УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДРОБЛЕНИЯ
DEVICE FOR CONTROL OVER CRUSHING PROCESS

Изобретение относится к устройствам для регулирования производительности дробильных машин и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в металлургической, горнорудной и горноперерабатывающей промышленности.
Известно устройство (авторское свидетельство RU №2204438, 2003 г.) для автоматического управления процессом дробления материала в дробилке. Устройство содержит датчик расхода материала, поступающего на дробление, регулятор производительности питателя, датчик мощности, потребляемой приводом дробилки, счетчик моточасов, регулятор ширины разгрузочной щели дробилки, датчик крупности дробимого материала, блок выбора критериев. При этом устройство дополнительно содержит блок расчета относительных затрат электроэнергии на 1 т дробимого материала, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика расхода материала, второй вход соединен с выходом датчика мощности, потребляемой приводом дробилки, а третий вход - со вторым выходом счетчика моточасов, экстраполятор - блок расчета прогнозируемых значений крупности дробленого материала, первый вход которого соединен с выходом блока расчета относительных затрат электроэнергии на 1 т дробимого материала, а второй вход соединен с первым выходом датчика крупности дробленого материала, блок расчета относительной крепости материала, первый вход которого соединен с выходом экстраполятора - блоком расчета прогнозируемых значений крупности дробленого материала, а второй вход соединен со вторым выходом датчика крупности дробленого материала, блок расчета коэффициентов целевой функции и ограничений, вход которого соединен с выходом блока расчета относительной крепости материала, а выход соединен со входом оптимизатора, первый выход которого соединен со вторым входом регулятора производительности питателя, а второй выход оптимизатора соединен со вторым входом регулятора ширины разгрузочной щели дробилки.
Недостаток этого устройства - сложная конструктивная база автоматического управления процессом дробления. Введение блоков и связей неконтролируемых возмущающих воздействий не дает полной адаптации регулировочных характеристик устройства к изменениям свойств дробимого материала.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для управления процессом дробления путем обеспечения регулирования мощности дробилки, от которой зависит производительность (авторское свидетельство СССР №494188, 1976 г.), с регулируемым электроприводом питателя, включающее блок задания и датчик производительности, соединенные с регулятором производительности, регулятор и датчик мощности привода дробилки, датчик негабаритного куска материала, датчик скорости ленты отходящего конвейера и датчик уровня материала в приемном бункере. В это устройство включен регулятор нагрузки и привод питателя, входы которого соединены с выходами датчика уровня материала в приемном бункере, датчика скорости отходящего конвейера, датчика нагрузки приводного двигателя дробилки, датчика нагрузки отходящего конвейера и с выходом датчика контроля негабарита. Устройство дополнительно содержит последовательно соединенные интегратор, блок сравнения и блок контрольного времени, причем вход интегратора соединен с выходом привода питателя, вход регулятора нагрузки - с выходом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока контрольного времени. В этом устройстве имеется также два контура регулирования, причем в работе находится только основной контур регулирования - контур нагрузки приводного двигателя дробилки, а контур производительности работает только при мелком материале, обеспечивая защиту от перегрузки конвейера.
Однако электропривод питателя работает в дискретном режиме, и поэтому плавное регулирование подачи материала, а следовательно, и процесса дробления не получается. Из-за дискретности работы регуляторов и питателя не полностью используется дробильное оборудование, уменьшается максимально возможная производительность, происходит большой износ оборудования. Нет контура регулирования уровня материала в дробилке, а поэтому невозможно регулировать уровень загрузки дробилки, что очень важно для показателей работы дробилки. Имеющийся датчик негабарита применяется как аварийный. При некоторых условиях работы может возникать завал бункера дробилки.
Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи создания несложной и недорогой конструкции для автоматического управления процессом дробления, для регулирования производительности дробильных машин.
Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности автоматического регулирования и получения максимальной производительности при изменении физико-механических свойств и крупности дробильного материала, а также предотвращение аварийных режимов работы дробилки и отходящего конвейера.
Этот технический результат достигается тем, что устройство для управления процессом дробления, содержащее регулируемый электропривод питателя, а также блок задания и датчик производительности, соединенные с регулятором производительности, регулятор и датчик мощности привода дробилки, датчик негабаритного куска материала, датчик скорости ленты отходящего конвейера и датчик уровня материала в приемном бункере, в соответствии с заявляемым изобретением снабжено датчиком и регулятором уровня материала в дробилке, причем к первому входу регулятора мощности подключен выход регулятора производительности, ко второму входу - датчик мощности, выход регулятора мощности подключен к первому входу регулятора уровня материала в дробилке, ко второму входу которого подключен датчик уровня материала в дробилке, регулируемый электропривод питателя соединен с выходом регулятора уровня материала в дробилке, с выходами: датчика негабаритного куска материала, датчика уровня материала в приемном бункере и датчика скорости ленты отходящего конвейера.
На рисунке 1 схематично изображено заявляемое устройство управления процессом дробления.
Устройство содержит блок задания производительности 1, подключенный к входу регулятора производительности 2, выход которого соединен с входом регулятора активной мощности 3, выход последнего соединен с входом регулятора уровня материала 4 в бункере дробилки 7, выход которого соединен с регулируемым электроприводом 5 питателя 6 дробилки 7. Датчики производительности 8, активной мощности 9, уровня материала 10, соединены с входами одноименных регуляторов. Датчик негабаритного куска материала 11, датчик уровня материала 12 в приемном бункере, датчик скорости ленты 13 отходящего конвейера 14 соединены с входом электропривода 5 питателя 6 дробилки 7.
Датчик производительности 8 установлен на отходящем конвейере 14 и измеряет производительность дробилки. Датчик 9 измеряет активную мощность электродвигателя привода дробилки 7 за вычетом активной мощности холостого хода привода дробилки. Датчик уровня 10 замеряет уровень материала в бункере дробилки 7. Регулируемый электропривод 5 питателя 6 может быть выполнен по любой системе управления на основе любых электрических машин, но с плавным регулированием частоты вращения, например, тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока, тиристорный преобразователь - вентильный двигатель, преобразователь частоты - асинхронный двигатель, асинхронно - вентильный каскад.
Последовательное соединение контуров регулирования, их порядок следования, зависит от последовательности прохождения материала по дробилке, а поэтому контур уровня материала в бункере дробилки является внутренним и управляется контуром мощности привода дробилки, который, в свою очередь, управляется контуром производительности. Последний является главным, им задается весь процесс дробления.
Применение аналогового датчика уровня 10 и регулятора уровня 4 позволяет регулировать уровень материала в бункере дробилки. Известно, что при изменении физико-механических свойств материала и крупности кусков необходимо поддерживать заданный уровень материала в бункере дробилки. Это требование полностью обеспечивается контуром регулирования уровня.
В установившемся режиме, когда нет внешних возмущений, устройство работает следующим образом.
Блоком задания производительности 1 выдается задание регулятору производительности 2. Датчик производительности 8 замеряет производительность дробилки на конвейере 14 и выдает сигнал регулятору 2. Разность этих сигналов, измененная на величину статического коэффициента усиления регулятора производительности 2, является заданием для второго контура регулирования - контура активной мощности приводного двигателя дробилки. Регулятор активной мощности 3 суммирует два сигнала - от датчика активной мощности 9 и с выхода регулятора производительности 2, и усиливает сигнал рассогласования. С выхода регулятора активной мощности 3 сигнал поступает на третий контур - контур регулирования уровня материала в бункере дробилки. Регулятор уровня 4 получает сигналы от датчика уровня 10 материала в бункере дробилки 7 и с выхода регулятора активной мощности 3. Разность этих сигналов, усиленная регулятором уровня 4, поступает на вход плавно-регулируемого привода 5 питателя 6 дробилки 7. Питатель 6 загружает бункер дробилки со скоростью, соответствующей заданной производительности блоком задания 1.
