Микропроцессоры в забойной автоматике

Автоматизация производственных процессов на горных предприятиях

 

Курс лекций

 

1. Цель и задачи автоматизации

     В связи с условиями производства к большинству технических средств горной автоматики предъявляются требованияповышенной надёжности, защищённости в условиях влажности, запылённости, вибраций и, главным образом, искро- и взрывобезопасности.

     Задачами автоматизации являются обеспечение высокой эффективности производства, безопасности работы за счёт автоматического контроля основных параметров оборудования и опасных факторов (газа, отсутствие проветривания), предупреждение опасных режимов работы оборудования и персонала, автоматические сигнализация, блокировки, регулирование и управление.

     Эффективность внедрения автоматизации зависит от поточности операций в технологии производства, наличия комплексной механизации, правильной эксплуатации аппаратуры и других компонентов.

 

2. Автоматизация добычных участков

      Комплексная автоматизация очистных забоев должна обеспечивать плановые показатели по добыче угля при соблюдении условий безопасности для персонала. В соответствии с этими требованиями, а также учитывая большую протяжённость выработок, предусматривается наличие возможности различающейся характером сигнализации о запуске определённого оборудования ( комбайн, конвейер). По всей длине выработки должна обеспечиваться связь и возможность аварийной остановки оборудования. Эти задачи обеспечиваются аппаратурой АС-3СМ.

     Аппаратура автоматического контроля и управления креплением лавы входит в состав соответствующего комплекса. Предусматривается возможность контроля давления рабочей жидкости в гидравлике, законченности цикла передвижки секций , передвижки конвейера, очерёдности передвижки секций и т.п.

     Наиболее соответствуют вышеуказанным требованиям аппаратура автоматизации КМ-87А, М-87ДГА, 2 КГД- А ,КМ-138А и другие. В предельном варианте предусматривается возможность автоматической передвижки секций крепи в соответствии с режимом продвижения очистного комбайна.

     Для дистанционного управления, контроля основных параметров, перемещения положения шнеков очистного комбайна с гидравлической системой подачи и конвейером в лаве применяется аппаратура ЦПУ,  САУК-1М, АУЗМ.

     Для регулирования нагрузки на двигатели комбайна посредством изменения скорости подачи используется регулятор УРАН , защита от перегрузки эл. двигателей аппаратурой КОРД.

     Очистные комбайны К-103, КА-80, 1БКТ применяемые для отработки тонких пластов оснащены вынесенной системой подачи ВСП через электромагнитную муфту скольжения. Функции, выполняемые этими системами автоматики аналогичны вышеуказанным.

     Современные очистные комбайны с электрической системой подачи 1КШЭ, К500, РКУ ( с гидравлическим приводом подачи) оснащены системами дистанционного управления беспроводной связи, разветвлёнными системами автоматической диагностики.

Для автоматического контроля местонахождения исполнительного органа струга, автоматического реверсирования привода струга на заданных участках лавы, автоматического управления средствами секционного орошения в зоне работы исполнительного органа, контроля нагрузки привода струга применяется аппаратура МИУС , АРУС, БАУС.

Зарубежная горно-добывающая техника, например, струговая установка фирмы Х&В, испытываемая на шахте Аяч-Яга (Воркутауголь) имеет высокоразвитую систему автоматического контроля, оперативной диагностики режимов работы и управления.

Ниже рассмотрены комплексы автоматики относительно новых комбайнов, стругов и комплексов.

         

 Комплекс устройств автоматизации комбайна 1КШЭ

     Основные составные части комплекса:

- блок управления реверсированием и торможением БУРТ

- блок автоматического управления БАУ

- блок импульсных трансформаторов БИТ

- блок индикации БИ.

     Для проведения ТО применяется пульт диагностики аппаратуры БУРТ и БАУ, состоящий из блоков диагностики БУРТ — БД-1, блока диагностики БАУ БД-2, блока нагрузки БН, заглушки и перемычки.

     БД-1 имитирует с помощью переключателей :

- Тмакс - срабатывание температурных датчиков эл.двигателей механизма подачи(МП);

-Ммакс-срабатывание выключателя муфты максимального момента на валу эл.двигателя МП;

-Утечка - кнопку проверки работоспособности реле утечки;

-Подача - вывод задатчика скорости подачи СКОРОСТЬ пульта управления из нулевого положения;

-Режим работы - выбор необходимого режима( В- вверх, Н- вниз, Т- динамического торможения .

В процессе проверки контролируется работоспособность по свечению светодиодов. Переключатель СБРОС гасит светодиоды.

     Блоком БД-2 проверяется работа БАУ , имитируются режимы работы при различных скоростях подачи и нагрузках на двигателях. По миллиамперметрам можно следить за напряжением подачи,током подачи, током резания при включенной и отключенной обратной связи по току подачи. К блоку может подключаться осциллограф для наладки .

     Выбор режимов тормозного или двигательного режима осуществляется переключателем РЕЖИМ РАБОТЫ. Проверка защиты от КЗ , от недопустимых утечек осуществляется нажатием соотвествующих кнопок .

     При проверке работоспособности защиты от затянувшегося пуска резистором ТОК РЕЗАНИЯ устанавливается заданное значение тока ,а переключатель ПРОВЕРКА переводят в положение ОС ПО ТОКУ РЕЗАНИЯ.

     Переключатель СБРОС для выключения светодиодов включившихся при срабатывании защит.

 

Аппаратура автоматизации КУАК 

     Комплекс КУАК предназначен для управления, регулирования, контроля работы ,а также для защиты от аварийных режимов очистных комбайнов унифицированного ряда РКУ ( и аналогичных им) с гидравлическим приводом механизма подачи(МП).

КУАК рассчитан на применение на применение устройства УМК в сочетании с силовым комбайновым кабелем с контрольными жилами.

Управление может осуществляться с пульта на комбайне или дистанционно с носимого пульта (без кабельной перемычки с использованием ИК излучения . Выпускается КУАК в нескольких модификациях.

Конструкция КУАК допускает встройку дополнительных устройств : КРОК , ТМРК, автоматического регулятора положения ИО и т.д. На комбайне устанавливаются ПУ1 (основной ) и ПУ2 (дополнительный).

В корпусе ПУ1 находятся :

- блок дешифратора ДШ -расшифровывает сигналы от фотоприёмников и преобразует их в команды управления;

- блок управления комбайном и конвейером БУК содержит реле включения, транзисторные ключи , управляющие гидрораспределителями ИО комбайна;

- блок управления скоростью БУС выдаёт команды на включение соответствующей ступени скорости.

- блок аккумуляторов БА.

В ПУ2 располагается панель электроблоков с блоками регулирования нагрузки и управления информационным табло:

- блок преобразователя БП;

- блок микропроцессора БМ - это одноплатная микро _ЭВМ, выполняющая функции регулятора нагрузки;

- блок сопряжения БС преобразование сигналов датчиков и включение электрогидрораспределителей системы управления скоростью подачи и тормозом:

- блок управления табло БУТ обеспечивает выдачу сообщений на информационное табло в виде надписей в соответствии с сигналами датчиков и регулятора.

      Информация с датчиков контроля давления , температуры,уровня ,загрязнения фильтра преобразуется в БШ в двоичный код для передачи в узел контроля и защиты БУТ.

С носимого (НПУ) пульта осуществляется пуск и остановка комбайна и конвейера ,управление положениями ИО , дистанционно- автоматическое управление скоростью подачи .

     В ванне гидросистемы подачи устанавливается датчик температуры масла ТД .

