Автоматизированный электропривод горных машин и установок

Автоматизированный электропривод горных машин и установок. Скиповые подъемные машины рудника Таймырский размещены в башенном копре и предназначены для выдачи руды с горизонта 1150м. для северной ветви - 1345м. для южной ветви. Основное требование к системе автоматического управления подъемной установкой - точное выполнение заданной диаграммы скорости вне зависимости от загрузки подъемных сосудов и других внешних факторов, влияющих на нагрузку приводного двигателя подъемной установки.

Системы автоматического управления грузовых и грузолюдских подъемных установок должны отвечать требованиям экономичности, обеспечивать надежность и безопасность работы подъема во всех режимах, а именно - малую скорость при снятии подъемных сосудов с брусьев - реализацию заданных законов в период разгона, торможения и дотягивания, исключающих появление ускорений и замедлений, превышающих предельно допустимые значения, устанавливаемые из условий исключения проскальзывания канатов по шкиву трения и возникновения недопустимых динамических нагрузок отключение электропривода и включение рабочего тормоза при стопорении с контролем положения сосудов при загрузке и разгрузке контроль работы загрузочно-разгрузочных устройств и состояния технологического оборудования подъемной установки контроль отклонения скорости и включения защитных устройств при привешениях скоростью допустимых значений защиты от переподъемов, нулевую и максимальную защиты предусматривать остановку сосудов в промежуточных точках ствола. световую сигнализацию о режимах работы подъемной установки в здании подъемной машины, у оператора загрузочного устройства, у диспетчера.

Современные регулируемые электроприводы постоянного тока для автоматизированных подъемных установок выполняют на основе двигателей постоянного тока с независимым возбуждением. Поскольку регулирование скорости осуществляется за счет изменения напряжения, подводимого к якорю двигателя, то в качестве преобразователя напряжения постоянного тока наиболее перспективны тиристорные управляемые выпрямители, которые могут подключаться непосредственно к якорной обмотке приводного двигателя либо к обмотке возбуждения генератора постоянного тока, питающего приводной двигатель.

Управление приводами с вентильными выпрямителями осуществляется с помощью электронных регуляторов, обладающих большим быстродействием.

Разрабатываются и применяются унифицированные системы регулирования с последовательной коррекцией, выполняемой активными звеньями, построенными на операционных усилителях постоянного тока с коэффициентами усиления в разомкнутом состоянии не менее 104 , имеющих следующие преимущества - реализацию с высокой точностью желаемых передаточных функций малую мощность управления усилителей, что позволяет применять датчики и задатчики параметров с очень малой выходной мощностью - легкость и простоту наладки систем управления электроприводами.

Построение систем управления на базе использования усилителей обеспечивает возможность широкой унификации схем и конструкций элементов, в том числе различного рода функциональных и других аналоговых устройств, предназначенных не только для автоматизации электроприводов, но и для решения задач автоматизации технологических процессов. 4.1.Обоснование принятого способа и аппаратуры автоматизации Поскольку для подъемных установок накладываются ограничения по скорости и ускорению, вызванные требованием снижения динамических нагрузок в канатах и обеспечением комфорта при перевозке людей, то не требуется быстрого изменения величины и знака электромагнитного момента двигателя.

Нет также необходимости в быстром реверсе скорости в технологических и аварийных режимах.

Реверс скорости производится только из состояния покоя после остановки электродвигателя. Поэтому оказывается желательным и возможным применение для шахтных подъемных машин привода по системе ТП-Д с нереверсивным силовым ТП и реверсивным ТВ. Такой привод является экономичным и надежным, может обеспечивать требуемую плавность изменения скорости, ускорения и момента двигателя.

Преимущества систем подчиненного управления применительно к приводам подъемных машин.

Реализация систем подчиненного управления как многократно интегрирующих позволяет обеспечить минимальные ошибки регулирования по управлению и нагрузке.

В таких системах статическая ошибка равна нулю при изменении в широких пределах статической нагрузки подъемных установок, весьма малыми оказываются динамические ошибки регулирования.

На основе построения САУ как многократно интегрирующей с астатизмом второго порядка обеспечивается удовлетворение технологических требований по точности и быстродействию подъемных установок всех типов и исполнении.

