Управление дозирование флотационных реагентов

 

Основным регулирующим устройством технологического комплекса флотации является расход реагентов по фронту флотации. Расход реагентов – эффективное, но дорогостоящее управляющее воздействие. От правильно выбранного реагентного режима зависят конечные результаты флотации, а перерасход реагентов ухудшает технико-экономические показатели работы фабрики.

Автоматическое (автоматизированное) управление дозированием реагентов позволяет экономить реагенты и более точно следовать режимным технологическим картам, предъявляющим жесткие требования к соблюдению постоянства соотношения «возмущающее воздействие – расход реагента».

Управление расходом реагентов в процесс флотации может осуществляться по следующим параметрам:

- объемному расходу пульпы на флотацию ;

- расходу твердого с пульпой, поступающей в процесс флотации ;

- содержания металла в исходной руде α или количеству металла, поступающего на флотацию ;

- концентрации реагентов в пульпе ;

- отклонению качественных показателей процесса флотации ;

- по алгоритму, учитывающему отклонения входных и выходных величин процесса флотации .

Эти принципы дозирования могут быть реализованы разомкнутыми (по Q, Q_т, Q_ме), замкнутыми (по C_i, Δβ, Δ , Δ ) и комбинированными (по Q_т с коррекцией по Δβ, Δ , Δ ) системами автоматического (автоматизированного) управления.

Разомкнутые системы дозирования реагентов являются наиболее распространенными на обогатительных фабриках. Они обеспечивают компенсацию колебаний возмущающих воздействий и их целесообразно применять при резких колебаниях параметров входного потока пульпы. Кроме того, такие системы сравнительно просто реализуемы. Однако, при таком управлении невозможно учесть колебания неконтролируемых возмущений (флотируемость, состояние минерализации и т.д.), что приводит к необходимости корректировать расход реагентов, чтобы поддерживать выходные показатели на заданном уровне. Наибольшее распространение имеет система дозирования реагентов по расходу твердого с пульпой.

Замкнутые системы дозирования реагентов используют информации об изменении выходных показателей процесса и поэтому косвенно реагируют на все контролируемые и неконтролируемые возмущения. Выходные показатели процесса () контролируются с определенным интервалом времени, определяемом техническими возможностями технических средств контроля вещественного состава. Однако, эффективность таких систем невысока, вследствие значительной инерционности процесса флотации.

Наилучшие результаты дают комбинированные системы управления реагентным режимом. Например, по расходу твердого Q_т с коррекцией по остаточной концентрации С_i реагента в пульпе или по отклонению Δβ, ,Δε.

В системах управления реагентным режимом в процессах флотации в качестве исполнительных элементов используются комплексы технических средств автоматической (автоматизированной) дозировки флотационных реагентов. Одним из таких комплексов является автоматизированная система управления дозированием реагентов «Реагент» (АСУДР «Реагент»).

Автоматизированная система управления дозированием реагентов (АСУДР) предназначена для автоматизированного управления питателями реагентов при помощи аппаратно-программного комплекса.

Комплекс обеспечивает автоматический расчет и подачу реагентов в соответствии с расчетной или установленной величиной расхода в реальном масштабе времени.

Используемые в комплексе автоматические питатели реагентов ПРИУ-4М (порционный), ПРИУ-4М-1 (импульсный) и ПРИУ-4П (пневматический) обеспечивают подачу некристаллизующихся на воздухе, очищенных от механических примесей реагентов.

Комплекс обеспечивает учет расхода реагентов по каждой точке дозирования за требуемые интервалы времени, используя специальные расходомеры (по заказу) или расчетным путем.

 

В состав системы входят:

1. Исполнительное оборудование

- питатели реагентов ПРИУ-4М-1 (до 1000 л/час), ПРИУ-4М или

ПРИУ-4П;

- установка УРИП-6 для размещения питателей;

- баки напорные 99 литра (малый), 232 литра (большой);

- автономная компрессорная станция для ПРИУ-4П (по заказу);

- расходомеры-счетчики электромагнитные РСМ-05 (по заказу).

