CC BY
38
- © В.Г. Ульянов, Н.Е. Пахомов, 2014
УДК 622.7Б/.77
В.Г. Ульянов, Н.Е. Пахомов
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ПРОЦЕССА ГРАВИТАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ОТСАДОЧНЫХ МАШИНАХ
Рассмотрены особенности обогащения кимберлитов на пневматических отсадочных машинах, зависимости переменных водовоздушного режима процесса. Обоснованы подходы к управлению режимами отсадки. Представлена система управления режимами отсадочных машин, разработанная как составная часть системы централизованного контроля и управления узлом гравитационного обогащения АСУТП фабрики. Система состоит из подсистемы контроля параметров и управления приводами отсадочной машины, подсистемы управления режимом работы, подсистемы контроля извлечения отсадочной машины по магнитной фракции. Внедрение автоматизированной системы управления режимом работы отсадочной машины повысило полноту, оперативность, точность и достоверность контроля параметров, обеспечило стабилизацию работы отсадочной машины, поиск и поддержание оптимальных режимов.
Ключевые слова: пневматическая отсадочная машина, алмаз, разрыхленность, во-довоздушный режим, параметры цикла, пульсация, магнитная фракция, система, управление, контроль.
Гидравлическая отсадка является одним из основных технологических процессов обогащения алмазосодержащего сырья, обеспечивающим достаточно эффективное разделение минеральных зерен при поддержании оптимальных режимов работы. В технологических схемах обогатительных фабрик АК «АЛРОСА» используются одно-, двух- и трехкамерные пневматические отсадочные машины типа М0-101, М0-10Б, МО-212, МО-318. В технологических схемах процесс отсадки всегда применяется в сочетании с другими обогатительными процессами - тяжелосредной, жировой, рентгенолюминесцентной сепарацией. Сложность управления процессом отсадки на алмазных обогатительных фабриках обусловлена постоянными значительными колебаниями нагрузки, изменениями в широких пределах состава исходного сырья, параметров энергоносителей. Для получения вы-
соких показателей работы отсадочной машины в условиях частых возмущений, требуется оперативная перестройка параметров водовоздушного режима. Эффективная компенсация возмущений, уменьшающая динамические ошибки ручного регулирования, возможна только при автоматизации управления основными режимами работы отсадочной машины.
Задачи управления. Для оптимального ведения процесса отсадки необходимо максимально полно учитывать взаимное влияние на процесс свойств исходной руды - нагрузка, фракционный состав руды (грансо-став, содержание тяжелых фракций, форма зерен, содержание шламов) и режимных параметров машины -толщина слоя постели и тяжелой фракции в камерах, частота и амплитуда качаний постели, скорости восходящих и нисходящих потоков, засорение решета камер, износ и за-
прессовка разгрузочных насадов и др. Существующие теоретические и экспериментальные исследования, хотя и объясняют отдельные элементы процесса, до настоящего времени не установили надежные количественные зависимости между входными, режимными параметрами и технологическими показателями процесса, отсутствуют единые подходы к измерению и способам регулирования разрыхленности постели.
Установлено, что наиболее важными параметрами, определяющими качество процесса отсадки, являются параметры, формирующие динамические условия водовоздушного режима отсадки. Водо-воздушный режим процесса отсадки определяет гидродинамические условия взвешивания и разрыхления постели - амплитуду, частоту и характер вертикальных пульсаций, размах и эпюры скоростей движения зерен. Эти условия - раз-рыхленность постели формируются параметрами колебательного цикла (частота колебаний и соотношение времени впуска-выпуска), расходом подрешетной воды, давлением воздуха в воздушных камерах.