Уменьшение времени цикла и повышение производительности подъемной установки обеспечивается - гарантированной линейностью изменения скорости уменьшением периода трогания машин - четкостью повторения заданной диаграммы скорости при оптимальном использовании перегрузочной способности двигателя большой точностью поддержания максимальной скорости, а также сниженной скоростью дотягивания - повышением точности остановки машины и подъемных сосудов в конце пути исключением пауз для маневров при, ручном управлении и неточной остановке Применением систем подчиненного управления достигаются - достаточная точность задания скорости и высокая точность регулирования скорости и отработки заданной диаграммы - стабильность программы скорости с помощью задатчика интенсивности, заменяющего программно-профильное устройство, практическое исключение разрегулирования устройства задания скорости, исключение необходимости его подстройки и возможности неквалифицированного вмешательства для изменения заданной программы движения - повышение безопасности эксплуатации подъемной установки - после аварийной остановки подъемной машины, когда участок пути от места остановки до точки нормального замедления оказывается меньше пути разгона, дальнейший разгон ограничивается точкой нормального замедления после аварийной остановки машины на пути замедления продолжение движения возможно только на сниженной скорости дотягивания - линейность изменения заданной и действительной скорости - замена линии рыскания прямолинейным изменением скорости повышает к. п. д. установки, уменьшает эффективную мощность двигателя и расход электроэнергии - возможность ограничения пусковой мощности привода и улучшения работы высоковольтной сети - более высокие показатели формирования диаграммы движения стабильность скорости, ускорения, скорости нарастания тока якорной цепи привода, рывка, ограничение предельного тока ограничение параметров диаграммы движения при пуске с середины ствола после аварийной остановки подъемной машины.

Применение систем подчиненного управления позволяет получить оптимальные диаграммы по нагрузкам на кинематические звенья подъемной установки на машину и подъемные канаты. При этом увеличивается надежность машины за счет улучшения динамических свойств привода, снижается темп усталостного износа, повышается срок службы оборудования.

При улучшении режима работы оборудования уменьшаются затраты и время ухода за оборудованием.

При автоматическом выполнении цикла подъема существенно улучшается работа подъемной установки, так как выбор оптимальной диаграммы скорости осуществляется применением электронного программного устройства - задатчика интенсивности и САУ - УБСР. Принцип подчиненного регулирования заключается в том, что выходное напряжение регулятора является входным сигналом для следующего внутреннего контура управления.

Характер переходного процесса в системе определяется типами звеньев в системы.

Задача всех регуляторов сводится к формированию определенного переходного процесса. Каждый регулятор должен произвести компенсацию максимальной постоянной времени, которая входит в данный контур регулирования.

Так как на практике невозможно абсолютно компенсировать постоянную времени, то система настраивается на определенный оптимум.

Настройка системы заключается в обеспечении минимального времени регулирования и не превышения величиной перерегулирования допустимого критического значения.

Это означает, что передаточная функция замкнутой системы состоящая из двух звеньев оптимизируется к следующей передаточной функции , 4.1 где отношение постоянных времени T2 T1 m 2 - условие настройки на технический оптимум.

Регулирование тока якорной цепи. Согласно общему методу синтеза систем подчиненного регулирования расчет параметров систем подчиненного регулирования производят путем последовательной оптимизации отдельных контуров регулирования, заключающейся в приведении передаточной функции замкнутого контура в соответствии с поставленными требованиями.

В системе регулирования скорости соподчиненным является контур регулирования тока якорной цепи. Общепринятый принцип оптимизации из условия технического оптимума базируется на упрощенной структурной схеме двигателя постоянного тока, не учитывающей обратной связи по э.д.с на постоянстве параметров и линейности характеристик элементов, входящих в контур регулирования тока. Объектом регулирования для контура тока является тиристорный преобразователь и ДПТ-НВ, передаточная функция которых 4.2 где КТП - коэффициент усиления ТП, КТ - коэффициент обратной связи по э.д.с R - сопротивление якорной цепи, T - постоянная времени ТП, TЯ - постоянная времени якорной цепи. При T TЯ внутреннюю обратную связь по э.д.с. не учитывают.

Передаточная функция замкнутого контура тока 4.3 По условию технического оптимума принимается T1 T и аТ 2 - коэффициент демпфирования.

При этом обеспечивается оптимальное качество регулирования в смысле минимума перерегулирования при высоком быстродействии, но не учитывается скорость нарастания тока якорной цепи, которая регламентируется рядом технологических условий работы электропривода подъема.