2. Шкаф управления питателями реагентов ШУПР-1М, включающий:

- IBM-совместимый программируемый контроллер Octagon Systems с модулями вводы/вывода Fastwel;

- модули гальванической развязки Grayhill или Fastwel (в зависимости от заказа);

- источники питания для питателей реагентов SITOP фирмы Siemens;

- пульт ручного управления на базе жидкокристаллического дисплея и пленочной клавиатуры (возможны установка данного пульта вне шкафа управления, например на реагентной площадке);

- средства организации связи с ЭВМ автоматизированного рабочего места оператора.

 

Исполнительное оборудование комплекса размещается на реагентной площадке фабрики, оборудование аппаратно-программного комплекса – в операторском пункте фабрики. При необходимости, возможно размещение шкафа управления ШУПР-1 в любом месте по требованию.

По заказу возможно размещение АРМа оператора в шкафу контроллера управления. В таком случае используется плоско-панельный жидкокристаллический монитор 15” и системный блок в промышленном исполнении.

 

Функционально структура программно-аппаратного комплекса АСУДР «Реагент» состоит из 3-х уровней:

- контроллерный уровень (шкаф управления);
- уровень визуализации (АРМ);

- сетевой уровень (Ethernet).

Такая структура позволяет системе управления функционировать как автономно, так и интегрироваться в состав АСУТП фабрики.

Аппаратное обеспечение контроллерного уровня АСУДР – «Реагент» построено на базе высоконадежных аппаратных средств фирм Octagon Systems, Fastwel, Grayhill. Данное оборудование сертифицировано по международному стандарту качества ISO-9001, работает в диапазоне температур от -40 до +85 градусов. Все составляющие контроллерного уровня имеют параметр «наработка на отказ» свыше 100 000 часов.

Контроллер управления фирмы Octagon Systems является полностью совместимым с IBM промышленным компьютером, обладающим всеми достоинствами персональной ЭВМ и логического промышленного контроллера управления конкретными агрегатами. Все обилие программного обеспечения в области коммуникационных возможностей, в области использования стандартных языков программирования (например, С и С++), в области применения различных операционных систем (DOS, QNX, Linux), все это облегчает использование данного семейства в системах автоматизации, их последующего расширения и модернизации.

Модули ввода/вывода независимо от типа, вида сигнала (входной или выходной, аналоговый или дискретный), параметров сигналов построены на одном универсальном модуле вводы/вывода фирмы Fastwel с использованием программируемых логических матриц, что резко уменьшает номенклатуру модулей ввода/вывода и соответственно облегчает последующее техническое обслуживание.

Использование модулей цифрового ввода/вывода подразумевает применение блоков гальванической развязки. В данной системе применены модули фирмы Grayhill, серий G70-73, позволяющие подключить практически любой сигнал к цифровым модулям ввода-вывода. Данные модули выполнены в исполнении – 1 канал ввода/вывода.

Аппаратное обеспечение уровня визуализации (промышленный компьютер) построено на базе оборудования фирмы Advantech, также имеющего сертификат качества ISO-9001.

В АСУДР – «Реагент» на данный момент используется программное обеспечение фирмы Microsoft (операционная система Windows NT), фирмы Wonderware – SCADA – система In Touch 7.1 или языка объектного программирования высокого уровня Delphi 6.0, а также системы разработки программ для промышленных контроллеров Ultralogik – для IBM-совместимых контроллеров класса Octagon Systems.

SCADA – система In Touch 7.1 занимает лидирующие позиции среди систем разработки промышленных автоматизированных систем и предназначена для создания программного обеспечения, сбора данных и оперативного диспетчерского управления верхнего уровня систем промышленной автоматизации. Интуитивно понятный интерфейс и простота конфигурирования позволяет работать с пакетом технологу.

