Комплекс технических средств управления очистными комбайнами с вынесенной
системой подачи КТС-М

     Помимо комбайна и скребкового конвейера машинист должен управлять находящимися на значительном удалении (вне зоны видимости) вынесенной системой подачи, предохранительной лебедкой, а в некоторых случаях и лебедкой траковой цепи кабелеукладчика. Причем направление движения и скорость подачи комбайна и лебедок должны быть согласованными, а вращение электромагнитных муфт синхронизированным, чтобы исключить их работу в нерациональных режимах. Использовать для передачи столь большого объема команд с комбайна на штрек специальный контрольный кабель невозможно, так как в этом случае ширина и радиус изгиба траковой цепи кабелеукладчика превышают допустимые по мощности пласта величины.

     Основной составляющей аппаратуры автоматизации является подсистема телемеханического управления (ТМУ), каналом связи которой служат контрольные жилы силового комбайнового кабеля. Учитывая возможность подсистемы, к ней предъявлены повышенные, несколько противоречивые требования по надежности и помехоустойчивости, по защите от наводимых в канале высоких коммутационных перенапряжений, по ограничению габаритов и энергопотребления комбайнового полукомплекта, простоте обслуживания и ремонта.

     Не менее сложным является автоматический регулятор нагрузки и скорости подачи комбайна (РНС). Наличие у машины с ВСП хвостовой цепи усложняет ее внешнюю динамику. К тому же электромагнитные муфты имеют нелинейные несовпадающие в различных образцах механические характеристики. Функция РНС по сравнению с распространенными регуляторами УРАН и РЭМП были дополнены функцией ограничения предельного тягового усилия приводов ВСП, подачей команд на согласованное с ВСП управление лебедками - предохранительной и траковой цепей кабелеукладчика. С учетом приведенных требований и особенностей Автоматгормашем была разработана аппаратура КДА, которая обеспечивает вы¬полнение следующих функций:

     - телемеханическое (по двум контрольным жилам силового кабеля) управление с пульта машиниста пускателями (контакторами) комбайна, конвейера, вынесенной системы подачи, предохранительной лебедки, лебедки для вытяжки траковой цепи и задание к необходимой скорости подачи и направления движения комбайна;

     - аварийное, двустадийное отключение механизмов очистного забоя с пульта машиниста комбайна, с абонентских постов связи по лаве и непосредственное дистанционное отключение с аппарата управления;

     - раздельное и совместное управление приводами конвейера с пульта машиниста комбайна или с постов, расположенных на приводах конвейера, и отключение с абонентских постов связи по лаве; реверс конвейера;

     - автоматическая подача предупредительного сигнала на комбайне перед включением привода исполнительных органов;

     - автоматическая подача предупредительного сигнала по лаве перед натяжением тяговой цепи комбайна, началом перемещения его и движения конвейера;

     - дистанционное управление пускателями (контакторами) насосных станций;

     - управление регулятором нагрузки и скорости подачи;

     - контроль цепей управления; световая индикация о работе механизмов, их аварийного отключения, исправности блоков и цепей управления.

     Аппаратура не имела отечественных и зарубежных аналогов, а персонал шахт ни профессионально, ни психологически не был готов к ее эксплуатации. Поэтому организовано обучение по специально разработанной программе, учитывающей нормальный режим эксплуатации и наличие отказов, аварийных нештатных ситуаций. Оно проводилось в течение недели в Автоматгормаше на специальном тренажере или непосредственно на шахтах. Бригадиры, механики участков, электрослесари ремонтного звена, дежурные электрослесари и машинисты комбайнов под руководством представителей институтов, осуществляющих авторский надзор за аппаратурой, изучали устройство аппаратуры, правила эксплуатации, поиска неисправностей и ремонта, выявляли и устраняли не¬достатки изготовления механической и электрической частей комбайна, ВСП и конвейера. Такая работа проводилась повсеместно в течение первых двух лет с начала производства комбайнов. В дальнейшем шахтеры освоили оборудование и успешно эксплуатируют его самостоятельно.

