4. Выбор и обоснование средств автоматизации

На функциональной схеме (рисунок 3.16) изображены все средства автоматизации, необходимые для контроля и регулирования параметров которые в свою очередь обеспечивают стабильность работы связанных между собой агрегатов. Выбор средств автоматизации [10, 16].

Измерители расхода воды. Для поддержания заданного соотношения руда-вода в мельнице полусамоизмельчения и шаровых мельницах требуется достаточно точно определять расход воды в мельницу. Для решения этой задачи были выбраны расходомеры воды фирмы ABB COPA-XE.

Электромагнитный расходомер используется для точного измерения расхода жидкостей с проводимостью больше 5 мкСм/см. Расходомер СОРА-ХЕ представляет собой компактную конструкцию, где первич­ный и вторичный преобразователь конструк­тивно объединены.

Рисунок 3.1 – Расходометр ABB FXE-4000(COPA-XE)

Расходомеры используются на следующих позициях:

• подача воды в мельницу полусамоизмельчения поз.25;

• подача воды в шаровую мельницу поз.36-1, поз.36-2;

• Подача воды в зумпф поз.33.

Электромагнитный расходомер COPA-XE имеет следующую конфигурацию, представленную в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – технические данные расходомера COPA-XE

Наименование характеристики	Значение характеристики
Модель	DE43F
Тип присоединения	фланцы
Материал корпуса	сталь
Футеровка	твердая резина
Материал сигнального/заземляющего электрода	CrNi - сталь 1.4571
Номинальное давление	DIN PN 16
Материал соединительных деталей	сталь
Напряжение питания	AC 230V 50/60 Hz
Дисплей	есть
Аналоговый выход	4-20мА
Класс защиты	IP67

Регулирующие клапана для воды и рудной суспензии (пульпы).

В качестве регулирующих клапанов на воду и пульпы используются клапана 2632 с пневмоприводом AlfaPompe в комплекте с электромагнитными позиционерами, ПИД-регулятор, Burkert 1067. Клапана надежны, просты в обслуживании и долговечны.

Регулирующий клапан представлен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Регулирующие клапана на воду Burkert 2632

Технические и конструктивные данные клапана представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – основные технические данные клапана 2632

Наименование характеристики	Значение характеристки
Тип привода	AlfaPompe 115 DA
давление пневмопитания	не менее 3,5 атм.
Номинальный диаметр	DIN DN 150 мм
Рабочее давление	PN до 16 атм
Корпус	нержавеющая сталь
Подсоединение	сварное, резьбовое, фланцевое,
Особенности	непрерывный контроль и ПИД - регулирование расхода, температуры, давления, рН
входной сигнал	0/4-20 мА, 0-10 В

Позиционер состоит из трёх основных систем: системы обратной связи, электропневматического регулирования и микропроцессорного управления.

Регулирующие клапана используются на следующих позициях:

• подача воды в мельницу полусамоизмельчения поз.25;

• подача воды в шаровую мельницу поз.36-1, поз.36-2;

• подача воды в зумпф поз.33;

• подача фракции с пульпоотделителя на инерционные грохота поз.38(1-2).

ПИД-регулятор представлен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – ПИД-регулятор Burkert 2632

Измерители расхода и плотности пульпы. Метран-360 кориолисовый расходомер предназначен для измерения массового и вычисления объемного расхода, плотности, температуры жидких и газообразных сред. Используется в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета.

Кориолисовый расходомер состоит из датчика расхода (сенсора) и преобразователя. Сенсор напрямую измеряет расход, плотность среды и температуру сенсорных трубок. Преобразователь конвертирует полученную с сенсора информацию в стандартные выходные сигналы.

Расходомеры используются на следующих позициях:

• подача пульпы в пульпоотделитель поз.37;

• плотность пульпы на сливе мельницы поз.36(1-2) и гидроциклонов поз.35(1-3).

