Автоматизация технологического комплекса измельчения как тема дипломной работы — готовая структура и практические примеры

Введение, где мы определяем цели и актуальность проекта

В современной горнодобывающей промышленности повышение эффективности обогатительных фабрик является критически важной задачей. Одним из ключевых рычагов для достижения этой цели является автоматизация технологических процессов. Она направлена не только на увеличение выпуска товарной продукции, но и на существенное снижение эксплуатационных затрат, что и определяет высокую актуальность данной темы.

Целью дипломной работы является разработка комплексного проекта автоматизации технологического комплекса измельчения на обогатительной фабрике. Для достижения этой цели необходимо решить ряд последовательных задач:

• Провести детальный анализ комплекса измельчения как объекта управления.
• Разработать функциональную и структурную схемы системы автоматизации.
• Выбрать и обосновать комплекс технических средств для реализации проекта.
• Рассчитать ключевые показатели экономической эффективности внедрения.
• Обеспечить соответствие проекта требованиям безопасности и экологичности.

Определив цели и задачи, мы можем перейти к первому шагу любого инженерного проекта — детальному анализу объекта, которым предстоит управлять.

Глава 1. Исследуем комплекс измельчения как объект управления

Комплекс измельчения на обогатительной фабрике представляет собой сложную систему, основная задача которой — подготовка руды для последующих этапов обогащения. Этот процесс является одним из наиболее энергоемких и напрямую влияет на качество конечного продукта. Чтобы эффективно им управлять, необходимо проанализировать его как объект управления.

Анализ включает в себя несколько этапов:

1. Определение параметров: Выделяются входные параметры (например, гранулометрический состав руды, ее влажность), выходные (то́нина помола, плотность пульпы), управляющие воздействия (скорость вращения мельниц, скорость лент конвейеров) и возмущения (изменение твердости руды).
2. Структурная идентификация: Описывается взаимосвязь между основными элементами комплекса — дробилками, конвейерами, мельницами и классификаторами.
3. Параметрическая идентификация: Составляется математическая модель, описывающая статические и динамические свойства объекта.

Анализ показывает, что ключевыми направлениями для автоматизации являются контроль скорости и проскальзывания лент конвейеров и централизованное управление всем парком оборудования. Успешные внедрения, как, например, на Быстринском ГОКе, демонстрируют, что современные АСУ ТП позволяют не только стабилизировать процесс, но и обеспечить полный мониторинг состояния оборудования и визуализацию всех технологических параметров для оператора.

Глава 2. Проектируем функциональную и структурную схемы автоматизации

После анализа объекта необходимо спроектировать архитектуру будущей системы. Этот процесс делится на два ключевых этапа: разработку функциональной и структурной схем, которые отвечают на вопросы «что система делает?» и «из чего она состоит?».

Функциональная схема определяет задачи, которые решает система. К ним относятся:

• Непрерывный сбор данных с датчиков (уровень в бункерах, скорость лент, ток двигателей).
• Автоматическое регулирование параметров (поддержание заданной плотности пульпы).
• Дистанционное управление исполнительными механизмами (запуск/останов конвейеров, насосов).
• Аварийная и предупредительная сигнализация.
• Архивирование данных и формирование отчетов.

Структурная схема описывает состав и иерархию технических средств. Как правило, она имеет трехуровневую структуру:

1. Нижний уровень (полевой): Датчики (КИП) и исполнительные механизмы, непосредственно установленные на оборудовании.
2. Средний уровень: Программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые собирают данные с нижнего уровня и реализуют алгоритмы управления.
3. Верхний уровень: Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора со SCADA-системой для визуализации, управления и диспетчеризации. Сюда же могут интегрироваться системы видеоаналитики для контроля за опасными зонами.

Такая архитектура позволяет создавать гибкие и кастомизированные решения путем интеграции различных технологий и обеспечивает оперативное выявление аварийных ситуаций, что является одним из главных требований к современным системам управления.

Глава 3. Подбираем технические средства для реализации проекта

Выбор конкретного оборудования — это ответственный этап, определяющий надежность и функциональность всей системы. Подбор ведется на основе разработанной структурной схемы и технических требований к каждому элементу. Оборудование можно разделить на несколько ключевых групп.

При выборе оборудования важно учитывать не только технические характеристики, но и опыт эксплуатации в схожих условиях, доступность технической поддержки и наличие на рынке.