     В последние годы осуществляется переход на отработку пластов более длинными лавами, что сокращает затраты на подготовку полей и уменьшает время подготовительно-заключительных операций выемочного цикла. Это потребовало разработки высокопроизводительных комбайнов с вынесенной системой подачи 1К101УД, ИП200В, КА200, УКД200-250. Появилась перспективная микропроцессорная элементная база, программное обеспечение, интеллектуальная сенсорная техника, что позволило приступить к коренной модернизации аппаратуры управления. Разработана техническая документация и изготовлен опытный образец аппаратуры, получившей название «Комплекс технических средств управления очистными комбайнами с вынесенной системой подачи» (сокращенно КТС-М).

     Существенно расширены функциональные возможности, в первую очередь по диагностике состояния машины и узлов аппаратуры, а также по объему контрольной информации, повышена надежность, усовершенствована зашита электродвигателей. Управление оборудованием лавы может производиться с одного или двух УКД200-250) пультов машиниста комбайна (ПМК) или с пульта штрекового (ПУШ). Комплекс КТС-М обеспечивает выполнение следующих функций.

     1) С пульта управления машиниста комбайна — запуск и отключение комбайна; запуск и отключение конвейера; задание направления движения комбайна; задание требуемой скорости его подачи; аварийное (двухстадийное) отключение автоматических выключателей, управление с двух пультов положением режущих органов.

     2) С пульта управления штрекового - запуск и отключение комбайна, запуск и отключение конвейера, задание направления движения комбайна, задание требуемой скорости его подачи, запуск и отключение насосных станций, аварийное (двухстадийное) отключение автоматических выключателей, выбор пункта управления конвейером (с комбайна, с постов управления, расположенных на приводах, с пульта управления штрекового); режима включения приводов конвейра (раздельное включение только нижнего привода или верхнего, одновременное включение с заданной выдержкой между включениями приводов конвейера).

     3) Автоматическое управление режимом работы электропривода комбайна со стабилизацией на заданном уровне скорости подачи, устанавливаемой с выбранного пульта с отсечкой по току электродвигателей.

     4) Автоматическое управление режимом работы электропривода комбайна со стабилизацией нагрузки его электродвигателей и ВСП с алгоритмом управления двумя тянущими муфтами (путем изменения скорости подачи при превышении заданной нагрузки электродвигателей) и ограничением скорости на заданном уровне.

     5) Плавное увеличение скорости подачи комбайна от нуля до заданной.

     6) Автоматическое снижение скорости подачи комбайна до нуля при обрыве или коротком замыкании цепей датчика.

     7) Автоматическое отключение комбайна при незавершившемся пуске или "опрокидывании" его электродвигателей.

     8) Автоматическое отключение электродвигателей ВСП при длительности перегруза, превышающей допустимое время работы в заданном режиме.

     9) Автоматическое отключение комбайна при превышении содержания метана сверх допустимого значения в рабочей зоне, при снижении давления и расхода воды в системе орошения и охлаждения электродвигателей комбайна, ВСП, электромагнитных муфт ВСП, при их перегреве.

     10) Аварийное, двухстадийное отключение автоматических выключателей с абонентских постов связи по лаве, с пульта машиниста комбайна и с пульта управления штрекового.

     11) Автоматическая подача предупредительного сигнала на комбайне или по лаве перед включением привода исполнительных органов.

     12) Возможность передачи информации в общешахтную информационную систему, например противоаварийной защиты.

     13) Диагностика функционирования отдельных узлов составных частей комбайна и комплекса, световая индикация о включении и работе механизмов.

     14) Накапливание и хранение информации о работе - нагрузка электродвигателей комбайна и ВСП, причины остановки комбайна и др.

     Конструктивно комплекс КТС-М состоит из комбайнового и штрекового полукомплектов. Полукомплект комбайнов КА-80, К103М, 1К101УД включает пульт машиниста, блок искрозащиты и два расположенных по концам комбайна поста, на каждом из которых имеется кнопка с фиксацией "Стоп общий" и звуковой излучатель предупредительного сигнала.