Рисунок – 3.4 Кориолисовый измеритель плотности и расхода пульпы Метран C360

Технические данные:

• Измеряемая среда газы, жидкости (в т.ч. агрессивные), эмульсии, суспензии, взвеси, тяжелые и высоковязкие среды;

• Рабочее избыточное давление в трубопроводе до 15,8 МПа;

• Условный диаметр трубопровода Dу 15, 25, 40, 50, 100, 150 мм;

• Пределы основной относительной погрешности измерений массового и объемного расходов жидкостей ±0,5%; газов ±0,75%;

• Средний срок службы C 18 лет;

• Межповерочный интервал C 4 года

Измерители уровня. Для обеспечения непрерывного измерения уровня в зумпфе, дренажных приямках и в пульподелителе используется ультразвуковой датчик уровня фирмы SIEMENS Probe 5M. Надежный и простой в обслуживании ультразвуковой уровнемер The Probe объединяет в одном корпусе сенсор и преобразователь. Cлужит для измерения уровня до 5 метров. Этот ультразвуковой измерительный прибор объединяет сенсор и электронику в компактном корпусе для надежного измерения уровня в открытых или закрытых резервуарах. Probe 5M отличается простой установкой и обслуживанием, а также быстрым демонтажем. Фильтр различает полезные и паразитические отражения, которые возникают из-за акустических или электрических шумов и мешалок.

Измеритель уровня представлен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Измеритель уровня SIEMENS Probe 5M

Прибор имеет встроенный дисплей, а также кнопки для программирования. Это уменьшает время, затрачиваемое на наладку и обслуживание прибора. Ультразвуковые уровнемеры будут использоваться в следующих позициях:

• Пульподелитель поз.37. Измерение уровня в пульподелителе;

• Насос песковой поз.41. Измерение уровня в дренажном приямке;

• Насос песковой поз.42(1-2). Измерение уровня в дренажном приямке;

• Зумпф поз.33;

• Дозатор загрузчика шаров, поз.24(1-2).

Ультразвуковой уровнемер PROBE 5M имеет следующие основные характеристики, представленные в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – технические данные уровнемера SIEMENS PROBE 5M

Наименование характеристики	Значение характеристки
Метод измерения	ультразвуковой
Материал корпуса	поливинилхлорид
Присоединение	резьбовое 2” NPT
Подключение	3-х проводное
Диапазон измерения	от 0.25 м до 5 м
Погрешность измерения	0,25% от диапазона измерения
Аналоговый выход	4-20мА
Дисплей	есть
Релейный выход	24 В
Потребляемая мощность	5Вт
Класс защиты	IP 65
Напряжение питания	DC 18 to 30 V, max.0,2 A

Измеритель расхода руды. Для обеспечения эффективной работы мельницы мокрого полусамоизмельчения (ММПС) требуется измерять вес дробленой «гали» на конвейере поз.27. Для этой цели используются конвейерные весы фирмы SIEMENS Milltronics MSI с электронным блоком BW500. Выбор весов полностью соответствует поставленной задаче и обеспечит качественное измерение циркуляционного потока с требуемой погрешностью 1%.

Конвейерные Весы Milltronics с одной роликовой опорой (MSI) обеспечивают непрерывное взвешивание свободного потока дробленой «гали».

Рисунок 3.6 – Весы конвейерные SIEMENS Milltronics MSI

Использование в MSI тензодатчиков запатентованной прямоугольной формы обеспечивает быструю реакцию на вертикальное усилие и мгновенный отклик на появление нагрузки. Это гарантирует исключительную точность измерений и повторяемость даже при неравномерно распределенной нагрузке и высокой скорости ленты.

Работая совместно с микропроцессорным интегратором Milltronics, MSI обеспечивают отображение на экране расхода в конкретный момент времени, суммарного расхода, нагрузки на ленту и скорости потока сыпучих материалов на ленточном конвейере. Датчик скорости Milltronics измеряет скорость ленты конвейера, передавая результаты, на интегратор.

Весы просто устанавливаются на конвейер и могут быть закреплены четырьмя болтами и имеющимися роликами, в свою очередь, закрепленными на динамической балке. Так как подвижные части у прибора отсутствуют, обслуживание сводится к минимуму, необходимо только периодически проверять калибровку.

Технические и конструктивные данные конвейерных весов SIEMENS Milltronics MSI представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – технические данные SIEMENS Milltronics

Наименование характеристики	Значение характеристки
Точность	±1% в интервале соотношения рабочего диапазона расхода более 5:1
Ширина ленты	650 мм
Скорость ленты	1,2 м/с
Расход	65 т/ч при максимальной скорости ленты
Наклон конвейера	17%
Диаметр ролика	108 мм
Расстояние между роликами	1 м
Тензодатчик:
корпус	нержавеющая сталь с улучшенной защитой от влаги
возбуждение	10 В пост. тока
нелинейность	0,02% от номинального выходного сигнала
стабильность	0,01% от номинального выхода рабочая температура: от -40 до 85 0С

Электронный блок работает с конвейерными весами с одним или двумя тензодатчиками. При использовании и датчика скорости, он вычисляет расход и суммарный вес твердых сыпучих материалов. Предупредительная сигнализация расхода, нагрузки, скорости или ошибки при диагностики уменьшает количество аварийных ситуаций. Электронный блок имеет встроенный цифровой интерфейс RS 485 для обмена информацией с системой АСУ.

