Автореферат по теме:

"Разработка автоматизированной системы диагностики состояния магистральной конвейерной линии шахты"

Составила: Лукьяненко С.А.

Факультет:ФАКУЛЬТЕТ ЭНЕРГОМЕХАНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ (ФЭМА)

Специальность: Автоматизированное управление технологическими процессами и производством

ВВЕДЕНИЕ

     Ленточные конвейеры служат в настоящее время основным средством непрерывного транспорта на шахтах и рудниках. В угольных шахтах рост нагрузок на очистной забой, происходящий благодаря совершенствованию технологий и применению высокопроизводительных механизированных комплексов и струговых установок, концентрации горных работ, совершенствованию схем вскрытия и подготовки, обусловил широкое применение конвейеров для транспортирования угля и сланца от очистных забоев.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

     Роль автоматизации шахтного конвейерного транспорта заключается в снижении трудоемкости обслуживания, высвобождении занятых на подземном транспорте работников, а также в повышении безопасности и снижении травматизма. Это достигается введением необходимых блокировок и защит, расширением информационных возможностей аппаратуры автоматизации. Кроме того, современные средства автоматизации должны способствовать оптимизации процессов пуска и останова конвейеров, снижению энерго- и материалоемкости, сокращению простоев из-за выхода из строя электрооборудования. Одним из перспективных направлений совершенствования системы обслуживания и ремонта является метод ремонта по фактическому техническому состоянию, т.е. по потребности с обязательным периодическим или постоянным диагностическим контролем за техническим состоянием оборудования. Такой контроль осуществляется средствами технического диагностирования, позволяющими обнаружить и устранить отклонения от нормального состояния и неисправности механизма заранее и тем самым повысить эксплуатационную надежность машины. Основным назначением диагностирования является определение технического состояния конкретной машины или механизма в данный момент времени без ее разборки. Применяемые для диагностирования устройства могут быть встроенными, передвижными и переносными. Постоянное диагностирование требует разработки специальной аппаратуры с комплексом датчиков, осуществляющих программу контроля параметров, исчерпывающе характеризующих техническое состояние оборудования, с выводом сигналов на показывающие или регистрирующие приборы. Цель диагностирования определяется в зависимости от назначения: для заводского диагностирования – это оценка качества изделия после изготовления (капитального ремонта); для эксплуатационного – оценка основных рабочих параметров, выявление скрытых неисправностей, определение объема работ по техническому обслуживанию или ремонту, прогнозирование ресурса. Техническое состояние машин не может быть определено однозначно величиной наработки даже при работе в одинаковых условиях. Это объясняется разбросом свойств каждой отдельной машины, ее деталей, сборочных единиц и агрегатов. Индивидуальные отличия еще более возрастают, когда в эксплуатации находятся машины различного «возраста»: новые и прошедшие капитальные ремонты. Изменение структуры и свойств машины зависит также от режимов и условий работы, характера управления, качества обслуживания. На основе анализа структурно-следственных связей механизма выявляются диагностические параметры, обосновываются методы их контроля. В зависимости от принятых методов определяются способы и средства проверки, предельные показатели параметров технического состояния диагностируемого механизма и нормативные значения диагностических параметров, устанавливается периодичность диагностирования и минимальный перечень параметров, по которым производится прогнозирование периода безотказной работы элементов машины. Завершающим этапом является диагностическое заключение, в котором приводится оценка технического состояния механизма и выдаются рекомендации на техническое обслуживание или ремонт [1].

