Автоматизированное предприятие - углеобогатительная фабрика будущего

Л.А. Антипенко, Н.Г. Сарин

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ -УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНАЯ ФАБРИКА БУДУЩЕГО

В период бурного развития обогащения угля с вводом в эксплуатацию обогатительных фабрик нового поколения вопросы создания автоматизированного предприятия являются актуальными. На углеобогатительных фабриках (УОФ) внедряются системы автоматического управления (САУ). Полученный опыт внедрения САУ позволяет сформулировать направления дальнейшего усовершенствования этих систем. Применяются на УОФ системы управления четырехуровневые. В четвертый уровень местного управления входят средства локальные системы автоматизации технологических процессов. В САУ используются контрольно измерительные датчики, приборы, контроллеры иностранного происхождения. Целью доклада является выдача задания на разработку автоматизированной системы управления углеобогатительной фабрики будущего. включая локальные системы - приборы контроля, устройства, технологические режимы обогащения без местного управления (диспетчером) оператором. Разработка систем автоматизации при импортозамещении оборудования, программно-технических средств.

Ключевые слова: углеобогащение, автоматизация, управление, автоматизированные системы, контроль, измерение , приборы, локальные системы.

С увеличением добычи и обогащения угля, вопросы создания автоматизированного предприятия углеобогащения, являются актуальными. Полученный опыт, достижения на современном уровне систем автоматического управления углеобогатительными фабриками позволяет сформулировать направления дальнейшего усовершенствования этих систем.

На достигнутом уровне цель создания системы — повышение эффективности управления технологическим комплексом, улучшение технико-экономических показателей, его функционирования: снижение удельных затрат на производство и увеличение выхода и качества товарной продукции [2—4]. Объектом управления является комплекс технического оборудования,

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 2. С. 5-13. © 2017. Л.А. Антипенко, Н.Г. Сарин.

УДК 622.7. 011.56

агрегатов, поточно-транспортных систем для приема, складирования и выгрузки рядовых углей и продуктов обогащения, классификации, технологического оборудования процессов обогащения угля и вспомогательного оборудования.

При управлении технологическим комплексом выполняются задачи контроля и управления состояния оборудования и агрегатов, образующих поточно-транспортные системы отдельных технологических комплексов и управления технологическим процессом обогащения.

Системы автоматизации управления технологическими комплексами обогащения, обезвоживания продуктов и сгущения шламов предусматривают состояние поточно-транспортного и технологического оборудования, агрегатов и вспомогательного оборудования и автоматическое управление пуском, остановкой оборудования в соответствии с регламентом управления элементами технологического комплекса.

Осуществляется контроль состояния технологического оборудования и процессов пусковой аппаратуры с учетом требований безотказной эксплуатации агрегатов. Основной режим автоматический.

• Режим «автомат» — включение и выключение электроприводов агрегатов технологической схемы, с взаимной блокировкой электроприводов, согласно жестко заданной технологической последовательности — маршрута — с автоматическим аварийным остановом.

• Режим «дистанция» — включение и отключение электроприводов агрегатов без автоматических блокировок электроприводов.

• Режим «местный» — наладочный.

Все системы автоматического управления разработаны на базе программируемых логических контролеров зарубежных фирм: «Omron» (Япония), Scheider Electric, ABB, Danfoss, Rittal и другие.

Примером современной СА ОФ нового поколения может служить СА ОФ «Калтанская—Энергетическая». ИО СУ ОФ «Кал-танская—Энергетическая» разработана с помощью SKADA — системы Citect корпорации Scheider Electric (Германия).

Основная цель создания системы автоматизации управления (САУ ОФ) — это повышение эффективности управления технологическим комплексом и вследствие этого, улучшение технико-экономических показателей его функционирования (рис. 1) [5].

Рис. 1. Функциональная структура САУОФ «Калтанская-Энергетическая»

Предусмотрены четыре уровня:

• уровень наблюдения, контроля и планирования производства;

• уровень централизованного контроля и диспетчерского управления;

• уровень автоматического контроля и управления;

• уровень местного управления.

