Горбатов П.А., Петрушкин Г.В., Лысенко Н.М. «Горные машины и оборудование» - В 2-х т. Т.1 - Донецк: РИА ДонНТУ, 2003.

6. Горбатов П.А., Петрушкин Г.В., Лысенко Н.М. «Горные машины и оборудование» - В 2-х т. Т.1 - Донецк: РИА ДонНТУ, 2003. - 295 с.С 50 по 55стр.(фрагмент)

ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ГОРНЫХ МАШИН

Общие сведения

     Автоматизированное управление горными машинами соответствует управлению, при котором запуск структурных единиц рассматриваемых технических объектов осуществляется оператором, а последующая их работа выполняется автоматически на основе выработки управляющих воздействий подсистемами автоматизации без участия обслуживающего персонала.

     Автоматизация обеспечивает улучшение технико-экономических показателей и социальной эффективности эксплуатации горных машин по сравнению с дистанционным и, тем более, ручным непосредственным управлением за счет:

   - повышения уровня безопасности и снижения энергетических затрат и утомляемости рабочих;
   - увеличения производительности труда и улучшения параметров надежности, уменьшения удельных энергозатрат при работе горных машин.

     При использовании эффективных подсистем автоматизации создаются условия для вывода персонала в безопасные зоны, что особенно важно при отработке массивов, опасных по внезапным выбросам газа, угля и породы.
     Кроме того, для ряда горных машин нового поколения автоматизация обязательна, т.к. ручное управление не может обеспечить их работоспособности. В этом случае при проектировании рассматриваемых объектов необходим мехатронических подход, т.е. такие машины должны создаваться как органически целостные электро-механо-гидро-электронные системы, включающие в качестве изначально одинаково важных, технически равноправных не только электрические, механические, гидравлические структурные единицы, но и аппаратуру автоматизированного управления. В качестве примеров, иллюстрирующих необходимость указанного меха-тронического подхода, можно привести струговые очистные механизированные комплексы с агрегатированными крепями, обеспечивающие дозированную выемку угля (см. п.3.9.1), и очистные комбайны с электрическими регуляторами скорости подачи Vп на основе частотно-регулируемых асинхронных электродвигателей (п.3.6.5).

     Можно прогнозировать расширение в дальнейшем области использования перспективного частотно-регулируемого асинхронного электропривода для горных машин, прежде всего для подсистем привода исполнительных органов очистных и проходческих комбайнов, струговых и конвейероструговых установок, бурильных машин, с целью автоматизированного управления скоростью резания Vр для исполнительных органов этих технических объектов.

     Трудности создания надежных и эффективных подсистем автоматизации сложных горных машин заключаются прежде всего:

   а) в необходимости надежной защиты элементов аппаратуры автома тизации от вредных воздействий в условиях подъемной добычи полезных ископаемых (взрывоопасность, ярко выраженный динамический характер поведения элементов силовых подсистем горных машин, агрессивность шахтных вод, высокая концентрация токопроводящей пыли и др.) и в ограниченных габаритных возможностях встройки элементов аппаратуры в узлы машин;
   б) в многообразии характеристик и параметров систем горных мас сивов (как совокупности взаимосвязанных природных подсистем - угольного пласта, кровли и почвы пласта, а также обрушенных горных пород) при эксплуатации горных машин в различных горно-геологических условиях, что требует приспособленности подсистем автоматизации к соответствующей гибкой адаптации к указанным характеристикам и параметрам, которые могут существенно изменяться в пространстве и во времени даже в пределах одного и того же забоя;
   в) в большом количестве секций и исполнительных гидроцилиндров (гидростоек, гидродомкратов, гидропатронов) механизированных крепей, в многооперационности при функционировании, рассредоточении и высокой подвижности объектов управления в составе очистных комплексов и агрегатов.

     Задачи подсистем автоматизации горных машин можно условно разбить на 5 групп:

   I. Управление режимными параметрами (скоростями подачи Vп и резания Vр) в процессе работы машин, разрушающих массив рабочим инструментом, с целью обеспечения прежде всего рациональных или требуемых значений соответствующих функций цели энергетического характера.
   II. Обеспечение качественной отработки выемочными машинами выработок по границам «выработка-вмещающие породы».
   III. Управление рабочими операциями секций механизированной крепи и става забойного конвейера или базовой балки в составе очистных комплексов либо агрегатов в соответствии с принятыми технологическими схемами их работы.
   IV. Обеспечение необходимых видов защит горных машин и оборудования от различного рода технологических перегрузок и нештатных ситуаций, например, отключение электродвигателей при их опрокидывании и несостоявшихся пусках, наличии опасной концентрации метана, недопустимом снижении расхода и давления воды в подсистеме орошения и др.
   V. Выполнение функций сервисного характера, улучшающих качество эксплуатации горных машин и оборудования. В качестве примера можно указать следующие функции: диагностическое обеспечение контроля технического состояния ответственных узлов; отработка необходимых временных задержек между подачей предупредительных сигналов и включением электродвигателей или между последовательными включениями электродвигателей; дистанционное управление электродвигателями и исполнительными гидроцилиндрами; автоматизированное управление наращиванием и разборкой бурового става и т.д.