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

     В настоящее время не существует специальной аппаратуры диагностирования технического состояния магистральной конвейерной линии. Техническое состояние механизмов горно-шахтного оборудования определяется на основании измерений температуры и интенсивности нагрева элементов сборочных единиц и рабочей жидкости, перепада температуры в отдельных элементах, мертвого хода выходных валов приводов по отношению ко входному валу, боковых зазоров и пятен контакта в зубчатых передачах, шума и вибрации.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

     Применение диагностических методов и устройств в системе обслуживания и ремонта позволяет получить экономический эффект в результате исключения операций по разборке и сборке оборудования, увеличения межремонтной наработки, снижения простоев оборудования и расхода запчастей, исчезает необходимость создания и содержания складов запчастей, так как запчасти приобретаются по мере необходимости. Автоматизация конвейерного транспорта предусматривает оснащение средствами автоматического контроля и защиты каждого конвейера и управление как отдельными конвейерами, так и всей линией. Автоматическая защита осуществляется отключением привода конвейера при отклонении контролируемых параметров за пределы допустимых значений. Аппаратура автоматизации подземных конвейерных линий должна удовлетворять действующим Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах и Техническим требованиям на аппаратуру автоматизации подземных конвейерных линий для угольных и сланцевых шахт. Исполнение аппаратуры автоматизированного управления конвейерными линиями должно быть искробезопасным. Конструктивное исполнение аппаратуры должно соответствовать требованиям Правил изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИРВЭ).

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

     В настоящее время серийно выпускаются следующие технические средства автоматизации конвейерного транспорта шахт: комплекс автоматизированного управления конвейерными линиями типа АУК.1М; устройство контроля проскальзывания и скорости ленты УКПС; устройство контроля скорости УКС; устройство контроля состояния тросовой основы конвейерных лент УКТЛ; устройство контроля и информации УКИ; устройство сигнализации и телефонной связи УСТ [1].
     Комплекс автоматизированного управления конвейерными линиями АУК.1М предназначен для управления и контроля работы стационарных и полустационарных неразветвленных конвейерных линий, которые состоят из ленточных и скребковых конвейеров, эксплуатирующихся на угольных шахтах, в том числе опасных по газу и пыли, при количестве конвейеров в линии до десяти. Комплекс может использоваться также для управления разветвленными конвейерными линиями с числом ответвлений до трех, причем каждое из ответвлений управляется как самостоятельная неразветвленная конвейерная линия. Комплекс выполняет 53 функции, обеспечивая нулевую защиту, последовательный автоматический пуск конвейеров и остановку конвейерной линии из любой точки по ее длине, а также при сходе ленты; контроль скорости движения ленты и запуск конвейерной линии по времени; блокировка и сигнализация о работе конвейерной линии (подача предупредительного сигнала перед пуском линии и перед пуском конвейера в ремонто-наладочном режиме), непрерывный самоконтроль исправности цепи отключения пульта управления и цепи экстренного (аварийного) отключения конвейера. Данная аппаратура широко используется на шахтах, удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к локальным средствам автоматизации конвейерных линий. На рисунке s1 приведена структурная схема комплекса АУК.1М.

Рисунок 1 – Структурная схема комплекса АУК.1М

     АУК.1М состоит из одного пульта управления ПУ и 10 блоков управления БУ. В состав ПУ входят: выносной прибор-указатль ВПУ, телефонная трубка ТТ, звуковой сигнализатор СВ1, блок концевого реле БКР, кнопочный пост управления. В состав БУ входят: телефонная трубка ТТ, датчики скорости типа УПДС и ДМ-2М, звуковой сигнализатор СВ1, датчики контроля схода ленты КСЛ-2, кабель-тросовые выключатели КТВ-2, блок реле скорости БРС, датчик заштыбовки ДЗ. Комплекс обеспечивает выполнение следующих функций по управлению:

     1) последовательный автоматический пуск конвейеров, включенных в линию, в порядке, обратном направлению движения грузопотока;

     2) автоматизированное управление конвейерной линией с кнопок пульта управления, а также с выносного кнопочного поста;

     3) запуск части конвейерной линии, а также дозапуск без остановки работающих конвейеров;

     4) прекращение запуска конвейерной линии с любого блока управления;

     5) возможность работы конвейерной линии в режиме энергосберегающей технологии с применением дополнительных аппаратов;

     6) управление любым конвейером линии в ремонтно-наладочном режиме с кнопок блока управления независимо от пульта управления, а также с выносного кнопочного поста.