В уровень наблюдения, контроля и планирования производства входят:

• система централизованного сбора, обработки и хранения информации;

• система автоматизации управления производственными процессами;

• система инженерного сопровождения.

В уровень централизованного контроля и диспетчерского управления входит:

• система автоматизации оперативно-диспетчерского контроля и управления технологическим комплексом фабрики (САУ ТК).

В уровень автоматического контроля и управления входит системы САУ технологическими комплексоми углеподготов-ки, обогащения рядового угля и погрузки

В уровень местного управления входит пусковая аппаратура, датчики и средства локальной автоматики.

Контрольно-измерительные приборы не входят в систему САУ.

Для контроля основных технологических параметров применяется приборы ведущих мировых и российских производителей:

• ультразвуковые уровнемеры SITRANS L и гидростатические преобразователи уровня SITRANS P, а так же конвейерные весы MSI производства компании SIMENS;

• бесконтактные измерители плотности ИПБ-IK производства НТЦ Экофизприбор.

В перечень приборов автоматизации входят: золомеры, влагомеры, весы конвейерные, датчики уровня, датчики давления, плотномеры, датчики заштыбовки, регулируемые задвижки. Все эти приборы и устройства импортного производства: Ashscan, ДИО, SITRANS R и др.

В автоматическую систему технологических процессов не входят локальные конкретные системы автоматизации отдельных процессов обогащения, например, система автоматического управления тяжелосредным комплексом, которая должна обеспечить полный контроль и стабилизацию заданной плотности кондиционной суспензии при любом режиме автоматизации, запуск, остановку и контроль всего оборудования модуля тяжелосредной сепарации и регенерации суспензии [8].

Основой для получения высоких технологических показателей в процессах обогащения тонких классов угля на спиральных сепараторах, гидросайзерах, флотации является эффективность классификации в гидроциклонах.

Эффективность классификации в гидроциклонах определяется диаметром граничного зерна разделения, который зависит от давления подачи питания, содержания твердого в питании, плотности и расхода пульпы.

Сгущенный продукт гидроциклона является питанием спиральных сепараторов и гидросайзеров. На спиральные сепараторы требуется подача поступающей пульпы оптимальной плотности.

В локальной системе обязательно должно быть предусмотрено разбавление водой в случае выдачи сгущенного продукта гидроциклона большей плотности, чем требуется для спиральных сепараторов.

С учетом сложности управления процессами осаждения и фильтрования, необходимо предусматривать в локальной системе автоматический контроль расхода и содержания твердого в шламовой воде, поступающей в радиальный сгуститель и в сгущенном продукте. Автоматическое поддержание заданного расхода флокулянтов для процесса сгущения и фильтрования. Автоматический контроль зольности, содержание твердого и объемного количества каждого процесса обогащения должен быть предусмотрен в единой цепочке с системой автоматического управления углеобогатительного предприятия.

В настоящее время локальные системы предусматриваются в системе АСУТП и внедряются после пуска предприятия в эксплуатацию без увязки в общую систему САУ. Регулировка и настройка технологического режима, в частности, измерения плотности разделения в тяжелых средах, в случае изменения качества поступающего угля на обогащение производится диспетчером (оператором) обогатительной фабрики [5—7].

Настройка локальных систем автоматизации производится для поддержания качества полученного продукта, которое должно быть постоянным, несмотря на изменение количественных и качественных показателей сырья поступающего на обогащение.

Целью доклада является выдача задания на разработку автоматизированной системы управления, включая локальные приборы, устройства, технологические режимы обогащения без местного управления (ручной наладки). Входной параметр — качество товарной продукции.

Система должна реагировать на все изменения качественных и количественных показателей рядового угля, поступающего на обогащение. В настоящее время САУ работает на постоянную сырьевую базу. С изменением плотности обогащения крупных классов на большую или меньшую величину автоматически должны срабатывать все локальные системы. Автоматическая система управления должна иметь три уровня, без местного управления. Местное управление должно быть только при пуско-наладочных работах.

