Высокая эффективность угледобычи в значительной мере зависит от четкости и надежности работы шахтного транспорта, в частности, конвейерного, значение которого становится все более важным в связи с отдаленностью лав от грузовых стволов шахт.
За последние два десятилетия суммарная длина подземных транспортных магистралей шахты выросла до 15-20 км, при этом преимущество отдается конвейерному транспорту как наиболее экономическому и эффективному.
Поскольку конвейеры предназначены не только для транспортирования полезных грузов, но и для перевозки людей, особого значения приобретают вопрос надежной и безопасной эксплуатации конвейерных линий. Эти вопросы, а также вопрос технико-экономической эффективности конвейерного транспорта могут успешно решаться только в результате комплексной механизации и автоматизации управления и контроля работы конвейерных линий.
Производительность конвейерного транспорта обуславливается в первую очередь грузопотоком, который поступает из лавы. Показатели работы очистных забоев на шахтах страны пока остаются ниже заграничных. Для ведущих угледобывающих стран характерное повышение степени концентрации очистных работ, рост нагрузки на лаву при дальнейшем сокращении числа лав и одновременном увеличении длины и скорости их продвижения.
Роль автоматизации шахтного конвейерного транспорта состоит в снижении трудоемкости обслуживания, высвобождении занятых на подземном транспорте работников, а также в повышении безопасности и снижении травматизма. Последнее достигается введением необходимых защит и блокировок, расширением информационных возможностей аппаратуры автоматизации.
Кроме того, современные средства автоматизации должны оказывать содействие оптимизации процессов пуска и остановки конвейеров, снижению енерго- и материалоемкости, сокращению простоев по причине выхода из строя электрооборудования.
Все эти проблемы могут быть решены только в случае использования принципиально новых технических средств и решений в схемах аппаратуры автоматизации – микропроцессоров и микроэвм, математического программного обеспечения.
За рубежом, где практически все средства и системы автоматизации для шахт создаются на базе микропроцессоров и микроэвм, производительность работы подземных рабочих выросла на 20%, а нагрузка на лаву – на 40%.
Поясняется это тем, что гибкость микропроцессорных систем обеспечивает кардинальное расширение функциональных возможностей аппарата, в особенности в части информации, которая служит повышению уровня организации производства, бесперебойности работы машин в оптимальных режимах, повышению безопасности и т.п.
Угольная промышленность нашей страны не получает микропроцессорную технику в исполнении, при котором она может быть использована в шахтах, опасных по газу и пыли. Существующая в данное время аппаратура автоматизации конвейерных линий, построенная с применением микропроцессорной техники, изготаливается в единичных экземплярах маленькими партиями, которые затрудняет организацию ремонтно-профилактических работ. Серийные аппараты, которые уже выпускаются, для автоматизации шахтного транспорта выполнены на дискретных элементах, и эта устаревшая элементная база устанавливает границу роста функциональных возможностей, в частности по информации, средств автоматизации.
Соответствие изделий шахтной автоматики мировому уровню может быть достигнуто только при использовании аппаратов с встроенными микропроцессорами и микроэвм. Построение устройств и систем автоматики на основе программно управляемых компонентов определяет принципиально новую организацию работ, начиная с изготовления аппаратуры, эксплуатации ее и дальнейшего ремонтного и профилактического обслуживания.
Таким образом, использование микропроцессорной техники приведет к повышению культуры производства как на заводах-изготовителях, так и непосредственно на шахтах. Комплексы, системы и технические средства управления шахтным конвейерным транспортом должны отвечать требованиям к автоматизации шахтных конвейеров и конвейерных линий, разработанным ведущими конструкторскими и технологическими организациями области, МакНИИ, а также Правилам безопасности и правилам эксплуатации подземных конвейеров.
Целью разработки новых систем автоматизации есть выполнение в наиболее полном объеме целей и задач автоматизации. В данном случае, роль автоматизации шахтного конвейерного транспорта состоит в снижении трудоемкости обслуживание, высвобождении занятых на подземном транспорте работников, а также в повышении безопасности и снижении травматизма. Последнее достигается введением необходимых защит и блокировок, расширением информационных возможностей аппаратуры автоматизации.
Именно поэтому в данной работе как направление совершенствования средств автоматизации шахтного конвейерного транспорта была избранная реализация существующих и разработка новых схем и алгоритмов управления на новой элементной базе.
Основой аппаратуры, которая проектируется, являются высокопроизводительные однокристальные микроконтроллеры, которые осуществляют функции обработки и обмена информацией и изготовление управляющих влияний. Причём для отбора информации используются уже существующие датчики.