     Унифицированное устройство УКПС предназначено для контроля работы и защиты от перегрузок ленточных конвейеров с номинальными скоростями движения ленты от 1 до 5 м/с. Данное устройство используется, как правило, для бремсберговых конвейеров и основной функцией их является отключение привода конвейера при аварийных режимах работы, вызванных проскальзыванием ленты, равным 18% – (-7%), снижением скорости ленты до 0,75Vн, привода до 0,88 Vн, превышением лентой скорости 1,08 Vн. Более детально устройство УКПС рассмотрено в "Библиотеке".

     Устройство УКИ предназначено для аварийного отключения конвейера при срабатывании кабель-тросовых выключателей или датчиков контроля схода ленты с автоматическим представлением на блоке индикации следующей информации: об отключенном выключателе и его номере; о наличии к.з. в линии связи выключателей и датчиков; об аварийном состоянии натяжения ленты; о номере поврежденного участка кабеля. Как правило, устройство используется вместе с аппаратурой АУК.1М на магистральных конвейерных линий длиною более 1000м, оборудованных автоматической натяжной станцией. Использование устройства УКИ позволяет получить больше информации о состоянии устройств контроля на конвейерном транспорте, расширяет телемеханические функции устройства передачи номера выключателя, который сработал, либо датчика в линии аварийного отключения, резко сокращает время поиска неисправностей и простоя конвейерной линии.

     Устройство УСТ предназначено для обеспечения предупредительной аварийной и кодовой звуковой сигнализации, а также для дуплексной телефонной связи с аппаратурой АУК либо другими устройствами, расположенными вдоль шахтных конвейеров большой протяженности [2].

Рисунок 2 – Технологическая схема конвейерной линии
(для просмотра анимации нажмите "Обновить")

     На рисунке 2 изображена технологическая схема конвейерной линии, на которой показаны взаимосвязи устройств автоматизации.

НЕРЕШЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ

     С связи с интенсивным развитием электроники и автоматики необходимо постоянно обновлять и усовершенствовать шахтную аппаратуру (особенно различные блокировки, защиты, создавать диагностическую аппаратуру), ведь от нее зависят, в первую очередь, жизни огромного количества людей, а также долговечность и работоспособность оборудования, объемы добычи!

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

     Перспективой дальнейшего развития угледобывающей промышленности является повышение эффективности технологических процессов путем применения компьютерно-интегрированных систем автоматизированного управления [3], которые позволяют организовать технологические процессы на качественно новом уровне, исключая непроизводительные затраты времени и энергоресурсов при изменении динамических параметров объекта. Рассмотрим транспортный комплекс шахты, который осуществляет доставку полезного ископаемого от очистных забоев на поверхность шахты и включает в себя конвейерный транспорт с аккумулирующими емкостями и скиповой подъем. В процессе работы конвейерной линии должно обеспечиваться наиболее выгодное (по условиям экономии электроэнергии) соотношение параметров - «уровень загрузки ленты - величина скорости ленты», не ограничивая при этом производительность забоя. При отсутствии твердого материала на ленте конвейер должен быть остановлен. Это позволит снизить потребление электрической энергии за счет уменьшения времени работы конвейеров вхолостую, а также повысит срок их службы. Существующие в настоящее время системы управления шахтными конвейерными установками не позволяют достаточно эффективно регулировать скорость движения ленты [4,5]. Поэтому единственным вариантом регулирования ее скорости при производительной работе является останов конвейеров на период времени, продолжительность которого определяется аккумулирующей способностью конвейерного става. Автоматическое поддержание в процессе разгрузки аккумулирующего бункера рационального соотношения параметров - «уровень загрузки бункера - уровень загрузки ленты - скорость движения ленты» обеспечит дополнительную экономию электроэнергии. Аппаратура должна состоять из приборов контроля массы угля и температуры приводного барабана и окружающей среды над лентой; а также средств преобразования, усиления и передачи сигналов исполнительной аппаратуре. Для бесконтактного измерения температуры нагрева приводного барабана используется пирометр П серии МТ4, который может крепиться на станине приводного устройства. Чтобы получить сигнал, пропорциональный температуре нагрева приводного барабана используется схема преобразования СП. Для измерения температуры окружающей среды над лентой используются цифровые термометры типа DS1820, которые устанавливаются на расстоянии 20 метров друг от друга по длине ленты конвейера. DS1820 подвешивается к крепи на расстоянии 20 см от кровли. Для измерения массы угля на ленте используется электронно-гидравлические конвейерные весы ЭГВ. Сигнал с ЭГВ поступает на цифро-аналоговый преобразователь ЦАП и далее на схему сравнения СС. В схеме сравнения после выполнения необходимых операций формируется управляющее воздействие, поступающее либо на пульт управления АУК.1М, либо на двигатели лебедки и конвейера. На основе изложенных выше требований и условий составим структурную схему, которая приведена на рисунке 3, где изображен пирометр серии МТ4 (П), с помощью которого бесконтактным способом измеряем температуру нагрева приводного барабана ленточного конвейера. Но так как с пирометра выходит очень слабый сигнал, то используется усилительный преобразователь УП, преобразованный сигнал поступает на схему сравнения СС. Цифровые термометры (ЦТ) типа DS1820 предназначены для измерения температуры протяженных объектов, например, конвейерной ленты. DS1820 подвешиваются над лентой на протяжении всей ее длины на расстоянии 20 см от кровли. Данный сигнал невозможно подать на схему сравнения СС, поэтому необходим блок преобразователя температуры БПТ.