На рис. 2 приведена схема соединений оборудования обогатительной фабрики, производительностью 1500 т/час, на которой приведены возможные локальные системы управления

Па -датчик плотности

Маг -датчик содержания магнетита

Вл -ватчик (¡ложности

Рис. 2. Схема соединений оборудования

процессами обогащения угля: дробление, грохочение, обогащение крупного угля в тяжелосредных сепараторах для получения концентрата, промежуточного продукта и отходов обогащения с системой регенерации суспензии. Обогащение класса менее 25 мм в тяжелосредных гидроциклонах с регенерацией суспензии. Для классификации шламов предусмотрены гидроциклоны, сливы которых поступают в радиальный сгуститель. Сгущенный продукт радиального сгустителя обезвоживается на ленточных фильтр-прессах.

Локальная система управление процессом дробления обеспечивает стабилизацию производительности, регулирование максимальной крупности угля с возможностью изменения размера выпускной щели, загрузку материала питателя и дробилки, а так же автоматический запуск и остановку оборудования.

Управление процессом обогащения в тяжелосредном сепараторе и гидроциклоне обеспечивает стабилизацию производительности, контроль качества продуктов обогащения с автоматическим изменением плотности и сигнализацию уровней в зумпфах.

Автоматизация процесса классификации в гидроциклоне регулирует стабильность производительности, содержание твердого в продуктах классификации, автоматический контроль и сигнализация уровней в зумпфах.

Система управление процессом сгущения на радиальном сгустителе предусматривает контроль расхода и содержания твердого в шламовой воде и в сгущенном продукте.

Локальная система управления процессом фильтрации ленточного фильтр-пресса обеспечивает контроль влажности ке-ка, автоматическое регулирование дозирования флокулянтов и сигнализацию о режимах работы. (см. рис. 2).

Выводы

1. Система автоматического управления углеобогатительными предприятиями обладает рядом недостатков. Требуется дополнение в систему управления локальных систем управления технологическими процессами с учетом контроля измерений, контроля качественных показателей работы машин, аппаратов, устройств с заданными параметрами режимных карт.

2. С учетом изменений качественной характеристики поступающего на обогащение угля, в системах САУ предусмотреть автоматическую настройку локальных систем технологических процессов, выдавать продукцию заданного качества.

3. Проектирование обогатительной фабрики производить параллельно с разработкой системы автоматического управления. Это позволит сократить сроки проектирования, повысить требования к технико-экономическим показателям работы фабрики.

4. В технологических схемах обогащения предприятий предусматривать оборудование, программно-технические средства отечественных производителей и соответственно системы управления требуют импортозамещения, освоения новых программно-технических комплексов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антипенко Л. А. К вопросу о современных технологиях переработки и обогащения угля // Уголь. — 2015. — № 12. — С. 68—71.

2. Ивушкин А. А., Мышляев Л. П., Харитонов В. Г., Венгер К. Г., Киселев С. Ф., Линков А. А., Шипунов М. В. Алгоритмы и системы автоматизации и управления объектами угольной промышленности. — Новокузнецк, СибГИУ, 2008. - 114 с.

3. Авдохин В. М. Обогащение углей. Т. 2. Технологии. — М.: изд-во «Горная книга», 2012. — С. 226—242.

4. Файрушин Ш.Л., Леонтьев И.А., Вагнер Л.Г. Состояние и перспективы развития автоматизированных промышленных комплексов ЗАО Стройсервис / Системы автоматизации в образовании, науке и производстве AS-2015. Труды конференции. — Новокузнецк, 2015. -С. 15—21.

5. Сазыкин Г. П., Синеокий Б. А., Мышляев Л. П. Проектирование и сторительство углеобогатительных фабрик нового поколения, изд. 2-е доп. — Новокузнецк, СибГИУ, 2004. — 156 с.

6. Руководство по решениям в автоматизации. Практические аспекты систем управления технологическими процессами / Под ред. Ю. А. Фролова, В. Н. Хохловского.— М.: ЗАО Шнейдер Электрик, 2011. — 320 с.

7. Мышляев Л. П., Сазыкин Г. П., Сывороткин А. Н., Киселев С. Ф. Современная автоматизированная система управления обогатительной фабрикой. Материалы ^ Конгресса обогатителей стран СНГ. Т. 11. — М.: Альтекс, 2003. — С. 36—38.

