Биография | Автореферат | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание
АВТОРЕФЕРАТ
Содержание:
Введение
Цели и задачи
Научная новизна
Практическая ценность
Обзор существующих технических исследований
Результаты исследований
Выводы
Список ссылок
ВВЕДЕНИЕ
Высокая эффективность угледобычи в значительной степени зависит от четкости и надежности работы шахтного конвейерного транспорта, значение которого становится всё более существенным в связи с отдаленностью очистных забоев от грузовых стволов шахт.
Поскольку протяженность конвейерных линий увеличивается, вопросы надежности и безопасной эксплуатации их имеют важное значение.
Грузопоток, поступающий из лав, имеет неравномерное значение, что существенно влияет на производительность конвейерных линий, их эксплуатационные режимы. Роль автоматизации шахтного конвейерного транспорта заключается 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 способствовать оптимизации процессов пуска и останова конвейеров, снижению энерго- и материалоемкости, сокращению простоев из-за выхода из строя электрооборудования [1].
В связи с развитием и интенсификацией ведения горных работ все более широкое распространение (как основной вид) получает конвейерный транспорт, который в отдельных случаях составляет единый комплекс, содержащий цепь конвейеров от забоя до поверхности шахты.
Конвейерный транспорт включает эксплуатируемые на шахте конвейеры – ленточные и скребковые (одно- и двухдвигательные), оборудованные приводами как асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами, так и синхронными двигателями с фазным ротором (только ленточные конвейера).
Современные магистральные конвейерные линии имеют значительную протяженность, большую производительность и характеризуются использованием мощных многодвигательных конвейеров (мощность привода может достигать 500кВт, иногда и до 1000кВт – предназначенных для перевозки, как груза, так и людей).
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Важным в автоматизации конвейерного транспорта является применение централизованного управления приводами конвейерных установок с автоматизированным пуском. Сущность этого управления заключается в том, что оператор производит включение двигателя только первого конвейера, а двигатели остальных конвейеров включаются в заданной последовательности автоматически[4].
Все эти проблемы могут быть решены только при использовании принципиально новых технических средств и решений в схемах аппаратуры автоматизации – микропроцессоров и микро-ЭВМ, математического программного обеспечения, которые могло бы приспосабливаться к различного рода условиям ведения горных работ, не учтенных при проектировании шахты. Устройства и системы, обеспечивающие на микропроцессорной базе управления процессами по моделям и алгоритмам, позволяют маневрировать значениями параметров, прогнозировать динамику процесса и заблаговременно проигрывать производственные ситуации с целью направленного поиска наивыгоднейших (по принятым критериям управления) ситуаций в конкретных условиях и в рамках конечной целевой задачи.
За рубежом, где практически все средства и системы автоматизации для угольных шахт создаются на базе микроконтроллеров, производительность труда подземных рабочих выросла на 25% при увеличении нагрузки на лаву на 40%. Это объясняется тем, что гибкость микропроцессорных систем обеспечивает кардинальное расширение функциональных возможностей аппаратуры, особенно по части информационного обеспечения, что влечет за собой повышение уровня организации производства и безопасности.
Большинство используемых на шахтах ленточных конвейеров оснащено автоматизированными системами, позволяющими осуществлять программирование работы, а также дистанционный автоматический контроль и управление конвейерами. При разработке автоматизированных систем управления конвейерным транспортом используют математические модели и исходные формы алгоритма управления.
Одним из перспективных направлений совершенствования существующих систем ремонта и обслуживания является метод ремонта по фактическому техническому состоянию, т.е. с обязательным периодическим или постоянным диагностическим контролем за техническим состоянием.
Новая разрабатываемая система автоматизированного управления (САУ) шахтным конвейерным транспортом должна обеспечивать:
- повышение производительности добычи полезного ископаемого;
- снижение расхода электроэнергии;
- повышение качества выдаваемого угля;
- обеспечение безопасного режима работы конвейерной линии в целом.
Целью работы является разработка новых систем автоматизации на основе существующих, которые бы в комплексе выполняли предъявляемые ранее требования к САУ.
