ВВЕДЕНИЕ

Измельчение является последней подготовительной операцией перед обогащением. Этот процесс дорогостоящий и энергоемкий, потребляет до 50% общего потребления энергии фабрики. Доля себестоимости концентрата тоже до 50%. Целью измельчения является подготовка руды к обогащению, то есть наиболее полное раскрытие рудных минералов. В связи с обогащением руд со сложным вкраплением минералов приходится добиваться очень тонкого измельчения руды до 95% класса -0,074 микроны.

Измельчение производится в барабанных мельницах, стержневых, шаровых, рудогаечных мельницах самоизмельчения. Измельчение в основном производится с добавлением воды. Кроме мельниц в состав технологического комплекса измельчения входят классифицирующие аппараты, механические классификаторы и циклоны предназначенные для разделения зерен продукта по крупности.

Также входят питатели руды, зумпфы и насосы гидроциклонов, бункера и перегрузочные узлы.

Автоматизация технологического комплекса измельчения должна решать следующие задачи:

Автоматизация технологического комплекса измельчения должна решать следующие задачи:

1. Автоматический контроль состояния механизмов: а) температура подшипников механизмов и машин; б) параметров системы маслосмазки; в) состояния перегрузочных узлов отделения измельчения; г) длительность работы и простоя технологических механизмов.

2. Автоматический контроль технологических параметров комплекса: а) производительность цикла по исходной руде; б) расхода воды, подаваемой в цикл измельчения; в) гранулометрического состава продукта измельчения (слива классифицирующего аппарата); г) плотности слива классифицирующего аппарата; д) заполненности барабана мельницы рудой; е) загрузка мельницы дробящей рудой; ж) уровня пульпы в зумпфах насосов гидроциклонов; з) циркуляционных нагрузок цикло измельчения.

3. Автоматическое регулирование (стабилизацию) технологических параметров технологического комплекса измельчения: а) гранулометрического состава сливов классифицирующих аппаратов; б) плотности пульпы на сливе классифицирующих аппаратов; в) производительности комплекса по исходной руде; г) расходов воды в технологический комплекс (мельницы, классификаторы, зумпфы); д) заполнение барабанов мельницы пульпой; е) уровней пульпы в зумпфах насосов гидроциклонов.

4. Оптимизация работы технологического комплекса измельчения по экономическому или технологическому критериям.

Курсовой проект состоит из 5 разделов. В первом разделе кратко описывается технологический комплекс измельчения, классификация входных и выходных величин комплекса, приводятся статические и динамические характеристики по различным каналам управления.

Во втором разделе приводится библиографический и патентный обзор по автоматическому контролю и управлению технологическим комплексом измельчения.

В третьем разделе приводится структурная идентификация комплекса измельчения на основании системного анализа его как управляемого объекта, определяются возможные каналы управления, анализируются связи между входными и выходными параметрами и представляется алгоритмическая структура математической модели заданного комплекса.

Затем производится параметрическая идентификация комплекса, которая заключается в расчете параметров передаточных функций отдельных элементов комплекса и проводится исследование статических и динамических свойств комплекса на полученной математической модели..

В четвертом разделе на основании библиографического и патентного обзоров составляется общая функциональная структура системы управления комплексов, приводится перечень необходимых локальных автоматических систем контроля и регулирования, осуществляется выбор технических средств автоматизации.

В пятом разделе производится выбор элементов заданной автоматической системы регулирования, производится расчет надежности системы автоматического регулирования и ее моделирование с целью определения оптимальных настроек регулятора.

1. Управляемый объект

1.1. Краткое описание схемы заданного технологического комплекса

Учалинская фабрика перерабатывает колчеданные руды Учалинского и Молодежного месторождений .

Руды Учалинского месторождения отличаются сложностью вещественного состава и многообразием по сортности (медно-цинковые, медные, серноколчеданные, цинковые и реже медные вкрапленные). Подавляющая часть перерабатываемых руд (около 96 %) относится к сплошным медно-цинковым колчеданам колломорфного или зернистого строения. Основные рудные минералы – пирит (75 – 90 %), сфалерит (4 – 6 %), халькопирит (3 – 5 %), ковеллин, блеклая руда, борнит, халькозин, арсенопирит, галенит, магнетит; нерудные (5 – 7 %) – кварц, полевые шпаты, серицит, барит, кальцит.

