Результат интеллектуальной деятельности: АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПУЛЬПОВЫХ ПРОДУКТОВ

Изобретение относится к системам аналитического контроля пульповых продуктов, растворов или суспензий в потоке, применяемых в горно-обогатительной и других отраслях промышленности, где необходим периодический аналитический контроль физико-химических свойств жидкого технологического продукта, и может быть использовано для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Известна система аналитического контроля жидких проб, содержащая последовательно соединенные комплекс средств пробоотбора и транспортную магистраль с циркуляционным замкнутым измерительным контуром, включающим последовательно соединенные воздухоотделительную емкость, проточную кювету спектрометра, расположенную в высшей точке контура и гидравлически соединенную через разгрузочную трубку с последовательно соединенными стартовым эжекторным устройством, компенсирующей емкостью, сообщающейся с атмосферой, клапаном сброса и струйным насосом (SU, а.с. №1075106, кл. G01N 1/10, 1984 г.).

Однако эта система не обеспечивает требуемой достоверности ввиду невозможности достижения необходимой однородности пробы, а также из-за ее аэрации в процессе подачи в кювету спектрометра. Для обеспечения достоверности контроля в этой системе необходимо иметь значительный объем пробы для ее усреднения, но этот объем в свою очередь повышает энергозатраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является система аналитического контроля жидких проб, включающая автоматический пробоотборный комплекс, автоматический комплекс циркуляционной пробоподачи и транспортные магистрали (RU, патент №2173452, кл. G01N 1/10, 2000 г.).

Недостатком известной системы является низкая точность анализа пульповых продуктов, обусловленная использованием одной проточной кюветы для анализа разнородных по составу продуктов, что ведет к высокой вероятности взаимного «заражения» анализируемых проб. На достоверность результатов анализа также влияет отсутствие комплексного анализа пульповых продуктов, включающего, в том числе, дополнительный метрологический контроль результатов экспресс-анализа по контрольным пробам при помощи более точных методов измерений. Кроме того, не решена задача интеграции в информационные системы предприятия, которая требует двустороннего обмена данными с помощью программных протоколов и является необходимой для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами обогащения на современном уровне. Это в совокупности с неточным анализом проб технологических продуктов приводит к низкой эффективности системы при управлении процессами, например, флотационного обогащения руд.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности системы путем повышения достоверности получаемой аналитической информации и расширения функциональных возможностей системы аналитического контроля пульповых продуктов.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматической системе аналитического контроля пульповых продуктов, включающей автоматический пробоотборный комплекс, автоматический комплекс циркуляционной пробоподачи и транспортные магистрали, согласно изобретению система дополнительно снабжена автоматическим комплексом пробоподготовки, автоматическим комплексом подготовки и подачи порошковых проб, аналитическим комплексом, комплексом сетевого оборудования, центральной станцией управления системой, серверами системы, информационными магистралями, при этом выход автоматического пробоотборного комплекса соединен с входом автоматического комплекса пробоподготовки, который, в свою очередь, имеет два выхода, соединенных с автоматическим комплексом циркуляционной пробоподачи и автоматическим комплексом подготовки и подачи порошковых проб, а выходы автоматического комплекса циркуляционной пробоподачи и автоматического комплекса подготовки и подачи порошковых проб соединены с входами аналитического комплекса, причем система управления каждого автоматического комплекса объединена в единую информационную сеть с центральной станцией управления автоматической системой аналитического контроля и серверами данной системы через комплекс сетевого оборудования.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что автоматический комплекс подготовки и подачи порошковых проб состоит из оборудования подготовки порошковых проб, оборудования шифровки/дешифровки порошковых проб, оборудования перемещения порошковых проб, оборудования хранения порошковых проб и устройства управления комплексом;

а также тем, что аналитический комплекс состоит из многокюветных поточных пульповых и порошковых анализаторов физико-химических свойств проб и устройства управления комплексом.

На чертеже представлена блок-схема автоматической системы аналитического контроля пульповых продуктов.