     Для комбайнов УКД200-250, КА200, ГШ200В полукомплект включает два пульта машиниста, барьер искрозащиты и два датчика скорости. Пульт управления предназначен для подачи команд на включение-отключение комбайна, конвейера, для задания направления и скорости подачи, аварийного отключения механизмов очистного забоя, для блокировки несанкционированного включения комбайна и выбор ключом замка пульта управления на комбайнах с двумя пультами.

     Для обеспечения искробезопасности цепей управления в силовом комбайновом кабеле после подачи напряжения на электродвигатель и зашиты блока телемеханики при попадании в линию связи высокого напряжения в камере вводов и в блоке управления устанавливаются барьеры искрозащиты. Барьер представляет собой пластмассовый корпус с клеммами для подсоединения цепей управления, внутри размещена печатная плата с элементами защиты.

     Штрековый полукомплект состоит из блоков управления ВУ, регулятора нагрузки и скорости РНС, источников питания БИП и пульта управления 1ТУШ. Блок предназначен для управления механизмами очистных комплексов типа КД80, КД90 и вынесенной системы подачи комбайна КЛ80 по вспомогательным жилам экранированного силового кабеля.

     Блок управления осуществляет: прием команд, поступающих с пультов, расположенных на комбайне, в штреке и пунктах управления конвейеров; обработку сигналов, поступающих от механизмов и электрооборудования комплекса; формирование управляющих сигналов на включение и отключение электроприводов механизмов комплекса; диагностику текущего состояния механизмов комплекса и передачу этой информации на штрековый пульт управления и диспетчеру в общешахтную информационную сеть.

     Основной частью блока управления является РС контроллер серии 1-8000, он устанавливается на панель. Для монтажа не требуются дополнительные конструктивные элементы. При этом обеспечивается открытый и удобный доступ к панели управления, к слотам для установки или замены модулей ввода-вывода и коммутационным разъемам. Есть возможность добавить энергозависимое ОЗУ либо нарастить объем Р1азп-памяти до 32 Мбайт.

     Контроллер имеет три уровня гальванической развязки: по питанию (3000 Б), по коммуникационным интерфейсам (2500 Б), по изоляции цепей ввода-вывода модулей УСО (3000 Б). У контроллера пять коммуникационных портов: внутренний СОМ0-RS-485 - для последовательных модулей ввода-вывода, установленных в блок контроллера; СОМ1-RS-232 - для загрузки программ, может использоваться как обычный последовательный порт; СОМ2 - для подключения в сеть на основе интерфейса RS-485; СОМЗ-RS-232/485; СОМ4-RS-232.

     Контроллер обладает четырьмя слотами расширения для установки модулей ввода-вывода, оснащенных 16-контактными клеммниками и светодиодными индикаторами. Для дискретных модулей индикаторы отображают состояние входа либо выхода.

     Программное обеспечение допускает горячее резервиро¬вание контроллеров по последовательному интерфейсу. Контроллер содержит один модуль дискретного 32-канального ввода с изоляцией 1-8040 и три 8-канальных модуля релейного дискретного ввода 1-87068 (по 4 реле с нормально разомкнутыми контактами и перекидными контактами). Гальваническая изоляция модуля 1-8040-3000 В, 1-87068-1500 В.

