Шпоры Автоматизация-2.1

1. Задачи ТКФ.

Флотация является основным технологическим процессом обогащения полиметаллических руд и некоторых типов неметаллических руд.

Основным элементом технологического комплекса является флотомашина в которой путем добавления специальных реагентов происходит разделение зерен руды на пустую породу и полезные компоненты.

Флотомашины используются различного типа:

Механические, Пневмомеханические, Камерные, чановые. Кроме флотомашин в технологический комплекс входят контактные чаны для насыщения пульпы реагентами, чаны аэраторы для насыщения воздухом и чаны деаэраторы для удаления излишки воздуха из пульпы. Технологический комплекс флотации включает основную контрольную и несколько перечистных операций.

При авт-ии ТКФ решаются следующие задачи:

1.Авт-ий контроль состояния технолог-х мех-ов:

А) состояние импеллеров и пеносъемных уст-в.

Б) контроль перекачных насосов.

В) контроль и учет времени работы и простоя механизмов.

2.Автоматический контроль технологических параметров комплекса:

А) контроль параметров пульпы поступающих во флотацию а именно объем и расход, плотность и гран состав пульпы.

Б) контроль вещественного состава руды и продуктов обогащения.

В) контроль ионного состава пульпы.

Г) контроль уровня пульпы и толщины слоя пены во флотомашине.

Д) контроль расхода воздуха во флотомашину

Е) контроль расхода реагентов

3. Стабилизация технологических параметров комплекса

А) стабилизация расхода реагентов и их концентрация по фронту флотации.

Б) стабилизация воздуха во флотомашинах

Г) стабилизация уровня пульпы во флотомашине

4. Оптимальное управление технологическим комплексом флотации по экономическому или технологическому критерию.

2. Анализ ТКФ как управляемого объекта.

Как управляемый объект технологический комплекс флотации хар-ся следующими параметрами:

Входные:

Qп-объемный расход пульпы

δп- плотность пульпы

pН- щелочность пульпы

- гранулометрический состав пульпы

α- содержание полезного компонента в пульпе

ϕ-флотируемость минералов

q_ij-расход реагентов. i реагентов в j точку

q_в- расход воздуха в флотомашине

α_ш -положение регулирующего органа

F(t)-изменение параметров в следствии старении и износа её частей.

Выходные:

Qк - объемный расход концентрата

Qо- объемный расход отходов

δк-плотность концентратов

δо- плотность отходов

β-содержание полезного компонента в концентрате

ϑ-содержание полезного компонента в отходах

Нпп- уровень пульпы

Нпн- уровень пены

μ- концентрация реагентов в пульпе.

– измельчение металла в концентрат

Управляемые: β, ϑ, Нпп,

Возмущающие: Qп, δп,, α

Управляющие: q_ij,q_в, α_ш

Помехи: F(t).

Основные каналы управления:

qij β, ε; α_ш Нпп.

7. Принципы дозирования флотационных реагентов. Авт-е дозирование реагентов позволяет экономить реагент, а также наиболее точно реализовывать соотношение расход реагента-расход минерала, что яв-ся важным для процесса флот-ии. Флот-нный реагент дозир-ся по сл. алгоритмам:  1) По обьемному расходу пульпы qij=f(Qп)  2) По расходу твердого с пульпы поступаюшему на флотацию qij=f(Qт)=f(Qп*Бп)  3) По расходу металлу или получаемого qij=f(Qме)=f(Qп*бп*dме)  4) По концентрации реагента во флотомашине qij=f(Mj)  5) По отклонению выходных качественных показателей процесса флотации. qij=f(∆B, ∆б, ∆E)  6) По отклонению входных и выходных показателей. qij=f(∆Qт, ∆dме, ∆б, ∆B, ∆E)  Алгоритмы 1,2,3 групп реализуются разомкнутой авт-ой системой дозирования реагентов. Наиболее распространен 2-йалгоритм. Достоинство разомкнутой систем это простота реализации и быстродействия. Недостатком яв-ся недостаточная прочность дозирования в следствии того, что учитывается только одно возмущающее воздействие. 4 и 5 алгоритмы реал-ся замкнутыми системами рег-ия, которые имеют достаточно высокую точность дозирвания, но они трудно применимы вследствии большой инертности процесса флотации и значительной величины транспортного запаздывания.6-й алгоритм реализуется комбинированными системами рег-ия, которые дают наилучший результат. Это обычно двухконтурные системы, первый контур которой реализует компенсацию возмущающего воздействия, а второй контур определяет добавку реагента после контроля выходных параметров процесса.