Изучение и анализ практики ведения конкретного технологического процесса отсадки позволили выявить взаимозависимости параметров и использовать их для управления режимами. Так замельчение, повышенное содержания плоских зёрен, снижают проницаемость слоев и эффективность разделения. Особенно сильное влияние на режимы отсадочной машины оказывает величина и частота колебаний нагрузка по исходному питанию. Увеличение нагрузки увеличивает толщину слоя материала и необходимо большее количество отсадочных циклов для продвижения тяжелой фракции из верхних слоев к нижним. Увеличение нагрузки также увеличивает скорость продвижения верхних
слоев материала через отсадочную машину, а следовательно, уменьшает количество рабочих циклов для этих слоев. С увеличением нагрузки и крупности материала необходимо увеличивать амплитуду подъема верхних слоев постели, увеличивать период цикла, расход подрешетной воды, давление воздуха. Снижение частоты пульсаций обеспечивает более высокие скорости восходящего потока, амплитуды колебаний, достигается максимальный подъём слоя, повышается степень разрыхлённости слоев постели. Увеличение давления воздуха и расхода воды также повышает скорость восходящих потоков и амплитуду колебаний постели. В то же время расход подрешетной воды оказывает стабилизирующее воздействие на состояние разрыхлённости слоев постели, так как снижает динамический перепад гидростатического давления между рабочим и воздушным отделениями и обеспечивает ламинарный режим восходящих потоков, не допуская бурления и перемешивания слоев постели. С увеличением крупности материала расход подрешётной воды возрастает.
С учетом выявленных зависимостей были определены задачи управления и подходы к разработке системы управления режимами: полный инструментальный контроль и учет режимных параметров процесса; контроль технологических показателей процесса отсадки (извлечение, выход концентрата); управление параметрами водовоздушного режима разрых-ленности с учетом нагрузки; управление разгрузкой тяжелых фракций, повышение надежности средств управления приводами разгрузчиков и клапанами воздуха системы вынужденных колебаний.
Система управления. Для решения задач автоматизации процесса отсадки в лаборатории автоматиза-
I ^ Датчик М<В Датчик сварки
Хвосты Концентрат Концентрат
Схема расположения датчиков и исполнительных механизмов на машине М0-105
ции института «Якутнипроалмаз» была разработана система управления режимами отсадочных машин. Система управления разработана как составная часть системы централизованного контроля и управления узлом гравитационного обогащения АСУТП фабрики.
Программно технический комплекс системы управления режимами включает в себя:
• управляющий вычислительный комплекс с цветным монитором и клавиатурой; разработанный на базе промышленного компьютера и включающий в себя: адаптеры ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов с гальванической изоляцией; модули нормализации, усиления, согласования, коммутации и защиты сигналов;
• датчики измерения давления, расхода воды и воздуха, измерения уровня руды в бункере;
• специально разработанные нестандартные датчики измерения уровня постели в камерах, амплитуды колебаний и разрыхленности постели;
• датчики контроля зерен магнитной фракции в потоке;
• клапаны исполнительные механизмы управления параметрами;
• комплекс программ измерения, контроля, управления, учета, архивации и представления информации.
Система состоит из трех функциональных подсистем:
• подсистема контроля параметров и управления приводами отсадочной машины;
• подсистема управления режимом работы;
• подсистема контроля извлечения отсадочной машины по магнитной фракции.
Подсистема контроля параметров и управления приводами. Эта подсистема обеспечивает измерение, расчет, учет и архивирование параметров, визуализацию работы комплекса отсадки на экране компьютера, представление информации на экране монитора значений технологических параметров работы отсадочной машины в символьном, графическом виде и виде трендов. Подсистема обеспечивает ввод заданий и стабильное поддержание заданных значений параметров работы приводов отсадочной машины: параметры цикла пульсаций по каждой камере; скорость вращения роторных разгрузчиков; положение клапанов расхода воздуха в ресиверах каждой камеры; положение клапана расхода воздуха в общий ресивер, положение клапана расхода воды в машину, положение шибера питания. Подсистема также осуществляет связь по интерфейсу НБ-48Б и протоколу Мс^Ьиэ с системой АСУТП фабрики.