8. Иванов Г. В., Муравьев И. В., Куранов А. А., Субботин А. Г. Автоматизация технологических процессов обогащения угля // Уголь Кузбасса. — 2014. — Ноябрь—декабрь. — С. 50—52. г^7^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Антипенко Лина Александровна1 — доктор технических наук, профессор, научный руководитель, Сарин Н.Г.1 — главный инженер проекта, 1 ООО «Сибнииуглеобогащение».

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 2, pp. 5-13. L.A. Antipenko, N.G. Sarin AUTOMATED PLANT -COAL PREPARATION PLANT OF THE FUTURE

In the period of rapid development of coal preparation and introduction of a new generation of coal preparation plants the creation of automated plants becomes relevant.

At coal preparation plants (CPP) new automated control systems (ACS) are introduced. The gained experience of ACS introduction allows us to suggest the further improvements of these systems. CPPs use four-level control systems. The fourth level of local control includes local systems of technological processes automation.

The ACS use instrumentation sensors, devices, controllers of foreign make. The purpose of the report is design specification for the development of an automated control system of a coal preparation plant of the future including local systems - instrumentation sensors, devices, washing technological modes without local control (dispatcher). Development of automated systems at import substitution of equipment, software and hardware.

Key words: coal washing, automation, management, automated systems, control, measurement, devices, local systems.

AUTHORS

Antipenko L.A.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Supervisor, Sarin N.G.1, Chief Project Engineer,

1 Sibniiugleobogascheniye LLC, 653000, Prokopyevsk, Russia.

REFERENCES

1. Antipenko L. A. Ugol'. 2015, no 12, pp. 68-71.

2. Ivushkin A. A., Myshlyaev L. P., Kharitonov V. G., Venger K. G., Kiselev S. F., Link-ov A. A., Shipunov M. V. Algoritmy isistemy avtomatizatsii i upravleniya ob"ektami ugol'noy promyshlennosti (Algorithms and systems of control automation in the coal mining industry), Novokuznetsk, SibGIU, 2008, 114 p.

3. Avdokhin V. M. Obogashchenie ugley. T. 2. Tekhnologii (Coal dressing, vol. 2. Technologies), Moscow, izd-vo «Gornaya kniga», 2012, pp. 226-242.

4. Fayrushin Sh. L., Leont'ev I. A., Vagner L. G. Sistemy avtomatizatsii v obrazovanii, nauke i proizvodstve AS-2015. Trudy konferentsii (Automation Systems in Education, Science and Production: AS-2015 Conference Proceedings), Novokuznetsk, 2015, pp. 15-21.

5. Sazykin G. P., Sineokiy B. A., Myshlyaev L. P. Proektirovanie i storitel'stvo ugleobogatitel'nykh fabrik novogo pokoleniya, izd. 2-e (Planning and construction of new-generation coal preparation plants, 2nd edition), Novokuznetsk, SibGIU, 2004, 156 p.

6. Rukovodstvo po resheniyam v avtomatizatsii. Prakticheskie aspekty sistem uprav-leniya tekhnologicheskimi protsessami. Pod red. Yu. A. Frolova, V. N. Khokhlovskogo (Manual on decision-making in automation. Practical aspects of technology process control. Frolov Yu. A., Khokhlovskiy V. N. (Eds.)), Moscow, ZAO Shneyder Elektrik, 2011, 320 p.

7. Myshlyaev L. P., Sazykin G. P., Syvorotkin A. N., Kiselev S. F. Sovremennaya av-tomatizirovannaya sistema upravleniya obogatitel'noy fabrikoy. Materialy 1VKongressa obo-gatiteley stran SNG, t. 11 (Modern Automated Processing Plant Management: Proceedings of IV Congress of CIS Dressers, vol. 11), Moscow, Al'teks, 2003, pp. 36-38.

8. Ivanov G. V., Murav'ev I. V., Kuranov A. A., Subbotin A. G. Ugol' Kuzbassa. 2014, November-December, pp. 50-52.

UDC 622.7. 011.56