Рисунок 3.7 – Датчик скорости SIEMENS RBSS

Датчик Скорости (RBSS) типа «бегущее колесо» с высокой степенью разрешения предназначен для определения скорости возвратной ленты конвейера. RBSS контролирует скорость ленты конвейера, передавая по кабелю выходной сигнал на интегратор, который вычисляет скорость транспортируемого материала.

Прибор легко устанавливается в непосредственной близости от конвейерных весов. Непосредственно контактируя с лентой обратного хода, RBSS передает сигнал, вырабатываемый вращением колеса датчика при движении ленты. Для установки этого экономичного прибора потребуется поперечная балка, расположенная между продольными балками конвейра либо непосредственно перед, либо сразу за роликом обратного хода, или  специальный крепежный кронштейн. Небольшой вес RBSS обеспечивает принудительное вращение колеса, находящегося на середине ленты обратного хода, а импульсы от магнитного датчика генерируются вращением звездочки с 60 зубчиками, приводимой в движение колесом. Выход RBSS совместим со всеми моделями интеграторов конвейерных весов Milltronics.

Технические и конструктивные данные датчика скорости SIEMENS RBSS представлены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – технические данные датчика скорости SIEMENS RBSS

Наименование характеристики	Значение характеристки
Конструкция	покрашенная малоуглеродистая сталь
Температура	от -40 до 105 0С
Колесо	полиуретан, диаметр 152 мм
Импульсы	60 на оборот 125,3 на метр
Датчик	тип: магнитный переключатель мощность входа: от 5 до 18 В пост.тока, 10 мА
Звездочка	60 зубцов
Проводка	красный: + возбуждение белый: +сигнал черный: -общий
Сертификаты	СЕ

Измерители тока электродвигателя. Для обеспечения бесперебойной работы агрегатов необходимо отслеживать основные электрические параметры. Это позволит повысить информативность процессов, поможет избежать аварийных ситуаций и повысит безопасность работы оборудования. Для решения этой задачи используются преобразователи тока и напряжения переменного тока Moore Industries PAC. Преобразователь электрических величин (ток, мощность, ...) предназначен для использования в системах управления. Прибор выдает стандартный аналоговый сигнал, пропорциональный измеряемой электрической величине. Измерители мощности будут использоваться в следующих позициях:

• Мельница полусамоизмельчения ММПС-7х7 поз.25;

• Конусная дробилка КМДТ1750Т2 поз.31;

• Мельница с центральной разгрузкой МШЦ 5500х7500 поз.36-1;

• Мельница с центральной разгрузкой МШЦ 5500х7500 поз.36-2;

Преобразователи тока и напряжения переменного тока PAC имеет следующие основные характеристики, представленные в таблице 3.7.

Прибор представлен на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Преобразователь тока и напряжения Moore Industries

Таблица 3.7 – технические данные преобразователя Moore Industries PAC

Наименование характеристики	Значение характеристки
Материал корпуса	алюминий
Присоединение	навесное или на DIN рейку
Вход	0-5 А
Погрешность измерения	0,25% от диапазона измерения
Аналоговый выход	4-20мА
Напряжение питания	AC 230V 50Hz

Контроль температуры подшипников. Для контроля температуры подшипников используется измерительный преобразователь температуры SITRANS TK-L. Измерительный преобразователь SITRANS TK-L преобразует сигнал от термометров сопротивления Pt100 в подводимый сигнал постоянного тока, соответствующий характеристике сенсора. Преобразователь представлен на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 – Преобразователь температуры SITRANS TK-L

Благодаря компактной конструкции он вставляется в головку зонда типа B (DIN 43 729). У программируемых SITRANS TK-L параметрирование осуществляется при помощи PC. Подаваемый с Pt100 (двух-, трех- или четырехпроводная схема) сигнал измерения усиливается на входном каскаде. Пропорциональное входной величине напряжение после этого преобразуется в аналого-цифровом преобразователе в цифровые сигналы. В микропроцессоре они пересчитываются в соответствии с характеристикой сенсора и прочими параметрами (демпфирование, сопротивлении линии и т.п.). Подготовленный таким образом сигнал преобразуется в цифрово/аналоговом преобразователе в подводимый постоянный ток от4 до 20 mA. Источник вспомогательной энергии находится в контуре выходного

сигнала.

