Аннотация
Анатолий Терзиев Развитие и перспективы в информационных системах управления для мощных ленточных конвейеров В статье рассматриваются вопросы развития систем мониторинга и управления высокопроизводительным ленточным конвейерным транспортом на основе угольных предприятий Болгарии.
Введение
Внедрение высокопроизводительных машин в карьерах, таких как как несколько ведерные экскаваторы требует большое количество мощных ленточных конвейеров, как единственный метод для транспортировки больших количеств грузов. Развитие крупномасштабных открытых горных выработок в Болгарии, и в мире в целом, и постепенное уменьшение из приповерхностных слоев руд и минералов, привело к созданию конвейерной транспортировки мощностью 8000 м3/ч. Таким образом, все аспекты повышения эффективности этого вида транспорта приобрели большее значение. Установленная мощность в карьере размерами Марицы Изток составляет 100 МВт и даже больше, и почти вся мощность сосредоточена в транспортной системе ленточных конвейеров. Быстрое развитие микроэлектроники, программного обеспечения и коммуникаций в последние десятилетия привело к некоторым тенденциям улучшения технических, экономических, экологических и производственных параметров горных заводов: введение электронных систем управления и контроля оказалось наилучшим.
Что такое высокопроизводительный мощный ленточный конвейер?
Возникает вопрос о доходности низкокалорийного угля в карьерах и необходимости утилизации миллионов кубометров грунта за месяц на расстояние в несколько десятков километров. Это может быть сделано только конвейерами с шириной более 1800 мм и длиной до нескольких километров. Таковы параметры конвейеров в больших горно-обогатительных заводах и электростанциях. Учитывая инвестиции для строительства таких огромных конвейеров и потенциальные потери от их недостаточного использования, можем сделать выводы о необходимости систем управления, установленных на конвейерах. Оглянувшись в прошлое, мы можем сделать вывод, что использование этого оборудования было недостаточным. Например, статистика за 1989 показывает, что коэффициенты использования конвейерных лент в некоторых обогатительных заводах были следующие: [1] Михайловский ГОК = 0,176; Алмалыкский ГОК = 0,200; Южный ГОК = 0,263; Орловский ГОК = 0,176. В то же время коэффициенты их технологического потенциала были следующие: Михайловский ГОК = 0,532; Алмалыкский ГОК = 0,32; Южный ГОК = 0,377; Орловский ГОК = 0,132.
С 1 января 1977 года по 31 октября 1978 более двадцати производителей из стран бывшего СССР были обследованы и сообщили коэффициент использования технических ресурсов ленточных конвейеров составил 0,9433 [2].
Каковы параметры болгарских угольных карьеров? Можно сделать вывод, что наибольшей системой ленточных конвейеров высокой производительности является один из 3-х транспортных комплексов для утилизации почвы шахты «Трояново-1» в «Mines Maritza East Ltd.». Технический потенциал основных конвейеров с шириной 2250 мм составляет 20 000 т/ч или 9 000 м3/ч. Конвейер транспортирует в соответствии с планом 40 000 м3 в двенадцать часовую смену или менее 4 000 м3/ч. То есть, используется менее 40% от потенциала оборудования. В этом комплексе есть конвейеры, который снабжены электронными системами управления и мониторинга, а другие без систем управления. Микропроцессор мониторинга и система управления служат в качестве контроля и мониторинга различных параметров конвейеров, от скорости и скольжения ленты, натяжения, нагрузки двигателя и других, до выхода из строя предохранителя и температуры в зале, где находится система мониторинга и управления. Конвейеры без электронной системы мониторинга и управления работают с логикой реле-контактора в соответствии с простым методом, без записи параметров.
Если проводится анализ в надежности этих конвейеров результат следующий: с 1 ноября 2001 по 1 апреля 2002 общее время простоя из за электрической неисправности из пяти конвейеров с шириной 1800 мм и теоретической производительностью 6000 м3/ч, неоснащённых электронной системой управления, составляет 139 часов и 18 минут, или для одного конвейера в размере 27 часов и 52 минут, в то время как за тот же период времени семь конвейеров производительностью 9000 м3/ч, оборудованные электронным управлением, является 145 часов и 51 минут или для одного конвейера в размере 20 часов и 50 минут. Каждый конвейер с производительностью 6000 м3/ч получил установленную мощность 1,5 МВт, или на один мегаватт время простоя составляет 18 часов и 34 минут, в то время как конвейеры производительностью 9000 м3/ч получили установленную мощность 4 МВт, или за мегаватт мощности установки на холостом ходу время 4 часа и 38 минут, или около 22%.