     Датчик давления (ДД) контролирует давление масла в гидрмагистрали тормоза. В корпусе датчика имеется поршень, который через толкатель и микропереключатель замыкает сигнальную цепь при давлении 3.7-- 3.9 Мпа. При этом давлении диски тормозов должны быть разжаты,

     Датчик скорости ДС (аналогичный ДС применён в регуляторе УРАН) устанавливается на стенке ванны гидровставки и контролирует перемещение следящего золотника гидронасоса, а те самым и подачу насоса и обусловленную ею скорости движения комбайна.

     Датчик уровня масла в гидровставке (установлен на масломерной трубке) выполнен в виде обоймы с герконом. В масломерную трубку помещён поплавок с магнитом. При снижении уровня масла ниже допустимого уровня магнит поплавка воздействует на геркон и замыкает сигнальную цепь. Положение обоймы датчика может регулироваться в зависимости от угла наклона отрабатываемого пласта.        

     Таким образом в комплексе КУАК предусматривается возможность оперативной диагностики основных параметров комбайна , применена бортовая микро-ЭВМ , имеется возможность передачи информации по запросу диспетчера . При остановках комбайна с последующим отключением электропитания информация о причине остановки сохраняется в течение 72 часов.

     Имеется информация о применении на зарубежных щахтах безлюдной выемки угля с управлением по телемеханическим каналам из операторского (диспетчерского) пульта.

Микропроцессоры в забойной автоматике

     Повышение требований к гибкости и надёжности систем управления ТП, а также значительный рост объёма перерабатываемой информации и выполняемых функций привели к появлению в этих системах параллельной обработки информации на базе ЭВМ.

     В НПО АВТОМАТГОРМАШ для аппаратной реализации задач автоматизации очистных комбайнов разработан специальный набор блоков (модулей ) :

- блок микропроцессора БМ, блок сопряжения БС - для обеспечения регулирования нагрузки и скорости ;

- блок управления табло БУТ , блок табло Т, блок шифратора БШ- для обеспечения отображения информации на дисплее, диагностики и защиты ;

- блок управления комбайном и конвейером БУК, блок управления скоростью БУС, дешифратор Д, фотоприёмники ФП , носимый пульт управления НПУ - для обеспечения дистанционного беспроводного управления по инфракрасному каналу;

- источник питания ИП36-5, блок аккумулятора , блок преобразователя БП - для обеспечения энергопитания.

Перечисленные блоки унифицированы и используются в системах автоматики очистных и проходческих комбайнов ( КУАК,КУАП) ,регуляторов (УРАН-1М) ,систем управления (САУК-2М).

     В состав бортовой микро-ЭВМ, выполненной на элементах микропроцессорного набора КР 580 ИК80 входят блок микропроцессора БМ, блок сопряжения БС, а также блок преобразователя БП.

     Начиная с 1987 года НПО Автоматгормаш и другими специализированными организациями ведутся серьёзные работы по разработке систем автоматики на базе микроЭВМ. В частности, на базе КР580 разработаны принципы и программное обеспечение для управления очистным комбайном (КА-80),крепью автоматизированного угледобывающего комплекса ,различным проходческим оборудованием , аппаратурой электроснабжения добычного участка , шахтными подъёмными установками и другими объектами.

 

3. Автоматизация управления механизированной крепью

     Гидравлическая механизированная крепь представляет собой большое количество (до нескольких сотен )рассредоточенных контролируемых и управляемых секций. В их составе функционируют по нескольку сосредоточенных объектов (электрогидроклапаны и датчики) . Поэтому для управления крепью нужны соответствующие надёжные телемеханические системы.

     Алгоритмы управления комплексами зависят от наличия контакта перекрытия секций крепи с кровлей , требуемого усилия подпора и характера изменения состояния кровли.

     Так ,передвижка секций может выполняться способами:

- без подпора - в крепях ОМКТ, М87, ДОНБАСС и др.

- с пассивным (остаточным) непрерывным поддержанием усилия подпора - в крепях 1МК, 2 МК,М87А , М87ДГА , КГ , КГУ -Д и др.

- с активным (следящим ) непрерывным поддержанием усилия подпора в крепях СА, ОКП и др.

- с пассивным импульсным поддержанием необходимого усилия подпора - в крепи КПК-1.

     Передвижка по первому способу целесообразна только при ручном управлении, устойчивой кровле и обеспечениии поперечной устойчивости на пологих пластах.

     Второй способ можно применять при разреботке пластов с малым опусканием кровли и при автоматизации крепей при устойчивых кровлях.

     Общий недостаток систем управления ,реализующих второй и третий способы ,- большое количество кабелей и аппаратуры в лаве , что снижает их надёжность и повышает стоимость.

     Система управления по четвёртому способу позволяет резко снизить количество аппаратуры и кабелей в лаве, обеспечить работу с двумя трубопроводами, она более проста, надёжна,имеет меньшую стоимость. Недостаток - пассивный характер подпора.

     Начиная с 60-х годов на отечественных угольных предприятиях накоплен большой опыт эксплуатации автоматизированных комплексов КМ87А, КПК-1 и крепи М87ДГА. Переход в более поздних разработках к применению ИМС повышает уровень искробезопасности и надёжности аппаратуры. Однако, в связи с большим количеством секций, большой протяжённостью выработок, сложными горно-геологическими условиями и другими причинами широкого распространения автоматизированное управление на практике пока не имеет.

     Представляет интерес унифицированнвя система автоматизированного контроля и управления с двухступенчатым избиранием :

на первой ступени выбирается контролируемый пункт КП(секция крепи ), а на второй - объект контроля или управления на данном КП (например,датчики, электрогидроклапаны и т. п.). Структура такой системы реализует универсальный алгоритм функционирования САДУК.

     При синтезе систем с более простыми алгоритмами используется только необходимый набор устройств и функциональных блоков. Наиболее уязвимым местом в системах автоматического и дистанционного управления комплексами являются кабельные связи. Применение штепсельных разъёмов для соединения электроблоков в лаве (200-400 участков) является потенциально- опасным источником отказов.

     Магистраль может быть выполнена безразрывной, если сигналы селекции, сигнализации и управления , а также энергия питания будут подаваться индукционным путём.

     Первичные обмотки присоединительного устройства ( УП) всех КП образованы витком петли кабеля, протянутой через окна магнитопроводов так, что относительно источника питания линии всех УП соединены последовательно. Каждое отдельное УП представляет собой трансформатор тока, работающий в режиме отдачи максимальной мощности. Величина тока в линии питания, необходимая для обеспечения заданной мощности в нагрузках УП, зависит от потребляемой мощности наиболее загруженного УП и не зависит от их количества ,которое определяет напряжение питания линии. Следует отметить ,что потери в линии питания в несколько раз превышают суммарную мощность нагрузок УП , поэтому габаритная мощность этого источника должна составлять сотни ватт.

     Для передачи сигналов в системе используется так называемый “фантомный сигнал”,образованный соединёнными параллельно ( по высокой частоте ) прямой и обратными ветвями петли кабеля питания и корпусом агрегата , конвейера (или отдельным проводом). Обмотки W₂¹   и W₂¹¹ на крайних стержнях магнитопровода УП , имеют одинаковое количество витков и включены встречно ,поэтому на выходе УП помехи взаимно компенсируются, а сигналы ТУ, передаваемые с ППУ, складываются. Для развязки генератора сигналов сигнализации ТС и входов частотно избираемых узлов , выделяющих сигналы ТУ , каждый КП имеет развязывающее устройство РУ типа . Аналогичное устройство имеется и в ПУ. Рассмотренная организация связи использована в аппаратуре контроля автоматизированного стругового комплекса КСА. 

     При построении телемеханической системы применяется кодирование состояния (замкнут-разомкнут ) датчика (реле) с помощью комбинации четырёх частотных сигналов. Декодирование (расшифровка) опрашиваемого устройства и управление осуществляется декодерами частот и длительности ( дискриминаторами длительности).

