E-mail:
don_Korleone@km.ru
Семенов Сергей Сергеевич
Тема магистерской диссертации:
Автоматизированная система управления
процессом водоотлива в условиях
шахты им. М.И. Калинина
|
E-mail: don_Korleone@km.ru |
Семенов Сергей Сергеевич Тема магистерской диссертации: |
|
|
Статья 5 - Автоматизированная система управления породным комплексом шахты |
|
УДК 622.69
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОРОДНЫМ КОМПЛЕКСОМ ШАХТЫ
О. А. Кущ, канд. геол.-минер. наук (ПО "Укруглегеология"),
Породный комплекс - основной объект технологического процесса поверхности шахты, который относится к самому малоавтоматизированному, затратному й в высокой степени подверженному авариям. Это обусловлено главным образом применяемыми устаревшими видами транспорта, где трудовые затраты в среднем достигают до 40 чел.-смен на 1000 т породы.
Эффективность породного комплекса шахты может быть значительно увеличена за счет повышения его механизации и автоматизации на основе применения автоматизированной системы управления й нетрадиционных высокоэффективных видов транспорта. К нему относится гидротранспорт, теоретические основы которого достаточно полно разработаны и опробованы на гидрошахтах, [1].
Технологическая схема гидротранспортирования породы применительно к шахтной поверхности приведена на рис. 1. Схема включает четыре основных узла: пульпоподготовки, гидротранспортной установки, насосной установки оборотного водоснабжения и складирования породы (отвала).
Рисунок 1 - Технологическая схема гидротранспорта породы на отвал
Узел пульпоподготовки состоит из бункера-накопителя 1, питателя 2, конвейера 3, дробилки 4 и участка безнапорного транспорта 5. Узел напорного транспорта 6 представляет собой приемную емкость, центробеж-ны насос и систему подводящего и напорного трубопроводов, гидроциклонную установку 7 для отделения породы от воды. Узел оборотной воды 8 включает транспортные желоба дренажной воды, приемную емкость, насос оборотной воды с трубопроводной сетью.
Порода из скипа главного подьема и из выборочного конвейера поверхностного комплекса поступает на узел пульпоподготовки, где, пройдя цепочку дозирования, дробления и смешивания с оборотной водой, подается в виде гидросмеси по наклонным желобам в приемную емкость транспортной установки и далее по напорному трубопроводу направляется на гидроциклонную установку (на рис. 1 не показано), расположенную на отвале. Здесь происходит разделение твердой фазы гидросмеси и несущей жидкости. Твердый материал складируется на отвале по определенной карте намыва, а дренажная вода стекает в приемную емкость насоса оборотного водоснабжения, откуда подается на узел пульпоподготовки в зону смешения ее с твердым материалом.
Рассматриваемая технологическая цепь является замкнутой по несущей среде (воде) , что позволяет создать автоматизированную систему управления породным комплексом, структурная схема которой приведена на рис. 2. В ней использованы стандартные средства контроля и управлений: реле контроля уровня сыпучего материала в приемных бункерах РКУ.1М; блок задержек БЗ, состоящий из двух реле времени РВИ-1М, вырабатывающих сигналы задержек t1 на отключение промежуточного конвейєра ПК и прекращения t2 подачи оборотной воды от насосной станции НС; аппаратура локальной автоматизации насоса АВО-3 и углесоса АУУ; их пусковая аппаратура (высоковольтные ячейки КРУ), электродвигателей регулировочной задвижки, дробилки Др, промежуточного конвейера ПК, разгрузочных питателей РП (магнитные пускатели ПВИ); контактные датчики работы технологического оборудования, в качестве которых используются блок-контакты БК пусковой аппаратуры и концевые выключатели КВ регулировочной задвижки. На рис. 2 приняты обозначения: БКн, БКу, БКд, БКк, БКп - блок-контакты насоса, углесоса, дробилки, конвейера, пи-тателя; КВу - концевой выключатель регулировочной задвижки № 18. Индексами "о" и "з" в каждом БК и КВ обозначены их состояния: о - "открыто", з - "закрыто".
Рисунок 2 - Структурная схема автоматизированной системы управления
Нестандартным в данной системе является блок управлення породным комплексом БУПК. Он состоит из комбинационной части и устройства памяти. В комбинационной части формируются команды F1, F1-0, F6, F6-0 управления технологическими объектами и две команды F1-0, F4-0 на включение блока задержки для выработки соответственно задержек t1 и t2.
Перечисленные команды формируются по обособленному алгоритму в зависимости от технологической ситуации на породном комплексе по сигналам х1-х10, поступающим в данный момент на блок преобразования сигналов общей комбинационной схемы блока управления. В устройстве памяти на триггерах записываются все указанные команды. Кроме триггеров устройство содержит формирователь синхроимпульсов и схему установки триггеров в нулевое положение.
Таким образом, блок БУПК относится к цифровому автомату первого рода, т. е. автомату Мили [2], у которого выходные сигналы определяются парой [х(t), а(t-1)]. Здесь х(t) - значение входных координат (сигналов) в данный момент; а(t-1) - значение предшествующего состояния автомата. Задание такого автомата определяется графом, приведенным на рис. 3.