Контроллер управления системы дозирования может работать в автономном режиме (с пульта ручного управления) и предназначении для:

- выдачи управляющих сигналов на питатели реагентов (ПРИУ-4М-1, ПРИУ-4М, ПРИУ-4П) в соответствии с внутренним алгоритмом, программой верхнего уровня или заданием с пульта ручного управления. Дозирование флотореагентов осуществляется либо путем изменения величины единичного вылива (длительности импульса управления) при постоянной частоте их следования, либо изменением частоты следования управляющих импульсов при постоянном единичном выливе. Достоинством контроллера управления является то, что формирование последовательности управляющих импульсов по каждой точке дозирования возложено не на процессор, а на модули-генераторы частотно-широтной последовательности, построенные на стандартных универсальных модулях ввода/вывода фирмы Fastwel. Процессор лишь только указывает генераторам параметры последовательности (длительность импульса, скважность). На процессор возлагаются функции необходимого расчета по оперативному изменению расхода реагента по каждой точке в зависимости от заложенного алгоритма, команды оператора или других внешних условий, а также учета расхода реагентов и другие функции;

- ввода аналоговых сигналов с датчиков переработки руды и расходомеров.

Расчет расхода реагентов по каждой точке дозирования осуществляется путем математического подсчета количества управляющих импульсов при известном постоянном единичном выливе, либо с помощью поставляемых по заказу электромагнитных расходомеров-счетчиков, стойких к воздействию реагентных сред, устанавливаемых на питающие трубопроводы ДУ-15 и выше. Указанные расходомеры имеют достаточное количество информационных выходов для выдачи информации о текущем (мгновенном) расходе, объемном (протекшем) расходе в виде аналогового, импульсного и цифрового сигнала в формате интерфейса RS-485;

- организация связи с ЭВМ АРМа оператора.

АРМ оператора представляет собой промышленный компьютер, который позволяет получить информацию о текущем режиме процесса дозирования, изменять задания по контурам регулирования, вести мониторинг процесса, архивировать информацию, строить тренды и вести протоколы отказов, передавать информацию на сервер баз данных для ее дальнейшей передачи всем заинтересованным пользователям.

Исполнительное оборудование комплекса размещается на реагентной площадке фабрики, оборудования аппаратно-программного комплекса – в операторском пункте фабрики. При необходимости, возможно размещение шкафа управления ШУПР-1 в любом месте по требованию.

Установку питателей реагентов УРИП-6П размещают либо в специальных помещениях, либо на открытых реагентных площадках обогатительных фабрик. Их можно размещать по группам на 8, 12, 16 питателей реагентов в каждой группе.

Напорные баки устанавливают так, чтобы уровень реагентов в нем был приподнят над плитой УРИП-6П на 2,5 м.

АСУДР «Реагент» в качестве дозаторов реагентов использует питатели ПРИУ-4П (с пневматическим управлением) и ПРИУ-4М и ПРИУ-4М-1 (с электромагнитным управлением).

Питатели могут быть в порционном (управляются изменением частоты импульсов при постоянной длительности их) и импульсном (управляются изменением длительности импульсов при постоянной частоте следования их).

Все питатели реагентов работают по импульсному принципу управления. Устройство управления подает индивидуальные сигналы управления на каждый питатель реагентов определенной длительности и частоты, через шкафы пневмоуправления ШПУ-11. длительность и частота импульсов регулируется оператором (автоматизированный режим), либо рассчитываются контроллером по информации о массовом расходе твердого, поступающего в процесс флотации. Длительность управляющих импульсов может изменяться в пределах 0-2 с, а частота 0-20 имп/мин.

Питатель реагентов ПРИУ-4П рис.3.1 состоит из корпуса 1, изготовленного из массы холодного формирования, средняя часть которого полая и имеет сливное отверстие, резинового клапана 2, смонтированного в корпусе 3, входного ниппеля 4 для подвода реагента, сливного ниппеля 5 для выдачи реагента в процесс.

На оси 6 закреплен золотник 7, открывающий и закрывающий выходное отверстие корпуса.

Для того, чтобы пары реагента не попадали в клапанный узел, последний отделен от полости корпуса крышкой 10 и диафрагмами 8 из фторопласта, укрепленными на оси.

Работа питателя характеризуется тем, что расход реагента задается как частотой следования, так и длительностью импульсов подачи воздуха в клапан.

Диапазон расхода реагента можно значительно изменить также с помощью сменных шайб 11, вкладываемых во входной ниппель питателя, а также регулировкой ручного вентиля на коллекторе.

Реагент поступает в питатель из напорного бака, расположенного над питателем на высоте до 2,5 м. Это обеспечивает большой напор жидкости через питатель, что снижает погрешность при дозировании реагентов с повышенной вязкостью.