3. Методы контроля вещественного состава руд и продуктов обогащения.

Контроль содержания компонента руд продуктов обогащения является основой оперативного управления комплексом флотации. Качество управления комплексом в большой мере зависит от точности и дискретности контроля вещественного состава. В настоящее время для контроля вещественного состава используются следующие методы:

1) химические

2) методы использующие специфические свойства контролируемого минерала

3) методы использующие закономерности взаимодействия эл. магнитного излучения с веществом пробы.

1) Используют стандартные приемы хим. анализа и обладают высокой точностью контроля, однако эти методы не обеспечивают дискретность контроля необходимую для оперативного управления процессом. Поэтому эти методы используются для экспресс анализа и для анализов проб, для которых необходимо обеспечить высокую точность контроля

2) Используют специфические свойства минералов: магнитная восприимчивость минерала, его электропроводность, способность светиться и флюоресцировать при облучении ультрафиолетом.

3) Для такого контроля может использоваться весь диапазон электромагнитных излучений, от видимого свете до гамма излучения.

При взаимодействии гамма кванта с веществом пробы могут происходить следующие явления:

1) падающий гамма квант взаимодействуя с атомами пробы передает им часть энергии и изменив направление проходит через пробу-это прошедший или ослабленный гамма квант. Основное использование этого явления -контроль плотности вещества или пробы;

2) падающий гамма квант взаимодействую с атомами пробы может передать всю свою энергию атомам, при этом оболочку атома могут покинуть один или несколько электронов в виде фотоэлектронов;

3) если падающий гамма квант передает атому вещества только часть энергии, он может отразиться изменив свое направление, это отраженный гамма квант. Этот вид взаимодействия используется в современных золомерах, для определения зольности угля.

4) Падающий гамма квант взаимодействующий с атомом пробы передает им энергию достаточную для того чтобы один или несколько электронов покинули оболочку атома приводя его в возбужденное состояние. При этом электроны находящиеся на более удаленных оболочках будут стремиться занять пустующее место на близ лежащей оболочке, приводя атом в нормальное состояние. Возникающий при этом избыток энергии уносится вторичным флуоресцентным гамма квантом. Если таких столкновений с падающим гамма квантом много, то образуется вторичное флуоресцентное излучение спектральным анализом которого можно определить содержание любого элемента в пробе. Для анализа вторичного излучения, с целью определения содержания какого-либо элемента, вторичное излучение разлагают на линейчатый спектр с помощью монохроматора. Полученный, в линейчатом спектре, каждый элемент имеет свою линию определенного света, занимающий в спектре определенное место согласно номеру в таблице Менделеева. По наличию линий в спектре определяют наличие элементов в пробе, а по интенсивности свечения линий определяют концентрацию элементов в пробе. На этом принципе построены все современные рентгеноспектральные и радиометрические анализаторы.

4. Анализаторы вещественного состава руд и продуктов обогащения

Современные анализат.вещ, состава имеют след, структуру

Источник изл-я 1 – рентген трубка или изотоп возбуждают характерное излучение в пробе 2 которое направлено во все стороны хаотично с помощью коллиматора 3 представляющего собой толстую свинцовую пластину с узкими прорезями, выявляются прямонаправленное излучение которое направляется на монохроматоры 4 разлагающие излучение в линейчатый спектр 11. Спектр направляется на экран, затянутый непроницаемой шторкой с окном против контролируемого элемента. Число монохроматоров опр-ся числом элементов которых необходимо определить в пробе. Против окна устанавливается детерминатор 5 который преобразует интенсивность свечения линии в пропорциональное число импульсов пост. Тока, эти импульсы фильтруются и масштабируются дискриминаторами 6 и считаются пересчетными схемами 7. Контроллер 8 по числу импульсов набранных за опр-й промежуток времени определяют содержание элемента в пробе, в ПЛК вводится поправка на плотность от элемента 10, а результаты анализа выводятся в виде рапортов на терминальное устройство 9.

