Описание автоматизированной системы обогащения алмазосодержащей руды. Структурная схема сепаратора алмазов, программное обеспечение. Подбор элементов и расчет надежности. Практическое освоение методики оптимизации логических схем и оценки их надежности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

• 1. Описание автоматизированной системы обогащения алмазосодержащей руды
• 2. Описание работы системы
• Структурная схема сепаратора
• Подсистема регистрации
• Подсистема управления
• Программное обеспечение
• 3. Подбор элементов и расчет надежности
• Промышленная рабочая станция с 10.4'' ЖК-дисплеем
• Кеш второго уровня: 128 Кб PB SRAM
• Масса: 0.3 кг
• 4. Практическое освоение методики оптимизации логических схем и оценки их надежности
• Подготовка статистических данных о наработке на отказ и времени восстановления системы
• Расчет оценки средней наработки на отказ (Т₀)
• Расчет оценки среднего времени восстановления
• Расчет оценки среднего времени реакции на получение входного сигнала
• Расчет значения коэффициента готовности ССОИ
• Расчет оценки вероятности надежного преобразования входной информаци
• Расчет доверительных границ заданных показателей надежности
• Сведение полученных результатов в выходную форму
• Список литературы
• Приложение

Введение

Добыча алмазов уже много лет является эффективной отраслью промышленности нашей страны. Сегодня основные предприятия алмазодобывающего комплекса сосредоточены в северных районах республики Саха Якутия.

Уже с 60-х годов прошлого столетия, когда началось промышленное освоение месторождений, технология обогащения алмазосодержащей руды базировалась на использовании явления люминесценции (излучения видимого света) некоторыми минералами, в том числе и алмазами, под воздействием рентгеновского излучения (рентгенолюминесценции). Этот метод показал себя достаточно эффективным и экологически относительно безопасным. Построенные для его реализации отечественные установки получили название рентгенолюминесцентных сепараторов (РЛС).

Рис 1.

В настоящее время комплексы РЛС (рис.1), созданные на Санкт-Петербургском научно производственном предприятии "Буревестник", работают на всех обогатительных фабриках страны. Условия эксплуатации сепараторов достаточно сложные: круглосуточный режим функционирования, диапазон рабочих температур +10…+50°С, технологическая вода с щелочной реакцией. Весьма высоки и требования к основным параметрам: производительность до 100 тонн в час при извлечении до 98-99% алмазов.

1. Описание автоматизированной системы обогащения алмазосодержащей руды

Назначение, функциональные возможности, состав, структурная схема системы.

Автоматизированная система рентгенолюминесцентного сепаратора (РЛС) создана на базе IBM PC совместимых устройств производства фирмы Advantech.

РЛС предназначена для:

· управление заслонкой подачи породы;

· подача импульсов возбуждения рентгеновской трубки;

· выделение сигналов алмазов на фоне шумов от сигналов сопутствующих минералов;

· управления системой обработки сигналов (анализ и отбор сигналов люминесценции и определение соотношений между ними);

· управления системой регистрации;

· отсечка лишней руды;

Система управления и обработки сигналов представляет собой двухмашинную систему на базе IBM PC совместимых устройств.

Структурная схема системы показана на рис.3.

Система содержит:

· объединительная плата PCA-6114D с двумя независимыми магистралями ISA и общим блоком питания;

· задатчик импульсных последовательностей для синхронизации возбуждения источника излучения и подсистемы регистрации PCL-720;

· плата ввода сигналов датчиков, требующих гальванической развязки PCL-730 (2 шт.);

· символьный индикатор (4x20) фирмы IEE

· 16-клавишная матричная клавиатура КР-3 фирмы Octagon Systems;

· многоканальный цифровой вольтметр L-154 ("Л-Кард");

· контроллер PCA-6144S. В подсистему контроллера входят функциональные модули, управляемые по шине ISA;

· 8-канальный быстродействующий АЦП PCL-818HG;

· 8-канальный быстродействующий ЦАП L-1208;

· промышленная рабочая станция AWS-842

· клеммная плата PCLD-8115

· программное обеспечение.

Модули PCL-720 и PCL-818HG, контроллер PCA-6144, промышленная рабочая станция AWS-842 производятся фирмой Advantech.