При подаче воздуха в клапан золотник под действием пружины 9 закрывает входное отверстие, и реагент в процесс не поступает.

 

 

Рисунок 3.1. Общий вид питателя реагентов ПРИУ-4П-2

Питатель ПРИУ-4М (рис. 3.2 а) (в порционном исполнении) состоит из следующих основных узлов:

-входного патрубка 1

-сливного патрубка 2

-корпуса питателя 3, изготовленного из массы холодного формирования МХФ, средняя часть которого полая и имеет сливное отверстие,

-мерного сосуда (баллона) 4,

-электромагнита 5 с якорем 6 и золотником 7, закрытого крышкой из массы холодного формирования.

К нижней части корпуса питателя прикреплено основание, в верхней своей части имеющее седло. Снизу основание имеет входной патрубок для подвода реагента. С левой стороны корпуса прикреплен узел мерного сосуда, а справа сливной патрубок. Заполнение мерного сосуда и выдача реагента в технологический процесс происходит из клапанной полости в зависимости от положения золотника клапана, укрепленного на якоре электромагнита. Электромагнит помещен в крышке из массы холодного формирования, которая крепится к корпусу питателя винта. Для того чтобы пары реагента не попадали в катушку электромагнита, последний отделен от клапанной полости диафрагмой из фторопласта, укрепленной на якоре электромагнита и зажатой между ними и корпусом питателя.

При включении электромагнита его якорь занимает верхнее положение, и золотник, закрывая сливное отверстие, открывает входное. Реагент заполняет мерный сосуд до уровня, ограниченного нижним концом мерной трубки. После

отключения электромагнита золотник под действием пружины закрывает входное отверстие, открывая сливное, и отмеренный объем реагента выдается в технологический процесс.

Узел сосуда, предназначенный для отсечки заданного объема реагента, своим основанием прикрепляется к корпусу питателя ПРИУ-4М при помощи винтов. На цилиндре мерного сосуда нанесена шкала с делениями и числами, условно соответствующая объему жидкости в миллилитрах.

Рисунок 3.3. Вариант построения автоматизированной системы дозирования реагентов АСУДР – «Реагент» с питателями ПРИУ-4П

 

Расход реагента пропорционален величине установленной вручную порции и частоте срабатываний электромагнита.

Работа питателя ПРИУ-4М (рис. 3.2 б) (в импульсном исполнении) характеризуется тем, что расход реагента, проходящего через клапаны питателя, определяется как частотой следования, так и длительностью управляющих импульсов, поступающих в электромагнит питателя. Реагент поступает в питатель из напорного бака, расположенного над питателем на высоте от 2,5 до 5 м. Это обеспечивает больший расход реагентов, чем при использовании питателя в порционном исполнении. Кроме того, большой напор жидкости через питатель снижает погрешность при дозировании реагентов с повышенной вязкостью. При срабатывании электромагнита клапан питателя открывается, а реагент из бака через клапан питателя направляется в технологический процесс. При обесточенном электромагните клапан закрывается, и реагент в процесс не поступает.

Вариант построения автоматизированной системы дозирования реагентов АСУДР – «Реагент» представлен на рис. 3.3.

Питатели ПРНУ-4 относятся к дозаторам средних расходов и обеспечивают расход реагента в пределах 50-1000 л/ч. Они используются для дозирования реагентов – собирателей (например, ксантогената бутилового).

Для дозирования расхода реагентов – вспенивателей (например, «аэрофлот», «Т-80» и т.д.) используются питатели малых расходов типа ПМР-7А, производительностью 0,1-10 л/ч.

Устройство и принцип действия ПМР-7А поясняет рис. 3.4.

Питатель ПМР-7А порционного типа и управляется импульсами постоянного тока 24В с фиксированной длительностью и переменной частотой.

Питатель ПМР-7А включает: мерный сосуд 2, входной и выходной электромагнитные клапаны 1, поршень-поплавок 3, стержень поплавка 4, сигнальный флажок 5, бесконтактный датчик 6 и кожух 7.

Питатели управляются модифицированным блоком управления типа МУ-1, который попеременно включает и отключает электромагниты клапанов 1 питателя, обеспечивает наполнение мерного сосуда и слив его в технологический процесс.