В переходных режимах устройство работает следующим образом.
При уменьшении уровня материала в бункере дробилки 7 сигнал с датчика уровня 10 также уменьшается. На выходе регулятора 4 увеличивается разность между сигналом с выхода регулятора мощности 3 и сигналом с датчика уровня 10. На выходе регулятора уровня 4 закон изменения сигнала будет зависеть от его передаточной функции и постоянной времени. Однако он изменяется в сторону увеличения и увеличивает частоту вращения привода 5 питателя 6 дробилки 7, а следовательно, и скорость подачи материала в бункер дробилки 7 до восстановления уровня материала в бункере дробилки 7.
Если увеличится твердость материала, то увеличится потребляемая мощность привода дробилки и сигнал с датчика мощности 9. При этом сигнал с регулятора мощности 3 изменяется в зависимости от передаточной функции регулятора в сторону уменьшения, а значит уменьшается подача материала в бункер дробилки 7. Производительность дробилки и сигнал с датчика производительности 8 уменьшается, а так как на выходе регулятора 2 увеличивается разность сигналов, то на выходе его изменяется сигнал в зависимости от передаточной функции регулятора в сторону увеличения, увеличиваются сигналы на выходах регуляторов 3 и 4 и, соответственно, скорость подачи материала в бункер до восстановления заданной производительности.
В новом установившемся режиме двигатель дробилки работает с большей мощностью при той же производительности. Таким образом, при изменении физико-механических свойств материала производительность дробилки остается заданной, а точность зависит от передаточной функции регулятора.
При уменьшении размеров кусков материала увеличивается производительность дробилки и возрастает сигнал с датчика производительности 8. Сигнал с регулятора производительности 2 уменьшается по определенному закону, а следовательно, уменьшаются сигналы с регуляторов 3 и 4 и скорость подачи материала в дробилку 7. Переходный процесс длится до тех пор, пока не установится заданная производительность. В новом установившемся режиме работы, то есть при уменьшении размеров кусков, мощность двигателя дробилки меньше по сравнению с предыдущим режимом, а производительность остается на заданном уровне.
Регуляторы системы выполняются аналоговыми устройствами. Выбор параметров регуляторов, оптимизация контуров регулирования осуществляется в каждом устройстве индивидуально, в зависимости от требуемой точности регулирования каждой переменной: производительности дробилки, активной мощности приводного двигателя, уровня материала в бункере дробилки. Аналоговые регуляторы также позволяют автоматически ограничить максимальные значения величин уровня материала, активной мощности и производительности, а привод 5 питателя 6 дробилки 7 может (при необходимости) ограничить свою нагрузочную способность на заданном максимальном уровне.
При аварийных случаях (попадание негабаритного куска материала в зев дробилки, нижняя подушка материала в приемном бункере; порыв, сход, пробуксовка, остановка ленты конвейера), контролируемых соответственно датчиками 11 и 12, выполненными в виде «гамма-реле» и датчиком скорости ленты конвейера 13, электропривод 5 питателя 6 прекращает подачу материала в дробилку 7.
Заявляемое устройство позволяет: уменьшить количество обслуживающего персонала, плавно регулировать скорость изменения подачи материала, что сказывается на уменьшении износа оборудования, а это важный фактор экономии марганцевых плит щековых дробилок.
Процесс дробления плавно-непрерывный, а поэтому потери электроэнергии на переходные процессы в электроприводах меньше по сравнению с дискретным процессом дробления. Кроме этого, при задании максимальной производительности, она будет больше по сравнению с дискретной системой дробления. От плавности процесса дробления (поддержание уровня материала в бункере дробилки) улучшается качество дробленого материала, уменьшается фракционность, процент заданной фракции увеличивается.