В медно-цинковых рудах меди содержится в виде первичных сульфидов (халькопирита и блеклых руд), вторичных сульфидов (ковеллина, халькозина, борнита), содержание которых колеблется в пределах 8 – 18 % в зависимости от глубины залегания рудных тел, и реже в виде окисленных минералов. В рудах текущей добычи доля меди в форме вторичных сульфидов составляет 9 – 11 %, основным медным минералом является халькопирит (80 – 90 %). Для Учалинского месторождения характерно тонкое взаимное прорастание полезных минералов, широкое развитие эмульсионной вкрапленности. Размер зерен рудных минералов колеблется от нескольких миллиметров до 1-2 мкм.

Плотность медных руд 4,3 т/м³, медно-цинковых - 4,6 т/м³. руда на Учалинском месторождении добывается открытым способом. Доставка руды на фабрику осуществляется железнодорожным транспортом в думпкарах грузоподъемностью 100 т.

Максимальный размер куска 800 мм.

I очередь фабрики введена в эксплуатацию в 1968 г., II – в 1972 г., III – в 1973 – 1974 гг.

Фабрика снабжается как свежей водой, так и оборотной – из хвостохранилища. Использование оборотной воды составляет 82,6 % общего водопотребления.

Технологическая схема комплекса на Учалинской фабрике предусматривает трехстадиальное измельчение.

В первой стадии установлена шаровая мельница МШЦ 3,2×4,5,работающая на вход шаровой мельницы МШЦ 3,6×5,0. Мельница МШЦ 3,6×5,0 в свою очередь работает в замкнутом цикле с гидроциклоном второй стадии измельчения. Шаровая мельница МШЦ 3,6×5,0 третьей стадии связана с шаровой мельницей второй стадии через гидроциклон второй стадии, со слива которого снимается часть готового продукта. Шаровая мельница третьей стадии работает в замкнутом цикле с гидроциклоном третьей стадии.

Схема цепи аппаратов приведена ниже на рис. 1.1.

1.2. Характеристика технологического комплекса как управляемого объекта

Рассмотрим каждый из элементов технологического комплекса, как объекта управления, отдельно.

Барабанная мельница как объект управления характеризуется следующими параметрами.

Входными воздействиями в общем случае принято считать:

- количество руды, подаваемой в мельницу, Q_р;

- количество воды, подаваемой в мельницу, Q_в^м;

- содержание контрольного класса крупности в исходной руде , %;

- колебание физико-механических свойств руды, поступающей на измельчение, ;

- частота вращения барабана мельницы, n;

- величина шаровой нагрузки, ш;

- состояние футеровки барабана, Ф.

Выходными показателями, характеризующими работу мельницы, являются:

- объемный расход пульпы на сливе мельницы, Q_сл;

- плотность слива мельницы _п кг/л;

- содержание контрольного класса крупности в продукте измельчения;

- уровень загрузки барабана мельницы рудой (амплитуда шумового сигнала, производимого мелющими телами в зоне их падения) Н (А_ш);

- мощность, потребляемая двигателем привода мельницы, Р_А, кВт.

Структурная схема мельницы как управляемого объекта приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. К описанию мельницы как объекта управления

Управляемые параметры: _п, , Н, Р_А;

Возмущающие параметры: , ;

Управляющие параметры: Q_р, Q_в^м, n.

Чаще всего в качестве основных каналов управления мельницей рассматривают каналы:

- «количество руды в мельницу – плотность слива мельницы»;

- «количество руды в мельницу – акустический сигнал, издаваемый мельницей»;

- «количество руды в мельницу – количество готового класса в сливе мельницы».

Гидроциклон предназначен для классификации (разделения) материала по крупности.

Гидроциклон как объект управления рассматривается совместно с зумпфом, куда поступает пульпа и насосом, закачивающим пульпу в гидроциклон.

Как управляемый объект гидроциклон характеризуется следующими параметрами:

Входными воздействиями в общем случае принято считать:

- объемный расход пульпы, подаваемой в гидроциклон, Q_п (который определяется частотой вращения приводом насоса);

- плотность пульпы _п кг/л;

- содержание готового класса крупности в питании гидроциклона , %;

- расход воды в зумпф гидроциклона, Q_в^г;

- давление пульпы на входе в гидроциклон, Р_г;

- диаметр песковой насадки гидроциклона d_п;

- изменение параметров гидроциклона в связи с износом и старением оборудования, F(t).

