Автоматизация технологических процессов является едва ли не решающим фактором повышения производительности и улучшения условий труда, улучшения экономических показателей.

Создание новых высокопроизводительных технологических процессов с большой скоростью выполнения операций и значительной единичной мощностью агрегатов требует быстродействующих и надежных технических средств для управления и контроля, обеспечивающих реализацию преимуществ новой технологии; при этом уровень автоматизации выбирается уже при синтезе технологии и, в свою очередь, во многом определяет эту технологию (системное проектирование автоматизированных технологических комплексов, в том числе автоматизированного оборудования).

Технологические процессы в промышленности строительных материалов представляют собой достаточно типичные объекты применения методов теории автоматического регулирования, но в то же время это своеобразная область развития автоматизированного управления вплоть до создания интегрированных АСУ организационно-технологического типа.

Особое значение как основному звену автоматизации отводится электроприводу. Информационные функции электропривода очень велики. Электропривод позволяет наиболее простыми методами определять силовые параметры технологического процесса, осуществлять диагностику и контроль работы оборудования. Повышение технического уровня дробильного оборудования в первую очередь связано с совершенствованием характеристик и расширением функциональных возможностей электропривода.

Одним из первых этапов при производстве строительных материалов,

является процесс дробления. Рассматривая пути повышения эффективности процессов измельчения и снижения их энергоемкости с учетом отечественного и зарубежного опыта, следует обратить серьезное внимание на оснащение дробильного оборудования современными средствами управления. Это можно решить двумя путями с помощью средств локальной автоматики и с помощью средств вычислительной техники. В настоящее время во многих случаях предпочтение следует отдавать микроконтроллерам, так как они постоянно совершенствуются и удешевляются. Да и опыт эксплуатации АСУТП дробления на предприятиях нашей страны и за рубежом подтверждает целесообразность применения этих устройств.

1.    

В данном курсовом проекте требуется разработать АСУ двухстадийного дробления замкнутого цикла твердых пород для заводов мощностью более 10 тыс. т./сут.

На рис. 1. приведена схема двухстадийного дробления по замкнутой схеме с регулированием  загрузки   дробилок   по   показателям удельной потребляемой мощности и степени заполнения камеры дробления.

Рис. 1.1. Автоматизация двухстадийного дробления по замкнутой схеме

Из бункера 1 питатель 6 загружает дро­билку первой стадии 8, откуда через конвейер 15 и грохот 18 продукт дробления поступает в дробилку 20 второй стадии. Подрешетный продукт поступает на конвейер 19. Из дробилки 20 продукт дробления пропускается через грохот 18. В схеме используются датчики мощно­сти 12 и 22, сигнализаторы уровня 16 и 17 заполнения дробилки 20, конвейерные весы 14, датчики уровня 4 и 5 в воронках 2 и 3, электропривод 7 и вариатор 10, исполнительный ме­ханизм 9 изменения щели дробилки первой ста­дии с преобразователем 11 и логическое уст­ройство 13, управляющее схемой. Конвейер 21 является

промежуточным между дробилкой вторичного дробления и конвейером 15. Путем соответствующих настроек систем регулирования величин питания, удельной мощ­ности и размера щели дробилки первой ступени достигается максимальная производительность всего комплекса.

Если дробилка 20 начинает перегружаться, что фиксируется датчиком мощности 22 или сигнализатором уровня 16 соответствующими; сигналами, по которым логическое устройство 13 начинает уменьшать щель дробилки 8, то повысится удельная мощность дробилки 8 и сократится поток поступающего в нее материала. При уменьшении нагрузки дробилки 20 система стремится увеличить поток поступающего в дробилку материала.

В системе предусмотрена следующая конт­рольно-измерительная аппаратура.

При температуре масла в маслоотстойнике 60 °С включается вентиль, подающий воду в холодильник маслосистемы. Если вентиль не открылся, то на пульт диспетчера подается звуковой сигнал и загорается красная лампа, сигнализирующая об аварии в маслоотстойнике. Вентиль вновь закрывается при температу­ре масла ниже 55° С. Контроль температуры подшипников осуществляется при помощи аппа­ратуры встроенной температурной защиты и сигнализации типа АТВ-29.

В качестве температурных датчиков ис­пользуются термометры сопротивления, кото­рые установлены на втулках приводного вала и втулке вала эксцентрика. При повышении температуры подшипника выше допустимой (80° С) электрическое сопротивление полупро­водникового термосопротивления уменьшается, и срабатывает реле РПТ. При этом на пульт диспетчера подаются звуковой и световой сигналы аварии с подшипником.

2.   

2.1 Характеристика дробления и дробильное оборудование

Одним   из   основных   показателей   дробильных   машин   являются   степень измельчения  - средневзвешенный размер куска исходного  материала,  - средневзвешенный кусок конечного (готового) продукта.