Автоматическая система аналитического контроля пульповых продуктов включает в себя:

- автоматический пробоотборный комплекс 1, состоящий из оборудования 2 отбора проб, оборудования 3 накопления и отправки проб и устройства 4 управления комплексом;

- автоматический комплекс 5 пробоподготовки, состоящий из оборудования 6 приема и деаэрации проб, оборудования 7 динамического сокращения проб, оборудования 8 обезвоживания и фильтрации проб и устройства 9 управления комплексом;

- автоматический комплекс 10 циркуляционной пробоподачи, состоящий из оборудования 11 приема и циркуляции проб, оборудования 12 адресного возврата проб и устройства 13 управления комплексом;

- автоматический комплекс 14 подготовки и подачи порошковых проб, состоящий из оборудования 15 подготовки порошковых проб, оборудования 16 шифровки/дешифровки порошковых проб, оборудования 17 перемещения порошковых проб, оборудования 18 хранения порошковых проб и устройства 19 управления комплексом;

- аналитический комплекс 20, состоящий из многокюветных порошковых и поточных пульповых анализаторов 21 и 22 физико-химических свойств проб, а также устройства 23 управления комплексом;

- комплекс 24 сетевого оборудования для организации локальной вычислительной сети автоматической системы аналитического контроля, состоящий из группы проводного оборудования 25 связи и группы беспроводного оборудования 26 связи;

- центральную станцию 27 управления автоматической системой аналитического контроля;

- серверы 28 автоматической системы аналитического контроля;

- потребителей 29 данных от автоматической системы аналитического контроля.

Для перемещения проб между подсистемами используются транспортные магистрали 30. Все компоненты системы объединены информационными магистралями 31 в общую информационную сеть для обмена данными.

Работа автоматической системы аналитического контроля для одной точки опробования происходит следующим образом.

Продукты производства отбираются автоматическим пробоотборным комплексом 1 при помощи входящего в него оборудования 2 отбора проб и в виде частных проб поступают в оборудование 3 накопления и отправки проб, в котором осуществляется усреднение пробы, направляемой на анализ. Усредненная проба при помощи оборудования 3 накопления и отправки проб доставляется с помощью сжатого воздуха по транспортной магистрали 30 в автоматический комплекс 5 пробоподготовки, где при помощи оборудования 6 приема и деаэрации проб происходит отделение воздуха от пробы, далее проба представительно делится при помощи оборудования 7 динамического сокращения проб, при этом часть пробы накапливается в виде контрольных, сменных и балансовых проб в оборудовании 8 обезвоживания и фильтрации проб, а другая часть проб направляется в автоматический комплекс 10 циркуляционной пробоподачи. При помощи оборудования 11 приема и циркуляции, с целью повышения достоверности (точности) результата анализа, происходит многократное прохождение жидкой пробы через кювету многокюветного поточного пульпового анализатора 22, во время которого производится экспресс-анализ пробы. После завершения анализа проба поступает в оборудование 12 адресного возврата и может быть направлена в конкретную точку технологического потока, из которого произошел отбор данной пробы или в общий слив. По окончании каждого цикла анализа происходит промывка всего оборудования и транспортных магистралей, участвовавших в анализе жидкой пробы. Накопленные контрольные, сменные и балансовые пробы после обезвоживания поступают с оборудования 8 обезвоживания и фильтрации проб в автоматический комплекс 14 подготовки и подачи порошковых проб. В автоматическом комплексе 14 подготовки и подачи порошковых проб при помощи оборудования 15 подготовки порошковых проб происходит их высушивание, представительное перемешивание, отбор навески, ее прессование и помещение таблетированной пробы в кювету, далее с помощью оборудования 16 шифровки/дешифровки порошковых проб происходит запись данных о пробе в радиометку, расположенную на кювете. Кювета с пробой поступает на анализ в многокюветный порошковый анализатор 21. После завершения анализа таблетированная проба помещается в оборудование 18 хранения порошковых проб или утилизируется. Все операции перемещения порошковых проб выполняет роботизированное оборудование, входящее в состав оборудования 17 перемещения порошковых проб. Все оборудование, участвующее в анализах порошковых проб, после каждого цикла анализа подвергается обязательной автоматической промывке и/или продувке сжатым воздухом. Аналитический комплекс 20 может включать один и более многокюветных поточных пульповых и порошковых анализаторов 22 и 21 различных физико-химических свойств. Каждый из комплексов 1, 5, 10, 14, 20 имеет в своем составе устройства 4, 9, 13, 19, 23 управления, позволяющие им работать как автономно, так и в составе автоматической системы аналитического контроля. Устройства 4, 9, 13, 19, 23 управления соединены информационными магистралями 31 через группу проводного оборудования 25 связи, входящего в комплекс сетевого оборудования 24, и образуют одну информационную сеть с центральной станцией 27 управления системой, серверами 28 и потребителями 29. Автоматической системой аналитического контроля поддерживаются следующие топологии информационных магистралей для соединения входящих в нее компонентов: «звезда», «шина», «кольцо» и их сочетание в любых комбинациях. В качестве основного способа соединения используется топология типа «звезда». С целью повышения отказоустойчивости и быстродействия все компоненты или часть могут быть объединены в «кольцо», а для соединения группы близко расположенных друг к другу компонентов системы может быть использовано соединение типа «шина». Для повышения надежности работы устройств 4, 9, 13, 19, 23 управления используется механизм диагностических сообщений, позволяющий центральной станции 27 управления определять их рабочее состояние в реальном режиме времени, а для самой центральной станции 27 управления реализуется возможность дублирования с вводом резерва в работу без остановки процесса. Взаимодействие автоматической системы аналитического контроля с потребителями 29 производится через центральную станцию 27 управления системой и серверы 28. Автоматическая система аналитического контроля допускает подключение потребителей 29 к своим компонентам по беспроводному каналу обмена данными при помощи группы беспроводного оборудования 26 связи, входящего в комплекс сетевого оборудования 24. Использование в составе группы беспроводного оборудования 26 связи средств для организации доступа к глобальным беспроводным сетям позволяет производить удаленное подключение к компонентам автоматической системы аналитического контроля по защищенному каналу, например, с целью технического обслуживания. Обмен данными между автоматической системой аналитического контроля и потребителями 29 может происходить при помощи коммерческих промышленных протоколов передачи данных, например, Siemens S7comm (https://www.automation.siemens.com); открытых промышленных протоколов, например, ModbusTCP (http://www.modbus.org/); протоколов на основе технологий, использующих языки расширенной разметки XML (http://www.w3.org/XML/), например SOAP (http://www.w3.org/TR/soap/); а также с помощью протоколов на основе сервис-ориентированных архитектур, например ОРС UA (https://opcfoundation.org/), и предоставления доступа к базам данных системы.