Различают рентгеноспектр-ые анализ-ры испол-щие в кач-ве источника излуч-я маломощ-е рентгеновские трубки и рентгенорадиометрич-е анализ-ры, источником в кот-х явл-ся радиоакт-е изотопы.

Анализ-ры вещ-го состава могут работать в режим таймера, когда содерж-е опр-ся по числу импульсов, набр.за опред.промеж.врем. и в реж.монитора, когда концентрация опр-ся по времени в течение кот-го набирается опред-е число импульсов.

Различают также анализ-ры пульпообраз-х проб, кот, проводят анализ на потоках пульпы прокачивая через измерит-е кюветы, и анализ-ры порошкообр-х проб, кот, проводят анализ на пробах приготовленных в виде прессованных таблеток d=50мм, для чего проба доизмельчается, высушивается и из нее формир-ся и пресс-ся таблетка опред-ной плотности. Анализ-ры порошкообр.проб имеют более выс. точн. проб, но уступ. анализ-рам пульпообр-х проб по экспрессион.контроля. На обогатит.фабриках получ.распростр.отеч.анализ.АР-31М. Рентгеноспектр. анализ.имеющ. в базов.варианте 15измерит.кювет,через кот.насосом прокач.отобр.потоки пульпы. Рентгеноспектр.измерит.головка провод.анализ кажд.потока либо последоват.,либо по прогр.задаваемой управл.контроллером. Время экспозиции одного потока в среднем 40сек и зависит от концентр.эл-та в пробе. Чем ниже конц. или содерж. в пробе ,тем больше времени занимает анализ. Этот анализатор может опред.до 8 эл-в в диапазоне от кальция до урана. Для работы этого анализатора треб.автоматизир.сист.пробосбора и прободоставки.

Другой распр.радиоанализатор РА-931 не требует системы пробосбора и прободост.,т.к устанавл.непосредств.на пульпопроводах и определ.в потоке содерж.3х элементов и плотность потока. В изм-й комплекс РА-931 входит рентгенспектр-й анализ-р, упр-щий ПЛК и датчик объемного расхода, щелочности, Т пульпы. Может использоваться в качестве автоматического датчика в САУ содержания элемента в концентрате.

5. Автоматизированные системы пробоотбора прободоставки и анализа проб.

Эти системы служат для автоматического отбора и доставки проб к месту анализа. На обог. фабриках получила распространение система контур-1(2,3…) которая работает в комплекте с анализаторами АР31М, Курьер и др. Система выполняет следующие задачи:

1) Автоматический отбор частных проб из потока

2) Накопление предств-й пробы

3) Транспортирование пробы к месту анализа

4) Выделение из общей пробы оперативной, двухчасовой, сменной, и суточной проб

5) Анализ попер-й пробы на содержание эл-тов в пробе.

6) Формирование БД содержания элементов

7) Обеспечение связи с системой АСУТП фабрики и выдача данных о вещественном составе проб.

В состав входят:

1) Автоматические пробоотборники ПРО-1М (Цепной), ПРО-6М(Пересечной), ПРО-7М(Вакуумный)

