АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ

Непрерывность технологического процесса на обогатительных фабриках требует четкой и согласованной работы разнообразных механизмов. Это необходимо для получения достаточно удовлетворительных качественных и количественных показателей процесса обогащения. Поэтому на фабриках находит широкое применение дистанционный электрический контроль наблюдения за состоянием механизмов технического комплекса, загрузкой основных механизмов или технологических цепей и протеканием процесса обогащения.

Для автоматического контроля температуры обмоток электродвигателей и подшипников применительно к различным механизмам (в частности к дробилкам) используют различные сигнальные устройства (аппаратуру встроенной температурной защиты и сигнализации типа АТВ-229, сигнализаторы температуры типов СТ-12С-234 или СТ‑12р‑224 и др.).

На рис. 23 приведена принципиальная схема включения аппаратуры типа АТВ‑229, разработанной Северокавказским филиалом СКБ «Цветметавтоматика». Аппаратуру АТВ-229 применяют для защиты от перегрева обмоток электродвигателей и подшипников. Она может быть применена как для отключения агрегата (рис. 23, а), так и для сигнализации при недопустимом повышении температуры в контролируемой зоне (рис. 23, б). Основными элементами аппаратуры типа АТВ-229 является блок температурного реле РТ-230у и термодатчика ТДП-231у или ТДП-232у (рис. 24). Термодатчик ТДП-231 предназначен для встраивания в подшипники или иные детали механизмов, а ТДП-232у – в обмотки электродвигателя (или какого-либо другого электрооборудования).

Чувствительным элементом термодатчика является полупроводниковое термосопротивление (термистор) – нелинейное сопротивление с большим отрицательным температурным коэффициентом. Величина его электрического сопротивления резко уменьшается (в десятки и более раз) при увеличении температуры (релейный эффект термистора).

Блок температурного реле РТ-230у состоит из исполнительного реле (МКУ-48с), феррорезонансного стабилизатора напряжения, двухполупериодного выпрямителя, переключателя напряжения и переключателя уставки температуры.

Принцип работы АТВ-229 основан на использовании релейного эффекта, возникающего в цепи термистора, включенного последовательно с катушкой реле Р (см. рис. 23) при неизменном значении напряжения питания и переменной температуре среды, в которой находится термистор (подшипник или обмотка).

Если температура окружающей среды не достигла установленной величины, то в цепи термистор – катушка реле Р протекает ток, недостаточный для срабатывания реле. При увеличении температуры окружающей среды до величины установки температурного реле РТ-230у сопротивление термодатчика резко уменьшается, и исполнительное реле Р срабатывает, что приводит или к отключению защищаемого объекта (рис. 23, а), или к подаче сигнала (рис. 23, б). В последнем случае одновременно происходит шунтирование термодатчика контактом реле Р, что предохраняет термистор от повреждения, так как в противном случае через него длительное время протекал бы значительный ток.

Для регулирования уставки температуры реле РТ-230у изменяют величину напряжения, подаваемого в цепь термистора. При увеличении этого напряжения (для этого служит переключатель П) уменьшается температура, при которой срабатывает реле и наоборот.

При необходимости осуществления одновременного контроля температуры в нескольких точках агрегата (при одинаковой допустимой температуре во всех точках) аппаратура типа АТВ-229 позволяет параллельно подключать к одному температурному реле РТ-230у до десяти термодатчиков с примерно одинаковыми характеристиками. Погрешность срабатывания (по температуре) АТВ-229 не превышает ±5 град. Аппаратура типа АТВ-229 предназначена для длительной работы при температуре окружающей среды от –30 до +40°C с относительной влажностью воздуха до 90% (при отсутствии агрессивных газов).

Контроль количества материала на конвейере необходим в системах ПТС для блокировки механизмов, автоматического включения и отключения систем гидрообеспыливания, учета времени холостых ходов и др. Для осуществления такого контроля применяют контактные (электромеханические и электродные) или бесконтактные (емкостные, индуктивные, фотоэлектрические и радиоактивные) датчики.

На рис. 25 показан наиболее простой по устройству электромеханический датчик наличия руды на конвейере, изготовленный на Балхашской обогатительной фабрике.

При отсутствии руды на ленте 1 конвейера рычаг 4 с прикрепленной к нижнему концу его резиной 3 занимает вертикальное положение, и верхний конец его не воздействует на концевой выключатель 6. При поступлении на ленту конвейера руды 2 рычаг 4 поворачивается на оси 5 (по часовой стрелке) и воздействует верхним концом на концевой выключатель 6, который своими контактами выполняет переключения в схеме.

Недостатками этих датчиков являются недолговечность механической части и контактов, а также невозможность осуществлять контроль крупных фракций.