Аналитический комплекс строится на основе одного или более многокюветных поточных пульповых анализаторов, позволяющих проводить анализ пульповых проб от разных технологических потоков в разных проточных кюветах, что исключает возможность взаимного «заражения» разнородных по составу проб.

Введенный в систему автоматический комплекс пробоподготовки в совокупности с автоматическим пробоотборным комплексом, а также дополнительно введенный автоматический комплекс подготовки и подачи порошковых проб обеспечивают подготовку представительных контрольных проб в автоматическом режиме. Входящие в состав аналитического комплекса более точные порошковые анализаторы позволяют осуществлять на основе подготовленных контрольных проб метрологический контроль результатов экспресс-анализов, проводимых на поточных пульповых анализаторах. Совместное использование аналитического комплекса с автоматическими комплексами циркуляционной подачи жидких проб и автоматическим комплексом подготовки и подачи порошковых проб позволяет повысить достоверность результатов проводимых экспресс-анализов и повысить эффективность работы системы в целом.

Введенные в систему центральная станция управления и серверы со специализированным (авторским) программным, методико-математическим и метрологическим обеспечением позволяют производить обработку, хранение и передачу аналитической информации различным потребителям. Это в совокупности с использованием различных протоколов обмена данными (например, S7comm, ModbusTCP, ОРС UA, SOAP) позволяет максимально упростить внедрение системы аналитического контроля пульповых продуктов в различные информационные системы предприятий, таким образом, расширяя ее функциональные возможности. Расширенная функциональность системы аналитического контроля пульповых продуктов позволяет создавать на ее основе автоматизированные системы управления процессами обогащения.

Таким образом, использование предложенного технического решения позволит повысить эффективность автоматической системы аналитического контроля пульповых продуктов путем повышения достоверности (точности) получаемой аналитической информации и расширения функциональных возможностей системы.