Подсистема управления режимом работы. При анализе работы заводских датчиков разрыхленности, установленных на отсадочных машинах, была выявлена неудовлетворительная работа этих датчиков, не обеспечивающих приемлемую точность измерения состояния отсадочной постели и не позволяющих вести процессы отсадки в автоматическом режиме. Это обусловило необходимость разработки нового датчика, который бы обеспечивал возможность определения толщины слоя постели в камере (нагрузка), амплитуды качаний постели и разрыхленность постели. Были опробованы и изучены различные конструктивные схемы датчиков кон-
троля разрыхленности. В результате выбрана конструкция поплавкового датчика поворотного типа. Поводок крепится к подвижной оси кронштейна, который устанавливается на определенной высоте над решетом. Сам датчик углового положения крепится к поводку поплавка. Такая конструкция крепления обеспечивает точность и устойчивость показаний, высокую надежность. В качестве чувствительного элемента выбран интегральный микромеханический акселерометр. Электронная схема датчика обеспечивает возможность подстройки коэффициента усиления, частоты среза фильтра, подстройки «нуля». Датчик углового положения преобразует угол наклона в токовый сигнал 4-20 мА.
Подсистема осуществляет автоматическое регулирование и управление следующими параметрами:
Параметры цикла. В задачу регулятора колебательного цикла входит выбор режима наилучшего взвешивания постели. В автоматическом режиме система осуществляет непрерывный поиск оптимального соотношения длительности впуска-выпуска, обеспечивающего наибольшую раз-рыхленность постели в каждой камере, а также осуществляет изменение длительности цикла в зависимости от толщины слоя постели и нагрузки для каждой камеры отдельно. Для обеспечения стабильности процесса осуществляется синхронизация фазы цикла пульсаций камер - частота и фаза всех камер устанавливается по частоте и фазе 1-й камеры.
Управление подачей воздуха в ресиверы камер. В автоматическом режиме управления задается положение клапана, которое увеличивает подачу воздуха в подкамерное пространство с увеличением нагрузки и толщины слоя в каждой камере.
Управление давлением воздуха в общем ресивере машины: в автома-
тическом режиме поддерживается заданное значение давления воздуха в общем ресивере изменением положения клапана подачи воздуха в ресивер. Регулятор обеспечивает компенсацию колебаний давления воздуха в магистрали от воздуходувок, возникающих при параллельной работе нескольких машин и колебаниях нагрузки.
Управление расходом воды в машину: в автоматическом режиме поддерживается заданное значение расхода воды изменением положения клапана подачи воды в машину; Регулятор обеспечивает сглаживание влияния колебаний давления воды в магистрали, возникающих при колебаниях нагрузки и уровне в напорной емкости.
Управление роторными разгрузчиками. Управление осуществляется по принципу максимального выхода концентрата с ограничением по нагрузочной способности последующего передела и минимально допустимой толщине постели в камерах. Такой подход обусловлен особенностями обработки кимберлитовых руд с относительно малым содержанием тяжелой фракции и полезного компонента.
Подсистема контроля извлечения. Для комплексного контроля режимов работы отсадочной машины была разработана система контроля извлечения тяжелой фракции. Эта подсистема обеспечивает косвенный контроль показателя извлечения отсадочной машины за счет использования естественных индикаторов тяжелой фракции - зерен магнитной фракции, находящихся в составе исходной руды. Контроль извлечения осуществляется по соотношению количества зерен магнитной фракции руды, регистрируемых датчиками магнитной фракции в потоках концентрата и хвостовом потоке машины. В основном это зерна магнетита и его сростки. Средний удельный вес зерен
составляет 2,9 - 3,2 г/см3, что близко к удельному весу алмаза.