Рисунок 3 - Граф переходов автомата управления гидротранспортировки породы на отвал
За начальное состояние автомата а0 принято условие, когда накопительный бункер пуст и система находится в ждущем режиме. С подачей сигнала о достижении породой в бункере верхнего контролируемого уровня х1 автомат переходит в состояние а1), при котором на выходе появляется сигнал F1, что приводит к включению насоса оборотной воды. После поступлення сигнала х2 о включении автомат переходит в состояние а2, выдавая сигнал F2 на открытие задвижки на нагнетательном трубопроводе насоса, и на вход поступает сигнал х3, автомат переходит в состояние а3 с выдачей управляющего сигнала F3 на включение дробилки. Далее после ее включення и поступления сигнала х4 автомат в состоянии а4 выдает управляющий сигнал F4 на запуск транспортного конвейера. С сигналом х5 автомат переходит в состояние а5 и формирует сигнал управления F5 на включение питателя. После сигнала х6 из состояния а6 выдает команду - рекомендацию F6 в аппаратуру АУУ на запуск углесосной установки.
При поступлении на вход автомата любого из сигналов о снижении уровня породы в бункере х7, о достижении отключающего уровня воды в водосборнике насосной установки х8 и аварийного уровня в пульпосборнике углесосной установки х9, об отключении конвейєра х5-0, дробилки х4-0 автомат переходит в состояние а7 и выдает управляющую команду F5-0 на отключение питателя. После поступления на вход сигнала х6-0 об отключении двигателя автомат из состояния а8 выдает сигнал управления F4-0 на отключение конвейера с выдержкой времени t1, необходимой на освобождение ленты от твердого материала. Автомат принимает сигнал х5-0, переходит в состояние а9 и выдает команду F3-0 на отключение дробилки. На вход его поступает сигнал х4-0 и из состояния а10 выдается команда F1-0 на отключение насоса оборотной воды с выдержкой t2. Автомат принимает сигнал х2-0, переходит в состояние а11 и выдает команду F2-0 на закрытие задвижки подачи оборотной воды, окончание закрывания фиксируется концевым выключателем (сигнал х3-0) и автомат переходит в состояние а12 с выдачей в аппаратуру АУУ команды-рекомендации F6-0 на остановку углесоса. После поступления сигнала Х10-0 об отключении углесоса, автомат переходит в а0 с выдачей команды F0 на установку всей технологической цепи в исходное состояние (сигнал х0). Система остается в ждущем режиме.
Для технической реализации данного автомата разработана структурная схема (рис. 4). Она собрана из четырех основных субблоков: схемы преобразования входных сигналов СПС, состоящей из преобразователя ПС и гальванической развязки ГР; комбинационной схемы КС, формирующей все командные сигналы; схемы временной задержки СВЗ команд, состоящей из двух реле времени типа РВИ.1М с широким диапазоном изменения времени срабатывания и выключающихся промежуточньми командами F1-0, F4-0, вырабатывающимися в КС в определенные моменты автоматного времени; субблока согласования команд ССК, передаваемых из КС на объекты управления. Последний субблок кроме триггерных ячеек Т, схемы сброса триггеров СС и формирователя тактовых импульсов ФТИ, упомянутых выше, содержит еще блок ожидающих мультивибраторов МВ й ключи-усилители УК.
Рисунок 4 - Структурная схема БУПК
Мультивибраторы (одновибраторы) предназначены для формирования прямоугольных импульсов заданной длительности при поступлении на вход короткого запускающего импульса от комбинационной схемы автомата. Ключи-усилители использованы в данном случае для усиления маломощных управляющих команд в достаточный по мощности выходной сигнал, способный включить соответствующие цепи объектов управления и сигнализации.
Приведенная структура технически может быть реализована двумя современными способами: на основе цифровой интегральной схемотехники и на основе микропроцессорной техники. Второй вариант является предпочтительным, так как позволяет программно реализовать предлагаемый алгоритм функционирования автоматической системы управления, просто и надежно решить вопросы изменения уставок управления и реализацию таких сервисных программ, как: защиту от ненормальных режимов работы технологического оборудования, диагностику этих режимов, проверку исправности цепей управления, учет машинного времени работы оборудования, интегральный учет объемов перемещаемых породных масс и расход электроэнергии по всей технологической цепи. Кроме того, применение микропроцессорной техники создает благоприятные условия для сравнительно простой стыковки полученных выходных сигналов с другими подсистемами АСУ ТП поверхностного комплекса, выполненными на основе современных средств телемеханики и вычислительной техники.
Литература
1. Основы управления гидроэнерготранспортными системами угольных шахт / В. И. Груба,
Ф. А. Папаяни, Э. К. Никулин, А. С. Оголобченко. - Донецк: Донбасс, 1993.
2. Глушков В. М. Синтез цифровых автоматов: Математическая логика и основания математики. - М.: Физматгиз, 1962.
Журнал Уголь Украины, 1999 г., № 11-12, стр. 41-44.
Авторы: О. А. Кущ, канд. геол.-минер. наук (ПО "Укруглегеология"),
Э. К. Никулин,
А. С. Оголобченко, кандидаты техн. наук (ДонГТУ).
© 2004 Семенов С.С.