Степень измельчения зависит от конструкции дробильной машины, физико-механических свойств перерабатываемой каменной породы и абсолютной величины кусков. С увеличением степени измельчения производительность дробильных машин снижается, а расход энергии возрастает. Каждой конструкции дробильной машины при максимальной производительности соответствует оптимальная степень измельчения: так, для щековых и конусных дробилок крупного дробления i=3-5. Когда требуется большая степень измельчения, дробление осуществляют в несколько стадий, т.е. последовательно устанавливают ряд дробильных машин, различных по конструкции и техническим характеристикам. При этом постепенно переходят от крупного к среднему и затем мелкому дроблению с таким расчетом, чтобы эффективность дробления на последующих стадиях была выше, а затраты энергии меньше.

Процесс дробления отличается большим расходом энергии и быстрым износом деталей машин, находящихся в соприкосновении с дробимым материалом. Такие детали изготовляют большей частью из дорогих легированных сталей. Перед дроблением из исходного материала следует

удалять фракции готового продукта, так как, распределяясь между более крупными кусками, они повышают упругость измельчаемой массы. При переработке нерудных строительных материалов машины могут работать по открытому и замкнутому циклам.

При дроблении по открытому циклу материал проходит через дробильную машину только один раз, при этом куски конечного продукта получаются неодинаковыми по величине.

При дроблении по замкнутому циклу крупные фракции оставшегося на сите материала после сортировки возвращаются на повторное дробление. Так как материал неоднократно проходит через дробильную машину, то нагрузка (циркуляционная) на нее увеличивается, однако машина работает с большей производительностью, чем при открытом цикле, и выдает более равномерный продукт. При замкнутом цикле дробления материал не переизмельчается и уменьшаются расходы энергии, а также износ рабочих органов машины. Недостаток замкнутого цикла дробления заключается в том, что с ростом числа машин и транспортирующих механизмов увеличиваются высота зданий и капитальные затраты. Применяются одностадийные, двухстадийные, трехстадийные и реже четырехстадийные схемы дробления. При определении числа стадий дробления следует учитывать мощность предприятия, размеры кусков исходного и конечного продукта, а также конструкции дробилок. Число стадий дробления является основным показателем, определяющим схему дробильно-сортировочного завода.

Основными способами дробления, осуществляемыми рабочими органами дробильных машин, являются раздавливание (сжатие), удар, истирание и раскалывание. Часто эти способы сочетают друг с другом, например раздавливание с ударом, удар с истиранием и т.п., при этом комбинируются действия сил изгибающих, срезающих и разрывающих.

Выбор способа дробления зависит от физико-механических свойств материала (твердости, хрупкости, вязкости, загрязненности глиной, склонности к замазыванию дробильной камеры), начальной величины кусков и требуемой степени измельчения. Твердые материалы наиболее эффективно измельчаются ударом или раздавливанием, пластинчатые (глина) - раздавливанием в сочетании с истиранием, хрупкие материалы (уголь) - раскалыванием.

Дробилки классифицируют на щековые, конусные, валковые, молотковые и роторные. В данном курсовом проекте рассматривается дробильный комплекс двухстадийного дробления замкнутого цикла на основе щековой и конусной дробилок.

Щековые дробилки применяют как для первичного (грубого), так и для вторичного или среднего (и мелкого) дробления каменных пород любой прочности. В настоящее время в промышленности нерудных строительных материалов их используют в основном для среднего и мелкого дробления и реже для крупного. Эксплуатация щековых дробилок крупного дробления подтверждает, что они свободно достигают паспортной производительности и могут работать с перегрузкой до 15-20 %. В отличие, например от конусных, щековые дробилки более производительны (хотя и более сложны), процесс дробления в них непрерывный, при эксплуатации допускают некоторые перегрузки.

На цементных заводах применяют щековые дробилки двух типов – с простым и сложным качанием подвижной щеки (рис. 2.1,а)  последняя посажена на горизонтальную ось, опирающуюся на два подшипника. Каждая точка подвижной щеки, периодически приближаясь и удаляясь от неподвижной, описывает дугу окружности. Щель между неподвижной и подвижной щеками при этом то уменьшается то увеличивается и куски материала, находящиеся между ними, сначала раздавливаются, а затем выпадают из дробилки.   

Рис. 2.1. Кинематические схемы щековых дробилок:

а — с простым движением щеки;    б — со сложным движением щеки

У дробилок со сложным качанием подвижной щеки (рис. 2.1, б) верхний конец ее подвешен к вращающемуся эксцентриковому валу, а нижний шарнирно связан тягой с задней торцовой стенкой корпуса дробилки. При вращении вала каждая точка щеки движется по замкнутой кривой, т. е. качается по дуге окружности и поступательно переме­щается вверх — вниз вдоль щеки. Материал, зажатый между щеками такой дробилки, не только раздавливается, но и истирается. У таких дробилок относительно неболь­шая производительность и их в цементной промышленности приме­няют редко.