2) Станция накопления проб

3) Станция приема проб

4) Насосы

5) Делители потоков пульпы

6) Анализатор пульпообразных проб

7) Анализатор порошкообразных проб

8) Шкаф управления системой

9) АРМ оператора системы

Авт-й пробоотборник 1 отбирает частную пробу из потока пульпы, объем и частота отбора рассчитываются ПЛК 10. Отобранная пульпа поступает в накопительную емкость 2 для накопления общепредставительной пробы туда же добавляется вода для обеспечения текучести пробы. После накопления она поступает в станцию отправки проб 3, откуда сжатым воздухом в виде пульповой пробки поступает на станцию приема проб 4. Здесь проба очищается от крупных включений и транспортного воздуха, после чего поступает в распределитель проб 5, где формируется оперативная проба которая затем прокачивается через одну из изм-х кювет анализ-ра 8, где прокачивается круговым насосом спектрофотометр-я головка 9 приобраз-т содерж. эл-та пропорц-но числу имп. пост. тока кот. пост. затем в ПЛК в контрольный шкаф упр-я 10. Результ-ы выводятся на терминале 11 в виде рапорта о содержании эл-та. Оставшаяся после делителей 5 проба поступает в делитель 6, где формир-ся двухчасовые, сменные и суточные пробы которые затем анализ-ся анализатором порошкообр-х проб 7. Система может упр-ся либо программно от шкафа упр-я 10, либо с АРМ 12. После окончания анализа анализ-р трижды промывается чистой водой и подготавливается к сл. анализу. Система при доставке может работать как автономно так и в составе системы аналитического контроля потоков пульпы.

6.Автоматизированные системы аналитического контроля.

АСАК яв-ся источником инф-ии о вещ-ом составе руд и продуктов обогащ-я и осн. систем оперативного упр-я ТКФ. В систему АСАК входят система отбора, транспортировки и анализа проб, а так же АРМы: Оператора, аналитика, наладчика и администратора. Основой этой системы яв-ся система пробоотбора и доставки проб.

9. Контроль и упр-е ионным составом пульпы.

Для реализации флотации необходимо создать условия для смачивания водой поверхности частиц которые называются гидрофильными и условий смачивания поверхности частиц называемых гидрофобными, если поверхность частицы не смачиваемая значит она прилипает к пузырьку воздуха и поднимается в пенный минерализованный слой который затем сбрасывается в концентратный желоб флотомашины. Частицы со смачиваемой поверхностью не прилипают к пузырькам, остаются во флотомашине и уносятся с потоком отходов( хвостов). Для такого разделения необходимо создать условия или определенный ионный состав пульпы. Это достигается путем добавления в процесс спец. хим. веществ- реагентов. По своему действию различают:

1) Реагенты-собиратели, позволяющие избирательно понижать смачиваемость поверхности минералов, тем самым способствуя их выходу в концентрат.

2) Реагенты вспениватели – снижающие межфазное напряжение на границе воздух-пульпа и способствующие образованию устойчивых пузырьков, что приводит к устойчивости пульпы.

3) Реагенты- депрессоры подавляющие активное смачивание некоторых минералов.

4) Реагенты-активаторы восстанавливающие активность минералов.

5) реагенты регуляторы среды создающие условия для наиболее эффективной экспл-ии минералов.

Расход реагентов в процессе флотации является основным регулирующим воздействием. Это эффективная но дорогостоящая операция воздействия недостаток которого приводит к дополнительным потерям минералов с отходами, снижает технико-экономические показатели фабрики, а переизбыток приводит к снижению технико-экономических показателей за счет перерасхода.

8. АСУДР «Реагент».

В системах управления реагентом режимах процессе флотации в качестве исполнительного элемента используется комплексы технических средств автоматических или автоматизированных дозировки фотореагентов (КТС АДФР). Одним из таких комплексов является АСУДР- реагент. Это система предназначена для автоматизирования управления питателями реагентов при помощи аппаратно-программного комплекса. Комплекс обеспечивает автоматический расчет и подачу реагентов в процесс флотации в соответствии с расчетной или установившейся величиной расхода масштаба времени. Питатели комплекса обеспечивает расход всех компонентов реагентов очищение от механических примесей комплекса так же обеспечивает учет расходов реагентов по каждой точке, для чего в его комплект входят специальные расходомеры или учёт ведётся расчетным путём. Состав АСУДР-реагент входят следующие системы:

Исполнительное оборудование

А) питатели реагентов типа ПРИУ-4М и ПРИУ-4Б

Б) установка УРИП-: для размещения питателей

В) напорные баки реагентов- малый-99л. И большой 292л.