При срабатывании входного электромагнита по команде управляющего устройства реагент из бака поступает в мерную емкость, заполняя ее до уровня, определяемого положением сигнального флажка на стержне поплавка. Заполнение происходит до момента вхождения флажка в зазор бесконтактного датчика.

 

Рисунок 3.4. Устройство питателя малых расходов ПМР-7А

 

После этого блок управления отключает входной и включает выходной электромагнит, и реагент из мерной емкости поступает в процесс.

Для дозирования реагентов – регуляторы среды (например, известкового молока), а также загрязненных и кристаллизующихся растворов используют дозатор, схема которого изображена на рис. 3.5.

Дозатор является прибором истечения дискретного действия с пневматическим приводом. Расход реагента определяется длительностью управляющего импульса, диаметром, длиной и перепадом высот реагентопровода, который автоматически периодически промывается водой один раз в час.

В состав автоматизированной системы дозирования известкового молока на основе этого питания входят: дозатор, который устанавливается непосредственно в поток проточного короба известкового молока с выходом сливного штуцера через дно короба; шкаф управления, в который поступает информация от pH-метров; пульт местного управления. Шкаф и пульт управления рассчитаны на группу дозаторов.

 

Рисунок 3.5. Схема дозатора известкового молока

 

Известковое молоко поступает в процесс в промежутках между управляющими импульсами, когда сжатый воздух не поступает в дозатор. Во избежание засорения выходного патрубка дозатора, он периодически промывается чистой водой.

Дозатор известкового молока применим для реагентопроводов диаметром 25-50 мм и диапазоном дозирования 1-200 л/мин.

Если количество точек дозирования флотационных реагентов невелико, можно использовать в системах управления реагентным режимом модули управления типа УДР-16 и МУ-1, предназначенных для управления электромагнитными и импульсными дозаторами.

Модуль УДР, построенный на PIC-контроллере, формирует 16

периодических двухступенчатых электрических управляющих сигналов. Первая ступень сигнала осуществляет включение электромагнита повышенным напряжением, а вторая ступень удерживает электромагнит во включенном состоянии. Суммарная длительность первой и второй ступени составляют часть периода повторения сигнала, причем первые ступени сдвинуты одна относительно другой на 1/16 периода следования сигнала управляющего сигнала.

Отношение длительности управляющего сигнала к длительности периода в процентах соответствует заданной производительности в процентах от максимальной пропускной способности питателя.

В каждый момент времени форсированное включение производится только одного электромагнита.

Может управлять работой 16-ти дозаторов, имеет цифровой канал связи с операторной станцией (RS-485), учет расхода реагента по каждому каналу, дисплей для автономного контроля.

Модуль управления МУ-1 может работать в комплекте с электромагнитными дозаторами типа ПРИУ-5М.

Питатель «ПРИУ-5М» работает от управляющих импульсов, поступающих на катушку электромагнита питателя с заданной частотой. При срабатывании электромагнита клапан питания открывается, и реагент поступает в процесс. При обесточивании электромагнита клапан закрывается. Объем реагента, подаваемого в процесс за одно срабатывание определяется длительностью импульса и диаметром расходной шайбы на входном отверстии клапана.

Питатель ПРИУ-5М обеспечивает необходимую точность дозирования реагентов, работает как в импульсном, так и в порционном режимах с диапазоном расхода 10-1000 л/ч, частотой управляющих импульсов 0-3 имп/мин и длительностью 0,4-10 с.

На обогатительной фабрике ОАО «СУМЗ» была разработана и внедрена система автоматической дозировки флотационных реагентов с использованием средств вычислительной техники и программируемых компьютеров.

Система автоматического дозирования флотационных реагентов предназначена для автоматической подачи реагентов для использования в технологическом процессе флотации.

Система выполняет следующие основные функции:

1. Измерение технологических параметров, в том числе измерение расхода сырья на каждую секцию с помощью конвейерных весов. Интегрирование расходов.

2. Визуализация технологического процесса с отображением информации о технологических параметрах в цифровом и графическом виде на дисплеях монитора компьютера оператора-технолога.