• Программируемые логические контроллеры (ПЛК): Ядро системы. Для таких задач отлично подходят контроллеры Siemens серии Simatic S7, известные своей надежностью и широкими функциональными возможностями. В качестве готового комплексного решения может рассматриваться система Honeywell HC900.
• Контрольно-измерительные приборы (КИП): «Органы чувств» системы. Здесь предпочтение отдается проверенным производителям, таким как Endress+Hauser, Vega, Krohne, которые предлагают широкий спектр датчиков уровня, расхода, плотности и давления.
• Исполнительные механизмы: Частотные преобразователи для управления скоростью двигателей, а также электропневматическая аппаратура, например, от компании Camozzi, для управления клапанами и задвижками.
• Средства визуализации (АРМ): Промышленные компьютеры и SCADA-системы (например, Siemens WinCC, MasterSCADA), которые позволяют оператору контролировать весь технологический процесс в режиме реального времени.

Важно отметить, что на российских предприятиях часто применяются специфические датчики и приводы, адаптированные к местным условиям эксплуатации, что также необходимо учитывать при проектировании.

Глава 4. Разрабатываем принципиальные схемы автоматизации

Принципиальная схема автоматизации — это главный технический документ, который детально и однозначно описывает полный состав элементов и все связи между ними. В отличие от структурной схемы, показывающей общую архитектуру, принципиальная схема является, по сути, инструкцией для монтажа, наладки и эксплуатации системы.

В рамках дипломного проекта разработка таких схем демонстрирует глубину проработки технического решения. Основные элементы, которые отражаются на схеме:

• Цепи питания: Подключение всех компонентов системы к источникам питания с указанием автоматов защиты, блоков питания и клеммных соединений.
• Контуры измерения: Показывают, как именно датчики (например, датчик скорости на конвейере) подключаются к аналоговым или дискретным входам ПЛК.
• Контуры управления: Отражают логику управления исполнительными механизмами. Например, выход ПЛК подключается к управляющему входу частотного преобразователя, который, в свою очередь, управляет двигателем привода.
• Цепи сигнализации: Подключение светосигнальной арматуры (ламп, сирен) к дискретным выходам контроллера для оповещения персонала.

Составление этих схем является ключевым этапом работы, так как именно он позволяет провести финальный анализ работоспособности проектируемых систем регулирования и убедиться в корректности всех принятых инженерных решений.

Глава 5. Проводим расчет технико-экономических показателей проекта

Любой инженерный проект должен быть не только технически совершенным, но и экономически оправданным. Цель данного раздела — доказать, что инвестиции во внедрение автоматизированной системы окупятся и принесут предприятию прибыль. Расчет ведется по нескольким ключевым показателям.

1. Капитальные вложения (КВ): Это единовременные затраты на создание системы. Они включают:

• Стоимость основного оборудования (ПЛК, датчики, приводы).
• Затраты на программное обеспечение (SCADA, среда разработки).
• Стоимость проектно-монтажных и пусконаладочных работ.
• Дополнительные капитальные вложения в сопутствующую инфраструктуру.

2. Эксплуатационные затраты (ЭЗ): Сравниваются годовые затраты до и после внедрения системы. Снижение происходит за счет:

• Уменьшения расхода электроэнергии и топлива благодаря оптимальным режимам работы.
• Сокращения потерь сырья и реагентов.
• Уменьшения затрат на ремонт за счет своевременной диагностики.
• Оптимизации численности обслуживающего персонала.

3. Годовой экономический эффект (Эг): Рассчитывается как разница между годовой экономией и суммой амортизационных отчислений от новых капитальных вложений.

Э_г = (ЭЗ_старые — ЭЗ_новые) — (КВ * Н_а)

где Н_а — норма амортизации.

4. Срок окупаемости (Ток): Ключевой показатель для инвестора, который показывает, за какой период времени первоначальные вложения вернутся за счет полученной экономии.

Т_ок = КВ / Э_г

Для точного контроля потребления и потерь электроэнергии, что напрямую влияет на расчеты, в проекте необходимо предусматривать интеграцию с АИИС КУЭ (Автоматизированной информационно-измерительной системой коммерческого учета электроэнергии).

Глава 6. Обеспечиваем безопасность и экологичность решения

Ответственный инжиниринг предполагает, что спроектированная система должна быть не только эффективной, но и безопасной для людей и окружающей среды. Внедрение нового автоматизированного оборудования требует анализа потенциальных рисков и разработки мер по их нейтрализации.

Анализ опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ):

• Электрическая опасность: Поражение током от силовых цепей и шкафов управления.
• Механическая опасность: Наличие движущихся и вращающихся частей (приводы, ленты конвейеров).
• Повышенный уровень шума и вибрации от работающего оборудования.