Г) автономная компрессорная станция для управления питателями ПРИУ-4П

Д) расходомеры-счетчики электромагнитные

2 шкаф управления питателями реагентов, которая включает

А) программирование логического контролера с модулями ввода-вывода

Б) модуль гальванической развязки

В) пульт ручного управления, на базе ЖК-дисплея и плёночной клавиатуры

Г) средства организационной связи с АРМ оператора

Исполнительное оборудование комплекса размешается на реагентной площадке фабрики, а шкаф управления в операторном пункт. Функциональная структура программ комплекса АСУДР-реагент включает 3 уровня

А) контрольный уровень- шкаф управления

Б) уровень визуализации АРМ оператора и сетевой уровень(интернет)

Такая структура позволяет использовать комплекс как автономно так и в составе АСУТП фабрики. Управление всей системы может осуществляться от контролера шкафа управления в автоматическом режиме и автономно при управлении с пульта ручного управления

Контроллер реализует следующие задачи:

1) выработка и выдача управляющих сигналов на питателя реагентов в соответствии с внутренним алгоритмом, либо программами верхнего управления или по алгоритму заданному с пульта ручного управления

2) ввод аналоговых сигналов с датчиков переработки руды и расходомеров, поскольку дозирование реагентов ведётся в основном по расходу твердого.

3) организационные связи с ЭВМ АРМ оператором.

Напорные баки которые они закачивают из отделения реагентов располагаются выше реагентной площадки где устанавливают реагент на 2,5-3 метра что обеспечивает напор для заполнения питателей

10. Принципы контроля и управления уровнем пульпы во флотомашине.

Расход реагента по фронту флотации является эффективным регулирующим воздействием, но имеет ограниченный ресурс, вызванный тем, что зависимость извлечения металла в концентрат от расхода реагентов имеет вид кривой насыщения, что означает, что при достижении какого-либо критического значения расхода реагента извлечение перестает увеличиваться и дальнейшее увеличение расхода реагента приводит только к перерасходу его и снижению эффективности флотации. В таком критическом случае возможен переход на другое управляющее воздействие – уровень пульпы во флотомашине. Это также является эффективнейшим управляющим воздействием, изменяя которое можно поддерживать соотношение пары: извлечение-содержание.

При определенном расходе реагента и расхода воздуха во флотомашине образуется слой пены определенной толщины «b» при чем в верхних слоях пены находятся наиболее минерализованные пузырьки воздуха, поскольку при своём образовании проходят больший путь, а нижние слои пены оказываются более бедными по содержанию полезного компонента. Пеносъемное устройство сбрасывает в концентратный желоб определенное количество пены и содержание полезного компонента в концентрате будет зависеть какой объем пены сбрасывается в концентрат и этот объем зависит от уровня пульпы во флотомашине. При увеличении уровня пульпы большая часть пены будет сбрасываться в концентратный желоб, при этом извлечение будет расти за счет большего объема, и содержание будет падать вследствие захвата нижних более бедных слоёв пены и наоборот, если уровень пульпы будет снижаться извлечение будет уменьшаться, а содержание будет расти за счет того, что в концентрат будут попадать более богатые слои пены. Таким образом уровень пульпы является эффективным управляющим воздействием. Уровень пульпы во флотомашине зависит от положения регулирующего органа, а также от объемного расхода пульпы во флотомашину. При этом положение регулирующего органа является основным регулирующим органом, а ввиду неважности изменения объемного расхода он является возмущающим воздействием. В процессе нормальной эксплуатации объемный расход пульпы может изменяться в пределах 30% номинального, поэтому возникает необходимость стабилизации уровня пульпы, чтобы стабилизировать качественные показатели выходных продуктов. Системы стабилизации уровня пульпы являются необходимыми, а изменение заданий этим системам позволяет регулировать соотношение пары извлечение-содержание. Ввиду большой протяженности процесса флотации возникает необходимость использования большого количества однотипных систем регулирования, так как одна система стабилизации необходима на 4-5 флотокамер. Такое кол-во однотипных систем значительно снижает надёжность системы управления комплекса флотации и выход из этой ситуации в применении систем цифрового контроля и регулирования с применением программируемых контроллеров.