Выходными показателями, характеризующими работу мельницы, являются:

- объемный расход пульпы в сливе, Q_сл;

- плотность пульпы в сливе _сл;

- содержание контрольного класса крупности в сливе;

- объемный расход пульпы в песках, Q_п;

- плотность пульпы в песках _п;

- содержание контрольного класса крупности в песках;

- уровень пульпы в зумпфе насоса гидроциклона Н_з;

Рис. 1.3. К описанию гидроциклона как объекта управления

Управляемые параметры: _сл, , Н_з;

Возмущающие параметры: Q_п, _п, , Р_г;

Управляющие параметры: Q_в^г, d_п;

Помехи: F(t).

Каналами управления считают:

- «расход воды в зумпф гидроциклона – уровень пульпы в зумпфе»;

- «объемный расход пульпы на входе в гидроциклон (частота вращения электродвигателя привода насоса) – плотность или содержание готового класса в сливе гидроциклона».

Питатель конвейерного типа, как объект управления характеризуется следующими параметрами:

Входные параметры:

- расход руды на питатель Q_р;

- грансостав , который характеризуется содержанием готового класса в руде;

- наличие глинистых включений, Г;

- частота вращения привода, n;

- положение затвора, на емкость из которой поступает руда на питатель, S4

- процессы, связанные с износом и старением оборудования, F(t).

Выходные параметры:

- производительность питателя, Q_п;

- грансостав или количество готового класса Q в руде.

Управляемые параметры: Q_п;

Управляющие параметры: n, S;

Возмущающие воздействия: , Г;

Помехи: F(t).

Основными каналами управления считают:

- «расход руды на питатель – частота вращения привода»;

- «расход руды на питатель – положение затвора, на емкость из которой поступает руда на питатель».

Рис. 1.4. К описанию питателя как объекта управления

Рассмотрим технологический комплекс измельчения в целом как объект управления (рис. 1.5).

В данный технологический комплекс входят: питатель, шаровая мельница с центральной разгрузкой МШЦ (3,2х4,5) и две мельницы МШЦ (3,6х5,0), и два гидроциклона с зумпфом и насосом ГЦ-500.

Технологический комплекс измельчения как объекта управления характеризуется следующими параметрами:

Входные параметры:

- расход руды в комплекс Q_р;

- грансостав ;

- физико-механические свойства ;

- расход воды в шаровую мельницу МЩЦ (3,2х4,5) ;

- расход воды в шаровую мельницу МЩЦ (3,6х5,0) ;

- расход воды в шаровую мельницу МЩЦ (3,6х5,0) ;

- частота вращения шаровой мельницы n_м1;

- частота вращения шаровой мельницы n_м2;

- частота вращения шаровой мельницы n_м3;

- частота вращения привода насоса n_н1;

- частота вращения привода насоса n_н2;

- диаметр песковой насадки d_п1;

- диаметр песковой насадки d_п2;

- изменение параметров механизмов, входящих в комплекс в виду старения и износа F(t).

Выходные параметры:

- объемный расход пульпы в сливе, Q_сл;

- плотность пульпы в сливе _сл;

- содержание контрольного класса крупности в сливе;

- уровень пульпы в первом зумпфе Н_з1;

- уровень пульпы во втором зумпфе Н_з2;

- уровень загрузки барабана шаровой мельницы ШМЦ (3,2х4,5) рудой Н_м1;

- уровень загрузки барабана шаровой мельницы ШМЦ (3,6х5,0) рудой Н_м2;

- уровень загрузки барабана шаровой мельницы ШМЦ (3,6х5,0) рудой Н_м3;

- мощность привода шаровой мельницы ШМЦ (3,2х4,5) рудой Р_м1;

- мощность привода шаровой мельницы ШМЦ (3,6х5,0) рудой Р_м2;

- мощность привода шаровой мельницы ШМЦ (3,6х5,0) рудой Р_м3.

Рис. 1.5. К описанию технологического комплекса измельчения как объекта управления

Управляемые параметры: _сл, , Н_з1, Н_з2, Н_м1, Н_м2, Н_м3;

Возмущающие воздействия: , ;

Управляющие воздействия: Q_р, , , , n_н1, n_н2, Q_з1, Q_з2, d_п1, d_п2.

Основные каналы управления:

- «расход руды в мельницу – плотность слива мельницы»;

- «расход руды в мельницу – плотность слива классификатора»;

- «расход руды в мельницу – акустический сигнал мельницы»;

- «расход руды в мельницу – мощность, потребляемая электродвигателем привода мельницы»;

- «расход воды в классификатор – плотность слива классификатора»;

- «расход воды в классификатор – содержание готового класса в сливе классификатора».