Для создания системы контроля были изучены и опробованы различные конструктивные и электронные схемы датчиков магнитной фракции. В результате выбрана конструкция с использованием накладных датчиков. Датчики устанавливаются на трубных вставках из немагнитного материала. Эти вставки устанавливаются на специально сформированных потоках хвостов и концентрата, обеспечивающих стабильную скорость и положение оси потока материала по отношению к оси расположения датчика. Датчик контроля извлечения по магнитной фракции представляет собой сдвоенный индуктивный датчик магнитного поля. Чувствительными элементами датчика являются две электромагнитные катушки с большим количеством витков и стальным разомкнутым сердечником. Поскольку магнитные зерна материала имеют слабую природную намагниченность, в датчик устанавливается постоянный магнит. Электронная схема датчиков обеспечивают усиление, фильтрацию и преобразование в знакопеременный токовый сигнал +/-20 мА.
Система контроля извлечения осуществляет непрерывный контроль показателя извлечения отсадочной машины по каждой камере и по машине в целом. Эта подсистема дает возможность оценить степень влияние параметров исходного питания, а также управляющих воздействий на извлечение тяжелой фракции. Она также обеспечивает возможность контроля запрессовок насадок, механических и технологических нарушений режима.
Результаты. Системы управления режимами работы отсадочной машины внедрена на машинах типа М0-10Б, МО-212 и МО-318 на фабрике № 12, на машине тип М0-10Б на фабрике № 3, на машинах типа М0-101,
М0-105 и МО-212 на фабрике ГРО Катока.
Создание и внедрение автоматизированной системы управления режимом работы отсадочной машины повысило качество контроля процесса -полноту, оперативность, точность и достоверность контроля параметров. Система автоматизации обеспечивает стабилизацию работы отсадочной машины, поиск и поддержание оптимальных режимов.
Система также позволяет проводить анализ влияния различных пара-
метров и режимов на технологические показатели, дает возможность операторам повышать квалификацию за счет обмена опытом и изучения режимов работы операторов передовых технологических смен, обеспечивает возможность сменному руководящему персоналу (мастерам) более оперативно и объективно контролировать соблюдение операторами регламентных режимов, улучшает условия наблюдения и обслуживания оборудования, повышает мотивацию и престижность труда.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Самыгин H.A., Золотко A.A., Починок B.B. Отсадка. - M.: Недра, 1976; 320 с.
2. Тихонов О.Н. Закономерности эффективного разделения минералов в процессах обогащения полезных ископаемых. - М.: Недра, 1984. 208 c. i»:^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Ульянов Виталий Геннадьевич - зав. лабораторией, e-mail: [email protected], Пахомов Николай Егорович - зав. сектром лаборатории, e-mail: [email protected], Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА».
UDC 622.75/.77
DEVELOP A SYSTEM FOR AUTOMATIC OPERATION CONTROL OF THE PROCESS OF GRAVITATIONAL SEPARATION IN PNEUMATIC JIGS
Ul'yanov V.G., Head of Laboratory, e-mail: [email protected], Pakhomov N.E., Head Sectrum Laboratory, e-mail: [email protected], ALROSA. Yakutniproalmaz Institute.
Under analysis is kimberlite ore dressing in air-pulsed jigs depending on variables of water-air mode. Approaches to jigging mode control are substantiated. The described jig mode control system is developed as a part of the supervisory control over gravity concentration circuit within the automated process control system of a processing plant. The system consists of a subsystem to control jig parameters and drives, mode control subsystem and magnetic fraction recovery control subsystem. The introduction of the automated control of a jig mode enhances coverage, efficiency, accuracy and reliability of the control parameters, and enables steady operation of a jig and its optimum mode search and maintenance.
Key words: air-pulsed jig, diamond, loose condition, air-water mode, cycle parameters, pulsing, magnetic fraction, system, control.
REFERENCES
1. Camygin H.A., Zolotko A.A., Pochinok B.B. Otsadka (Jigging), Moscow, Nedra, 1976, 320 p.
2. Tikhonov O.N. Zakonomernosti effektivnogo razdeleniya mineralov v protsessakh obogashcheniya poleznykh iskopaemykh (Regularities effective separation of minerals in beneficiation of minerals), Moscow, Nedra, 1984, 208 p.