     При разработке программного управления подсистемой управления крепью реализуют следующие режимы управления :

- автоматическая последовательная передвижка секции крепи вслед за комбайном (по сигналу ДПК) либо с шахматной (через одну) передвижкой секций крепи с последующей фланговой выдвижкой конвейера (либо без выдвижки конвейера);

- автоматическая “додвижка “ секций, пропущенных при шахматной передвижке;

- фланговая ( либо фронтальная ) выдвижка конвейера ;

- пооперационное управление (дистанционное) выбранной секцией с ЦПУ;

- автоматическое в пределах группы управление передвижкой секций из лавы и т.д.

     В процессе управления опрашиваются датчики переднего положения секции, распора стойки , времени передвижки и другие.

     Наиболее полно разработаны вопросы вопросы автоматизации комплекса КМ138А .В разработке принимали участие Донавтомат гормаш ,Малаховский завод, фирма Даути ( Англия).

      Для управления механизированными крепями угледобывающих комплексов КМ-138А разработана аппаратура САУК-138, Входящие в их состав блоки выполнены на базе однокристальной микроЭВМ типа 1830ВЕ31.Конфигурация САУК138 как системы, так и её аппаратное построение позволяют на аппаратно- программном принципе реализовать широкий диапазон технологических алгоритмов крепи.

      Комплекс обеспечивает:

-21 функцию управления крепью дистанционное управление фронтальной передвижкой конвейера с центрального пульта управления крепью (ЦПК);

-блокировки и защиты по давлению в магистрали, при отсутствии распора и др.

-остановку подачи комбайна при превышении заданного обнажения кровли в процессе автоматической передвижки крепи

-контроль, индикацию ,диагностику положения крепи;

-с комбайнового полукомплекта обеспечивается 11 функций по управлению комбайном и предупредительной сигнализации;

-контроль технического состояния различных систем комбайна (с сигнализацией и блокировками или представление в цифровом виде;

-передача управляющих команд и контрольной информации на центральный пульт управления комплексом и приём управляющих команд.

      Комплекс КМ-146 оснащён аппаратурой КСАУК- 146, функциональная схема которой показана на рис. В каждой секции крепи смонтированы МП-контроллеры КС-146. Централизованный контроль и управление операциями крепления в соответствии с выбранным алгоритмом осуществляется через контроллер лавы (КЛ-146).

      Исполнительные и контрольные устройства (ИКУС) включают датчики , электрогидравлические преобразователи и гидравлические исполнительные устройства (домкраты) распора стоек и передвижки. Датчик домкрата передвижки -измерительная линейка, помещённая в штоке домкрата. Обработка информации от измерительной линейки производится внутри датчика и далее в коде передаётся в контроллер секции.

      Датчики давления тензометрического типа; обработка информации от них производится в контроллере секции.

      Датчик положения комбайна на ИК-лучах. Приёмник датчика размещён внутри секционного контроллера.

      Предусмотрена возможность одиночной и групповой передвижки секций в режиме ручного управления.

      При подключении КЛ к локальной сети КСАУК обеспечивает автоматизированное управление крепью под контролем КЛ. По запросам КЛ в штрек может быть выведена дополнительная информация о состоянии крепи:

      величина давления в гидростойках

      положение штока домкрата передвижки секции

      величина суммарного перемещения штока домкрата для коррекции фронта лавы и       т.д.

      Средства индикации на передней панели секционного контроллера представляют информацию о готовности секции, подтверждение приёма команд, о недостижении распора соседними секциями крепи и т.п.

Струговая установка фирмы X&B включает главный и вспомогательный регулируемые приводы струга и забойного конвейера , соответственно 250 квт и 160 квт. Для управления ,сигнализации при пуске и орошении дороги струга в лаве применён многофункциональный микропроцессорный элемент связи mFK-B.01/d с искробезопасным пультом . С его помощью выполняются следующие функции:

управление стругом на двух скоростях

управление забойным конвейером на одной скорости

орошение лавы( контроль протекания воды , включение орошения на 13 отрезках лавы и др).

Программирование работы выполняется через искробезопасный программатор mFK-PG(ввод, запоминание, индикация и передача прикладных программ в управление).

Особый интерес для совершенствования горных машин и техники контроля и управления им представляют отечественные конверсионные фирмы. Они используют потенциал , накопленный при создании систем управления ракетами и космическими комплексами. В последние годы одной из таких фирм (фирма “КОНТЕХ”) разработаны рад базовых блоков и датчиков, применяемых в автоматизированных системах:

электрогидравлического управления крепью для серийно выпускаемых неавтоматизированных крепей;

управления приводами встроенных систем подачи комбайнов с электромагнитным тормозом;

управления приводами лавных конвейеров (до 300 квт);

дистанционного (до 20 м )радиоуправления очистными и проходческими комбайнами;

диагностики крепей, комбайнов, лавных конвейеров и насосных станций и т.д.

Фирмой “КОНТЕК” разработана система управления очистными угледобывающими комплексами (СУОК).

СУОК -интегрированная программно- организованная система контроля, диагностики и управления очистным забоем. Предусмотрено использование набора унифицированных контроллеров, широкой номенклатуры датчиков со стандартизированными искробезопасными выходыми и другими элементами. Максимальное количество секций крепи -до 200. Наработка на отказ по основным функциям -не менее 1000 часов.

Расчётная нагрузка на комплекс 3КМ138ТП- 3600 т . сутки.

В качестве базового режима управления принято ведение режущих органов по заданным эталонным траекториям, формируемым на основе траекторий получаемых в процессе обучающего прохода под управлением комбайнера. Основной задачей при управлении является отслеживание границы “уголь-порода”. При выполнении рабочего прохода комбайн автоматически движется на максимально допустимой скорости резания, ограниченной технологическими условиями и конструктивными особенностями комплекса. Предусматривается и автоматическая передвижка крепи.

Существенно повысить скорость передвижки позволяют управление каждой секцией локальным контроллером и координация управления со стороны центральной вычислительной системы. Операции опроса датчиков осуществляются темпом один раз в миллисекунду. Кроме автоматического управления предусмотрена возможность пооперационного управления работой объектов с помощью портативных пультов радиоуправления по индикации значений всех параметров состояния объекта управления на дисплее пульта.

4. Автоматизация проходческих работ

     Повышение интенсивности горных работ обуславливает необходимость совершенствования комбайновой проходки, чему способствует автоматизация горнопроходческих машин. Одновременно улучшаются безопасность и санитарно- гигиенические условия труда.

     Проходческие комбайны можно разделить на группы: бурового и избирательного действия. Автоматизированный проходческий комбайн как объект автоматизации включает подсистемы:

- автоматического регулирования нагрузки привода режущего органа для оптимизации использования мощности;

- программного управления движением режущего органа для обработки требуемого профиля забоя;

- автоматической ориентации, стабилизирующей комбайн в заданном направлении движения и по углу крена.

     Проходческие комбайны первого поколения (а также и буровые машины) имели низкую конструктивную и динамическую приспособленность к автоматизации. Опыт эксплуатации таких машин и технических средств для их автоматизации позволяет разрабатывать и осваивать для машин второго поколения новый комплекс автоматических средств управления ими.

     В настоящее время используют регулятор нагрузки ПРИЗ для буровых машин и комбайнов бурового типа (ПК8М, КАРАГАНДА-7-15 и др.) и регуляторы нагрузки для комбайнов избирательного типа семейства 4ПП2.

     С помощью этих регуляторов в результате изменения скорости подачи при неизменной скорости резания стабилизируется на заданном уровне нагрузка электродвигателя.

     Регулятор ПРИЗ - электрогидравлический, пропорционально -интегральный , релейно-импульсного типа.

     Программное управление проходческими комбайнами и буровыми машинами начало развиваться с разработки переносных ПУ для комбайнов со стреловидным режущим органом. В настоящее время серийно выпускается аппаратура программного управления для 4ПП2 и ПК9РА.