Эти недостатки отсутствуют в электронном сигнализаторе наличия руды типа СНР-1063 завода «Севкавэлектроприбор», состоящем из электродного датчика типа ДЭ‑63М и электронного сигнализатора типа ЭС-1011М (рис. 26). Этот сигнализатор применяют для контроля руды на конвейерах, уровня руды в дробилках и бункерах. Принцип его действия основан на использовании свойства электропроводности руды. Электронный сигнализатор представляет собой чувствительное реле, выполненное на двойном триоде 6Н6П. В анодную цепь правого триода включена катушка электромагнитного реле P. Питание анодной цепи этого триода осуществляется от вторичной обмотки трансформатора Тр через полупроводниковые диоды Д₁ и Д₂. Конденсатор С₇, служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

При отсутствии материала в контролируемой зоне цепь электродный датчик – земля разомкнута, напряжение отрицательного смещения на сетке релейного триода, снимаемое с катодной нагрузки R₁₃, мало, триод открыт и якорь реле Р притянут. При наличии руды на сетку триода подается напряжение отрицательного смещения, снимаемое с делителя, состоящего из сопротивлений R₅, R₆, R₁₄ и сопротивления цепи электрод – земля (питание делителю подается от вторичной обмотки трансформатора Тр через полупроводниковые диоды Д₃ и Д₄). Поэтому сила анодного тока релейного триода уменьшается, становясь меньше силы тока отпускания якоря реле Р, якорь этого реле отпадает и своими контактами соответствующим образом переключает механизмы в схеме сигнализации и управления.

Ложные срабатывания реле Р при кратковременных разрывах цепи электрод – руда (вследствие неравномерности слоя и различной крупности кусков руды) в рассматриваемой схеме не происходят, это обусловлено тем, что при медленной разрядке конденсаторов С₅ и С₆ через сопротивления R₈ и R₁₀ на сетке триода поддерживается отрицательное смещение. Выдержку времени срабатывания реле Р можно регулировать перемычками П₁ и П₂. При установке обеих перемычек конденсаторы соединяются параллельно, обеспечивая наибольшую выдержку времени 4,5 сек. Если снять одну из перемычек, т.е. уменьшить емкость, выдержка времени реле Р уменьшится в два раза. При снятии обеих перемычек реле Р срабатывает без выдержки времени.

Потенциометр R₆ служит для регулирования чувствительности сигнализатора в зависимости от сопротивления руды. Электродный датчик ДЭ-63М выполняют в виде гибкого стального электрода (стержня, троса, цепи), подвешенного на изоляторе (при отсутствии руды он не касается ленты конвейера). На изоляторе укреплено охранное кольцо, электрически связанное со схемой сигнализатора. Оно служит для предохранения схемы от влияния токов утечки, возникающих вследствие запыленности или увлажненности изоляторов электродных датчиков.

Сопротивление контролируемого материала (руды) должно быть не более 20 МОм, крупность не должна быть более 500 мм, толщина слоя руды – не менее 30 мм, наибольшее расстояние от электродного датчика до электронного сигнализатора должно составить 500 м.

В последнее время на обогатительных фабриках все большее применение находят сигнализаторы с радиоактивными датчиками, которые можно применять как для контроля материала на ленте конвейера, так и для контроля уровня руды в дробилках и бункерах. Применительно к условиям обогатительных фабрик Таллиннский опытный завод КИП выпускает гамма-реле серии ГР. Это реле состоит из коллиматора (устройства с радиоактивным изотопом кобальта Со⁶⁰ или цезия Cs¹³⁷), приемника излучения, счетного и электронного блоков. При применении гамма-реле для дробилки коллиматор 1 (рис. 27), чугунный корпус которого надежно защищает обслуживающий персонал от действий гамма-лучей, и приемник излучения 2 устанавливают на противоположных стенках камеры дробления или над загрузочным отверстием дробилки.

Контроль целостности конвейерных лент, предупреждающий, в частности, продольный порыв лент, весьма важен в условиях обогатительных фабрик. На конвейерные ленты нередко вместе с рудой попадают острые предметы, например ломы, пробивающие ленты и вызывающие продольные порывы. На рис. 28 приведены схемы автоматического контроля продольного порыва конвейерной ленты, разработанные на Балхашской обогатительной фабрике.

Из рисунка видно, что лом 5, проколовший ленту 1, расклинившись между течкой 4 и роликоопорой 3 подвижной тележки 2, переместит ее по направлению движения ленты. Передвинувшись на определенное расстояние, упор 6, укрепленный на тележке 2 или на тросе 9, связанном с тележкой, воздействует на концевой выключатель 7, который отключит двигатель конвейера. Противовес 8 в установке, приведенной на рис. 28, а, необходим для того, чтобы при значительном наклоне конвейера способствовать перемещению тележки вверх, т.к. в этом случае под действием силы тяжести она может остаться в исходном положении даже при аварийном режиме. В установке, изображенной на рис. 28, б, противовес необходим для возвращения тележек в исходное положение после устранения аварии.

