Актуальность темы
В связи с последующим развитием автоматизации горного производства как одного из самых важных современных
научно-технических направлений возрастает актуальность системного подхода к решению научно-технических вопросов при
применении автоматизированных электроприводов и систем автоматизации технологического процесса в разных условиях.
Актуальными тенденциями в угольной промышленности отмечено повышение уровня надежности оборудования и безопасности
персонала в условиях повышения производительности труда. Представить решение отмеченных вопросов не возможно без
использования средств автоматического управления объектами и процессами.
В настоящее время автоматизированны практически все объекты угольной промышленности. Среди самых важных объектов следует
выделить механизмы непрерывного транспорта – шахтные конвейерные установки. От беспрестанной работы этих комплексов
зависит согласованность в работе шахтного участка или всего угольного предприятия в целом.
Система автоматизации состоит из устройств, отдельных пультов и блоков, что связаны для реализации заданной функции
управления, сигнализации и средств отбора информации, взаимодействующих друг с другом датчиков. Причем, отдельные
технические средства автоматизации имеют также самостоятельное применение и могут быть использованы для автоматизации
других технологических процессов, реализуя универсальную функцию взаимозамещения элементов управления.
Следует отметить, что каждый из технологических циклов имеет собственные особенности относительно процессов, которые
происходят в нем. Вообще при создании системы автоматизации следует учитывать особенности, которые могут возникнуть в
работе конкретного механизма в конкретных условиях. Повышение эффективности комплекса автоматизации вообще,
усовершенствование отдельных элементов системы автоматизации, внедрение современных алгоритмов управления является самым
главным направлением развития угольной промышленности и объектом научно-технических вопросов, решаемых в работе.
Роль автоматизации шахтного конвеєрного транспорта заключается в снижении трудоемкости обслуживания, освобождении
анятых 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 способствовать оптимизации процессов пуска и остановке конвейеров,
снижению энерго- и материалоемкости, сокращению простоев из-за выхода из строя электрооборудования.
Цель и задачи работы
Целью работы является разработка устройства автоматизации, которое предназначено для автоматического управления, контроля технологическим процессом транспортировки угля с очистных забоев до скипового ствола шахты, а также для учета и анализа информационных потоков из датчиков технологического процесса с усовершенствованием отдельных элементов системы автоматизации касательно конкретных условий эксплуатации, внедрению современных алгоритмов управления на основании научного исследования физических явлений, которые протекают в объекте автоматизации посредством математического моделирования.
Для успешной реализации цели работы необходимо составить адекватные математические модели и исследовать физические процессы в объекте на базе современных компьютерных программ и методов расчета. Проанализировать современные достижения элементной базы для создания усовершенствованных элементов автоматизации, такие как датчики, регуляторы.
Для магистрального ленточного конвейера планируются создание системы автоматизации, что позволяет в конкретных условиях осуществить:
- обеспечение высокого уровня надежности и безопасности эксплуатации конвейерного транспорта, поскольку отказы в работе и время простоя линии существенно влияют на показатели работы предприятия в целом;
- обеспечение современных информационных свойств аппаратуры автоматического управления, что позволяет сократить время поиска причины и места отказа;
- максимизация производительности конвейерных линий (увеличение нагрузки) соответственно сокращение простоев транспортного оборудования;
- обеспечение равномерной и полной загрузки транспортных средств (приглаживание колебаний грузопотока угля, вызванных перебоями в работе выемочных машин), рациональным применением уравнительных (что аккумулируют) бункеров, путем автоматического формирования и последующей реализации рекомендаций по управлению технологическими процессами транспортировки на основе автоматически получаемой информации
- выработка рекомендаций обслуживающему персоналу – операторам о порядке загрузки и разгрузки бункеров;
- регуляция скорости ленты в зависимости от фактической погонной нагрузки на лентах конвейерных линий;
- минимизация потерь рабочего времени из-за простоев технологического транспортного оборудования.