     Проходческие комбайны, как объект автоматизации их направленного движения, являются неустойчивыми динамическими звеньями без самовыравнивания. В случае их отклонения от заданного направления движения в вертикальной или горизонтальной плоскостях ошибка, если её не устранять, возрастает.

Неустойчивость комбайна к поддержанию заданного направления и тяжёлые условия эксплуатации (запылённость, вибрации, изменение гипсометрии пласта затрудняют построение надёжных и эффективных систем автоматической ориентации. Наиболее известными из применяемых является использование задание ориентации лазерными излучателями : СКДК на комбайнах ПК8М и УРАЛ- 10КС , ЛАСТУГМ -1 на 4ПП2.

     Комплекс КУАП-1 совместно с электрогидравлической системой и комплектным устройством управления электроприводом обеспечивает:

- дистанционное управление (ДУ) с переносного пульта (ПП) основными механизмами комбайна (в зоне видимости);

- дистанционный контроль (индикацию на ПП) положения коронки ИО, угла наклона комбайна относительно заданного направления в вертикальной плоскости, прохождения команд ДУ с пульта переносного до блока управления, работы регулятора нагрузки при перегрузках эл. двигателя;

- управление с местного пульта блока управления основными механизмами комбайна;

- автоматическую стабилизацию тока нагрузки эл. двигателя ИО;

- автоматическую защиту эл. двигателя от “опрокидывания“ при перегрузках;

- автоматическую защиту электромагнитов гидрораспределителей от длительных пусковых токов;

- автоматическую защиту при повреждении цепей дистанционного управления ПП4

- контроль и индикацию в процессе работы исправности основных устройств управления;

- диагностику исправности основных устройств в процессе отработки контрольных команд управления;

- программное (автоматизированное) управление перемещением ИО и питателя;

- задание программы перемещения ИО и стола питателя в процессе выполнения образцового цикла управления;

- возможность корректировки программы.

     В комплект поставки КУАП-1 входят блок управления, блок программный, датчик положения питателя, датчик вертикальных положений, пульт управления переносной, блок контроля крена, блок искробезопасных источников, сервопривод, датчик тока, регулятор нагрузки, блок питания.

     Датчики перемещений преобразуют угловые перемещения в цифровой циклический код, представленный определённой последовательностью замкнутых и разомкнутых состояний контактов датчиков скользящих по плоскости вращающегося кодового диска. На диске чередуются токопроводящие и изолированные участки. вращение диска связано с угловыми перемещениями. Применяются и другие конструкции датчиков.

     КУАП-1 представляет собой модернизированный вариант аппаратуры для комбайнов ПК9ра (выпускавшихся с 1973г) и аппаратуры для 4ПП2С (выпуск с 1981 года).

 

5. Автоматизация добычных процессов на открытых горных работах

5.1. Автоматизированное управление одноковшовыми экскаваторами

Одноковшовый экскаватор является универсальной машиной, способной выполнять работы в сложных горно-геологических условиях. На карьерах применяются в основном прямая лопата и драглайн. Последовательность выполнения операций, органы и приемы управления, методы и средства контроля производственной ситуации для обеих машин близки, поэтому основные принципы автоматизации управления ими имеют незначительные отличия.

Автоматизация управления рабочим процессом одноковшового экскаватора связана с принципиальными и техническими трудностями, поскольку рабочий процесс экскаватора характе­ризуется большой неопределенностью производственной ситуа­ции. Известно, что наиболее эффективна и легче осуществима автоматизация процессов с высокой повторяемостью производ­ственной ситуации. Поэтому достоинства одноковшового экска­ватора (универсальность и приспособляемость к изменению ус­ловий работы) в отношении его автоматизации представляются как недостатки. Ведь система управления, которой оборудуется экскаватор, должна обладать такой же приспосабливаемостью к изменению производственной ситуации, как и сама машина. Вы­сокая адаптация машиниста экскаватора, как звена управляю­щей системы, объясняется прежде всего широкими адаптацион­ными возможностями человека.

Анализ управления одноковшовым экскаватором показывает, что логика управления им очень сложна, количество используе­мой информации велико, а технические средства получения этой информации (например, аналог зрительного анализатора) в на­стоящее время отсутствуют. Поэтому полное отстранение чело­века от управления современным одноковшовым экскаватором неосуществимо. Следовательно, автоматизация одноковшового экскаватора должна быть направлена не на отстранение чело­века от управления, а на улучшение функционирования системы управления, включающей человека, расширение ее функциональ­ных возможностей и улучшение качественных показателей. Не­обходимо создавать комбинированные системы управления, со­четающие достоинства человека-оператора и автоматических устройств.

 

Такие системы основаны на иерархическом принципе с дву­мя уровнями управления. На верхнем уровне управления маши­нист осуществляет формирование и контроль выполнения про­граммы работы электроприводов экскаватора, а также непо­средственное управление основными приводами на отдельных участках рабочего процесса. Нижний уровень включает локаль­ные системы управления основными приводами экскаватора, которые работают по заданиям и программам верхнего уровня на тех участках рабочего процесса, где требуется выполнение достаточно точных и быстрых управляющих воздействий и где все разнообразие производственных ситуаций может быть учте­но программой работы, задаваемой верхним уровнем.

Упрощенная структурная схема двухступенчатой системы уп­равления экскаватором показана на рис. 5.1. Штриховые линии относятся только к драглайнам, штрихпунктирные - только к прямым лопатам, сплошные - общие для обоих типов экскаваторов.

Системы управления основными электроприводами экскава­тора должны обеспечивать выполнение этими приводами задан­ной программы движения. К качеству регулирования электро­привода предъявляются следующие основные требования: час­тота вращения двигателя не должна уменьшаться с ростом на­грузки; момент привода и ток цепи при перегрузках не должны превышать заданных значений; момент двигателя должен из­меняться плавно; входные управляющие сигналы должны обе­спечивать высокую точность работы.

В системе автоматического управления процессом копания экскаватора ЭКГ-8 предусматривается: регулирование толщины стружки в зависимости от нагрузки привода подъема, коррек­ция по скорости напора в функции угла наклона рукоятки и коррекция скорости подъема в зависимости от нагрузки при­вода подъема. Необходимость такой коррекции обусловлена тем, что в забоях с неоднородным грунтом при встрече ковша с неэкскавируемым препятствием двигатель напора реверсируется и при этом значительно уменьшается толщина стружки или ковш полностью выходит из забоя. Подъем в этот момент происходит со скоростью, близкой к максимальной. После обхода препятст­вия, пока привод напора развивает полную скорость вперед, при­вод подъема, двигаясь с максимальной скоростью, проходит часть траектории, удаляя ковш от забоя. Достигнув полной ско­рости вперед, привод напора не успевает вторично эффективно заглубить ковш. Это вызывает необходимость повторного копа­ния для заполнения ковша и приводит к существенному увели­чению длительности операции копания. В пологих и относитель­но удаленных от экскаватора забоях скорость привода напора оказывается недостаточной для поддержания необходимой тол­щины стружки. Для устранения этого недостатка системой фор­мируется статическая характеристика привода подъема, описы­ваемая следующими уравнениями:

до первичного заглубления ковша:

 

U_п = U₀ при 0 ≤ I_п ≤ I_ост;

 

U_п = U₀ – kI_п при I_отс < I_п ≤ I_ст;

 

после вторичного заглубления ковша:

 

U_п = U₁ при 0 ≤ I_п ≤ 0.85I_ост;

 

U_п = U₀ при 0.85I_ост < I_п ≤ I_ост;

 

U_п = U₀ – kI_п при I_отс < I_п ≤ I_ст;

Где U₀, U₁ -значения напряжения привода подъема, выбран­ные при формировании его статической характеристики; I_п  - ток якоря привода подъема; I_отс - ток отсечки; I_ст - стопорный ток якоря привода подъема; U_п - напряжение генератора подъ­ема; k - коэффициент пропорциональности.

