· 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 окончании. Остается так называемый долгоживущий ("медленный") компонент (МК) сигнала, который гаснет в течение нескольких миллисекунд. Амплитуда БК, амплитуда и длительность МК служат основными характеристиками сигнала люминесценции, по которым выявляется его принадлежность к обогащаемому минералу - алмазу.

Соотношения, положенные в основу селекции:

Полагая МК экспонентой вида

U=U₀*e^-t/,

где U₀ - амплитуда МК,

t - текущее время,

- постоянная времени экспоненты,

можно определить параметры МК по результатам измерений в тактах 12, 14, 16, (32, 34, 36):

ф=?tU/?U, ?U=U₂-U₃, ?t= t₃ - t_2.

Здесь U₂ и U₃ - значения напряжения сигнала, измеренные в тактах 12 и 14 соответственно (моменты времени t2 и t3).

В тактах 32, 34, 36 проводятся аналогичные измерения для другой группы каналов.

Исследования показали, что алмазы отличаются от сопутствующих минералов определенным диапазоном соотношений амплитуд БК и МК и диапазоном значений постоянной времени сигналов люминесценции. Сравнение полученного сигнала с заданным этими параметрами "образом" алмаза производит процессор подсистемы регистрации в тактах 17…20 (37…40). В случае положительного результата сравнения по какому-либо каналу в одном из цифровых портов модуля PCL-818HG устанавливается "1" в бите с номером, определяемым номером выявленного канала.

Значения параметров сигнала люминесценции воздуха, измеряемые в моменты времени t1 и t5 при отсутствии полезного сигнала, служат для автоматической регулировки коэффициента передачи в каналах регистрации, который является функцией напряжения и тока рентгеновской трубки, коэффициента передачи ФЭУ и уровня загрязнения их входных окон. Эти значения усредняются по массиву реализаций (не менее 1000) и через определенные интервалы времени (здесь - 128 мс) сравниваются с заданным значением. Если текущее среднее значение в некотором канале на момент сравнения меньше заданного более чем на 10%, то выполняется операция усиления с помощью ЦАП, выходное напряжение которого управляет чувствительным элементом - ФЭУ данного канала. Если же, напротив, текущее среднее превышает уставку на 10% или более, то в ЦАП записывается меньшее число с целью снижения усиления ФЭУ. Таким образом эмулируется работа "задержанной" АРУ, независимо функционирующей в каждом из 8 каналов регистрации. Задержка в АРУ обеспечивает устойчивость системы в процессе регулирования. В качестве источников высоковольтного питания ФЭУ в системе использованы маломощные преобразователи типа DC-DC.

Если в процессе работы АРУ содержимое ЦАП в каком-либо канале таково, что соответствующее ему напряжение ФЭУ достигнет верхней допустимой границы (обычно это вызвано загрязнением входного окна ФЭУ частицами обогащаемой руды), регулирование прекращается и в цифровой порт выдается бит потери чувствительности канала. Этот сигнал требует вмешательства оператора.

Подсистема управления

При реализации подсистема управления оказалась существенно проще подсистемы регистрации, так как в ней не требуется столь быстрой реакции на входные сигналы, хотя общее число каналов ввода-вывода и превышает 100. Можно выделить три основных режима функционирования подсистемы управления:

· циклический опрос органов управления (клавиатуры на панели блока, удаленного пульта управления, а так

же датчиков состояния оконечных устройств РЛС), управление исполнительными устройствами (подача руды, отделение алмазов и прочее), выдача сообщений оператору на системный дисплей каждые 2 с, выявление нештатных ситуаций в работе РЛС и реакция на них;

· прием новых значений параметров от пульта технолога-обогатителя и передача их в оконечные блоки;

· обмен данными с АСУ предприятия через порт интерфейса RS-232/RS-485 процессорной платы.