冶金設備安全性提高研究

　　冶金設備安全性提高研究

　　摘要：冶金設備平穩高效的運行是確保冶金行業(yè)的生產(chǎn)效益和安全的重要因素。

　　根據筆者多年的現場(chǎng)經(jīng)驗和眾多科研院校的研究，基于計算機知識的現代設計理念和方法的應用，以及測控系統軟硬件冗余技術(shù)和防干擾措施的實(shí)施，使得冶金設備性能大大提高，安全性和可靠性得以保證，從而減少了冶金產(chǎn)業(yè)的事故發(fā)生率，提高了其有效生產(chǎn)。

　　關(guān)鍵詞：冶金設備;安全性;冶金產(chǎn)業(yè)

　　冶金工業(yè)生產(chǎn)不同產(chǎn)品的企業(yè)種類(lèi)繁多，工藝、設備復雜多祥,設備體積大(如各種冶煉設備,各種運輸設備體積都十分龐大);產(chǎn)品質(zhì)量高，冶煉生產(chǎn)溫度高(如煉鐵、煉鋼的焰點(diǎn)和沸點(diǎn)高達1000~2000℃甚至以上，電解鋁正常生產(chǎn)溫度高達950℃);粉塵煙害大,有毒有害物質(zhì)多，勞動(dòng)條件艱苦，安全衛生問(wèn)題突出，傷亡事故和職業(yè)病多。

　　這些都是勞動(dòng)保護不可忽視的。

　　在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，從礦山開(kāi)采、選礦、燒結、冶煉、軋鋼、軋制有色金屬到焦化、耐火材料、炭素、鐵合金、機械加工和運輸等一系列過(guò)程中危害工人安全、健康的因素非常多，需要采取各種措施加以解決。

　　冶金設備平穩高效的運行是確保冶金行業(yè)的生產(chǎn)效益和安全的重要因素。

　　根據筆者多年的現場(chǎng)經(jīng)驗和眾多科研院校的研究，基于計算機知識的現代設計理念和方法的應用.以及測控系統軟硬件冗余技術(shù)和防干擾措施的實(shí)施.使得冶金設備性能大大提高.安全性和可靠性得以保證，從而減少了冶金產(chǎn)業(yè)的事故發(fā)生率，提高了其有效生產(chǎn)。

　　1 冶金安全生產(chǎn)安全技術(shù)的原則

　　隨著(zhù)現代化經(jīng)濟的發(fā)展與安全工作的社會(huì )、國際化，安全系統的概念已不再停留在原先某個(gè)行業(yè)某個(gè)車(chē)間的危險控制上，系統的組成包括了各子系統，分系統。

　　其規模、范圍互不相同，危險的性質(zhì)，特點(diǎn)亦不相同，因此，必須采用分級控制。

　　各子系統可以自己調整和實(shí)現控制。

　　一級控制是指對事故的根本原因-管理缺陷的控制，二級指的是對生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施的危險閉環(huán)控制系統，二級控制是對裝備本質(zhì)安全化的控制，因此是至關(guān)重要的。

　　三級則是工作場(chǎng)所預防控制，如機械防護，局部排風(fēng)。

　　在三級控制中，一級是關(guān)鍵，只有有了有效的一級控制才會(huì )有好的二級和三級控制。

　　由于冶金安全事故預防必須采取分級控制方法，因此只有綜合性的措施方能有效。

　　2 設備安全控制技術(shù)分析

　　近年來(lái)，隨著(zhù)計算機系統的飛速發(fā)展，現代設計理論和方法的發(fā)展進(jìn)入更為廣闊的空間和越來(lái)越多的設計領(lǐng)域。

　　對于冶金設備的設計來(lái)說(shuō)，設計人員應使用CAD計算機輔助設計系統，應用相應的現代設計理論和方法，在最初的設計階段考慮最大限度地提高冶金行業(yè)生產(chǎn)設備的安全和效益。

　　以下闡述計算機輔助設計和有限元方法如何在實(shí)際中用于冶金設備。

　　2.1 CAD輔助技術(shù)。

　　對于相對成熟的冶金設備，在設計中應用CAD技術(shù)可實(shí)現模塊化設計以及CAD/CAPP/CAM一體化設計。

　　諸多的CAD軟件為我們提供了廣闊的設計平臺，我們可以使用AutoCAD進(jìn)行平面和三維設計，利用UG強大的造型功能來(lái)設計復雜的機械結構曲面，使設備各零件在受力、磨損、平衡等方面更合理，以增加其壽命，減少不安全因素，我們也能夠利用Pro\E或SOLIDWORKS靈活的裝配功能，對設備進(jìn)行整體裝配并觀(guān)察各部分的運動(dòng)、協(xié)調以及干涉情況，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)設計，減少設計周期。