По данным испытаний, применение системы стабилизации нагрузки подъемного двигателя позволяет снизить длительность процесса копания на 10—30 %. Автоматическая стабилизация нагрузки подъемного двигателя путем регулирования толщины стружки при достаточно быстродействующем и устойчивом регу­лировании позволяет повысить степень заполнения механиче­ской характеристики двигателя подъема, практически устранить стопорение ковша, снизить напряженность труда машиниста.

Система автоматического управления процессом копания драглайна состоит из двух подсистем стабилизации - натя­жения подъемного каната и нагрузки привода тяги (рис. 5.2). При нагрузке на привод тяги, меньшей определенного значения, работает только первая подсистема (контур 2, 7, 5, 3), которая поддерживает натяжение подъемного каната, достаточное для выбора слабины, но не препятствующее заглублению ковша в забой. Подсистема стабилизации натяжения подъемного кана­та формирует управляющее воздействие на привод подъема 2 с помощью усилителя 3, характеристика которого при нулевом входном сигнале сдвинута в зону насыщения. При возрастании нагрузки на привод тяги вступает в работу подсистема стабили­зации нагрузки привода тяги, что обеспечивает уменьшение тол­щины стружки, снимаемой ковшом. Для формирования задер­жанного сигнала по току привода тяги используется зона нечув­ствительности усилителя 4. Введение в закон управления сиг­нала, пропорционального производной от тока якорной цепи двигателя тяги, обеспечивает необходимую коррекцию динами­ческих характеристик системы.

 

Рис. 5.2. Упрощенная структурная схема системы автоматического управления процессом копания драглайном:

1,2— приводы тяги и подъема с усили­тельно-преобразовательной частью системы управления; 3, 4 — усилители; 5, 6— дифференцирующие устройства; 7, 8 — из­мерители тока

 

В процессе транспортирования необходимо управлять всеми основными электроприводами экскаватора. На современных крупных экскаваторах привод механизма поворота экскаватора выполняется многодвигательным по системе Г - Д с экскаватор­ной механической характеристикой. Основной нагрузкой приво­да является динамическая нагрузка, обусловленная большими маховыми массами поворотной платформы, превышающими ма­ховые массы двигателей в 5 - 10 раз у механических лопат и в 15 - 20 раз у драглайнов. Существенное значение в формирова­нии динамических нагрузок экскаватора играют кинематические зазоры в механизме привода поворота. В период существования зазоров ротор двигателя и связанные с ними маховые массы приобретают большую скорость и, следовательно, большую ки­нетическую энергию. После замыкания зазора кинетическая энергия маховых масс переходит в потенциальную энергию уп­ругих звеньев, вызывая в них деформации, в несколько раз пре­вышающие деформации, которые возникали бы при статическом действии момента двигателя. При этом в приводе и в оборудо­вании экскаваторов возникают большие усилия. Поэтому при построении системы управления поворотом экскаватора должны быть предусмотрены меры для снижения ударных нагрузок при выборе зазоров. В отличие от драглайнов, у механических лопат большое значение в динамике имеет, кроме зазоров в кинема­тической цепи привода поворота, люфт в седловом подшипнике рукояти.

5.2. Автоматизированное управление роторными экскаваторами

Одно из основных направлений повышения производительности роторного экскаватора - авто­матизация управления экскаватором.

В зависимости от размеров и формы экскавируемых масси­вов возможны различные режимы работы роторных экскавато­ров. Например, режим валовой выемки породы и режим обра­ботки поверхностей при селективной выемке пород из забоя и при формировании нижней площадки уступа.

При валовой выемке режущие кромки ковшей при движении ротора в забое входят в соприкосновение только с боковыми по­верхностями экскавируемого тела, ограничивающими поворот роторной стрелы. Траектории движения ротора заполняют часть пространства, соответствующую экскавируемому телу, с густо­той, зависящей от размеров и конструкции ротора и его ковшей. Однако положение этих траекторий относительно границ тела в значительной мере произвольно, за исключением начальных и конечных точек, которые должны быть привязаны к боковым ог­раничивающим поверхностям.

При обработке поверхностей необходима определенная взаи­мосвязь между положением обрабатываемой поверхности и по­ложением траекторий движения ротора на всем их протяжении, обеспечивающая касание обрабатываемой поверхности режу­щими кромками ковшей. Очевидно, что эта взаимосвязь неодно­значна, поскольку поверхность может быть обработана различ­ными способами, при которых траектории движения центра ро­тора могут иметь различную форму, направление и густоту.

Таким образом, траектории движения центра ротора в пространстве достаточно задать с точностью до объема при вало­вой выемке и с точностью до поверхности при обработке поверх­ностей. В обоих случаях положение концов траектории опреде­ляется с точностью до боковых ограничивающих поверхностей. Благодаря этому каждая отдельная траектория движения рото­ра внутри экскавируемого массива при валовой выемке может быть обеспечена работой только одного исполнительного меха­низма (механизма поворота стрелы), а при обработке поверх­ностей — согласованной работой только двух механизмов (по­ворота и подъема).

Для управления роторным экскаватором при вскрышных и добычных работах необходима информация о параметрах и про­странственном положении обрабатываемых и ограничивающих поверхностей экскавируемых массивов, о положении ротора относительно этих поверхностей, о параметрах стружек.

При ручном управлении экскаватором без специальных средств контроля машинист может наблюдать положение ротора относительно свободных поверхностей, но почти не в состоянии без посторонней помощи обеспечить качественное формирование нижней площадки и внутреннего бокового откоса и тем более качественную селективную выемку. Применение автомати­зированных средств контроля положения ротора в пространстве относительно граничных поверхностей экскавируемых массивов в значительной степени облегчает работу машиниста и способствует повышению качества ведения горных работ. Однако при ручном управлении информация, получаемая с помощью этих средств, используется далеко не полностью и не всегда наилучшим образом.

Оптимальное использование роторных экскаваторов учитывается рациональным проектированием карьера и выбором системы разработки. Основные технологические параметры - ширина заходки и продольный размер блока определяются из условия максимального использования геометрических параметров роторного экскаватора.

При цикличном повторении одной и той же последовательности технологических операций, характерном для роторных экскаваторов, целесообразно применять автоматизированное программное управление. Оно создает благоприятные условия для эффективного использования локальных систем автоматического регулирования и управления.

Известные устройства и системы программного управления роторными экскаваторами относятся к классу систем жесткого программного управления. Все эти системы предназначены для управления роторным экскаватором в режиме валовой вы­емки и построены по принципу позиционного управления испол­нительными приводами. При этом координаты рабочего органа задаются только на концах траекторий у боковых границ экскавируемого массива.

Устройство разовой пода­чи (рис.5.3) обеспечива­ет возможность кнопочного или релейного управления операция­ми перемещения ротора при пере­ходе от одного реза к другому. В позиционной следящей системе с устройством дозированной подачи машинист поворачивая ротор сельсина  устанавливает дозированную подачу рабочего органа на требуемую толщину стружки. При этом электромагнитная муфта 6 отключена, а ротор сельсина-датчика перемещения 7 находится в исходном положении, согласованном с заторможенным ротором сельсина возврата 8. Для выполнения дозированной подачи машинист включает реле К и муфту 6, ко­торая соединяет ротор сельсина-датчика 7 с контролируемым ме­ханизмом хода или подъема стрелы 5. Сельсин-задатчик 1 через фазочувствительный выпрямитель 2, усилитель 3, привод 4 и механизм 5 оказывается подключенным к датчику 7, и сигнал, зависящий от их углового рассогласования, поступает в замкну­тый контур силовой следящей системы, которая отрабатывает заданное дозированное перемещение. При этом дистанционная передача на сельсинах 7 и 1 работает в трансформаторном ре­жиме. Для возврата схемы в исходное состояние машинист от­ключает реле К и муфту 6. При этом ротор сельсина-датчика 7 отсоединяется от механизма 5 и под действием собственного синхронизирующего момента возвращается в исходное положе­ние, согласованное с сельсином 8. Схема подготовлена к сле­дующей дозированной подаче.