3. Автоматическое регулирование расхода флотореагента в 16 точках технологической цепочки на основе фактических значений расходов сырья на секции и задаваемых оператором-технологом удельных расходов флотореагента.

4. Введение суточных и формирование исторических протоколов (в виде текстовых файлов) о значениях технологических параметров и заданий с интервалом 15 минут.

5. Контроль работы технологического оборудования с отображением информации на дисплеях.

6. Звуковая и светоцветовая предупредительная и аварийная сигнализация о выходе технологических параметров за предельно допустимые значения и об остановке технологического оборудования. Введение суточных и формирование исторических протоколов аварийных сообщений с указанием даты, времени и характера аварийной ситуации.

7. Хранение на жестком диске компьютера оператора-технолога текущих суточных и исторических протоколов и их просмотр.

 

 

Рисунок 3.6 Структурная схема АДФР

 

Система АДФР построена по трехуровневой иерархической схеме

(рис. 3.6).

Нижний уровень системы включает в себя датчики КИПиА, контакты пускателей электроприводов оборудования, питатели реагентов ПРИУ-4-1 и источник питания для управления питателями.

Все датчики КИПиА данной системы, в том числе и конвейерные весы, имеют токовый выход 0…5 мА; на клеммах Wago установлены прецизионные сопротивления 1000 Ом между двумя линиями выходного сигнала, что позволяет снимать с клемм сигнал напряжением 0…5 В, который подается на плату аналогового ввода ADAM-5017.

Реагент поступает в питатели из напорного бака, расположенного над питателями. При подаче напряжения на электромагнит ПРИУ клапан питателя открывается, и реагент из бака поступает для использования в технологическом процессе, при обесточенном электромагните клапан закрывается.

Второй уровень системы строится на основе программируемого микроконтроллера серии ADAM-5510 фирмы Advantech, к платам ввода-вывода которого подключается оборудование нижнего уровня. В операторском помещении находится шкаф микроконтроллеров, в котором размещается оборудование второго уровня:

· базовый блок микроконтроллера ADAM-5510 с платами аналогового ввода ADAM-5017, дискретного ввода ADAM-5051 и двумя платами дискретного вывода ADAM-5056;

· платя для установки 4 модулей гальванической изоляции ADAM-3864 с выходными модулями постоянного тока ODC24;

· источник питания PWR-243 для питания контроллера и плат ADAM-3864;

· клеммники фирмы Wago.

Третий иерархический уровень системы строится на основе двух IBM PC совместимых персональных компьютеров.

Компьютер оператора-технолога находится в операторском помещении рядом со шкафом микроконтроллеров и служит для визуализации технологического процесса и управления. Обмен данными между управляющим компьютером и контроллером осуществляется с помощью интерфейса RS-232.

Второй компьютер является рабочим компьютером начальника главного корпуса обогатительной фабрики, он соединен с компьютером оператора-технолога через сеть Ethernet, на нем могут быть открыты файлы с рапортами ведения технологического процесса флотации и файлы с рапортами аварийных сообщений.

Электропитание напряжением 220 В источника питания PWR-243 и компьютера оператора-технолога системы АДФР осуществляется через источник бесперебойного питания Back-USP Pro мощностью 650 В*А, который обеспечивает работоспособность данного оборудования при исчезновении напряжения в сети 220 В в течении 15-30 минут.

В настоящее время система управляет 16 питателями ПРИУ-4-1. аппаратно систем позволяет довести число точек подачи флотореагентов , а соответственно и питателей, до 32 штук без дополнительных материальных затрат.

Программное обеспечение (ПО) системы АДФР разделяется на две группы: базовое и прикладное.

К базовому ПО относятся: операционная система Windows 98, программный пакет Genie 3.04 и пакет для программирования контроллеров UltraLogik 1.03. Пакет Genie служит для разработки программы визуализации и управления технологическим процессом. UltraLogik является программным средством разработки программы для контроллера ADAM-5510.

Прикладное программное обеспечение – это программа визуализации технологических параметров и управления процессом дозирования флотационных реагентов, созданная в среде Genie, и откомпилированная программа для загрузки в контроллер, созданная средствами UltraLogik и предназначенная для управления процессом дозирования, в том числе при отключенном компьютере оператора-технолога.