Рисунок 3 – Структурная схема автоматизированной системы диагностики состояния магистральной конвейерной линии шахты

     Масса угля измеряется с помощью электронно-гидравлических конвейерных весов ЭГВ, сигнал с которых после преобразования в цифро-аналоговом преобразователе ЦАП типа 572ПА1 поступает на схему сравнения СС, где вырабатывается управляющее воздействие, которое поступает в АУК. Информация собирается с транспортного комплекса шахты сначала в локальных средствах автоматизации. Затем сигнал поступает в микроконтроллер и через канал связи в микроЭВМ, где полученная информация обрабатывается. Формируется управляющее воздействие, которое в обратном порядке выдается в транспортный комплекс шахты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Так как перспективой дальнейшего развития угледобывающей промышленности является повышение эффективности технологических процессов путем применения компьютерно-интегрированных систем автоматизированного управления [7], которые позволяют организовать технологические процессы на качественно новом уровне, исключая непроизводительные затраты времени и энергоресурсов при изменении динамических параметров объекта. То реализация предлагаемой структурной схемы в единой системе автоматизированного управления подземным транспортным комплексом шахты позволит повысить эффективность его работы за счет уменьшения количества простоев, непредвиденных поломок оборудования, непроизводительных затрат электроэнергии, особенно в часы максимума энергосистемы.

Список литературы

     1. Диагностирование забойного оборудования/ А.А. Бойцов, И.А. Левитес, Л.Л. Лейко, С.В. Шумейко. - К.: Техніка, 1984. - с. 3-5.

     2. Справочник по автоматизации шахтного конвейерного транспорта/ Стадник Н.И. и др. К.: Техника, 1992. - 438с.

     3. Автоматизация производства на угольных шахтах/ Г.И. Бедняк, В.А., Ульшин, В.П. Довженко и др. - К.: Техника, 1989. - 272с.

     4. Автоматизация конвейерного транспорта на угольных шахтах/ Н.Я. Лазукин, Е.К. Травкин, В.М. Ротенберг и ДР.– М.: ЦНИЭИуголь, 1975. – 55с.

     5. Системы и устройства автоматики для горных предприятий на основе микроэлектроники и микропроцессорной техники/ Под ред. Ю.Н. Камышина и Л.Г. Мелькумова. – М.: Недра, 1992 – 363с.

     6. Автоматизация подземных горных работ/ Под ред. Проф. А.А. Иванова – К.: Вища школа, 1987 – 328с.

     7. Романенко В.Д., Игнатенко Б.В. Адаптивное управление технологическими процессами на базе микроЭВМ. Киев: Вища школа, 1990. – 334с.