Одно из требований к системе регулирования тока - необходимость ограничения скорости нарастания тока якорной цепи. Для этого используют двухконтурную систему регулирования тока якорной цепи с дополнительным контуром ограничения его производной.

При этом настройка внутреннего контура значение аТ определяется уже не требованиями ограничения diЯ dt, а из условия согласования работы внутреннего и внешнего контуров, что достигается при выполнении неравенства tР.ВН tР.ВШ в котором время регулирования внешнего контура превышает время регулирования внутреннего.

На основании этого можно записать 4.4 где T - эквивалентная некомпенсируемая постоянная контура тока. Регулирование скорости.

При синтезе контура регулирования скорости необходимо учитывать, что САУ должна быть двукратноинтегрирующей и обеспечивать требуемую точность отработки заданной диаграммы скорости. Задача синтеза контура регулирования скорости - определение оптимальных его параметров, т.е. коэффициентов аС и bС из условия обеспечения требуемого быстродействия при заданных параметрах внутреннего контура регулирования тока. Передаточная функция замкнутой САУ скоростью имеет вид 4.5 Для определения желаемой передаточной функции задаются масштабом времени Z tрег tн Где tн - нормированное время переходного процесса, вычисляемое по нормированным переходным функциям tрег 5vmax amax Здесь tрег - время регулирования, определяемое по величине допустимой динамической ошибки, максимальной скорости движения подъемных сосудов vmax, максимальному ускорению в период разгона и замедления аmax. Подбирая параметры системы аТ и Z добиваются удовлетворительного качества регулирования при малых значениях аТ и больших значениях Z. При увеличении аТ и уменьшении Z увеличиваются перерегулирование и колебательность процесса.

Особенность статических систем автоматического регулирования координат электропривода - возникновение статической ошибки, характеризующей различие между заданным и действительным значениями регулируемого параметра в статически режимах. Применительно к системам автоматического регулирования электроприводом рудничных подъемных установок, под статическим режимом понимают режим движения с установившейся скоростью.

При этом статическую ошибку системы автоматического регулирования оценивают разностью между заданной и действительной скоростями движения, выраженными в абсолютных или относительных единицах задан - действ задан - действ б, где задан, действ, б - соответственно заданная, действительная и базовая скорости.

За базовую скорость обычно принимают максимальную скорость движения подъемных сосудов. Статическая ошибка - одна из количественных оценок качества процесса регулирования - зависит от управляющего и возмущающего воздействий, параметров электропривода и параметров системы автоматического регулирования.

Возмущающее воздействий в системе электропривода рудничных подъемных установок - статическое усилие, обусловленное разностью статических натяжений поднимающейся и опускающейся ветвей каната в значительной степени изменяется в зависимости от типа и исполнения подъемной установки. 5. Автоматическое управление технологическими процессами, машинами и установками 5.1. Автоматизация производственных процессов Проектами предусматриваются следующие решения по пусковым объектам По башенному копру и надшахтному зданию КС-3 и стволу - автоматизация калориферных установок I и II очереди - автоматизация зумпфого водоотлива - автоматизация системы пожаротушения - автоматизация системы охлаждения подъемных машин - автоматизация систем приточного воздухоснабжения в надшахтном здании. По диспетчеризации рудника - телеизмерение текущее ТИТ и телеизмерение интегральное ТИИ параметров горячего водоснабжения, холодного водоснабжения, воздухоснабжения по площадкам вспомогательных стволов, вентиляционных стволов и по основной площадке.

По галереям и сетям АБК основной площадки - автоматизация контроля параметров узла ввода на горячей воде По АБК на основной площадке - автоматизация приточных систем П1 П7 - автоматизация систем обеспыливания ОС1 ОС5 - автоматизация зумпфового водоотлива - автоматизация контроля параметров узла ввода на горячей воде. По турбокомпрессорной - автоматизация турбокомпрессора 12 привязка аппратуры УКАС-АМ, поступающей комплектно с компрессором. Дополнительно выполнен вынос приборов контроля температуры масла, воды и подшипников турбокомпрессора 12 в операторскую с заменой прибора контроля температуры воды и масла с КСМ2 на УМС. По ПДЦ на гор. -1100 м - автоматизация контроля уровней руды в рудоспусках - автоматизация маслостанции дробилки - автоматизация аспирационной установки. 5.2. Телемеханизация и диспетчеризация Проектами предусматривается телемеханизация объектов поверхности подстанции, вентиляторные, калориферные, пожбаки, подъёмные машины, сети ТВС и подземной части рудника подстанции, водоотливные установки, ШВД . Кроме того, выполнено размещение диспетчерского и телемеханического оборудования в диспетчерском пункте рудника на отм. 14.200 здания АБК на основной площадке.

