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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(wěn)高效的運行是確保冶金行業(yè)的生產效益和安全的重要因素。
根據(jù)筆者多年的現(xiàn)場經驗和眾多科研院校的研究，基于計算機知識的現(xiàn)代設計理念和方法的應用，以及測控系統(tǒng)軟硬件冗余技術和防干擾措施的實施，使得冶金設備性能大大提高，安全性和可靠性得以保證，從而減少了冶金產業(yè)的事故發(fā)生率，提高了其有效生產。
關鍵詞：冶金設備;安全性;冶金產業(yè)
冶金工業(yè)生產不同產品的企業(yè)種類繁多，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);產品質量高，冶煉生產溫度高(如煉鐵、煉鋼的焰點和沸點高達1000~2000℃甚至以上，電解鋁正常生產溫度高達950℃);粉塵煙害大,有毒有害物質多，勞動條件艱苦，安全衛(wèi)生問題突出，傷亡事故和職業(yè)病多。
這些都是勞動保護不可忽視的。
在冶金工業(yè)生產中，從礦山開采、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?shù)纫幌盗羞^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(wěn)高效的運行是確保冶金行業(yè)的生產效益和安全的重要因素。
根據(jù)筆者多年的現(xiàn)場經驗和眾多科研院校的研究，基于計算機知識的現(xiàn)代設計理念和方法的應用.以及測控系統(tǒng)軟硬件冗余技術和防干擾措施的實施.使得冶金設備性能大大提高.安全性和可靠性得以保證，從而減少了冶金產業(yè)的事故發(fā)生率，提高了其有效生產。
1 冶金安全生產安全技術的原則
隨著現(xiàn)代化經濟的發(fā)展與安全工作的社會、國際化，安全系統(tǒng)的概念已不再停留在原先某個行業(yè)某個車間的危險控制上，系統(tǒng)的組成包括了各子系統(tǒng)，分系統(tǒng)。
其規(guī)模、范圍互不相同，危險的性質，特點亦不相同，因此，必須采用分級控制。
各子系統(tǒng)可以自己調整和實現(xiàn)控制。
一級控制是指對事故的根本原因-管理缺陷的控制，二級指的是對生產過程實施的危險閉環(huán)控制系統(tǒng)，二級控制是對裝備本質安全化的控制，因此是至關重要的。
三級則是工作場所預防控制，如機械防護，局部排風。
在三級控制中，一級是關鍵，只有有了有效的一級控制才會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 設備安全控制技術分析
近年來，隨著計算機系統(tǒng)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代設計理論和方法的發(fā)展進入更為廣闊的空間和越來越多的設計領域。
對于冶金設備的設計來說，設計人員應使用CAD計算機輔助設計系統(tǒng)，應用相應的現(xiàn)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際中用于冶金設備。
2.1 CAD輔助技術。
對于相對成熟的冶金設備，在設計中應用CAD技術可實現(xiàn)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進行平面和三維設計，利用UG強大的造型功能來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，對設備進行整體裝配并觀察各部分的運動、協(xié)調以及干涉情況，以進行動態(tài)設計，減少設計周期。
利用CAD軟件不僅可以對設備進行模塊化設計、標準化設計，在提高設計效率的同時也提高了產品的安全性能。
2.2 數(shù)值計算技術。
它是將復雜的研究對象簡化為有限數(shù)量單元組成的集合體，分別對每個單元體進行求解后，再將各單元拼合起來，以代替原來的整體進行分析的方法。
使用有限元方法既可分析工程中復雜非線性問題、非穩(wěn)態(tài)問題的，又可用于工程中復雜結構的力學分析。
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問題，并在冶金設備在最初設計環(huán)節(jié)減少不穩(wěn)定因素，從而提高設備的可靠性。
3 測控系統(tǒng)技術分析
冶金設備自動化裝備水平的提高，勢必要求提高其計算機控制系統(tǒng)的可靠性和可用性。
這除了提高軟硬件自身的可靠性外，還可以通過控制系統(tǒng)的軟硬件冗余和先進的測試技術來提高整個系統(tǒng)的安全性。
3.1 熱備冗余技術。
是一種通過使用計算機集群技術來實現(xiàn)的雙機熱備系統(tǒng)。
集群計算機技術是指將一組獨立的計算機通過特定的硬件和軟件連接起來，它可以在短時間內檢測到故障的發(fā)生及時并啟用備用設備以保證設備的平穩(wěn)運行。
對于使用PLC的基礎自動化來說，它的工作原理與計算機操作系統(tǒng)工作原理不同，PLC內嵌的應用程序是按照順序執(zhí)行，循環(huán)掃描的方式工作來運行的。
掃描周期對于既定的應用有著嚴格的執(zhí)行時間。
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保證相同的時鐘和執(zhí)行速度，使之同時工作，通過準確的時鐘同步以及程序斷點同步，時刻保持程序運行的一致性。
當發(fā)生故障時，通過無憂切換，備用CPU的啟用在一個掃描周期(一般為幾十微毫秒)內完成切換工作。
3.2 抗干擾技術。
在工業(yè)環(huán)境中，對于實際應用的微機測控系統(tǒng)，有很多強烈的干擾來自系統(tǒng)內設備的運行，例如，大型感性負載的通斷，大型設備的關停啟動時產生的干擾可以作用到測控系統(tǒng)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。
在設計和開發(fā)冶金設備的測控系統(tǒng)時，一般很難考慮到在實際應用過程中可能發(fā)生的各種干擾和設備自身的隨機性故障，尤其是現(xiàn)場惡劣的環(huán)境很有可能使計算機系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生異常。
此類問題需要借助干特殊軟件措施使計算機擺脫困境，當出現(xiàn)故障時及時使用修復或啟用備用系統(tǒng)。
軟件“看門狗技術”、指令冗余技術、數(shù)據(jù)冗余技術以及軟件陷阱技術均可解決此類問題。
4 結束語
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(tǒng)、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] 彭開香,冶金設備高可用性控制系統(tǒng)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(tǒng)的軟件抗干擾技術[J],有色設備，2009年第O2期.
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