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冶金設(shè)備安全性提高研究
冶金設(shè)備安全性提高研究
摘要：冶金設(shè)備平穩(wěn)高效的運(yùn)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(jù)筆者多年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和眾多科研院校的研究，基于計(jì)算機(jī)知識(shí)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和方法的應(yīng)用，以及測(cè)控系統(tǒng)軟硬件冗余技術(shù)和防干擾措施的實(shí)施，使得冶金設(shè)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(shè)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)種類繁多，工藝、設(shè)備復(fù)雜多祥,設(shè)備體積大(如各種冶煉設(shè)備,各種運(yùn)輸設(shè)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(dá)1000~2000℃甚至以上，電解鋁正常生產(chǎn)溫度高達(dá)950℃);粉塵煙害大,有毒有害物質(zhì)多，勞動(dòng)條件艱苦，安全衛(wèi)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(hù)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(jié)、冶煉、軋鋼、軋制有色金屬到焦化、耐火材料、炭素、鐵合金、機(jī)械加工和運(yùn)輸?shù)纫幌盗羞^(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(shè)備平穩(wěn)高效的運(yùn)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(jù)筆者多年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和眾多科研院校的研究，基于計(jì)算機(jī)知識(shí)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和方法的應(yīng)用.以及測(cè)控系統(tǒng)軟硬件冗余技術(shù)和防干擾措施的實(shí)施.使得冶金設(shè)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
隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與安全工作的社會(huì)、國(guó)際化，安全系統(tǒng)的概念已不再停留在原先某個(gè)行業(yè)某個(gè)車間的危險(xiǎn)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(xiǎn)的性質(zhì)，特點(diǎn)亦不相同，因此，必須采用分級(jí)控制。
各子系統(tǒng)可以自己調(diào)整和實(shí)現(xiàn)控制。
一級(jí)控制是指對(duì)事故的根本原因-管理缺陷的控制，二級(jí)指的是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施的危險(xiǎn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，二級(jí)控制是對(duì)裝備本質(zhì)安全化的控制，因此是至關(guān)重要的。
三級(jí)則是工作場(chǎng)所預(yù)防控制，如機(jī)械防護(hù)，局部排風(fēng)。
在三級(jí)控制中，一級(jí)是關(guān)鍵，只有有了有效的一級(jí)控制才會(huì)有好的二級(jí)和三級(jí)控制。
由于冶金安全事故預(yù)防必須采取分級(jí)控制方法，因此只有綜合性的措施方能有效。
2 設(shè)備安全控制技術(shù)分析
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)領(lǐng)域。
對(duì)于冶金設(shè)備的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)使用CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，應(yīng)用相應(yīng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，在最初的設(shè)計(jì)階段考慮最大限度地提高冶金行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的安全和效益。
以下闡述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和有限元方法如何在實(shí)際中用于冶金設(shè)備。
2.1 CAD輔助技術(shù)。
對(duì)于相對(duì)成熟的冶金設(shè)備，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)以及CAD/CAPP/CAM一體化設(shè)計(jì)。
諸多的CAD軟件為我們提供了廣闊的設(shè)計(jì)平臺(tái)，我們可以使用AutoCAD進(jìn)行平面和三維設(shè)計(jì)，利用UG強(qiáng)大的造型功能來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)曲面，使設(shè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行整體裝配并觀察各部分的運(yùn)動(dòng)、協(xié)調(diào)以及干涉情況，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)周期。
利用CAD軟件不僅可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在提高設(shè)計(jì)效率的同時(shí)也提高了產(chǎn)品的安全性能。
2.2 數(shù)值計(jì)算技術(shù)。
它是將復(fù)雜的研究對(duì)象簡(jiǎn)化為有限數(shù)量單元組成的集合體，分別對(duì)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(fù)雜非線性問(wèn)題、非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的，又可用于工程中復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(shè)備工況條件的復(fù)雜性正好適用于有限元法來(lái)分析。
例如，軋鋼機(jī)的軋輥和軸承的結(jié)構(gòu)和受載在設(shè)計(jì)中一直采用工程計(jì)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(xiǎn)截面處的應(yīng)力，而不能確定組成軋機(jī)關(guān)鍵部件每塊鋼板的應(yīng)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(wèn)題，并在冶金設(shè)備在最初設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)減少不穩(wěn)定因素，從而提高設(shè)備的可靠性。
3 測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)分析
冶金設(shè)備自動(dòng)化裝備水平的提高，勢(shì)必要求提高其計(jì)算機(jī)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(guò)控制系統(tǒng)的軟硬件冗余和先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。
3.1 熱備冗余技術(shù)。
是一種通過(guò)使用計(jì)算機(jī)集群技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的雙機(jī)熱備系統(tǒng)。
集群計(jì)算機(jī)技術(shù)是指將一組獨(dú)立的計(jì)算機(jī)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(nèi)檢測(cè)到故障的發(fā)生及時(shí)并啟用備用設(shè)備以保證設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。
對(duì)于使用PLC的基礎(chǔ)自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，它的工作原理與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)工作原理不同，PLC內(nèi)嵌的應(yīng)用程序是按照順序執(zhí)行，循環(huán)掃描的方式工作來(lái)運(yùn)行的。
掃描周期對(duì)于既定的應(yīng)用有著嚴(yán)格的執(zhí)行時(shí)間。
為保證設(shè)備正常運(yùn)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(zhí)行速度，使之同時(shí)工作，通過(guò)準(zhǔn)確的時(shí)鐘同步以及程序斷點(diǎn)同步，時(shí)刻保持程序運(yùn)行的一致性。
當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)無(wú)憂切換，備用CPU的啟用在一個(gè)掃描周期(一般為幾十微毫秒)內(nèi)完成切換工作。
3.2 抗干擾技術(shù)。
在工業(yè)環(huán)境中，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，有很多強(qiáng)烈的干擾來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行，例如，大型感性負(fù)載的通斷，大型設(shè)備的關(guān)停啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾可以作用到測(cè)控系統(tǒng)的微機(jī)電路上。
這些干擾雖然危害嚴(yán)重，但往往是可以預(yù)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(dá)到防干擾的目的。
在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)冶金設(shè)備的測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，一般很難考慮到在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可能發(fā)生的各種干擾和設(shè)備自身的隨機(jī)性故障，尤其是現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境很有可能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生異常。
此類問(wèn)題需要借助干特殊軟件措施使計(jì)算機(jī)擺脫困境，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)使用修復(fù)或啟用備用系統(tǒng)。
軟件“看門狗技術(shù)”、指令冗余技術(shù)、數(shù)據(jù)冗余技術(shù)以及軟件陷阱技術(shù)均可解決此類問(wèn)題。
4 結(jié)束語(yǔ)
筆者結(jié)合自己多年對(duì)冶金設(shè)備的認(rèn)識(shí)，從設(shè)計(jì)方法、零件分析、測(cè)控系統(tǒng)、軟件設(shè)計(jì)等方面，闡述如何合理有效地提高冶金設(shè)備安全性能。
參考文獻(xiàn)
[1] 彭開(kāi)香,冶金設(shè)備高可用性控制系統(tǒng)的構(gòu)建[J],冶金設(shè)備，2011年8月第4期，總第152期.
[2] 馮江,有色冶金設(shè)備測(cè)控系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù)[J],有色設(shè)備，2009年第O2期.
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