Сбор и передача информации типа ТС-ТИТ-ТИИ-ТУ-СК осуществляется комплексом устройств отображения информации УОТИ с микропроцессором Электроника-60 . Информация диспетчеру и энергооператору может быть представлена помимо комплекса УОТИ. Проектами предусматривается создание рабочих мест горного диспетчера, энергооператора, поста ликвидации аварий.

Средствами отображения информации являются щит горного диспетчера ЩГД , щит ликвидации аварии ЩЛА , щит энергооператора ЩЭО , стол энергооператора. 5.3. Метаноконтроль Контроль за состоянием рудничной атмосферы с помощью автоматических приборов предусматривается в камерных выработках гор. -1300 м и ПДЦ, в которых выполнена местная световая и звуковая сигнализация с отключением электроэнергии при предельно допустимой концентрации метана.

Сигнализация о наличии метана в околоствольных дворах ВС-5 и ВС-6 вентиляционно - закладочных горизонтов -950 м -1000 м и -1200 м. выведена диспетчеру на стойку СПИ-1. Кроме того, выполнена местная световая и звуковая сигнализация. 5.4. Связь и сигнализация Объекты пускового комплекса оснащены следующими видами связи - общешахтной телефонной связью абонентов от АТС100 2000 рудника Октябрьский - диспетчерской телефонной связью с абонентами поверхности на базе коммутатора ПОС-90, установленного у горного диспетчера, и с абонентами в подземных выработках, на базе комплекса ДИСК-ШАТС - громкоговорящей поисково-распорядительной связью на объектах поверхности - громкоговорящей искробезопасной связью оповещения и аварийной сигнализацией подземных объектов на базе комплекса ДИСК-ШАТС - местной стволовой высокочастотной связью между машинистами подъёмов с рукоятчиками и стволовыми на базе аппаратуры систем Сигнал-16 и Сигнал-17 - телефонной связью диспетчера транспорта с абонентами горизонтов с помощью искробезопасной аппаратуры КДШ, высокочастотной связью с машинистами электровозов на базе аппаратуры ВГСТ-76 - местной телефонной связью в стволах и на горизонтах отдельными цепочками на базе телефонных аппаратов системы МБ Производственные помещения и АБК оборудованы автоматической пожарной сигнализацией. 5.5. АСБ-ЧУС гор. -1300 м Рабочей документацией предусматривается оборудование горизонта -1300 м устройствами автоматической светофорной блокировки АСБ и частотного управления стрелочными переводами ЧУС с использованием аппаратуры АБСС.1М и комплекса НЭРПА-1. В проекте также предусмотрены устройства автоматического управления сигнальными огнями и шлюзовыми дверями на соединительной выработке с ВС-6 с возможностью выдачи через систему телемеханики информации диспетчеру о положении дверей, занятости шлюза, а также приема сигналов управления дверями от диспетчера.

Автоматизация шлюзовых вентдверей выполнена на базе аппаратуры управления шлюзовыми устройствами АШУ. Устройства АСБ запроектированы для кольцевой схемы откатки в установленном направлении движения составов с использованием одной рабочей частоты 1660 Гц и учетом разработанных и утвержденных мероприятий по безопасному движению электровозного транспорта и выполнению маневровых работ.

Данным проектом предусмотрены 7 узлов АСБ и корректировка трех узлов, введенных в действие III пусковым комплексом рудника.

По согласованию с эксплуатацией рудника определены стрелочные переводы, оборудуемые устройствами частотного управления с движущегося электровоза и по схеме с местным управлением.

Проектом предусматривается также опережающая сигнализация Берегись электровоза. Размещение оборудования АСБ, ЧУС, АШУ производится в специальных нишах.

Места установки светофоров, сигнальных указателей, транспарантов БЭ , датчиков АСБ и ЧУС уточняются при монтаже устройств. 6.