Технические и организационные меры защиты:

1. Технические: Обязательное заземление всего оборудования, установка защитных ограждений, кнопок аварийной остановки, систем блокировки, предотвращающих запуск оборудования во время обслуживания.
2. Организационные: Разработка инструкций по технике безопасности, проведение регулярных инструктажей, использование средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Внедрение автоматических систем управления, как правило, позитивно сказывается на условиях труда, поскольку оператор перемещается из цеха с неблагоприятными условиями в диспетчерский пункт. Это также ведет к улучшению общей экологической обстановки за счет более стабильного и экономного расходования ресурсов. Однако стоит помнить, что эксплуатация таких систем требует высокой квалификации персонала и его регулярного обучения.

Заключение, где мы подводим итоги проделанной работы

В ходе выполнения дипломной работы была успешно достигнута ее главная цель — разработан комплексный проект автоматизации технологического комплекса измельчения. Результаты, полученные в каждой главе, последовательно доказывают техническую и экономическую целесообразность предложенного решения.

В соответствии с поставленными задачами были получены следующие результаты:

• Проведен системный анализ комплекса измельчения как объекта управления.
• Разработаны иерархические функциональная и структурная схемы будущей АСУ ТП.
• Обоснован выбор конкретных технических средств от ведущих производителей, таких как Siemens и Endress+Hauser.
• Составлены принципиальные схемы, детализирующие логику работы системы.
• Расчеты подтвердили финансовую состоятельность проекта и определили срок его окупаемости.
• Предложены меры по обеспечению безопасности эксплуатации и оценен положительный экологический эффект.

Таким образом, внедрение спроектированной системы позволит достичь увеличения производительности, значительного снижения затрат на топливо и электроэнергию, а также повышения качества конечного продукта и безопасности труда. Проект полностью готов к дальнейшей практической реализации.

Рекомендованный список литературы и источников

Качественная дипломная работа всегда опирается на авторитетные и разнообразные источники. Это не только показывает глубину исследования, но и дает отправные точки для дальнейшего изучения темы. При подготовке проекта по автоматизации рекомендуется использовать следующие типы литературы:

1. Фундаментальные учебники: Книги по Теории автоматического управления (ТАУ) и основам автоматизации технологических процессов (например, «Теория автоматического управления» А.В. Бесекерского).
2. Государственные стандарты (ГОСТ): Нормативные документы, регламентирующие правила оформления схем автоматизации (ЕСКД), условные обозначения приборов и средств автоматизации.
3. Научные и технические статьи: Публикации в отраслевых журналах, описывающие реальный опыт внедрения АСУ ТП на горно-обогатительных комбинатах.
4. Техническая документация производителей: Руководства по эксплуатации и программированию на конкретное оборудование (например, мануалы на контроллеры Siemens Simatic S7 или систему Honeywell HC900).
5. Справочники инженера: Справочная литература по КИПиА, силовым и измерительным цепям.

Использование такого набора источников позволяет создать работу, которая будет иметь не только академическую, но и реальную практическую ценность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава. М.: Металлургиздат, 1959. — 437 с.
2. Андреев С.Е. Наивыгоднейшее число оборотов шаровой мельницы. //Горный журнал. 1954. — № 10. — с. 44-49.
3. Прокофьев Е.В., Ефремов В.Н. Структурная и параметрическая идентификация технологических комплексов обогащения: Учебное пособие. — Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2000. – 101 с.
4. Андреев С.Е. О внутреннем трении в шаровой мельнице. //Горный журнал. 1961. — № 2. — с. 62-68.
5. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1966. — с. 395.
6. Суриков В.Н., Буйлов Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств. Часть 1: Учебно-методическое пособие. СПб.: 2011.
7. Прокофьев Е.В. Автоматизация технологических процессов и производств: Методическое пособие по выполнению курсового проекта, Екатеринбург: Издание УГГУ 2007, 44 с.
8. Персиц В.З. Разработка и патентование систем автоматизации обогатительных фабрик. — М.: Недра,1987,-295 с.
9. Троп А.Е., Козин В.З., Прокофьев Е.В. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик. М.: Недра, 1986.- 303 с.
10. Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Клюев А.А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. — 2-е издание, перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1990, 464 с.
11. Козин В.З., Тихонов О.Н. Опробование, контроль и автоматизация обогатительных процессов М.: Недра, 1990. – 343 с.
12. Козин В.З. Экспериментальное моделирование и оптимизация процессов. М: Недра, 1984 – 112 с.
13. Электронный ресурс. Сайт ЗАО «ОРМЕТ» http:// rmk-group.ru›Предприятия›ЗАО ормет