Научная новизна и практическая ценность работы
В работе предлагается исследовать физические явления при аварийных ситуациях с целью углубленного изучения природы и характера их протекания в технологическом процессе транспортировки угля от очистных забоев до скипового ствола шахты. Разработать рекомендации по избеганию аварийных ситуаций, рекомендаций относительно усовершенствования элементов и алгоритмов системы автоматического управления, обосновать необходимость последних с позиции снижения энерго- и материалоемкости при транспортировке угля, сокращению простоев из-за выхода из строя электрооборудование и элементов механической части.
Обзор результатов, которые получены и запланированы
Проанализировано состояние вопроса обеспечения аппаратурой автоматизации магистральных ленточных конвейеров. Самый распространенный вариант состава, размещения датчиков и аппаратуры автоматизации конвейера, которое в данное время используется на шахтах, представленный на рис 2.1
Рисунок 1 - Состав и размещение датчиков и аппаратуры автоматизации
конвейера
К составу электрооборудования конвейера длиной 1000 м входят: БУ— блок управления аппаратуры АУК.2М с датчиком заштыбовки ДЗ; БКР— блок конечного реле АУК.2М; 1УСТ, 2УСТ — устройства сигнализации и телефонной связи; УКЛС — устройство контроля проскальзывания и скорости ленты; УКИ — устройство контроля и информации, что содержит релейный блок БР, блок индикации БИ, линейные модули 1ЛМ—16ЛМ; УКПЛ-1 — устройство профилактического контроля прочности конвейерной ленты; АО-3—аппаратура автоматизации орошения на перегрузках, в которую входят вентиль управления ВУ, датчик ДНМ наличия материала на ленте; 1ПВИ, 2ПВИ, 5ПВИ — пускатели привода конвейера; ЗПВИ — пускатель тормозов; 4ПВИ—пускатель лебедок натяжения ленты; 1Д, 2Д, 4Д — двигатели привода конвейера; ЗД — двигатель лебедки натяжения; 1ПЭТ.2, 2ПЭТ.2 — электромагнитные приводы тормозов конвейера; 1ВПВ — путевой выключатель контроля срабатывания ловителей ленты; К.П—кнопочный пост управления натяжной лебедкой в местном режиме; 1МЭ — манометр электроконтакта для аварийного отключения привода конвейера; 2МЭ — манометр электроконтакта для автоматизированного управления натяжной лебедкой; 1СВ.1— 11СВ.1 — звуковые сигнализаторы; 1ВКА—11ВКА— аварийные выключатели экстренной остановки конвейера; 1ВКА-01— 12ВКА-01 — аварийные конвейерные выключатели контроля востока ленты; БКВ — датчик бесконтактного контроля вращения (контроль скорости ленты); ДМ — датчик контроля частоты вращения приводного барабана.
Аналитически проанализированные требования к устройству систем автоматического управления по защите конвейерних линий.
Аварийный останов должен проводиться в следующих случаях:
- при пробуксовке ленты относительно приводного барабана более чем на 10% от его номинальной частоты вращения; при пробуксовке ленты на 6% должен подаваться сигнал на натяжение ленты (при этом должен подаваться сигнал о том, что пробуксовала 1,5-6 сек.);
- при сходе ленты на величину 10% от ее ширины и подачи предупредительного сигнала о востоке ленты длительностью 1,5-4 сек.;
- при превышении допустимого уровня материала, что транспортируется, в местах перегрузки – непрерывный сигнал 1,5-4 сек.;
- при подаче человеком команды на отключение конвейера – должен быть обеспечен контроль обрыва или КЗ внешней цепи устройства экстренного отключения;
- при снижении скорости движения ленты конвейера на 25% от ее номинального значения;
- при снижении частоты вращения приводного барабана в период работы более чем на 15%;
- при превышении частоты вращения приводного барабана более чем на 8% (для грузо-людских конвейеров);
- при длительном пуске конвейеров (более 60 сек.);
- отсутствие сигнала достижения заданной скорости при пуске;
- при проезде человека места востока из ленты в режиме работы «люди»;
- при поступлении команды на отключение от автоматических средств выявления и тушения пожаров;
- при срабатывании ловителей ленты.
Аналитически проанализированные требования к устройству систем автоматизации по блокировкой конвейерных линий.
