного дробиль-но-классифицирующего оборудования, обеспечивающего рациональное сопряжение дробилок по стадиям, автоматизированное управление работой дробилок с дистанционным регулированием разгрузочных щелей в целях получения дробленого продукта оптимальной крупности перед измельчением.
Для дробильно-сортировочных комплексов, как важной составляющей процесса обогащения руд, актуально наличие обратной связи (контроля) по процессу. Особенно важно наличие контроля для участков с открытым циклом на переделах, не имеющих оборудования для сортировки. Известно, что отклонение процесса дробления от регламента на любом этапе влечёт снижение эффективности на последующих технологических переделах, как правило, увеличиваются энергетические и эксплуатационные затраты на оборудование за счёт повышения коэффициента циркуляции материала, повышается износ футеровок и насадок, увеличивается количество расходных материалов на единицу выхода конечного продукта, снижается общий КПД дорогостоящего оборудования.
Обеспечить такой контроль путем периодического ручного или автоматического отбора проб дробленой руды с конвейеров с последующей ее классификацией в лабора-
тории ОТК - задача, требующая значительных временных и физических затрат, при этом не обеспечивающая контроля потока в онлайн режиме.
Применение средств, обеспечивающих обратную связь, позволяет выполнять непрерывный контроль технологического процесса, предоставляет возможности его оперативного регулирования, что значительно снижает риски, связанные с человеческим фактором.
На практике одним из основных инструментов регулирования крупности дробленого продукта является изменение расстояния, на которое разведены выпускные щели дробилок.
В случае контроля исходной руды, входящей в корпус дробления, имея оперативные данные по ее крупности, система способна сформировать задание/рекомендации на установку оптимальных значений разгрузочных щелей дробилок для обеспечения максимальной эффективности процесса дробления.
В 2013 г. подразделением группы компаний РИВС запатентовано изобретение «Способ автоматического контроля крупности дроблёной руды в потоке», номер патента Ки 2 529 636 С1.
Разработан способ непрерывного визиометрического анализа гранулометрического состава дробленой руды в потоке, включающий получение изображений руды, их обработку, построение непрерывных кривых распределения руды по классам крупности и обеспечивающий не достигаемое ранее непрерывное определение выхода готового класса крупности.
Несколько лет назад специалистами департамента автоматизации компании АО «НПО «РИВС» было разработано и предложено к опытной эксплуатации бюджетное реше-
0РИВС
РОССИЙСКАЯ ФБДЁГА11ИЯ
2 529 636"" С1
(SJ) МП к
COIN ЛМ£? {200601)
02) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21X32) Змеи; 201311&4ДОДО. 22.04.2013 (72) Автор) ы К
(24) Дятя иачлад лтгчста грои дейспия патент*- Зимин Алексея В.идинкроанч (RU),
Трушии Алексей Ааекссенч CRU)
22-04-2013
Пр*юр*ггст<ы): (73) ПвтснтоойтадятеяМ»:
(22) Д* Fit 1КЫШЧН UNMH. 22,04.2013 акционерного общества 'Изготовление,
(45)Опублисонно' 270920 [4 Бюл.М 27 Внедрение, Сервис" (RU)
Г5б) Список документов. цитированных в отчете а
поиск: SU1749778AL23.07.1992.RU2212703
С2, 20 09.2003. KU 9874733 А107 01 1483 &U
1260838 At. 30.09.19S6. WO 2011095364 AI.
1Ш.2Ш
Адресам переписки:
I991SS, Санкт-Петербург, ул Жмвчиццти,
-ИБС* Зишси А .В
(И) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КРУПНОСТИ ДРОБЛЕНОЙ РУДЫ Б ПОТОКЕ
(57) Реферат:
ИкКфМГНЖ т игнкпч V гпйепЬии урйиИгМсрй НычиГЛИПТ П ж ИктиЧптПг ытоматмчеехог о контрсии крупности дробленой распрежкмнсотиоапслышх 'влсгг ка&исскии*
Рис. 1 Заглавный лист патента Пи2529636С1
ние по точному оперативному контролю крупности руды на конвейере, основанное на высокоскоростном лазерном сканировании поверхности движущейся рудной насыпи несколькими триангуляционными датчиками.
Для ознакомления предоставляется информация о системе непрерывного контроля гранулометрического состава руды на конвейерной ленте «РИФ-Гранулометр».
Рис. 2 Общий вид измерительного блока системы
на базе программируемого контроллера с системой человеко-машинного интерфейса.
Количество лазерных измерителей вариативно в зависимости от ширины рудной насыпи на конвейерной ленте.