В ходе рассуждений коэффициента использования конвейеров и коэффициента использования технологического потенциала автор предвещает умножение коэффициента использования по времени и коэффициент использования производительности. Коэффициент использования производительности сообщили среднюю выработку в течение часа, связанную с потенциальной средней производительности системы, за исключением времени, когда конвейер простаивал. То есть, этот параметр описывает нагрузку системы в соответствии с ее мощностью и качества исполнительной команды рабочих. Коэффициент использования времени равен среднему времени работы за одну смену разделённое на продолжительность времени одной смены, за исключением запланированного остановки. Это значит, что этот параметр описывает поломки конвейерной системы и качество работы, проделанной работников сферы услуг.
Состояние и тенденции развития систем автоматизации для ленточных конвейеров высокой производительности в мире. Имея в виду ситуацию в Болгарии в настоящее время целесообразно изучить опыт стран с аналогичными экономиками. Анализируя состояние и перспективы развития автоматизации и вычислительной техники SP ERDENET Delgerbat, [3] фиксированное время окупаемости систем автоматизации на шахтных ленточных конвейерах около двух-трех лет, инвестиции в диспетчерских электронных системах и плановых электронных систем восстановили наиболее легко – от шести до двенадцати месяцев. Аналогичные выводы сообщают Khulaev и др, [5]. Они рекомендовали статистические системы планирования и системы отчетности несчастных случаев и предупреждение состояния. Детальный анализ методов повышения эффективности горнодобывающего производства была предложена Монастырским и др, [4], на основе статистических анализов для четырех – пяти лет более чем в шести шахтах России, и сравнении с данными о таких системах в Англии, Франция, США и Австралии. Выяснилось, что внедрение и развитие диспетчерских систем, а также низкоуровневых систем контроля для технологического процесса являются основными способами достижения современных технико – экономических показателей. Комплексный подход к увеличению надежности и производительности ленточных конвейеров на предприятиях был инициирован Прушаком и др, [6]. Метод расчета времени эксплуатации резиновой ленты – самого дорогого элемента оборудования, сообщает, давая эксплуатационное состояние и доступность услуг восстановления транспортного материала, использования времени, расстояния в транспорте и других. Оказывается, что эффект правильного прогнозирования времени жизни резины может быть сотни тысяч долларов для среднего обогатительного комбината – экономия неиспользованных резервов ленты. Система контроля параметров эксплуатации – скорости движения ленты и ленточных датчиков скольжения, контроль продольного и поперечного разрыва и автоматического натяжения повысит экономические показатели 30-40%, в меньшей мере.
Подробный анализ экономического эффекта после введения систем автоматического управления и регулирования мощности ленты было сделано Назаренко [1, 7]. На основе статистических данных для коэффициентов загрузки и использования во многих предприятиях, делается вывод, что наибольший экономический эффект происходит от регулирования скорости и регулирования натяжения в ленточных конвейерах, не забывая других цепей управления. Методология основана на вычислении снижения затрат на транспортировку одной единицы материала в зависимости от скорости движения ленты, натяжения ленты и корреляции силы натяжения между двумя ведущими барабанами, спектральной толщины массы транспортируемого материала, теоретической производительности оборудования и др. Путем снижения скорости ленты шихты валков уменьшается почти линейно, и на 25% от обычной скорости, номинальное время эксплуатации валков увеличивается вдвое. Большее увеличение срока эксплуатации основных несущих валков под лентой, на 25% от обычной скорости может достигать увеличения до 24 раз. Здесь функция параболическая. Есть быстрое уменьшение затрат реактивной энергии, тогда как в функции от метода регулирования скорости потребления реактивной мощности могут быть минимальными. Реальные потери от пластической нагрузки деформации уменьшаются значительно.
Амортизация в растягивающихся телах уменьшается, поскольку возрастает время эксплуатации несущих в натяжном барабане, который является самой дорогой деталью в блок натяжения. В результате автоматического регулирования натяжение почти линейно уменьшается, с уменьшением силы натяжения, наблюдается также снижение потерь изношенной ленты, результат трения от упругих деформаций, который на 0,25 теоретического натяжения, потери изношенных ремней уменьшаются на 3,94 раза. Но резкое уменьшение силы натяжения можете принести с собой повышение потерь энергии, и, как следствие, увеличению потерь при пластических деформациях материала (дезинтеграции и набухают). Анализ функции полного эффекта экономии от регулирования натяжения ленты показывает, повышение на 20-55% теоретического напряжения и [1] адаптивные системы регулирования натяжения ленты рекомендуется с минимизацией потерь энергии.