В конусных дробилках материал раздавливается между поверхностями двух конусов: вращающимся внутренним 1 и неподвижным внешним 2 конусом. В зависимости от типа дробилки внутренний конус совершает круговые колебания по одной из трех схем. (рис. 2.1)

Рис. 2.2. Расположение конусов дробилки

В конусных дробилках с крутым конусом и подвешенным валом (рис. 2.2, а) внутренний конус совершает круговые колебания около неподвижной точки О, находящейся на оси наружного конуса, при этом центр основания внутреннего конуса описывает окружность вокруг этой оси. В конусных дробилках с крутым конусом (рис. 2.2,6) круговые колебания внутреннего конуса 1 совершаются с перемещением его оси по образующей А — В цилиндра с радиусом, равным эксцентриситету Г. В дробилках с консольным валом (рис. 2.2, в) точка О, вокруг которой совершаются круговые колебания внутреннего конуса 1, смещена вниз до уровня верхней кромки наружного конуса 2. При круговых колебаниях поверхность внутреннего конуса поочередно то приближается, то удаляется от нее. В момент приближения внутреннего конуса к поверхности внешнего происходит дробление, а при удалении раздробленный материал под действием

собственного веса выпадает из кольцевого отверстия дробилки. Таким образом, дробление и разгрузка в дробилке происходит непрерывно.

Дробилки с подвешенным валом и эксцентриковые применяют для крупного, а дробилки с консольным валом - для среднего и мелкого дробления, в основном для вторичного дробления. Конусные дробилки — для среднего и мелкого дробления, в основном для вторичного дробления. Конусные дробилки для среднего и мелкого дробления характеризуются диаметром основания дробящего конуса, а дробилки крупного дробления с крутым конусом - шириной загрузочного отверстия.

2.2. Обзор существующих систем автоматического управления

процессом дробления

Основное требование к процессу дробления заключается в уменьшении крупности материала до определяемой потреблением величины. Материалы, поступающие на дробление, как правило, отличаются значительными колебаниями физико-механических свойств и в первую очередь гранулометрического состава. Задача автоматического регулирования процесса дробления заключается в поддержании заданной крупности конечного продукта и в максимальном использовании подводимой к дробильным агрегатам энергии за счет оптимальной загрузки дробилок, а также получение наибольшей возможной производительности конечного продукта и в максимальном использовании подводимой к дробильным агрегатам энергии за счет оптимальной загрузки дробилок, а также получение наибольшей возможной производительности конечного продукта при наибольшей загрузке камеры дробления дробилок. В настоящее время дробилки имеют входные отверстия размером до 3100x3300 мм. Такие крупные куски могут стать причиной возникновения пиков момента сопротивления, которые приближаются к предельному вращающему моменту двигателя привода. Дальнейшая перегрузка может вызвать остановку дробилки, которую затем приходится освобождать вручную, что приводит к длительным простоям.

Наиболее простой схемой контроля и поддержания верхнего уровня заполнения камеры дробления является схема с уровнемером, устанавливаемом на неподвижной боковой стенке дробилки на высоте, равной примерно 2/3 высоты камеры дробления. При равенстве в установившемся режиме производительности питателя и дробилки уровень заполнения меняется незначительно. В случае снижения производительности дробилки питатель останавливается или переводится на пониженную скорость подачи. В качестве уровнемера может быть использовано гамма-радиоактивное реле, электронный сигнализатор уровня и т.п. Такая система автоматического регулирования обеспечивает безаварийную эксплуатацию узла «питатель - дробилка», надежно контролирует и предотвращает переполнение камеры дробления при не соответствии производительностей питателя и дробилки, а также при попадании в камеру дробилки негабаритов или металла. Существуют также системы регулирования производительности дробилки по току двигателя дробилки или по мощности, затрачиваемой двигателем дробилки, но схемы регулирования загрузки дробилки по уровню предпочтительнее схем регулирования по току или расходу энергии, поскольку первые точнее позволяют определять истинную загрузку дробилки и поддерживать ее на максимальном значении при изменяющемся качестве исходного питателя. Однако более перспективными являются комбинированные схемы, которые регулируют производительность дробилки по нескольким параметрам.