Для успешной реализации цели работы необходимо составить адекватные математические модели и исследовать физические процессы, происходящие в объекте, на базе современных компьютерных программ и методов расчета.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
В настоящее время не существует специальной комплексной аппаратуры диагностики технического состояния магистральных конвейерных линий, характеризующихся значительной протяженности. В работе предлагается исследование физических явлений, протекающих в горном оборудовании при наступлении аварийных ситуаций. Разработать рекомендации относительно усовершенствования элементов и алгоритмов системы автоматического управления, и с помощью существующих доступных технических средств своевременно и наиболее достоверно проводить замеры наиболее важных технологических параметров.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ
Уровень совершенства и надежности всех видов защиты оказывают существенное влияние на безопасность работы конвейерных линий, а также на безопасность ведения горных работ. Технологические схемы конвейерных линий разнообразны, их характер определяется горнотехническими условиями и модификацией применяемых конвейеров. Применение диагностических методов и устройств в системе обслуживания и ремонта позволит получить экономический эффект в результате исключения операций по разборке и сборке оборудования, снижения простоев оборудования. Автоматизация конвейерного транспорта предусматривает оснащение средствами автоматического контроля и защиты каждого конвейера и управление по заданному алгоритму отдельными конвейерами и всей цепочкой в целом.
Важна задача автоматического контроля и регулирования производительности конвейеров для стабилизации грузопотока и оптимизации режимов их эксплуатации.
Аппаратура автоматизации подземных конвейерных линий должна удовлетворять требованиям действующих Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах и Техническим требованиям на аппаратуру автоматизации подземных конвейерных линий для угольных и сланцевых шахт. Конструктивное исполнение аппаратуры автоматизации должно быть искробезопасным и соответствовать требования Правил изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования.
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Развитие аппаратуры автоматизации происходило в основном в направлении разработки блочной релейной аппаратуры с применением принципа изменения полярности в цепях управления, обеспечивающего передачу удвоенного количества сигналов управления по малопроводным каналам связи. Узел реле скорости, реле времени, телефонной связи выполнены в последних модификациях аппаратуры на бесконтактных (диодно-транзисторных, интегральных) элементах.
В настоящее время серийно выпускается следующие средства автоматизации конвейерного транспорта шахты:
- комплекс автоматизированного управления конвейерными линиями типа АУК.1М;
- устройство контроля состояния тросовой основы конвейерной ленты УКТЛ;
- устройство контроля и информации УКИ;
- устройство контроля проскальзывания и скорости ленты УКПС;
- устройство контроля скорости УКС;
- устройство сигнализации и телефонной связи УСТ.
Модифицированный комплекс АУК1.М автоматизированного управления конвейерами предназначен для контроля и управления работой стационарных линий (до трех ответвлений) и полустационарных неразветвленных линий, которые состоят из ленточных и скребковых конвейеров. Число конвейеров в линии до 10.
Комплекс выполняет 53 функции, обеспечивая нулевую защиту, последовательный автоматический пуск конвейеров и остановку конвейерной линии из любой точки по ее длине, а также при сходе ленты; контроль скорости движения ленты и запуск конвейерной линии по времени; блокировку и сигнализацию о работе конвейерной линии; непрерывный контроль исправности цепи отключения пульта управления и цепи экстренного (аварийного) отключения конвейера. Данная аппаратура широко используется на шахтах, удовлетворяет всем требования, предъявляемым к локальным средствам автоматизации конвейерных линий. Структурная схема комплекса АУК.1М приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структурная схема модернизированного комплекса АУК.1М
Комплекс обеспечивает следующих функций управления:
1) последовательный автоматический пуск конвейеров, включенных в линию, в порядке, обратном направлению движения грузопотока;
2) автоматизированное управление конвейерной линией с кнопок пульта управления, а также с выносного кнопочного поста;
3) запуск части конвейерной линии, а также дозапуск без остановки работающих конвейеров;
4) прекращение запуска конвейерной линии с любого блока управления;
5) возможность работы конвейерной линии в режиме энергосберегающей технологии с применением дополнительных аппаратов;
6) управление любым конвейером линии в ремонтно-наладочном режиме с кнопок блока управления независимо от пульта управления, а также с выносного кнопочного поста.
Унифицированное устройство УКСП предназначено для контроля работы и защиты от перегрузок ленточных конвейеров с номинальными скоростями движения ленты от 1 до 5 м/с. Данное устройство используется, как правило, для бремсберговых конвейеров и основной функцией его является отключение привода конвейера при аварийных режимах работы, вызванных проскальзыванием ленты.
Устройство УКИ предназначено для аварийного отключения конвейера при срабатывании кабель-троссовых выключателей или датчиков контроля схода ленты с автоматическим представлением на блок индикации следующей информации: об отключенном выключателе и его номере; о наличии к.з. в линии связи выключателей и датчиков; об аварийном состоянии натяжения ленты; о номере поврежденного участка кабеля. Как правило, устройство обычно используется совместно с АУК.1М.