     Подсистемы автоматизации горных машин и оборудования должны формироваться на основе приспособленных к работе в подземных условиях компьютеров, эффективно работающих датчиков разных типов и современных средств отображения информации о состоянии управляемых технических объектов.
     При создании рассматриваемых подсистем должна сохраняться возможность непосредственного управления горными машинами для проведения пусконаладочных и ремонтных работ.

Основные задачи автоматизации выемочных и бурильных машин:

     Основными управляемыми режимными параметрами при отсутствии регулирования скорости резания Vр являются:

   а) для очистных комбайнов - скорость перемещения (подачи) Vn корпусной подсистемы вдоль забоя, изменяемая с помощью регуляторов скорости в составе подсистем перемещения;
   б) для проходческих комбайнов стреловидного типа, имеющих в составе подсистем подвески и перемещения исполнительных органов (ИО) регулируемые объемные гидропередачи «насосы - гидродомкраты», - скорость перемещения Vп ИО при последовательной обработке забоя;
   в) для бурильных машин вращательного бурения при наличии в составе подсистем подвески и перемещения ИО гидроцилиндровых податчиков с регулируемыми объемными гидропередачами - скорость перемещения (подачи) Vn органа со связанными с ним корпусными узлами на забой;
   г) для конвейероструговых установок в составе очистных агрегатов, имеющих в составе системы гидропривода регулируемые объемные гидропередачи «насосы - гидродомкраты», - скорость перемещения Vn ИО на забой при выполнении операций зарубки и отбойки.
   При этом указанные в пункте г) перемещения в зависимости от конкретного построения очистных агрегатов могут осуществляться с помощью подсистем перемещения крепи и конвейе-роструговой установки (операция зарубки у агрегатов АМ1Ц и АФК) и подсистем подвески и перемещения ИО (например, операция отбойки у агрегата АМЩ).

     Автоматизированное управление рассматриваемыми режимными параметрами для этих машин осуществляется регуляторами режимов работы (в литературе их называют также регуляторами нагрузки или регуляторами нагрузки и скорости), которые обеспечивают реализацию соответствующих алгоритмов управления скоростью Vп при изменении свойств разрушаемых горных массивов.
     В качестве примера можно привести следующие алгоритмы управления скоростью подачи Vn очистных комбайнов, оснащенных приводными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами:

   1) стабилизация заданного значения скорости Vn (а, следовательно, и средней толщины стружки hср и теоретической производительности О), если средние уровни мощностей наиболее нагруженного двигателя подсистем привода ИО и наиболее нагруженного двигателя подсистем перемещения комбайна, а также суммарный ток электропривода машины не превышают заданных соответствующими токовыми уставками значений;
   2) стабилизация на заданном уровне среднего значения мощности наиболее нагруженного электродвигателя в составе комбайна путем соответствующего изменения скорости Vn При таком режимном варианте, часто в литературе называемом минимальным, hср=Vаr, Q=Vаr.

     При невыполнении условий реализации первого режима регуляторы должны обеспечивать переход к реализации второго режима с последующим возвратом к первому при отсутствии вышеуказанных превышений.
     При этом для очистных комбайнов с двумя вынесенными подсистемами перемещения с цепным тяговым органом одновременно должна обеспечиваться координация текущих значений угла расположения звездочки, подтягивающей холостую ветвь цепи, по отношению к звездочке, перемещающей рабочую ветвь тягового органа, Эта координация необходима для реализации заданного среднего уровня тягового усилия в холостой ветви цепи и минимизации амплитуд колебательных составляющих нагрузок в тяговом органе, обусловленных характером работы зацеплений «звездочка - круглозвенная цепь». Указанная задача должна решаться с помощью подсистем автоматизации также применительно к струговым и конвейероструговым установкам с двумя подсистемами привода ИО.
     При использовании частотно - регулируемых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором для подсистем приводов ИО очистных и проходческих комбайнов, бурильных машин, струговых и конвейероструговых установок в качестве управляемого режимного параметра будет выступать также скорость резания Vр. В этом случае для современных очистных комбайнов, проходческих комбайнов стреловидного типа при выемке породных забоев, бурильных машин вращательного бурения, конвейероструговых установок в составе очистных агрегатов (прежде всего реализующих фронтальную схему разрушения массива) регуляторы режимов работы должны обеспечивать автоматизированное управление двигателями.

Назад в библиотеку