11. Технические средства контроля уровня пульпы и пены во флотомашине.

В системах автоматического регулирования уровня пульпы в качестве датчиков уровня можно использовать всю номенклатуру уровнемеров, основное применение находят поплавковые и ультразвуковые датчики уровня. Поплавковые датчики уровня относятся к механической группе датчиков и обладают простотой конструкции и надежностью в работе. Это датчики типа ДТП-85, ДТП-55, которые в современном исполнении имеют цифровые преобразователи, а также преобразователи в токовые сигналы 4-20 мА, что позволяет использовать их как в системах аналогового регулирования, так и цифровых. Единственным недостатком является необходимость контакта с контролируемой средой. Бесконтактная группа датчиков уровня, которая используется в данных системах, это датчики ультразвукового и радарного типов. Датчики ультразвукового типа определяют величин уровня по времени прохождения сигнала от источника излучения до поверхности и обратно. Диапазон действия до 10 метров - ультразвуковые датчики, до 25 метров –радарного типа. Датчики радарного типа определяют уровень по разности исходного и отраженного сигнала. Принцип действия: звуковая эхолокация. Это современный ряд и группа датчиков имеющая аналоговые и цифровые сигналы. В качестве регулирующих органов в системах регулирования органов используются хвостовые шиберы камерных машин и пробковые краны чанных машин. В последнее время важность значения при реализации управления процессом флотации имеет контроль параметров флотационной пены, это следующие параметры: уровень пены, толщина слоя пены, скорость схода пены, цвет пены, размер пузырьков пены, устойчивость пены. Для контроля уровня пены используются датчики в основе которых лежит существенное различие электропроводности трех сред: воздуха, пены, пульпы. Измерительные комплексы «ПЕНА-5»

11,2

Чувствительным элементом подобных датчиков является груз 1 с открытыми контактами, который подвешен на тросе на точке контроля и управляется лебедкой 2, работой датчика управляет командное устройство 3, построенное на базе контроллера, кроме этой функции контроллер рассчитывает величину пены и уровень пены и выдает выходные сигналы в аналоговом и цифровом виде. По команде контроллера включается лебедка и чувствительный элемент 1 начинает опускаться в току контроля. При соприкосновении элемента с пеной, в память контроллера поступает первый импульс, датчик продолжает опускаться до соприкосновения с пульпой, при этом в память поступает второй импульс. По разнице времени между импульсами вычисляется толщина слоя пены, а по времени датчика до уровня пены вычисляется уровень пены. Толщина слоя пены отражает правильность выбранного реагентом режима и по её величине может происходить корректировка ионного состава пульпы.

Датчик КУПП-40 также использует существенное различие электрического сопротивление трех сред. Он представляет собой стержень выполненный из непроводящего материала на котором расположены 40 медных колец и сверху расположена клеммная колодка. Датчик устанавливается таким образом, чтобы 25 колец находились в пульпе и по мере увеличения уровня пульпы и пены. В пульпу и пены погружаются кольца, которые различаются по проводимости среды пульпы и пены. Управляющий контроллер рассчитывает уровень пульпы, уровень пены и толщину пены, по количеству колец находящихся в разных средах. Также используются датчики уровня пены и толщины пены КУП-8, который включает до восьми электродов установленных на разных уровнях. Для эффективного управления комплекса флотации необходимо реализовать автоматический контроль внешнего вида пены, по которому можно определять правильность реагентного режима, расхода воздуха и прогнозировать показатели процесса флотации. В настоящее время выпускаются комплексы, которые определяют различные показатели, это комплексы автоматические, основанные на непрерывном наблюдении пены и определения её характеристик, по которым можно управлять и корректировать комплекс флотации. Один из таких комплексов финский FROTH MASTER. В его состав входят: видеокамера (устанавливается в точке контроля) и определитель характеристик пены на основе реальной картины проектируемой в контроллер. Комплекс определяет: цвет пены, устойчивость пены, скорость схода пены в концентратный желоб, размеры пузырьков и т.д.