 

Рис. 5.3. Упрощенная схема пози­ционной следящей системы с устройством дозированной подачи

 

Роторные экскаваторы, выпускаемые в ГДР, комплектуются простой полуавтоматической системой программного управле­ния приводами поворота и хода. В этой системе правый и ле­вый углы поворота стрелы и значение наезда на толщину струж­ки задаются машинистом с помощью многопозиционных пере­ключателей, находящихся на пульте управления. Фактический угол поворота стрелы контролируется многопозиционным кон­тактным датчиком, выполненным в виде коллектора со щеткой и установленным на редукторе поворотного механизма. Пласти­ны коллектора подключены к контактам переключателя, задаю­щего угол поворота. При совпадении заданного и действитель­ного углов поворота стрелы щетка контактного датчика замы­кает цепь реле, которое отключает привод поворота и включает привод хода. Датчик хода экскаватора выполнен в виде кулач­кового диска, воздействующего на контактный прерыватель.

Прерыватель включен в цепь питания обмотки шагового искате­ля, ламели которого соединены с контактами переключателя, за­дающего толщину стружки. При совпадении заданной толщины стружки и действительного значения наезда привод хода от­ключается. На этом цикл операций (поворот - наезд) заканчи­вается. Чтобы выполнить следующий цикл, машинист должен включить привод поворота стрелы. Для компенсации влияния серповидного реза в системе предусмотрено также программное управление скоростью поворота стрелы с использованием от­дельного контактного датчика угла поворота стрелы (коллек­тор со щеткой), переключающего ступени сопротивлений в цепях управления приводом поворота.

Особенность работы ро­торных экскаваторов с выдвижной стрелой заключается в кон­центричности резов, выполняемых с одной стоянки экскаватора. Поэтому длина реза и углы поворота роторной стрелы в преде­лах экскавируемого вскрышного блока различны для каждого реза. Вследствие этого при программировании процесса выемки блока необходимо каждый предельный угол поворота задавать отдельно. У большинства экскаваторов с выдвижной стрелой механизмы подъема и выдвижения стрелы неавтономны. Это приводит к необходимости программирования координат дви­жения и подъема стрелы для предельных положений стрелы в каждом резе. Поскольку число резов в блоке составляет не­сколько десятков, то число программируемых координат при вы­движной стреле достигает нескольких сотен. Это может при­вести к необходимости применения программоносителей боль­шой емкости.

В тех случаях, когда несколько экскаваторов работают на один сборный конвейер, требуется, чтобы каждый из них под­держивал заданную диспетчером комплекса производитель­ность. Для этого в ГДР было разработано устройство, предназ­наченное для согласования производительности двух экскавато­ров, работающих на один конвейер. Вычислительный блок ана­лизирует поступающую информацию о производительности каж­дого экскаватора, измеряемой с помощью изотопных излучате­лей, расположенных над конвейером, и о его положении отно­сительно сборного конвейера. На основе этой информации оп­ределяется производительность, задаваемая каждому из экска­ваторов. Во всех случаях применения систем автоматического управления процессом экскавации отмечается их эффективность, проявляющаяся в повышении производительности экскаватора. на 10—30 %, уменьшении размаха колебаний мощности и про­изводительности от их среднего значения на 25—40 %, снижении нагрузок узлов и конструкций экскаваторов, облегчении работы машиниста.

 

5.3. Автоматизированные системы управления процессами бурения

5.3.1. Принципы регулирования и управления режимами бурения

В вопросах разработки и внедрения автоматизированной системы управления особое место отводится автоматизированно­му управлению бурением взрывных скважин. Управление про­цессами бурения предусматривается во всех АСУ ТП карьеров и сохранит свое значение для горного предприятия будущего. Автоматизация процессов бурения позволяет повысить произво­дительность буровых станков, увеличить объемы добываемого полезного ископаемого и снизить его себестоимость.

Режим работы бурового станка характеризуется значениями технологических параметров бурения. Буровой станок работает в условиях высокой неопределенности, вызванной чередованием горных пород различной крепости (буримости). Таким образом, при ручном управлении процессами бурения невозможно обеспе­чить оптимальность режима бурения.

При автоматизации процесса бурения возникает весьма слож­ная задача - выбор принципа управления режимами бурения. Известны различные принципы управления и оптимизации ре­жимов бурения: с использованием модели бурения; с использо­ванием модели бурения и поиском экстремума; с измерением производных; с идентификацией горных пород; с поиском экстремума; с бес поисковой экстремальной настройкой; с управлением по параметрам вибрации и др. Рассмотрим эти прин­ципы.

Принцип управления режимами бурения на основе исходной модели бурения. Этот принцип основан на допущении, что вид модели бурения остается неизменным, а изменяются лишь ее параметры.

Исходная модель может быть получена путем статистической обработки данных, полученных в процессе экспериментов или в режиме нормальной работы бурового станка. К преимуществам принципа относятся: простота аппаратурной реализации и обес­печения устойчивости управляющих систем, высокое быстродей­ствие и использование некоторых реализованных систем. Недос­татки обусловлены жесткостью алгоритма управления, отсутст­вием учета ряда факторов (абразивности и трещиноватости по­род, не стационарности массы бурового става), необходимостью большого объема предварительных исследований. Этот принцип имеет перспективу широкого и эффективного примененияна практике.

Принцип регулирования режимов бурения в функции крепо­сти пород используют при управлении шарошечными станками. Параметры бурения - осевая нагрузкаG, частота вращения n и скорость бурения v_мизменяются согласно уравнениям:

 

G = G₀ + af;

n = n₀ + b/f;

v_м = v₀ + c/f,

где G₀, n₀, v₀, - начальные осевая нагрузка, частота вращения, скорость бурения; a, b, c - постоянные коэффициенты, завися­щие от буримых пород, типа долота и т. д.; f -коэффициент крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

Рис. 5.4. Графики, иллюстрирующие принципы управления режимами бурения:

а—в функции крепости пород: б—с использованием внешней характеристики систе­мы подачи; в — путем анализа на плоскости управляющих воздействий; г — G_n = const

Исходный режим бурения выбирается путем изменения пер­вичных настроек управляющей системы в соответствии с техно­логической картой оптимальных режимов бурения. Например, если задана начальная крепость пород f_н, то задаются опти­мальными значениями G_н и n_н начального режима бурения пу­тем подбора параметров G₀ и n₀. Затем настраивают параметры а и b в двух-трех различных породах путем настройки органов, влияющих на эти параметры.

Поскольку крепость породы не поддается прямому измере­нию, предложены модификации рассматриваемого принципа, в которых крепость оценивается по устанавливающимся осевым уси­лиям или скоростям подачи бурового инструмента.

Осевую нагрузку необходимо устанавливать обратно про­порционально скорости бурения, а частоту вращения бурового става - обратно пропорционально осевой нагрузке.

Связь между G и v_м практически реализуется путём формирования требуемой скоростной характеристики си­стемы подачи. Тогда каждой породе будут соответствовать рав­новесные осевые нагрузки и скорости подачи, а частота вращения устанавливается с помощью нелинейного функциональ­ного преобразователя или с помощью простого усилительно-суммирующего звена. В одной и той же породе при различных час­тотах вращения, например в диапазоне n₁ – n₂, скорость бурения меняется (заштрихованная область), что ведет к изменению осевой нагрузки.