　　利用CAD軟件不僅可以對設備進(jìn)行模塊化設計、標準化設計，在提高設計效率的同時(shí)也提高了產(chǎn)品的安全性能。

　　2.2 數值計算技術(shù)。

　　它是將復雜的研究對象簡(jiǎn)化為有限數量單元組成的集合體，分別對每個(gè)單元體進(jìn)行求解后，再將各單元拼合起來(lái)，以代替原來(lái)的整體進(jìn)行分析的方法。

　　使用有限元方法既可分析工程中復雜非線(xiàn)性問(wèn)題、非穩態(tài)問(wèn)題的，又可用于工程中復雜結構的力學(xué)分析。

　　目前已有許多成熟的大型有限元分析軟件如ANSYS、MSC.Marc、ADINA、ABQUS等。

　　冶金設備工況條件的復雜性正好適用于有限元法來(lái)分析。

　　例如，軋鋼機的軋輥和軸承的結構和受載在設計中一直采用工程計算法，即將其作為承受彎曲變形的梁來(lái)處理。

　　這種方法只能確定危險截面處的應力，而不能確定組成軋機關(guān)鍵部件每塊鋼板的應力分布。

　　但是使用有限元分析方法則可以很好的解決此類(lèi)問(wèn)題，并在冶金設備在最初設計環(huán)節減少不穩定因素，從而提高設備的可靠性。

　　3 測控系統技術(shù)分析

　　冶金設備自動(dòng)化裝備水平的提高，勢必要求提高其計算機控制系統的可靠性和可用性。

　　這除了提高軟硬件自身的可靠性外，還可以通過(guò)控制系統的軟硬件冗余和先進(jìn)的測試技術(shù)來(lái)提高整個(gè)系統的安全性。

　　3.1 熱備冗余技術(shù)。

　　是一種通過(guò)使用計算機集群技術(shù)來(lái)實(shí)現的雙機熱備系統。

　　集群計算機技術(shù)是指將一組獨立的計算機通過(guò)特定的硬件和軟件連接起來(lái)，它可以在短時(shí)間內檢測到故障的發(fā)生及時(shí)并啟用備用設備以保證設備的平穩運行。

　　對于使用PLC的基礎自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，它的工作原理與計算機操作系統工作原理不同，PLC內嵌的應用程序是按照順序執行，循環(huán)掃描的方式工作來(lái)運行的。

　　掃描周期對于既定的應用有著(zhù)嚴格的執行時(shí)間。

　　為保證設備正常運行，可將核心部件做備份，并使冗余的CPU與正常工作CPU保證相同的時(shí)鐘和執行速度，使之同時(shí)工作，通過(guò)準確的時(shí)鐘同步以及程序斷點(diǎn)同步，時(shí)刻保持程序運行的一致性。

　　當發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)無(wú)憂(yōu)切換，備用CPU的啟用在一個(gè)掃描周期(一般為幾十微毫秒)內完成切換工作。

　　3.2 抗干擾技術(shù)。

　　在工業(yè)環(huán)境中，對于實(shí)際應用的微機測控系統，有很多強烈的干擾來(lái)自系統內設備的運行，例如，大型感性負載的通斷，大型設備的關(guān)停啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾可以作用到測控系統的微機電路上。

　　這些干擾雖然危害嚴重，但往往是可以預知及避免的，通常的作法是在硬件上采取一定的措施抑止干擾或者屏蔽傳輸途徑以達到防干擾的目的。

　　在設計和開(kāi)發(fā)冶金設備的測控系統時(shí)，一般很難考慮到在實(shí)際應用過(guò)程中可能發(fā)生的各種干擾和設備自身的隨機性故障，尤其是現場(chǎng)惡劣的環(huán)境很有可能使計算機系統在運行過(guò)程中發(fā)生異常。

　　此類(lèi)問(wèn)題需要借助干特殊軟件措施使計算機擺脫困境，當出現故障時(shí)及時(shí)使用修復或啟用備用系統。

　　軟件“看門(mén)狗技術(shù)”、指令冗余技術(shù)、數據冗余技術(shù)以及軟件陷阱技術(shù)均可解決此類(lèi)問(wèn)題。

　　4 結束語(yǔ)

　　筆者結合自己多年對冶金設備的認識，從設計方法、零件分析、測控系統、軟件設計等方面，闡述如何合理有效地提高冶金設備安全性能。

　　參考文獻

　　[1] 彭開(kāi)香,冶金設備高可用性控制系統的構建[J],冶金設備，2011年8月第4期，總第152期.

　　[2] 馮江,有色冶金設備測控系統的軟件抗干擾技術(shù)[J],有色設備，2009年第O2期.

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