Преобразователь будет использоваться в следующих позициях:

• Двигатель и редуктор мельницы полусамоизмельчения ММПС поз.25

• Двигатель и редуктор конусной дробилки КМДТ1750Т2 поз.31

• Двигатель и редуктор мельниц с центральной разгрузкой МШЦ 5,5х7,5 поз.36-1, поз.36-2

Контроль давления масла. Для контроля давления масла подаваемого на подшипники используется датчик давления SITRANS PZ. Преобразователь представлен на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Датчик давления SITRANS PZ

Основные компоненты:

• Корпус из нерж. стали с керамической измерительной ячейкой и платой электроники. Керамическая измерительная ячейка с температурной компенсацией оборудована тонкопленочным тензорезистором (тонкопленочный DMS), который расположен на керамической мембране. Керамическая мембрана может использоваться и для агрессивных веществ.

• электрическое подключение через штекерные разъемы по DIN 43650 с вводом кабеля M16 x 1,5, .-14 NPT или круглый штекер M12.

Датчик давления будет использоваться в тех же позициях, что и преобразователь температуры SITRANS TK-L.

Контроль давления пульпы на входе в гидроциклон. Для этого используем малогабаритные датчики давления SITRANS P с разделительными мембранами, представленные на рисунке. 4.11. Предназначены для работы в различных отраслях промышленности, системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин избыточного, абсолютного давления, разрежения нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал.

Рисунок 3.11 – Мембранный разделитель давления с быстросъемным соединением

У датчика нет прямого контакта измерительного преобразователя давления с измеряемым веществом.

Система разделителей давления должны использоваться в тех случаях, когда разделение между измеряемым веществом и измерительным прибором является целессобразным или необходимым по следующим причинам:

• Измеряемое вещество является корродирующим и требует материал мембран, который отсутствует у измерительного преобразователя.

• Измеряемое вещество является высоковязким или содержит твердые вещества и могло бы закупорить измерительные камеры измерительного преобразователя.

• Измеряемое вещество является неоднородным или волокнистым.

Измеряемое давление передается с мембраны на наполнительную жидкость и через капиллярную трубку попадает в измерительную камеру измерительного преобразователя давления. Наполнительная жидкость полностью и без примесей газа заполняет внутреннее пространство мембранного разделителя давления, капиллярную трубку и измерительную камеру измерительного преобразователя.

• Мембранные разделители используются в позициях 35(1-3).

Технические и конструктивные данные датчика давления представлены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 – технические данные мембранного разделителя.

Наименование характеристики	Значение характеристки
Измеряемые среды	жидкость, пар, газ, агрессивные, абразивные и вязкие среды
Диапазон измеряемых давлений	минимальный 0F0,06 МПа; максимальный 0F100 МПа
Выходной сигнал	4F20, 0F5, 0F20 мА; 4F20, 0F5 мА F для МП
Температура окружающего воздуха	F40...70°С
Исполнения по ГОСТ 12997	кислородное; взрывозащищенное
Межповерочный интервал	2 года; 3 года F для датчиков МП
Степень защиты от воздействия пыли и воды	IP55; IP65 F для датчиков МП

Бесконтактные сигнализаторы уровня. Для сигнализации предельного уровня загрузки приемной воронки мельницы мокрого полусамоизмельчения и конусной дробилки используется бесконтактный сигнализатор предельного уровня фирмы SIEMENS Pointek ULS 200. Сигнализатор уровня представлен на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12– Бесконтактный сигнализатор уровня

Этот ультразвуковой сигнализатор уровня позволяет осуществлять бесконтактную регистрацию двух различных точек уровня у сыпучих веществ. Диапазон измерения для сыпучих веществ составляет макс. 3 м при этом отсутствует какой-либо контакт с продуктом. На сенсоре не образуются отложения. Исключаются проблемы, которые возникают у приборов с контактным методом измерения (к примеру, гидростатические приборы, поплавки).