При небольшом угле наклона конвейера возможны установки без противовеса.

Контроль наличия металлических предметов в потоке руды необходим на обогатительных фабриках для предупреждения попадания в дробилку вместе с рудой различных деталей (кусков буровой стали, зубьев от ковша экскаватора, инструмента и др.). Это позволяет предотвратить длительные простои дробильных отделений в результате поломок дробилок.

Барабанные, шкивные и подвесные сепараторы-железоотделители, описанные выше, часто оказываются малоэффективными, так как не извлекают из потока руды немагнитные детали, находящиеся под слоем руды. Кроме того, они потребляют значительное количество электроэнергии. Поэтому на обогатительных фабриках находят применение металлоискатели различных конструкций (ЭМИ-Н42, ЭМИ-64ПФ, ЭМИ‑64П, МТ-6, 3-MM и др.). Одним из эффективных является металлоискатель типа МТ-6 (рис. 29). Основные узлы этого металлоискателя – электронный блок управления и датчик, устанавливаемый на конвейере. Разъемный датчик выполнен в виде рамки из стеклопластика, внутри которой установлена катушка индуктивности.

В связи с тем, что электронный блок собран на полупроводниковых приборах, металлоискатель обладает большой надежностью и компактностью по сравнению с металлоискателями на электронных лампах. Электронный блок состоит из генератора звуковой частоты с рамкой, триггера, импульсного усилителя и блока питания. Двухкаскадный генератор звуковой частоты собран на триодах T₁, Т₂ и Т₃.

Собственная частота генератора задается параметрами резонансного контура: индуктивностью L₁ и емкостью С₇. Для исключения влияния магнитной руды, находящейся на конвейерной ленте, резонансная частота трансформатора Tp₁ должна быть меньше собственной частоты генератора.

Амплитуда напряжения на выходе первого каскада устанавливается переключателем П₁. Переключатель П₂ служит для выбора резонансной частоты вспомогательного контура (емкости С₄₁ – C₅₁ и первичная обмотка трансформатора Tp₁). Частота колебаний генератора, определяемая собственной частотой резонансного контура, находится в интервале 3000¸4000 Гц.

Принцип работы металлоискателя основан на следующем свойстве: при попадании в зону рамки металлических изделий ухудшается добротность резонансного контура.

В этом случае снижается амплитуда импульса звукового напряжения, снимаемого с обмотки трансформатора Тр₂ и детектируемого диодом Д₁. Этот импульс, усиленный триодами Т₄ и Т₅, поступает на базу триода Т₇ триггера (собранного на двух триодах Т₆ и Т₇), и триггер переключается. В связи с этим запирается триод T₈ и поэтому обесточивается катушка электромагнитного реле Р, что приводит к отключению двигателя конвейера, а следовательно, к остановке конвейера и подаче сигнала. Рассмотренный металлоискатель обнаруживает изделия как из магнитных металлов, так и из немагнитных.

Для обнаружения изделий из ферромагнитных материалов в потоке руды на одной из фабрик был внедрен простой по устройству металлоискатель конструкции В.Е. Макарова и К.С. Фисенко (рис. 30).

Под рабочей ветвью конвейерной ленты 1 против подвесного электромагнита 2 в деревянном коробе 7 установлена ось 4 (поперек оси конвейера). На этой оси шарнирно укреплено несколько железных пластин 5. Если в потоке руды отсутствуют ферромагнитные изделия, то магнитный поток электромагнита, притягивая пластины 5, удерживает их в вертикальном положении. При этом электрические контакты 6 остаются разомкнутыми. Если в руде, проходящей под электромагнитом, находится ферромагнитное изделие, то часть магнитного потока электромагнита замыкается через это изделие. При этом уменьшается магнитный поток, проходящий через пластины, и одна или несколько пластин падают и замыкают контакты 6, что приводит к отключению двигателя конвейера и подаче сигнала.

Для контроля состояния механизмов обогатительной фабрики в простейшем случае можно воспользоваться сигнальными лампами, окрашенными в различные цвета. Свечение той или иной лампы позволяет диспетчеру судить о работе того или иного механизма. Однако этот способ контроля неудобен, так как диспетчер должен непрерывно записывать состояние механизмов, после чего он должен специально подсчитать продолжительность их работы и проанализировать их использование в течение интересующего отрезка времени. В условиях современной обогатительной фабрики, когда в руках диспетчера обычно сосредоточено управление значительным числом разнообразного оборудования, указанный способ контроля становится неприемлемым. Поэтому на обогатительных фабриках применяют устройства, которые позволяют осуществлять контроль не только состояния механизмов в данный момент времени, но и продолжительности работы и простоя их в течение суток или смены.