Устройство УСТ предназначено для обеспечения предупредительной аварийной и кодовой сигнализации, а также для дуплексной телефонной связи с аппаратурой АУК либо другими устройствами, расположенными вдоль шахтных конвейеров большой протяженности.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Проблемы автоматизации управления и производства должны рассматриваться на основе представления о перспективном развитии предприятия с учетом технологических, технических, организационных, производственных и экономических аспектов.
Перспективным является дальнейшее развитие автоматизации угольной шахты, направленная на организацию производственного процесса на качественно новом уровне, которые позволяют реализовать внедрение компьютерно-интегрированные технологии, направленных на исключение непроизводственных затрат времени и энергоресурсов при изменении динамических параметров объектов.
В качестве объекта автоматизации рассматривается транспортный комплекс, который осуществляет доставку полезного ископаемого от очистных забоев на поверхность шахты и включает в себя конвейерный транспорт с аккумулирующими бункерами и скиповой подъем.
Управление работой конвейерной линии осуществляется по алгоритму и должно обеспечивать наиболее выгодное (по условиям экономии электроэнергии) соотношение параметров – «уровень загрузки ленты – величина скорости ленты – уровень загрузки бункера», не ограничивая при этом производительность забоя.
При отсутствии материала на ленте конвейер должен быт остановлен. Эти мероприятия позволят снизить потребление электрической энергии за счет уменьшения работы конвейера в холостую, а также повысить срок службы резиновой ленты.
Существующие в настоящее время системы управления шахтными конвейерными установками не позволяют достаточно эффективно регулировать скорость движения ленты и, тем самым, влиять на потребление электроэнергии конвейерной установкой.
Таким образом, критерий комплексного управления транспортным комплексом шахты (в частности конвейерным транспортом) может быть сформулирован так: обеспечение непрерывной работы шахтного транспорта по выдачи на поверхность суточной добычи при минимально необходимом расходе электроэнергии на единицу веса груза.
Для реализации критерия управления на рис.2 приведена обобщенная структурная схема системы автоматизированного управления шахтным транспортом.
Рисунок 2 - Обобщенная структурная схема системы автоматизированного управления конвейерным транспортом шахты
На нижнем иерархическом уровне системы, средствами локальной автоматизации типа АУК.1М осуществляется отбор информации с первичных измерительных преобразователей, обнаружение отклонений технологических параметров от заданных значений, контроль и прогнозирование предаварийных ситуаций, защитные и управляющие функции с использованием исполнительных механизмов[7].
На среднем иерархическом уровне микроконтроллер в соответствии с алгоритмом осуществляет в заданном цикле интервала усреднения данных реализацию управляющих функций по критерию эффективного управления, оптимизирует отдельные технологические участки, а также адаптирует структуру и параметры настройки регуляторов непосредственного цифрового управления к изменениям динамики технологического процесса.
На высшем иерархическом уровне управляющей микро-ЭВМ (персональным компьютером) производится сбор и обработка информации с микроконтроллера (или группы микроконтроллеров) среднего уровня, по результатам которой принимаются решения по организации, синхронизации и координации взаимодействия энергомеханического оборудования, входящего в транспортный комплекс шахты. Высший иерархический уровень находится на поверхности шахты в непосредственной близости с диспетчером шахты, которым и осуществляется контроль работы всего комплекса в целом. Связь с элементами низших иерархических уровней, находящихся непосредственно возле объектов автоматизации, производится по средствам телемеханики.
После запуска конвейерной линии аппаратурой АУК.1М включается в работу устройство управления конвейерной линией (УУКЛ), которое в зависимости от текущего времени суток производит управление цепочкой по заданному алгоритму. Цель управления заключается в полном отключении конвейеров и всего технологического оборудования при наступлении утреннего (с 7:00 до 9:00) и вечернего (с 20:00 до 22:00) максимумов потребления электроэнергии. Кроме того, в процессе добычи полезного ископаемого производится постоянный контроль наличия материала на ленте и в бункере и, с целью энергосбережения, производится отключение/включение определенного оборудования транспортной цепочки.
При проектировании САУ необходимо учитывать, что процесс пуска/торможения для конвейера является наиболее опасным. Это связано со сложностью переходных процессов, которые происходят между резиновой лентой и барабаном конвейера в этот момент. Перегрузка ленты при пуске или торможении может привести к снижению запаса ее прочности и, как следствие, к ее разрыву. Поэтому, новые автоматизированные системы, которые разрабатываются, должны учитывать этот фактор и посредствам регулирования скорости вращения электропривода снизить этот фактор риска до минимума.
