冶金设备安全性提高研究
冶金设备安全性提高研究
摘要：冶金设备平稳高效的运行是确保冶金行业的生产效益和安全的重要因素。
根据笔者多年的现场经验和众多科研院校的研究，基于计算机知识的现代设计理念和方法的应用，以及测控系统软硬件冗余技术和防干扰措施的实施，使得冶金设备性能大大提高，安全性和可靠性得以保证，从而减少了冶金产业的事故发生率，提高了其有效生产。
关键词：冶金设备;安全性;冶金产业
冶金工业生产不同产品的企业种类繁多，工艺、设备复杂多祥,设备体积大(如各种冶炼设备,各种运输设备体积都十分庞大);产品质量高，冶炼生产温度高(如炼铁、炼钢的焰点和沸点高达1000~2000℃甚至以上，电解铝正常生产温度高达950℃);粉尘烟害大,有毒有害物质多，劳动条件艰苦，安全卫生问题突出，伤亡事故和职业病多。
这些都是劳动保护不可忽视的。
在冶金工业生产中，从矿山开采、选矿、烧结、冶炼、轧钢、轧制有色金属到焦化、耐火材料、炭素、铁合金、机械加工和运输等一系列过程中危害工人安全、健康的因素非常多，需要采取各种措施加以解决。
冶金设备平稳高效的运行是确保冶金行业的生产效益和安全的重要因素。
根据笔者多年的现场经验和众多科研院校的研究，基于计算机知识的现代设计理念和方法的应用.以及测控系统软硬件冗余技术和防干扰措施的实施.使得冶金设备性能大大提高.安全性和可靠性得以保证，从而减少了冶金产业的事故发生率，提高了其有效生产。
1 冶金安全生产安全技术的原则
随着现代化经济的发展与安全工作的社会、国际化，安全系统的概念已不再停留在原先某个行业某个车间的危险控制上，系统的组成包括了各子系统，分系统。
其规模、范围互不相同，危险的性质，特点亦不相同，因此，必须采用分级控制。
各子系统可以自己调整和实现控制。
一级控制是指对事故的根本原因-管理缺陷的控制，二级指的.是对生产过程实施的危险闭环控制系统，二级控制是对装备本质安全化的控制，因此是至关重要的。
三级则是工作场所预防控制，如机械防护，局部排风。
在三级控制中，一级是关键，只有有了有效的一级控制才会有好的二级和三级控制。
由于冶金安全事故预防必须采取分级控制方法，因此只有综合性的措施方能有效。
2 设备安全控制技术分析
近年来，随着计算机系统的飞速发展，现代设计理论和方法的发展进入更为广阔的空间和越来越多的设计领域。
对于冶金设备的设计来说，设计人员应使用CAD计算机辅助设计系统，应用相应的现代设计理论和方法，在最初的设计阶段考虑最大限度地提高冶金行业生产设备的安全和效益。
以下阐述计算机辅助设计和有限元方法如何在实际中用于冶金设备。
2.1 CAD辅助技术。
对于相对成熟的冶金设备，在设计中应用CAD技术可实现模块化设计以及CAD/CAPP/CAM一体化设计。
诸多的CAD软件为我们提供了广阔的设计平台，我们可以使用AutoCAD进行平面和三维设计，利用UG强大的造型功能来设计复杂的机械结构曲面，使设备各零件在受力、磨损、平衡等方面更合理，以增加其寿命，减少不安全因素，我们也能够利用Pro\E或SOLIDWORKS灵活的装配功能，对设备进行整体装配并观察各部分的运动、协调以及干涉情况，以进行动态设计，减少设计周期。
利用CAD软件不仅可以对设备进行模块化设计、标准化设计，在提高设计效率的同时也提高了产品的安全性能。
2.2 数值计算技术。
它是将复杂的研究对象简化为有限数量单元组成的集合体，分别对每个单元体进行求解后，再将各单元拼合起来，以代替原来的整体进行分析的方法。
使用有限元方法既可分析工程中复杂非线性问题、非稳态问题的，又可用于工程中复杂结构的力学分析。
目前已有许多成熟的大型有限元分析软件如ANSYS、MSC.Marc、ADINA、ABQUS等。
冶金设备工况条件的复杂性正好适用于有限元法来分析。
例如，轧钢机的轧辊和轴承的结构和受载在设计中一直采用工程计算法，即将其作为承受弯曲变形的梁来处理。
这种方法只能确定危险截面处的应力，而不能确定组成轧机关键部件每块钢板的应力分布。
但是使用有限元分析方法则可以很好的解决此类问题，并在冶金设备在最初设计环节减少不稳定因素，从而提高设备的可靠性。
3 测控系统技术分析
冶金设备自动化装备水平的提高，势必要求提高其计算机控制系统的可靠性和可用性。
这除了提高软硬件自身的可靠性外，还可以通过控制系统的软硬件冗余和先进的测试技术来提高整个系统的安全性。
3.1 热备冗余技术。
是一种通过使用计算机集群技术来实现的双机热备系统。
集群计算机技术是指将一组独立的计算机通过特定的硬件和软件连接起来，它可以在短时间内检测到故障的发生及时并启用备用设备以保证设备的平稳运行。
对于使用PLC的基础自动化来说，它的工作原理与计算机操作系统工作原理不同，PLC内嵌的应用程序是按照顺序执行，循环扫描的方式工作来运行的。
扫描周期对于既定的应用有着严格的执行时间。
为保证设备正常运行，可将核心部件做备份，并使冗余的CPU与正常工作CPU保证相同的时钟和执行速度，使之同时工作，通过准确的时钟同步以及程序断点同步，时刻保持程序运行的一致性。
当发生故障时，通过无忧切换，备用CPU的启用在一个扫描周期(一般为几十微毫秒)内完成切换工作。
3.2 抗干扰技术。
在工业环境中，对于实际应用的微机测控系统，有很多强烈的干扰来自系统内设备的运行，例如，大型感性负载的通断，大型设备的关停启动时产生的干扰可以作用到测控系统的微机电路上。
这些干扰虽然危害严重，但往往是可以预知及避免的，通常的作法是在硬件上采取一定的措施抑止干扰或者屏蔽传输途径以达到防干扰的目的。
在设计和开发冶金设备的测控系统时，一般很难考虑到在实际应用过程中可能发生的各种干扰和设备自身的随机性故障，尤其是现场恶劣的环境很有可能使计算机系统在运行过程中发生异常。
此类问题需要借助干特殊软件措施使计算机摆脱困境，当出现故障时及时使用修复或启用备用系统。
软件“看门狗技术”、指令冗余技术、数据冗余技术以及软件陷阱技术均可解决此类问题。
4 结束语
笔者结合自己多年对冶金设备的认识，从设计方法、零件分析、测控系统、软件设计等方面，阐述如何合理有效地提高冶金设备安全性能。
参考文献
[1] 彭开香,冶金设备高可用性控制系统的构建[J],冶金设备，2011年8月第4期，总第152期.
[2] 冯江,有色冶金设备测控系统的软件抗干扰技术[J],有色设备，2009年第O2期.
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