К числу подобных устройств относится регистрирующий сигнализатор работы (рис. 31). Этот сигнализатор регистрирует работу и простои на ленте 1, перемещаемой однофазным синхронным двигателем СД (или часовым механизмом). Для записи на ленте служит перо 2, которое может перемещаться поперек ленты вместе с якорем 4 электромагнита. При пуске механизма контакты К (например, его магнитного пускателя) замыкаются, катушка 3 обтекается током, и якорь 4 притягивается к сердечнику 5, перемещая перо 2 до упора 6.

При этом перо вычерчивает на ленте линию, соответствующую работе механизма. Если же механизм остановлен, то в связи с размыканием контактов К, якорь 4 под воздействием пружины 8 отклоняется до упора 7 и перо начинает вычерчивать линию простоя.

Схема автоматической регистрации работы, разработанная институтом «Механобр», позволяет без применения записи на ленте учитывать время работы механизма в течение интересующего нас отрезка времени (за сутки, за смену). Основными элементами этой схемы (рис. 32) являются счетчик электромагнитных импульсов (счетное реле) СР и паузный механизм, состоящий из однофазного синхронного двигателя СД, на вал которого насажен диск Д с двумя кулачками. Скорость вращения вала двигателя (следовательно, и диска Д) составляет пол-оборота в минуту.

Поэтому каждый его кулачок один раз в минуту замыкает ртутный контакт РК и таким образом приводит в действие счетчик электромагнитных импульсов СР, если контакты К (например, магнитного пускателя механизма) замкнуты.

Показания счетчика (в минутах) и дают время работы механизма. В качестве импульсных счетчиков используются счетчики типов БИС-62 и СЭИ-1.

Автоматический контроль загрузки сгустителя необходим для предупреждения его аварии. При скоплении в сгустителе значительного количества твердого материала может произойти поломка вала, соединяющего сгуститель с центральным приводом, или остановка («посадка») фермы сгустителя с периферическим приводом.

В сгустителях с центральным приводом в этом случае сжимается специальная упорная пружина на червячном валу привода, что приводит в действие аварийную сигнализацию.

Контроль загрузки сгустителей с периферическим приводом осуществляется различными способами в зависимости от времени оборота фермы, скорости вращения, силы тока двигателя, потребляемой мощности и др.

Схема контроля загрузки сгустителя по времени оборота фермы, примененная на Зыряновской обогатительной фабрике, основана на том, что при каждом прохождении фермы установленные на ней кулачки замыкают контакты, находящиеся вблизи ведущего ролика. Эти контакты включают реле времени, контакты которого введены в схему сигнализации. Выдержку времени этого реле подбирают так, чтобы при нормальной загрузке сгустителя оно отключалось раньше (вторым кулачком на ферме), чем замкнутся его контакты.

Если же вследствие повышенной загрузки сгустителя скорость движения фермы уменьшится (пробуксовывают катки фермы), то реле времени успевает включить сигнализацию перегрузки сгустителя.

Схема контроля загрузки сгустителя по скорости вращения какой-либо из осей редуктора привода, примененная на одной из зарубежных обогатительных фабрик, работает следующим образом. При нормальной загрузке, а следовательно, при нормальной скорости вращения вала привода ртуть приподнимается в специальной параболической чаше датчика. При этом контакты датчика замыкаются, что приводит к размыканию цепей сигнализации. При перегрузке сгустителя скорость вращения фермы и ртути в датчике уменьшается, ртуть опускается со стенок чаши датчика, и контакты его размыкаются. Это приводит к замыканию цепей сигнализации, а следовательно, к подаче сигнала о перегрузке сгустителя.

Схема контроля загрузки сгустителя по величине тока, потребляемого электродвигателем привода фермы, основана на зависимости между величинами тока и крутящего момента на его валу. Перегрузка сгустителя сопровождается увеличением момента на валу двигателя и силы тока, потребляемого им из сети. В связи с этим срабатывает реле максимального тока и включает сигнализацию перегрузки сгустителя. Недостаток этой схемы – значительная погрешность в оценке нагрузки, что обусловлено относительно большой реактивной составляющей тока асинхронного электродвигателя.

Схема контроля загрузки сгустителя по величине активной мощности наиболее совершенна, так как между активной мощностью, потребляемой электродвигателем, и моментом на его валу существует четкая зависимость.

Институтом «Тяжпромавтоматика» разработана схема контроля, с датчиком активной мощности типа МДМ-4, позволяющим получить на выходе сигнал постоянного тока, прямо пропорциональный величине активной мощности, а следовательно, и величине загрузки сгустителя.