Предлагаемый статистический рейтинг отказов по Беленскому и др, [2] описывает, в какой степени показатели надежности ленточного конвейера ухудшаются отсутствием электронных систем контроля и управления. Число фатальных неудач является особо большим, в основном, в электронной части блока.
То, что было сказано до сих пор дает понять, что экономический эффект от внедрения электронных систем контроля и управления в мощном ленточном конвейерном транспорте в среднем болгарском обогатительном комбинате, а именно, комплекса Mines Maritza East Ltd.
, значительно превышает инвестиции для их реализации.
Полный автоматический контроль и управление системами разделенных процессов в высокопроизводительных ленточных конвейерных системах описаны в [87–18] и многих других источниках. Каждая из этих систем охватывает различные аспекты и предлагает пути решения некоторых проблем глобального назначения – для перевозки больших объемов грунта на наибольшее расстояние с минимальными затратами. Жаль, но автор не нашел (а может и не существует) сведений о системе контроля за мощными ленточными конвейерами, которые могли бы служить своей цели настолько хорошо, что коэффициент использования становится 100%, все параметры контролируются, существует правильное прогнозирование отказов, и количество работников ограничено до нуля. Каждая из предложенных систем имеет решения для определенных проблем, но параметры высокопроизводительных ленточных конвейеров еще не преодолели теоретические ограничения фундаментальных законов физики, математики и других наук.
Этапы эволюции, через которые прошли автоматические системы ленточных конвейеров, не существенно отличаются от аналогичных, в других производствах.
Система Lomicont
[15] от Иванченко и Гришева основана на микропроцессоре КР580 (Z80) и используется в основном для передачи сигналов датчиков в телефонный кабель длинной дистанции, и кабельные расходы снизились, главным образом. Уникальный режим используется для кодирования по уровню.
Система дальнего многоканального управления для ленточного конвейерного транспорта, разработанная Такчевым и соавт, представляет собой полную систему для диагностики и контроля основных параметров в транспортерах, а именно скорость ленты, проскальзывания ленты, натяжение и положение ленты, металлоискатели, акустические регуляции двигательных качеств, пожарные датчики и другие. Реализация этой системы привела к уменьшению больших расходов. Кабельное расходы уменьшились на 50-70%, число работников сократилось очень быстро. Емкость системы увеличилась до 60 конвейеров, и он разделен на две части – управление и контроль.
Самые современные тенденции в развитии автоматизации ленточных конвейеров связаны с диагностикой и контролем параметров самого дорогого элемента в агрегате – резиновой ленты.
The Conti Tech Holding и DES разработали систему для маркировки, контроля скорости ленты, и мониторинга ленточных дефектов – Conti Tronic, с помощью сигнала повторения. Система, кроме повторений в ленте, имеет приемник-передатчики (стационарные или мобильные) и ПК с программным обеспечением. С помощью функции мониторинга можно контролировать износ ленты, частоту дефектов или признаков осевого разрыва. Автоматически регистрирует время простоя, стоп интервалы и другие параметры эксплуатации [19].
Система из Dunlop Belting Group (Drahten, The Netherlands) – EyeQ [20] для состояния и износа ленты похожа. Она состоит из декодера, намагничивающего устройства, датчиков и управления для случаев разрыва. Декодер установлен на неподвижной опоре и определяет позицию и скорость ленты. Намагничивающее устройство генерирует магнитное поле в металлических канатах ленты и в блоках управления. Датчики собирают информацию о параметрах рабочей ленты и определяют расположение и особенности случайных дефектов. Блоки управления работают с целью уменьшения риска недостаточности и обеспечения остановки конвейерной транспортировки. При установке EyeQ генерируется профиль ленты и дефекты в соответствии с пятью симптомами. Блоки управления могут быть установлены в процессе производства ленты или во время монтажа. Они состоят из канатных узлов, расположенных близко друг к другу, установленных под углом 45о к ленте.
Дефект регистрируют на две блока, реагирующие на линейные отклонения.
Сейчас лента передает или системы управления включают в себя датчики в ленте, что делает их более дорогими, но, возможно, в ближайшем будущем появятся блоки управления качества ленты на основе других методов – спектральный анализ колебаний натяжения в компонентах ленты, измеряемый с индукцией тока электроэнергии в канатах ленты и другие.