Принципы управления режимами бурения на основе исход­ной модели и поиска. Эти принципы активно-пассивного типа ис­пользуют наряду с моделью бурения элементы активного по­иска экстремума двух типов: поиск методом стандартных режи­мов и экстремальный поиск по одному из переменных режимов бурения.

При поиске методом стандартных режимов (проб) выбирают стандартные значения технологических параметров бурения и исследуют процесс бурения на этих режимах в породах раз­личной крепости. Методом статистического усреднения находят зависимость между крепостью и скоростью бурения и строят график (рис. 5.5), позволяющий быстро определить категорию породы по скорости бурения на стандартных режимах. После этого вручную или автоматически устанавливают оптимальные для данной породы по критерию себестоимости технологиче­ские параметры бурения.

Рис. 5.5. График для определения крепости пород по скорости бу­рения

 

Описываемый принцип реализуют в виде метода релейных переключении ←, программных переключении ←, функцио­нальных задатчиков ← и вручную с помощью графиков функ­ций G( v_м), n( v_м) или специальных шкал и указывающих при­боров.

При экстремальном поиске режимов бурения используются априорная модель бурения с целью реализации некоторой опти­мальной функциональной зависимости между технологическими параметрами бурения и специальный поиск частного экстрему­ма скорости бурения, удельных энергозатрат или условного из­носа долота.

Принципы управления режимами бурения на основе поиска экстремума относятся к классу активных и не требуют построе­ния исходной модели бурения, выполняя независимую оптимиза­цию технологических процессов. Они делятся на принципы пря­мой и косвенной оптимизации технологических параметров бурения.

Сущность принципов прямой оптимизации заключается в по­иске естественного экстремума скорости бурения, удельных энер­гозатрат и других параметров в области допустимых значений технологических параметров бурения с применением известных методов многоканального экстремального поиска.

Принципы косвенной оптимизации заключаются в поисках искусственного или условного экстремума измеряемого показа­теля бурения, который с заданной точностью совпадает с есте­ственным экстремумом не измеряемого показателя бурения. По­следний обычно представляет собой обобщающий критерий типа себестоимости, производительности и качества.

Беспоисковые принципы экстремальной настройки режимов бурения позволяют определять экстремумы критериев оптимальности без поиска на объекте. К ним относятся дифференциаль­ные принципы настройки, применение эталонных моделей, ис­пользование корреляторов, самонастраивающихся моделей и т. д..

Принцип управления режимами бурения по параметрам виб­рации заключается в создании максимального давления на долото и в регулировании частоты вращения по уровню виб­рации. Например, если уровень вибрации превышает заданный предел, то автоматически поступает команда на снижение час­тоты вращения. На рис. 5.6. показан график зависимости осевой нагрузки на долото от частоты вращения.

Рис. 5.6. Графики управления шаро­шечными станками по уровню виб­рации

Принципы программного управления режимами бурения ос­нованы на учете переменных параметров и коррекции на этой основе выбираемых режимов. Большое значение эти принципы имеют для повышения эффективности бес поисковых принципов управления, использующих априорную модель бурения. Возмож­ность применения программного управления для выбора режи­мов бурения ограничивается трудностью предсказания (опреде­ления) чередования пород.

Принципы одноканального управления режимами бурения применяются в тех случаях, когда имеется возможность воздей­ствовать только на одну из переменных режимов бурения. На плоскости управляющих воздействий траектория изображающей точки одноканальной системы имеет вид прямой, параллельной оси нагрузок или частот вращения (см. рис. 5.6.).

 

 

5.3.2. Системы автоматического регулирования и управления режимами бурения

Системы управления шарошечными станками, использующие модель бурения, относятся к числу систем многосвязного регу­лирования и выполняют зависимую оптимизацию технологиче­ских параметров бурения на основе принципа регулирования в функции крепости пород.

Рис. 5.7. Функциональная схема системы управления режимами бурения «Режим-2НМ».

 

Система «Режим-2НМ» разработана Северо-Кавказ­ским филиалом ВНИКИ Цветметавтоматика и НИИОГР. В ка­нал управления осевой нагрузкой входят регулятор давления РД, усилитель У1и датчик давления ДД, образую­щие замкнутый контур регулирования давления p_м в цилиндрах подачи. Задающими воздействиями канала являются сигнал ручной установки U₂ и сигнал U_н, обратно пропорциональный скорости подачи v_п, подаваемые на вход усилителя У1. Поэтому частота вращения долота изменяется скорости подачи.

Рассматриваемая система автома­тического управления САУ—двухуровневая по обоим каналам и стабилизирует осевую нагрузку. Наличие обратных связей позволяет контролировать выходную величину и производить коррекцию управляющего воздействия.

Применение системы «Режим-2НМ» на станках 2СБШ-200Н позволило улучшить показатели бурения и обеспечить оператив­ную корректировку параметров режима в сложных условиях проходки скважины, защиту станка от вибрации и зашламования. 

В результате дальнейшего совершенствования этой системы совместно с НИИОГРом, ВНИИЭлектроприводом, СКБ ИГД им. А. А. Скочинского приминительно к новым буравым станкам 3СБШ-200Н была создана система «Режим-СВ», основанная на применении вычислительного устройства для непрерывного определения качества бурения и оперативного использования вычислительного критерия для управления режимом бурения.    

Основным преимуществом системы автоматического управ­ления «Режим-СВ» является наличие многопрограммного вычис­лительного устройства для непрерывного оперативного получе­ния критерия эффективности бурения и немедленного использо­вания этого критерия для регулирования параметров процесса. Система управления имеет выбор необходимых критериев эффек­тивности, один из которых, наиболее выгодный для данных ус­ловий, может выбрать оператор в любой момент работы станка. Система «Режим-СВ» позволяет осуществлять ручной выход на экстремум выбранного критерия и автоматический - с помощью экстремального регулятора. Поиск экстремума вручную или автоматически может осуществляться по нескольким стратегиям, выбираемым по выгодности той или иной стратегии в данный момент и в данных условиях. Система автоматического управле­ния «Режим-СВ» обладает свойствами самонастройки, а ее применение обеспечивает однозначность решения при минимуме вводимых уставок.

 

6. Автоматизация подземного транспорта

Подземный транспорт кроме основной задачи - транспорта угля, добытого в забоях, выполняет и вспомогательные операции : погрузку и перемещение породы, перевозку людей, оборудования и материалов. Схемы шахтных путей часто бывают сильно разветвлёнными с большим количеством одновременно работающих подготовительных и очистных забоев. Путь. проходимый грузами может быть довольно сложным с чередующимися горизонтальными, наклонными и даже вертикальными участками.

Транспортные установки могут быть разделены на две основные группы.

К первой относятся установки прерывного или периодического действия, принимающие груз отдельными порциями через определённые интервалы времени: скреперные установки, все виды рельсового транспорта с тягой концевыми канатами, локомотивный транспорт , подвесные канатные дороги с маятниковым движением и все виды колёсного безрельсового транспорта.

Ко второй группе относятся установки непрерывного действия: доставка под действием силы тяжести, конвейерные установки.

Конвейерный транспорт полезного ископаемого в шахте наиболее перспективен и совершенен по технико- экономическим показателям, по кап. затратам, организации непрерывного ,поточного производства.

В настоящее время на многих шахтах внедряется сплошная конвейеризация, позволяющая осуществить транспорт угля от забоев до околоствольного двора или по наклонным стволам непосредственно на поверхность.

Дальнейшее повышение эффективности конвейерного транспорта, снижение занятого на нём обслуживающего персонала обеспечиваются всё более широким применением на шахтах автоматического управления конвейерными линиями.