Оцифрованные данные с измерителей передаются на программируемый контроллер со скоростью от 2 до 4 тыс. измерений в секунду, где накапливаются и обрабатываются с заданной периодичностью, формируя на выходе про-
№ документа Дата публикации Авторы Название
RU2529636C1 2013.04.22 Зимин A.B. Трушин A.A. Способ автоматического контроля крупности дроблёной руды в потоке
SU1749778A1 1992.07.23 Токмачёв В.А. Способ автоматического контроля крупности кускового материала
RU2212703C2 2003.09.20 Рутковский А.Л. Способ контроля крупности сыпучих материалов и устройство для его осуществления
SU1260838A1 1986.09.30 Моркун B.C. Устройство для ультразвукового контроля гранулометрического состава материалов
Обзор истории изобретения Устройство и методы
Целью данной статьи не является подробное описание способа измерения, вычисления и устройства системы, однако некоторое представление об устройстве необходимо.
Результат измерений в системе достигается сканированием поверхностного слоя материала лучами блока параллельно установленных лазерных уровнемеров. Выполняется последующая математическая обработка полученной информации с целью получения содержания отдельных фракций крупности в потоке, а также корректировка результатов вычислений с учетом изменения скорости движения потока материала.
Система представляет собой распределенную структуру аппаратного комплекса, состоящую из блока измерения, представляющего собой арочный каркас-стойку с блоком лазерных измерителей, измерителя скорости ленты конвейера и блока обработки информации
центное массовое содержание в руде искомого контрольного класса крупности, как одного, так и нескольких. Такая высокая частота оцифровки данных позволяет получать четкий профиль рудной поверхности даже при высоких скоростях движения конвейерной ленты. Максимальная, экспериментально проверенная скорость ленты - 3 м/с.
Контроль скорости ленты конвейера выполняется инкре-ментным энкодером с шагом не более 0.3 град на импульс.
Скорость обработки данных от измерителей в контрол-
Рис. 3 Схема работы системы лазерного контроля крупности над конвейером
©РИВС
Система измерения крупности дробленой руды
на конвейере
ПРОИЗВЕСТИ ЕДИНИЧНЫЙ РАСЧЕТ
СОБИРАТЬ ДАГЩЕ О I
Текущее расчетное значение содержания класса 16+
Q6J07i2T 10-07J8
Расчет среднего размера мм
Скорость конвейера ВРЯ м/с
Среднее по сменам Архив
Рис. 4 Интерфейс панели оператора системы
лере составляет не более двух наносекунд. Это условие определяет наличие в системе мощного высокоскоростного контроллера. Таким требованиям на сегодня соответствует в полной мере ПЛК Siemens Simatic максимальной версии 1500-й серии.
Себестоимость системы в большей степени определяется необходимостью использования именно этого контроллера.
Помимо текущих измеренных значений, данные по крупности архивируются по месту и выводятся на экран панели в виде временных графиков и сменных показателей.
Интерфейс панели оператора выполнен в интуитивно понятной форме, позволяющей вести диалог с системой.
Имеется возможность передачи любых данных от системы на верхний уровень АСУТП фабрики. Система поддерживает современные протоколы передачи, совместимые с контроллерами Siemens. По умолчанию предлагается универсальный промышленный протокол Modbus TCP.
Сравнительные особенности системы
На сегодняшний день в области контроля гранулометрического состава руд на конвейерах существуют решения на основе фотофиксации кадров потока. Данные решения проверены временем и успешно работают на объектах обогащения руд. АО «НПО «РИВС» также проводит работы по усовершенствованию систем машинного зрения в приложении к контролю грансостава руды, поэтому изнутри знает проблемы и слабые места подобных систем.
Отличительными особенностями системы «РИФ-Грану-лометр» являются:
- отсутствие известной проблемы необходимости обеспечения стабильного светового потока в зоне измерения с одновременным исключением влияния различных посторонних источников света;
- возможность работы в запылённой среде, при которой системы фотофиксации перестают работать или работают с высокой погрешностью из-за снижения чёткости снимков;
- способность системы работать на высоких (до 3 м/с) скоростях конвейерных лент. При близких к пределу скоростях системы фотофиксации не обеспечивают качество съёмки. Система с лазерным сканирующим блоком за счёт достижения высокой скорости сканирования (до 4 тыс. циклов в секунду) и высокой скорости обработки результатов измерений (полмиллиона операций в секунду) позволяет получать четкий профиль рудной поверхности даже при больших скоростях движения конвейерной ленты;
- исключение зависимости точности измерений от изменяющейся скорости конвейерной ленты;
- отсутствие влияния цвета поверхности и переменчивой цветности руды в зависимости от влажности и сортности;
- компактная, конструктивно несложная система с небольшим количеством единиц оборудования положительно сказывается на вероятности возможных отказов отдельных ее элементов, упрощает эксплуатацию и минимизирует вовлеченность в её сопровождение персонала Заказчика;
- стоимость системы значительно ниже, чем у известных систем, обрабатывающих фотоизображения.
Кроме перечисленных достоинств, имеется также опыт внедрения систем в качестве объёмных анализаторов производительности конвейера - аналога технологической точки контроля веса руды.