Блокировка:
- включение двигателя без подачи предупредительного сигнала установленной длительности;
- повторное включение двигателя к моменту ручного деблокирования при всех видах управления и защиты;
- включение двигателя с центрального ПУ при местном автоматизированном управлении;
- включение двигателя при предельном положении натяжного барабана, срабатывании ловителей ленты, наложенных тормозах.
- Предупредительная сигнализация - должна содержать сообщение о маршруте, по которому осуществляется транспортировка; номере конвейера выбранного для управления; о работе конвейера; виде управления каждым конвейером.
- Аварийная сигнализация – должна содержать следующие основные сообщения: экстренное или аварийное отключение линии; номер конвейера в линии отключенного средствами защиты; о причине останова конвейера и линии.
Аналитически проанализированные требования к вспомогательным функциям:
- контроль, учет и анализ работы участковых и магистральных конвейерных линий;
- контроль, учет и анализ выполнения основных технологических операций:
- транспортировка угля из забоев по очистительным участкам, магистральным конвейерным линиям, загрузка-разгрузка бункеров;
- контроль, учет и анализ уровня нагрузки участковых и магистральных конвейерных линий;
- контроль, учет и анализ простоев и причин простоев участковых и магистральных конвейерных линий;
- формирование вариантного выбора схемы транспортировке угля с учетом применения бункерного хозяйства при переменном уровне управления, выработка действий, что управляют, на объекты процесса.
Исходными данными устройства являются:
- текущие данные о работе конвейерных линий;
- даны о работе конвейерных линий за смену, сутки;
- даны о текущей нагрузки участковой и магистральной конвейерных линий за смену, сутки;
- протокол простоев конвейерных линий;
- рекомендованная нагрузка по конвейерным линиям;
- порядок загрузки и разгрузки аккумулирующих бункеров
Оптимальное автоматическое управление достигается за счет предельного использования аккумулирующей способности конвейерной линии, что находится в зоне отказа, при применении таких методов:
- регуляция скорости ленты за счет стабилизации погонной нагрузки на уровне номинального значения;
- синхронизации моментов пуска (останова) конвейера с моментом поступления (прекращение поступления) груза на его ленту;
- изменение направления грузопотока; ускоренного (нерегулированного) пуска конвейеров в направлении против грузопотока;
- одновременного регулируемого пуска конвейеров;
- регуляция процесса разгрузки бункера в зависимости от количества груза, что находится в данный момент в подбункерной точке сборного конвейера, и от расположения и количества груза, что находится в данный момент в разветвленной части конвейерной линии (в зоне прогноза);
- стабилизации скорости конвейеров на уровне номинального значения.
Минимальная затрата электроэнергии на транспортировку груза достигается путем регуляции скорости ленты, интенсивность разгрузки бункеров; автоматического останова конвейера в интервалах отсутствия грузопотока; синхронизации момента пуска конвейеров с момента поступления груза на его ленту.
На базе математических моделей полученные расчетные зависимости тока статора I1=f(t), электромагнитного момента двигателя M=f(t), угловой скорости ротора щ2=f(t), напряжения и частоты на зажимах статора U1=f(t) и f1=f(t) для режимов работы: пуск в ход, работа под нагрузкой, короткое замыкание. Анализ характера переходного процесса в асинхронном двигателе при характерных режимах работы позволит усовершенствовать систему аварийного выключения при остановке рабочего органа.
| |
 |
|
Рисунок 2 – Зависимости тока статора I1=f(t), электромагнитного момента двигателя M=f(t), угловой скорости ротора w2=f(t), напряжения и частоты на зажимах статора U1=f(t) и f1=f(t) для режимов работы: пуск в ход, работа под нагрузкой, короткое замыкание.
На базе математических моделей системы барабан-лента полученная картина теплового поля при скольжении ленты – пробуксовка.
Рисунок 3 - Модель системы барабан-лента а) геометрическая модель с сеткой конечных элементов (барабан представлен цельным металлическим цилиндром); б) рисунок теплового поля при скольжении ленты – пробуксовка.
Рисунок 4 - Модель системы барабан-лента а) геометрическая модель с сеткой конечных элементов (барабан представлен полым металлическим цилиндром); б) рисунок теплового поля при скольжении ленты – пробуксовка.