Рис 2. Структурная схема блока управления и регистрации

автоматизированный сепаратор алмаз рентгенолюминесцентный

2. Описание работы системы

Рис 3. Структурная схема, поясняющая принцип действия сепаратора

Структурная схема сепаратора

Алмазосодержащая руда проходит непрерывно (до нескольких десятков тонн в час) под потоком излучения, создаваемого рентгеновской трубкой. Рентгеновская трубка (РТ) возбуждается от источника высокого напряжения, работающего в импульсном режиме. Возникающие сигналы люминесценции фиксируются фотоумножителями (ФЭУ), усиливаются и анализируются на принадлежность к обогащаемому минералу в устройстве регистрации. В случае когда зарегистрированный сигнал принадлежит алмазу, соответствующая часть руды отделяется ("отсекается") от основного потока в концентрат с помощью пневмомеханических устройств с электромагнитным управлением. Остальная руда уходит в "хвосты", то есть в отвалы, или на дополнительную переработку.

В реальном сепараторе облучение материала осуществляется обычно двумя рентгеновскими трубками, поток может быть разделен на несколько "ручьев", а число фотоприемников и каналов регистрации доходит до 8. Взаимодействие между подсистемами сепаратора, синхронизацию и контроль их функционирования выполняет блок управления. В первых РЛС этот блок был автоматом с жесткой логикой, в современных - это программируемый микропроцессорный блок.

Помимо алмазов свойством рентгенолюминесценции обладают и другие сопутствующие минералы. Способность сепаратора выделять сигнал от алмазов на фоне шумов и сигналов от сопутствующих мешающих минералов (селективность) определяется правильной установкой критериев отбора. Реализация процесса отбора осложняется высокой ценностью обогащаемого минерала (требуется, как уже отмечалось, извлечь не менее 98-99% алмазов, имеющихся в исходном материале) и малым временем, отводимым на анализ. Реально это время составляет несколько миллисекунд. По этой причине анализ сигналов люминесценции на соответствие критериям отбора осуществлялся до последнего времени аналоговыми схемами. Недостаток такой реализации - жесткая уставка параметров и фиксированный набор методик разделения алмазов и "пустой" породы.

Подсистема регистрации

Организация работы подсистемы регистрации в реальном времени оказалась нетривиальной задачей. Дело в том, что, исходя из технических требований на сепаратор, возбуждение источника рентгеновского излучения

производится импульсами с периодом 4 мс. Поскольку в сепараторе обычно имеются две рентгеновские трубки, работающие со сдвигом во времени на полпериода и облучающие до 4 отдельных потоков каждая, то на обслуживание каждой группы из 4 каналов регистрации приходится всего 2 мс. На рис.4 приведены временные диаграммы сигналов, поясняющие работу подсистемы регистрации.

Для синхронизации подсистемы используется кварцевый генератор с частотой 10 кГц, размещенный в модулеPCL-720. Синхросигнал вызывает прерывания процессора подсистемы регистрации с периодом, соответственно, 100 мкс. Весь цикл возбуждения 2 рентгеновских трубок, регистрации откликов и анализа последних на принадлежность обогащаемому минералу - алмазу - разбит на 40 тактов, образующих временную сетку процесса.

Пусть условно первый такт начинается с установки сигнала возбуждения первой рентгеновской трубки, тогда на 6-м такте этот сигнал снимается; аналогично на 21 и 26-м тактах устанавливается и снимается сигнал возбуждения для второй рентгеновской трубки. На 4, 12, 14 и 16-м тактах, а также соответственно на 24, 32, 34 и 36-м тактах запускается аналого-цифровой преобразователь (АЦП) модуля PCL-818HG. Соответствующие значения времени обозначены на диаграммах как t1…t8. При значениях t1…t4 выполняется преобразование для каналов 1…4, а в точках t5…t8 - для каналов 5…8. Каждому обозначенному значению времени, таким образом, соответствуют четыре 12-разрядных числа, представляющих собой значения напряжения сигнала люминесценции в указанном канале наопределенном шаге временной сетки.

Сигналы в каналах, полученные вовремя действия импульсов возбуждения (t1 и t5), соответствуют суперпозиции сигналов люминесценции воздуха в зоне облучения, который присутствует вне зависимости от наличия люминесцирующих минералов, и так называемого короткоживущего компонента сигналов люминесценции минералов (когда они присутствуют в этой зоне). Короткоживущий ("быстрый") компонент (БК) возникает практически мгновенно после начала импульса возбуждения и гаснет сразу же по его око...