Опыт внедрения системы
В июле 2019 г. образец системы прошел опытно-промышленные испытания на обогатительной фабрике АО «Кольская ГМК» в г. Заполярный Мурманской области. Местом установки системы был выбран конвейер №7, транспортирующий дроблёную руду в зону загрузки в бункеры рудных мельниц.
Особенности транспортной системы на ОФ обеспечивают равномерное усреднение верхнего слоя насыпи в точке установки анализатора и позволяют системе качественно выполнять анализ крупности продуктов трех существующих линий дробления.
Задачей анализатора являлось определение наличия в потоке руды с крупностью класса +16 мм.
Настройка и проверка работоспособности системы осуществлялись по принципу критического изменения крупности измеряемого продукта. В течение недели в определенные моменты времени производилось разведение и сведение разгрузочных щелей дробилок от их рабочего положения таким образом, чтобы фактическая крупность измеряемого продукта по контрольному классу отличалась в несколько раз от регламентного значения как в большую, так и в меньшую сторону. Далее установка производила замеры крупности руды на измененном режиме дробления на протяжении 5-10 мин, до момента, когда показания крупности становились стабильными. После чего показания фиксировались и производился отбор погонного метра пробы руды с конвейера с дальнейшим ее просевом в лаборатории ОТК по измеренному классу крупности.
На рис. 5 можно увидеть результаты показаний установки с контрольными замерами отобранных проб руды при различных режимах работы дробилок, произведенных за период опытно-промышленных испытаний системы.
-Ситовые показания
Показания системы
42,00 40,00 38,00 36,00 34,00 32,00 30,00 28,00 26,00 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00
У
1 2
Рис. 5 Результаты показаний установки
©РИВС
Таблица 1
Ситовой анализ продуктов дробильного отделения ОФ
Дата Каскад Дробленая руда, класс +16,0 мм, % Показания гранулометра, кл. + 16,0 мм, %
1 каскад 24,8
06.10.2020 2 каскад 12,8 Объединённый продукт 1,2,3 каскадов 20,3
3 каскад 23,3
1 каскад 14,4 15,9
13.10.2020 2 каскад 14,6 15,8
3 каскад 18,1 19,3
17.11.2020 Объединенный продукт ДО 28,9 30,0
30.12.2020 Объединенный продукт ДО 14,85 13,95
06.04.2021 Объединенный продукт ДО 18,90 21,20
Так как работоспособность системы и возможность ее внедрения на ОФ были подтверждены, Кольской ГМК было принято решение о ее приобретении. В 2020 г. был произведен ввод системы в постоянную эксплуатацию. С этого момента, на протяжении почти года непрерывной работы анализатора, производились периодические контрольные опробования службой ОТК руды на крупность для проверки работы системы. Все они подтвердили точность измерений установки.
По результатам эксплуатации системы в течение года руководством ОФ (Молодцев М.С., Софонов В.Н., Мару-хин М.П.) подготовлен положительный отзыв о работе системы.
В марте 2021 г. такой же анализатор был успешно введен в эксплуатацию на обогатительной фабрике ОФ АО «Бури-баевский ГОК», с. Бурибай, Башкортостан. Здесь установка работает на конвейере №4 по контрольному классу крупности дробленой руды +20 мм.
В настоящее время ведутся переговоры о внедрении системы контроля крупности файнштейна в цехе рафинирования в подразделении АО «Норникель», г. Мончегорск.
В качестве аналога технологической точки контроля веса руды на ЗИФ «Аксу» компании «Казахалтын», Респ. Казахстан, в 2017 г. внедрена и эксплуатируется система объёмных анализаторов производительности в питании четырех рудных мельниц. Совместно с гл. технологом ЗИФ Матюшкиным Андреем Владимировичем достигнуты
стабильные показатели с погрешностью не более 4% (влияние непостоянной величины влажности руды). Безусловно, данный тип измерений не претендует на балансовую точность, однако обеспечивает приемлемую достоверность контроля питания мельниц в условиях, когда установка традиционных весовых опор невозможна в силу особенностей установки конвейера-питателя (угол наклона более 20°, повышенная вибрация ленты, отсутствие места для монтажа весового стола).
Перспективы развития
Конструктив системы постоянно совершенствуется.
На сегодняшний день уже разработано более десяти готовых конструкторских решений по исполнению стоек системы и вариантов их крепления, что позволяет гибко подходить к вопросу технической возможности монтажа системы на требуемом участке конвейера. В числе технических решений имеется также возможность установки широкополосного 3D лазерного сканера вместо точечных измерителей уровня для обеспечения более высоких характеристик системы.
Совершенствуются и общие принципы обучения системы. Безусловными остаются индивидуальные подходы и методики обучения для каждой точки установки.
Система является готовым компонентом для интеграции в АСУТП любого уровня.