Какой должна стать система мониторинга и управления высокопроизводительным ленточным конвейерным транспортом, в условиях болгарии?
Отличительные черты открытых угольных шахт в Болгарии являются следующие: во-первых, есть высокий коэффициент раскрытия угля, который предполагает большой установленной мощности в раскрытии транспортных комплексов. Во-вторых, там находится морально и физически устаревшее оборудование. В-третьих, существует большое количество сотрудников, которые являются высококвалифицированными. И четвертое, но не последнее – экономического положения предприятий является недостаточно стабильным, чтобы на полную реконструкцию оборудования. В данном случае, было бы наиболее выгодно вкладывать деньги в компьютерные системы контроля и управления.
Перечень литературы
1. Nazarenko, V. M., Exploitation regime of the multi drums belt conveyors. Mining journal, Moscow, 11:6, 1989.
2. Belenkiy, D. M., Shulkin, L. P., Tumanian, M. O., Define indexes reliability power belt conveyors. Mining Journal, Moscow, 1:61, 1980.
3. Delgerbat, L., Cuznecov, A. F., Sterbatov, A. S., State and perspectives in development of automation and computing in SP ERDENET. Mining Journal, Moscow 2: 68, 1998.
4. Monastyirskij, V. F., Kiriya, R. V., A. Kukushkin, O., Pangoshniy, N. M., Piveny, V. A., Romanenko, A. V., Increase in efficiency of cyclic-conveyor and conveyor technology of quarry Krivbass. Mining Journal, Moscow 12:42,1995.
5. Kulaev, Iu. M., Ahmedov, K. S., Urumov, V. A., Shaiahmedov, G. D., Belopushkin, V. I., Dispatching control and managing technologies processes in underground mine. Mining Journal, Moscow 7:35, 1995.
6. Prushak, V. I., Gulenko, G.I., Shterba, V.I., Complex method for increasing the effect of using the belt conveyors industrial companies. Mining Journal, Moscow: 11–12: 100, 1998.
7. Nazarenko, V.M. Rational regime for work of belt conveyors preparation companies. Mining Journal, Moscow. 3:91, 1993.
8. Takchev, V. V., Konary, N. V., Procenko, S. N., Shevchenko, V. I., Computer system of automatical management of belt conveyor transporters. Mining Journal, Moscow, 6:48, 1999.
9. Nelasov, S. S., Maliy, A. S., Nelasov, V. S., The automatic control system technology parameters and receiving information by radio channel. Mining Journal, Moscow, 6, 1998.
10. Lazutkin, A. G., Ermrnkov, T. E., Robot complex of selected refuse less and naturally coal mining, Mining Journal, Moscow, 1, 1992.
11. Cierpisz, S. Optimisation of dynamics of on-line ash monitor, Izv Vuzov, Mining Journal, Moscow, 1:60–63, 1992.
12. Pivniak, G. G., Takchev, V. V., Technical and programming supply microprocessors means mining automatics, Mining Journal, Moscow, 11:62–67, 1992.
13. Fomcheva, O. E., Buildings of expertly systems operating – dispatching management mining manufacturers, Mining Journal, Moscow, 11:89–92, 1992.
14. Gromova L. P., Kozlovskih, A. I., Gafarov, S. U., Information – searching system turning off mining circuit. Mining Journal, Moscow 11:134–138, 1992.
15. Ivachenco G. E., Hrischev, R. N., Using logical microprocessor control of sending information of long distance. Mining Journal, Moscow, 7:95–100, 1991.
16. Jirinas V. I., Girliadina M. D., Automatics of mine Comsomolskiy, Mining Journal, Moscow, 2:12–14, 2001.
17. Intelligent conveyor belts from Conti Tech, Conti Tronic, Mining Magazine 6:178,1998
18. Zielinska, J., Jarach, K., Coal mining application requirements for distributed computer control and monitoring systems. Mining Journal, Moscow, 10:80–84, 1992.
19. Conty Tech, Intelligent conveyor belts from Conti Tech, Mining Magazine, England, 6:403, 1998.
20. Kojushko, G. G., Experimental defining performances by axial fluctuations conveyor belt, 1:82–85, 1994.
21. Kojushko, G. G., Korotkiy, A. I., Compulsory fluctuations conveyor belt compulsorily by rolls. Mining Journal, Moscow, 12:70–75, 1993.