     Через повторитель RS-485 типа 1-7513 контроллер связан с регулятором нагрузки и скорости, системой телемеханического управления (ТМ), с пультом управления штрековым и диспетчером. На лицевой панели пульта управления штрекового размещены: модуль ввода и вывода информации; замок для выбора режима (с аппарата управления или комбайна) либо для проверки функционирования аппарата управления без включения пускателей; кнопка аварийного отключения автоматических выключателей; органы управления комбайном, конвейером, насосными станциями, насосами орошения и охлаждения; переключатели выбора пункта управления конвейером и реверсирования его приводов; переключатель задания направления и уставки скорости подачи; переключатели задания режима включения приводов конвейера (совместно два или раздельно каждый). Блок источников питания представляет собой стальное шасси, на котором установлены: два источника питания постоянного тока 12 В типа АСЕ-540 фирмы “ICP Electronics Inc.”; один блок питания переменного искробезопасного (БПП) напряжения УДМК 04.030; два источника искробезопасного напряжения типа АГАТ-ВН12.10 и разъем для подключения внешних цепей. Источники АГАТ-ВН 12.10 обеспечивают искробезопасным напряжением 12 В постоянного тока систему телемеханического управления (блоки телемеханики штрековый и комбайновый), пульт управления штрековый и цепи системы, выходящие за пределы комплектного устройства. Блок БПП питает блоки управления и контроля БУК, которые обеспечивают аварийное отключение механизмов очистного комплекса с ПМК, а также управление конвейером с его постов.

     Использование широко проверенной микропроцессорной базы, интерфейсов КЗ-232 и К8-485, аппаратного и программного резервирования, высокий уровень гальванических развязок и других схемных и конструктивных решений позволили существенно расширить функциональные возможности комплекса, упростить его конструкцию, обслуживание в процессе эксплуатации, увеличить работоспособность. Основным условием правильности исполнения команд является достоверность получаемой информации. Для достижения этого используют программные методы повышения надежности.

     После включения питания комплекса КТС-М контроллер блока управления опрашивает сетевые устройства: пульт управления штрековый ПУШ; блок телемеханики штреко¬вый БТШ; регулятор нагрузки и скорости РНС. В нормальном режиме на дисплее должны светиться дата, текущее время, "Комплекс готов" и выбранное место управления в зависимости от положения ключа: "Управление с ПМКГ "Управление с ПМК2" или "Управление с ПУШ". Алгоритм управления программы контроллера блока управления обеспечивает автоматическое управление технологически связанными машинами и механизмами. Так, при команде "Пуск комбайна", если не нажата ни одна из кнопок "СТОП комбайна" на ПМК, ПУШ, контроллер блока управления по цепям подает команду "Включить предупредительный сигнал на комбайне", которая преобразуется в блоке телемеханики комбайновом в контакт, подключающий излучатель акустический к источнику питания. Звучит предупредительный сигнал на ПМК и (или) постах концевых. При этом контроллер БУ постоянно опрашивает состояние всех органов управления и блок-контактов пускателей. При нормальном (разрешающем работу) состоянии контроллер подает команды на включение насоса орошения и отключения короткозамыкателя в комплектном устройстве, после чего на электродвигатели комбайна поступает силовое напряжение.

     Комплекс технических средств обеспечивает дистанционное управление (по проводному каналу) реверсивными контакторами ВСП с ПМК и ПУШ, а также согласованное по направлению управление пускателями предохранительной лебедки и лебедки для вытяжки траковой цепи. Управление ВСП может выполняться как с двух мест, так и по двум вариантам. В первом запуск осуществляется при установленной нулевой скорости подачи, а во втором — при скорости, не равной нулю. При запуске по второму варианту предупредительные сигналы перед включением электродвигателей подачи и лебедки траковой цепи совмещаются во времени и комбайн быстрее приходит в движение.

     При нормальном (разрешающем работу) состоянии контроллер включает в зависимости от выбранного на¬правления движения соответствующие катушки контакторов пускателей электродвигателя подачи, предохранительной лебедки и лебедки для вытяжки траковой цепи. Таким образом, значительно сокращается количество подаваемых машинистом команд управления.

     Конструктивно аппаратура спроектирована в двух вариантах. Первый - штрековый полукомплект встроен в комплектное устройство КУУВ-ВСП и пульт штрековый, а второй вариант - штрековый полукомплект встроен в корпус двух пускателей и штрековый пульт. Комбайновый полукомплект в обоих вариантах одинаковый.