Современный конвейерный транспорт на крупных угледобывающих предприятиях характеризуется разветвлённостью транспортной сети и наличием ленточных конвейеров большой протяженности, оборудуемых мощными электроприводами, и введение бункеров в технологические схемы.
В настоящее время почти все конвейерные линии на шахтах автоматизированы. Выпускаемые промышленностью комплексы и системы управления шахтным конвейерным транспортом (например, АУК.1М, САУКЛ, УКЛ) соответствуют требованиям к автоматизации, разработанными ведущими конструкторскими и технологическими организациями отрасли, а также Правилами безопасности и правилами эксплуатации подземных конвейеров.
В основу их работы положен принцип автоматизированного управления, при котором осуществляется централизованный пуск-останов конвейеров в определённой последовательности, контроль и обеспечение автоматической защиты от развития аварии при возникновении аварийных ситуаций (например, сход ленты, заштыбовка в местах перегрузки) [3].
На рис.1 приведена типовая технологическая схема конвейерного транспорта, обслуживающая несколько очистных забоев. Горная масса транспортируется от забоя ОЗ по участковым конвейерам КЛЧ с последующей перегрузкой на магистральную конвейерную линию, содержащую ряд ленточных конвейеров КЛМ1…КЛМm. В свою очередь, с магистральной линии транспортируемый материал поступает на погрузочный пункт ПП, в качестве которого может быть накопительный бункер скипового подъёма или бункер для погрузки в вагонетки рельсового транспорта.
В связи с неравномерностью поступающих из забоев грузопотоков, изменения которых носят случайный характер, транспортная схема в своём составе содержит накопительные бункеры (БК1…БКn).
Однако, сложность технологических схем конвейерных линий, обслуживающих несколько очистных забоев, неравномерность поступающих из забоев грузопотоков, изменения которых носят случайный характер, затрудняет организацию управления конвейерами, разнесенными территориально на большие расстояния, существующими средствами автоматизации.
Как свидетельствует опыт эксплуатации конвейерных линий, в частности, арендного предприятия «Шахта им. А.Ф. Засядько», существуют актуальными следующие задачи автоматизации: снижение ограничивающего влияния режимов работы конвейерной линии на производительность очистного забоя; снижение энергопотребления на конвейерном транспорте в ритме забойного грузопотока; увеличение объёма информации на централизованном пункте управления; снижение времени поиска и ликвидации аварии; диагностика и протоколирование причин отказов как конвейерных линий так и аппаратуры управления.
Решение указанных задач на современном этапе развития науки и техники возможно при применении микропроцессорных систем управления, обладающими широкими функциональными возможностями с аппаратной и программной перенастройкой системы управления под конкретную технологическую структуру объекта управления и складывающуюся в конкретный момент времени ситуацию.
Это создаёт предпосылки автоматического оптимального управления конвейерным транспортом, что является более высокой качественной ступенью развития проблемы управления конвейерным транспортом.
Этому вопросу были посвящены ряд аналитических исследований, в результате которых сформулированы следующие возможные критерии оптимального управления [1]:
Управление по первому критерию осуществляется за счёт использования способности аккумулировать груз во временно отказавшей зоне транспортирования и бункерах. Данный критерий реализуется при регулировании процесса загрузки и разгрузки бункера в зависимости от количества груза, находящегося в данный момент в подбункерной точке М сборного конвейера КЛМ1 (см. рис.1).
Управление по второму и третьему критериям осуществляется за счёт сокращения общего времени холостых пробегов и рациональной загрузки конвейерной ленты. Сокращение времени холостых пробегов ленты может реализоваться регулированием скорости ленты, что в данный момент для мощных приводов в подземных условиях шахт технически реализовать очень сложно.
Поэтому в качестве критерия управления целесообразно применять критерий - «минимальное время простоя», который не противоречит остальным, но является более общим.
Для данного критерия целевая функция расхода, вызванного остановом участка, который содержит накопительный бункер, линию до и после бункера, а также ёмкость на погрузочном пункте будет иметь следующий вид:
где
- интервал времени, в течение которого управляющие воздействия остаются неизменными;
При этом должны выполняться ограничения, которые определяют моменты пуска и останова конвейеров при отсутствии завалов перегрузочных устройств.
Для оптимального управления конвейерным транспортом к системе автоматизации, наряду с типовыми требованиями, предъявляются дополнительные требования:
На рисунке 2 приведена блок-схема алгоритма контроля и управления конвейерным транспортом предлагаемой системой автоматизации.
На рисунке 2 приняты следующие обозначения:
В соответствии с приведенным критерием и требованиями разработана структурная схема системы автоматизации конвейерного транспорта с загрузкой из бункеров, которая приведена на рис.3.
На рисунке 3 условно обозначены:
Перечень ссылок