Рисунок 3 - Схема распределения динамических натяжений по контуру ленты при пуске конвейера (анимация: 6 кадров, 8 циклов; выполнена с помощью GIF-аниматора)
Аккумулирующий бункер, помимо своей основной функции (аккумулирующей), выполняет еще одну немало важную – усреднение поступающего грузопотока на ленту магистрального конвейера в зависимости от процента ее загрузки. Этим обеспечивается достижение равномерности грузопотока, поступающего к скиповому подъему, и как следствие, экономия электроэнергии за счет отсутствия простоев и холостых пробегов ленты конвейера.
Новая система автоматизированного управления шахтным конвейерным транспортом, которая разрабатывается, должна обеспечивать:
повышение производительности добычи за счет снижения времени простоев магистральных конвейеров;
снижение расхода электроэнергии и уменьшение, износа оборудования за счет сокращения холостых пробегов конвейеров ответвлений;
повышение качества угля, выдаваемого шахтой за счет селективной выдачи угля и породы из очистных и подготовительных забоев.
В системе применены следующие основные решения по автоматизированным функциям:
непрерывное измерение производительности ленточных конвейеров участков с помощью тензометрических роликов типа ТКВ1, установленных на ставе конвейере, с передачей информации по системе телемеханики в диспетчерский пункт к ЭВМ;
контроль срабатывания защит и блокировок механизмов линии с помощью аппаратуры автоматизации АУК.1М с передачей информации в ЭВМ, ее регистрацией на печатающем устройстве и отображением на дисплее у диспетчера, сигнализацией срабатывания на пульте КОД и мнемощите;
отображение на дисплее у диспетчера значений фактической и допустимой нагрузок сборных конвейеров и степени заполнения аккумулирующих бункеров;
передача на входы исполнительных устройств в блоках управления конвейерами аппаратуры АУК.1М команд от МК на включения и отключения участковых линии, обеспечивающих реализацию режима транспортирования груза;
осуществление режима дистанционного управления конвейерной линией с пульта КОД с помощью системы АУК.1М с соблюдением всех необходимых защит и блокировок и исключением режима управления от ЭВМ.
ВЫВОДЫ
Разрабатываемое устройство управления конвейерной линией обеспечивает равномерность поступающего грузопотока посредствам регулирования несущего органа конвейера (ленты); включение и отключение необходимых блокировок; оно отвечает всем требованиям по искро- и взрывобезопасности для аппаратуры, эксплуатируемой в угольных и сланцевых шахтах; все блоки и элементы аппаратуры унифицированы и взаимозаменяемые.
Реализация предлагаемой структурной схемы в единой системе автоматизированного управления подземным транспортным комплексом шахты позволит повысить эффективность его работы за счет уменьшения времени простоев, непредвиденных поломок оборудования, непроизводственных затрат электроэнергии, особенно в часы максимума потребления энергосистемы.
Таким образом, разрабатываемое устройство удовлетворяет заданным техническим и технологическим требованиям, предъявляемым в данных условиях, и может быть введено в эксплуатацию совместно с существующей аппаратурой АУК.1М.
Список ссылок
1. Технические средства автоматизации в горной промышленности: Учебное пособие/Груба В.И., Никулин Э.К., Оголобченко А.С. Под общей редакцией Грубы В.И. -Киев: ИСМО,1998.-373с.
2. Системы и устройства автоматики для горных предприятий на основе микроэлектроники и микропроцессорной техники/ под ред. Ю.Н. Камынина и Л.Г. Мелькумова. -М.: Недра, 1992.-322с.
3. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. Г.: «Недра», 1986.-432с.
4. Справочник по автоматизации шахтного конвейерного транспорта / Стадник Н.И. и др. К.: Техника, 1992. - 438с.
5. Диагностика забойного оборудования/ Бойцов А.А., Левитес И.А. и др.-К.: Техніка, 1984.-с.3-5.
6. Автоматизация производства на угольных шахтах/ Бедняк Г.И., Ульшин В.А., Довженко В.П. и др.-К.: Техніка, 1989.-272с.
7. Автоматизация конвейерного транспорта на угольных шахтах/ Лазукин Н.Я., Травкин Е.К. и др.-М.: ЦНИЭИуголь, 1975.-55с.
8. Автоматизация подземных горных работ/ под ред. проф. А.А.Иванова.-К.: Вища школа, 1987.-328с.