Сигнализатор уровня имеет прочную конструкцию. Компактный прибор состоит из сенсора и электроники. У него нет подвижных частей, и он практически не нуждается в техническом обслуживании.

Сигнализатор уровня будут использоваться на следующей позиции:

• Мельница ММПС поз.25, забивка загрузочной воронки;

• Конусная дробилка КМД1750Т2 поз.31;

Ультразвуковой сигнализатор уровня Pointek ULS 200 имеет следующие основные характеристики, представленные в таблице 3.9.

Таблица 3.9 – технические данные уровнемера Pointek ULS 200

Наименование характеристики	Значение характеристки
Метод измерения	ультразвуковой сигнализатор
Материал корпуса	поливинилхлорид
Присоединение	резьбовое 2” NPT
Диапазон измерения	от 0.25 м до 5 м
Погрешность измерения	0,25% от диапазона измерения
Температурная компенсация	есть
Релейный выход	2 перекидных контакта
Потребляемая мощность	3Вт
Класс защиты	IP 67
Напряжение питания	DC 18 to 30 V

Контактные сигнализаторы уровня. Для сигнализации аварийных уровней в дренажных приямках используется контактный сигнализатор предельного уровня с возможностью удлинения зонда фирмы SIEMENS Pointek CLS 200.

Сигнализатор уровня представлен на рисунке 3.13.

Рисунок 3.13 – Контактные сигнализаторы уровня

Pointek CLS 200 обеспечивает точную и надежную сигнализацию предельного уровня для жидкостей и взвесей. Конструкция датчика обеспечивает высокую химическую и физическую стойкость, а также надежную регистрацию сигнала. Прибор работает независимо от стенок резервуара или трубы, таким образом, в неэлектропроводимых резервуарах и дренажных приямках не нужен внешний электрод сравнения. Благодаря использованию материалов из нерж. стали и PVDF обеспечивается высокая химическая стойкость частей, соприкасающихся с измеряемым веществом, при температурах до 125 C.

Он регистрирует изменения в частоте колебаний и может быть настроен для включения при контакте с материалом или уже перед касанием измеряемого вещества. Pointek CLS 200 имеет модульную конструкция и поставляется в стержневом исполнении. Защитный колпачок SensGuard защищает от износа, толчков и абразии при тяжелых условиях эксплуатации.

Сигнализаторы уровня будут использоваться в следующих позициях:

• Насос песковой №41. Аварийный уровень в дренажном приямке.

• Насос песковой №42(1-2). Аварийный уровень в дренажном приямке.

Контактный сигнализатор предельного уровня Pointek CLS 200имеет следующие основные характеристики, представленные в таблице 3.10.

Таблица 3.10 – технические данные

Наименование характеристики	Значение характеристки
Метод измерения	емкостная сигнализация
Материал корпуса	алюминий с эпоксидным покрытием
Присоединение	резбовое 3/4” NPT
Диапазон измерения	стержневой зонд с удлинителем 250 мм
Погрешность измерения	2мм
Частота измерения	5 MHz
Релейный выход	перекидной контакт DC 30V
Потребляемая мощность	2Вт
Класс защиты	IP 65
Напряжение питания	DC 12 to 30 V

Автоматические загрузчики шаров мельниц предназначены для автоматизированной дозировки и подачи шаров для шаровых мельниц. Каждый загрузчик состоит из питателя и дозировщика шаров. Системы контроля и подсчета шаров основаны на программируемом логическом контроллере SIEMENS LOGO.

С рабочего места АРМ оператора цеха-измельчения возможно выполнение следующих функцией:

- Контроль и визуализация на АРМ скорости загрузки шаров в час;

- Контроль и визуализация на АРМ веса шара;

- Контроль и визуализация на АРМ общего числа загруженных шаров;

- Контроль и визуализация на АРМ признака затора;

- Контроль и визуализация на АРМ признака пустой бункер;

Подключение к локальной АСУ загрузчика шаров производится по последовательному интерфейсу RS232. Линия связи подключается к АРМ оператора цеха измельчения. Для связи с контролером SIEMENS Simatic S7-400 используется программа сервер ввода-вывода.

Пробоотборник (поз.39). Работа пробоотборника заключается в автоматическом запуске и останове через равный промежуток времени, задаваемый в параметре «Период срабатывания». Время работы пробоотборника задается в параметре «Время работы». Запуск пробоотборника производится автоматически через равные промежутки времени.