С целью повышения точности регулирования была разработана система с коррекцией по текущему значению производительности (рис. 2.3), измеряемой косвенным образом по мощности, потребляемой приводным двигателем отводящего конвейера. Поддержание заданной производительности дробилки достигается путем настройки датчиков 1Дн и 2Дн. Если нагрузка приводных двигателей 5 и 1 отводящего конвейера и дробилки меньше заданной, то с помощью выходных реле датчиков 2 и 4 через электронный блок 3 подается команда на включение пластинчатого питателя 6. В процессе дробления питатель отключается в том случае,  когда нагрузка хотя бы на одном из двигателей превышает значение, на которое настроены датчики.

Рис. 2.3. Система с коррекцией по текущему значению производительности

В системе автоматической загрузки дробилки, созданной ВНИИнеруд, ВНИИСтройДорМаш и институтом Тяжпромавтоматика (рис. 2.4.), регулируемые параметры - производительность и уровень - контролируются электротензометрическими конвейерами веса 1 и фотоэлектрическим уровнемером 2.

Рис. 2.4. Система автоматической загрузки дробилки

Два контура управления, включающие в себя регуляторы уровня и производительности 3 и 4, через промежуточный блок 5 воздействует на ток подмагничивания однофазных силовых магнитных усилителей 6. Выпрямленное напряжение усилителей подается на обмотку якоря приводного электродвигателя дробилки. Если в автоматическом режиме регулируемые величины превысят установленные для них предельные значения, на блок 5 поступит сигнал, и питатель выполняющий функцию исполнительного органа, до тех пор будет снижать свою производительность, пока сигнал не исчезнет. Если уровень не превышает нижнего заданного значения (0,6 высоты камеры дробления), регулятор уровня выключается, и регулирование осуществляется по производительности. При заполнении дробилки до верхнего максимального допустимого значения - 0,9 высоты камеры-регулятор останавливает питатель. При опускании уровня заполнения ниже предельного значения регулирование ведется только по сигналу датчика производительности. Недостаток системы заключается в применении системы регулирования релейного действия. Это приводит к быстрому износу пусковой аппаратуры,

редуктора и пластинчатого питателя из-за частых пусков. Но эта система может быть превращена в линейную систему управления при соответствующей замене аппаратуры. Вместо привода релейного действия может быть применен привод пластинчатого питателя с индукторной муфтой скольжения; привод с двигателем постоянного тока, питателем от управляемого магнитного усилителя, или привод с кремниевым выпрямителем. В этом случае получается система регулирования производительности конечного продукта дробления с последовательной коррекцией по значению производительности.

Криворожсский горнорудный институт разработал систему регулирования загрузки дробилки (рис. 2,5). Изобретение относится к управлению конусными дробилками, может быть использовано в черной и цветной металлургии, в ПСМ и в химической промышленности и позволяет повысить точность регулирования.

рис. 2.5. Система регулирования загрузки дробилки Криворожсского

горнорудного института

Система содержит питатель 1, грохот 2, дробилку 3, конвейер 4 подгрохотного продукта, конвейер 5 дробленного продукта, привод 6 питателя, датчик 7 производительности грохота, блок 8 определения соотношения, блок 9 сравнения соотношений, задатчик 10, датчик 11 уровня руды в дробилке, регулятор 12, электроприводы 13 и 14 грохота и дробилки, датчик 15 производительности дробилки, пороговые элементы 16 и 17, блоки 18 и 19 задержки и коммутаторы 20—22. Формула изобретения. Система регулирования загрузки дробилки с грохотом, питателем, конвейерами дробящего и подгрохотных продуктов, содержащая блок определения соотношения; блок сравнения   соотношений;   задатчик,   датчик  уровня  руды   в  дробилке;   датчик производительности грохота; регулятор и электроприводы питателя, грохота и дробилки, причем датчик производительности грохота подключен к первым входам блока определения соотношения. Выход через блок сравнения соотношений соединен с первым входом задатчика, второй вход которого соединен с датчиком уровня руды в дробилке. Выходной сигнал задатчика через регулятор поступает на электропривод питателя. Особенность данной системы в том, что для повышения точности регулирования, она снабжена тремя коммутаторами, двумя пороговыми элементами, двумя блоками задержки и датчиком производительности дробилки. Датчик производительности дробилки подключен ко второму входу блока определения соотношения, выход которого соединен с входами пороговых элементов. Выход первого порогового элемента соединен с первыми входами первого и второго коммутаторов и второго блока задержки, второго - со вторым входом первого коммутатора и входом первого блока задержки. Сигнал с первого блока задержки поступает на входы второго коммутатора и второй блок задержки. Привод дробилки соединен через третий коммутатор со вторым блоком задержки. Выход первого коммутатора соединен с приводом питателя, а выход второго коммутатора соединен с приводом.

Следует отметить также недостатки предложенных последних двух систем. В системе, предложенной институтом «Кривбасспроект» на питателе используется датчик веса, который снижает надежность системы. Использование последовательной коррекции, как принципа построения системы регулирования также можно отнести к недостаткам данных систем.