Однако, вопросы контроля, автоматизации других видов подземного транспорта также находятся в поле зрения разработчиков.

Специальными разделами автоматизации транспорта являются:

- автоматизация скребковых и ленточных конвейеров;

- автоматизация электровозного транспорта;

- автоматизация погрузочных пунктов, обмена и разгрузки вагонеток в околоствольном дворе внизу и на поверхности;

-автоматизация канатных дорог.

 

6.1. Автоматизация конвейерного транспорта

В настоящее время каждый конвейер (ленточные, скребковые) комплектуется ТСА: датчики скорости, схода ленты, состояния тяговых органов, устройства сигнализации, блокировок с другими конвейерами и механизмами.

При объединении конвейеров в транспортные линии системы автоматики должны обеспечивать возможность централизованного пуска конвейерной линии из удобной точки. Причём после выбора конкретной точки пуска конвейерной линии, запуск с других точек запрещается! В то же время должна предусматриваться возможность остановки конвейера с любой точки.

Запуск конвейерной линии должен производиться в направлении обратном грузопотоку после предупредительной звуковой сигнализации, слышимой по всей длине линии не менее 5 секунд.

Системами автоматики должны быть предусмотрены контроль времени разгона конвейера до требуемой скорости и прекращение запуска, если разгон затянулся.

При двухдвигательном приводе конвейера предусматривается раздельное во времени включение каждого двигателя.

Аппаратура автоматизации должна предусматривать целый комплекс других защит и блокировок, обеспечивающих безопасную и безаварийную работу конвейеров. Разработаны ТСА для применения на грузо-людских перевозках с возможностью контроля не только снижения скорости конвейера при проскальзывании горизонтальных и поднимающих груз конвейеров, но и с защитой от превышения скорости при транспорте груза вниз по бремсбергам ( УКПС) .

Для точной диагностики причин остановки конвейера и места сработавшего датчика разработана аппаратура УКИ. При проскальзывании конвейера УКИ предусматривает автоматическое включение домкрата натяжной головки конвейера.

Аппаратура УКЛ-1М предусматривает возможность централизованного контроля и управления линиями ,включающими до 30 конвейеров. УКЛ1М предусматривает хорошую диагностику неисправностей линии, выполнена на интегральной микросхемной базе.

Тем не менее, на шахтах большее применение находит аппаратура семейства АУК . Вместо АУК10ТМ-68, АУК-3 в настоящее время базовой аппаратурой является АУК-1М.

Один комплект АУК.1М обслуживает до 10 конвейеров в линии, а с пультом ПРЛ до 30 конвейеров. Аппаратура АУК1М постоянно совершенствуется в направлении замены контактных реле на бесконтактные элементы и т.п. Сейчас уже разработана модификация АУК2М.

Совместно с дополняющими её аппаратами и устройствами АУК1М выполняет с достаточной надёжностью вышеперечисленные и другие функции автоматизации конвейерных линий.

При проектировании систем автоматизации конвейерных линий необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации, способы прокладки электрических линий контроля и управления, возможность местонахождения оператора и т.д.

Системы АУК1М предусматривают, наприме, возможности управления линией:

-с места загрузки (из-под лавы) или с места разгрузки,

-с управлением участковой линией от технологических датчиков контроля работы магистральной линией или от датчика контроля заполнения приёмного бункера,

-блокировки и деблокировки конвейеров лавы и подлавного при работе с аппаратами ЦПУ, АУЗМ,

-дополнительного подключения реле времени (РВИ-300) для увеличения контролируемого времени запуска конвейера,

- схемы дистанционного управления концевым конвейером с селективным выбором места управления конвейером

-схемы автоматизированного управления линией с места её загрузки в режиме энергосберегающей технологии с блокировочной зависимостью с магистральной линией или с приёмным бункером и другие возможности.

При модернизации аппаратуры АУК предусматривается возможность установки блоков и пульта управления в те же корпуса без перемонтажа схем соединений между собой.

Для централизованного управления разветвлёнными конвейерными линиями разработан пульт ПРЛ. Конвейерная линия может состоять из основного направления и пяти ответвлений с общим количеством до 60 конвейеров. Пульт обеспечивает:

1. возможность выбора и пуска любого маршрута

2. оперативное отключение любого ответвления независимо от других маршрутов

3. селективную подачу кодового звукового сигнала на любое ответвление и селективный приём световых и звуковых сигналов с любого ответвления

4. авт. подачу предупредительного сигнала только запускаемому ответвлению

5. телеф. и громкоговорящую связь

6. расшифровку причин авар. остановок

7. визуальную информацию о числе работающих конвейеров центрального направления и ответвлений.

Внедрение усовершенствованного комплекса АУК.1М в сравнении с базовой аппаратурой позволяет существенно улучшить ряд важных технико-экономических показателей, а именно: снизить удельные показатели энергоёмкости и материалоёмкости за счёт введения ряда дополнительных функции (обеспечение управления отдельным конвейером в ремонтно-наладочном режиме при отсутствии питания на пульте управления, возможность управления одиночным конвейером без пульта управления и др.), капитальные затраты за счёт замены дорогостоящего контрольного кабеля телефонным кабелем; уменьшить затраты на автоматизированное управление конвейерными линиями (на единицу длины) путём увеличения сопротивления шлейфа цепей сигнализации в 3 раза и выдержки времени на запуск конвейера в 2 раза; сократить время простоя конвейерных линий.

Опыт эксплуатации аппаратуры автоматизированного управления АУК.1М (усовершенствованной и неусовершенствованной) показывает, что лучше всего в одной конвейерной линии использовать однотипную аппаратуру, хотя возможен и вариант смешанного её использования. В любом варианте при оценке ситуации по состоянию световой индикации следует особое внимание обращать на правильность расшифровки горения зелёного индикатора в блоке управления, так как эта информация для БУ усовершенствованного и неусовершенствованного комплекса АУК.1М имеет резко различающуюся расшифровку. В первом случае это свидетельствует о наличии напряжения питания или исправности электродного датчика заштыбовки при работе конвейера, а во втором - аварийное отключение, производимое человеком, воздействующим на кабель-тросовый выключатель КТВ-2 или на голые провода.

Следует также обращать внимание на различную реакцию этих комплексов при замыкании на землю проводов 1,2 цепей управления.

Комплекс автоматизированного управления конвейерными линиями АУК.2М имеет аналогичное усовершенствованному комплексу АУК.1М назначение и одинаковую комплектность поставки.

Техническая характеристика комплекса АУК.2М отличается от характеристики усовершенствованного комплекса АУК.1М большим количеством выполняемых функций, выдержкой времени на запуск конвейерной линии и одного конвейера (табл. 6.1).

В комплексе АУК.2М предусмотрена возможность полной взаимозаменяемости пульта и блоков управления в сборе (оболочке), а также их выемных частей с аналогичными аппаратами усовершенствованного комплекса АУК.1М.

 К дополнительно введенным новым функциям комплекса АУК.2М относятся:

 автоматизированное управление конвейерной линией по сигналам телемеханики и технологических датчиков приемных устройств без применения дополнительных аппаратов контроля;

 блокировка с впереди стоящей технологической цепочкой без применения дополнительных аппаратов контроля;

блокировка, исключающая работу конвейера при неисправности блок-контакта пускателя;

 визуальная информация о наличии напряжения питания на каждом аппарате, об исправности узла сигнализации, о наложении запрета работы оператором из-под лавы, состоянии впереди стоящей технологической цепочки, состоянии цепей управления и сигнализации, работе конвейерной линии - оператору под лавой, а также визуальная информация с дублирующей звуковой сигнализацией об отключении конвейера при неисправности рабочего органа или невключении при затянувшемся запуске (прерывистый сигнал).

 

 

Таблица 6.1.

---

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 127; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!