МЕХАТРОННЫЕ ОБЪЕКТЫ В ШАХТНОМ ТРАНСПОРТЕ
Д.т.н. Стадник Н.И.
Лекция
МЕХАТРОННЫЕ ОБЪЕКТЫ В ШАХТНОМ ТРАНСПОРТЕ
1. Назначение
Основной задачей рудничного транспорта является перемещение добытого полезного ископаемого из забоев до железнодорожных вагонов на поверхности. Кроме того, рудничный транспорт служит для:
1) перемещения к стволу или к местам закладки в выработанное пространство породы, получаемой при проведении и ремонте подземных выработок;
2) транспортирования от ствола к забоям закладочных материалов (в случае работы с закладкой);
3) перевозки от ствола к забоям и от забоев к стволу людей, оборудования, крепежных и других материалов.
Подземные ленточные конвейеры по назначению разделяют на: забойные, штрековые, уклонные, бремсберговые. Каждый из этих типов конвейеров имеет некоторые характерные черты, обусловленные специфичностью их работы.
Основными технологическими требованиями, предъявляемыми к конвейерам, являются: возможность приема на несущий орган конвейера поступающих грузопотоков без просыпания угля на почву и обеспечение нормального режима работы привода и ленты конвейера в периоды максимального поступления угля на конвейер.
Параметрический ряд включает унифицированные (в пределах каждой ширины ленты) модели конвейеров с лентой шириной 800, 1000, 1200, …мм для участковых и капитальных горизонтальных и наклонных выработок. Существуют специальные типы конвейеров: телескопические для работы под лавой, грузолюдские для транспортирования угля или людей, крутонаклонные для выработок с углом наклона свыше обычных (для ленточных конвейеров 16-18°).
Конвейер 2Л80 оборудован автоматической натяжной станцией, которая устанавливается в его головной части между первым и вторым приводами, автоматически поддерживает постоянное отношение натяжений в набегающей и сбегающей с приводного барабана ветвях ленты.
2. Автоматизация конвейерных линий
Общим необходимым условием работы в автоматическом режиме для всех конвейеров, составляющих любую линию, является контроль скорости и целостности ленты или цепи. С этой целью в настоящее время для ленточных и одноцепных конвейеров используются реле скорости с тахогенераторным датчиком ДТ и магнитоиндукционным датчиком ДМ.
Важным условием обеспечения нормальной работы является контроль пробуксовки ленты на конвейерах. Все автоматизированные конвейеры должны быть оборудованы устройствами, отключающими конвейер при снижении скорости ленты на 25%.
Для надежной работы конвейера, уменьшения заштыбовки, увеличения срока службы ленты и роликоопор нужно осуществлять контроль поперечного и продольного надрыва ленты.
При значительном смещении ленты отключение линии должно производиться датчиками схода на верхней и нижней ветвях.
2.1 Комплекс автоматизированного управления конвейерами АУК.2М
Комплекс АУК.2М предназначен для автоматического и автоматизированного управления стационарными и полустационарными неразветвленными конвейерными линиями с общим количеством конвейеров до 10 шт. Комплекс может применяться также для управления разветвленными конвейерными линиями, каждое ответвление которых управляется как самостоятельная неразветвленная конвейерная линия.
В состав комплекса входят следующие основные изделия:
- пульт управления ПУ, предназначен для управления линией;
- блок управления БУ, предназначен для управления и контроля работы конвейера;
- выносной прибор-указатель ВПУ, предназначен для индикации количества работающих конвейеров в конвейерной линии;
- блок концевого реле БКР, предназначен для осуществления перевода конвейерной линии на рабочий режим по окончании ее запуска;
- индикатор кнопочный ИК, обеспечивает выдачу информации о работе предпоследнего конвейера в линии оператору концевого (подлавного) конвейера.
2.2 Комплекс КСКТ (перспективный)
КСКТ – комплекс, предназначенный для частотно-регулируемого управления скребковыми и ленточными конвейерами, в том числе с промежуточным приводом, автоматизированного управления конвейерными линиями с числом конвейеров в линии до 10 включительно в угольных шахтах.
Существующие средства автоматизации шахтного конвейерного транспорта АУК-1М находятся в серийном производстве более 30 лет без существенной модернизации. В настоящее время существующая аппаратура не только не удовлетворяет возросшим требованиям эксплуатации, но и не отвечает требованиям, предъявляемым как со стороны объекта управления, так и требованиям безопасности.
При повышающихся нагрузках на очистной забой и интенсификации подготовительных работ сдерживающим фактором стал конвейерный транспорт. Без существенной модернизации подземного транспорта и аппаратуры автоматизации, в том числе, не возможен дальнейший рост производительности.
Разрабатываемый комплекс управления должен:
- сократить затраты на транспортирование горной массы по транспортной цепочке шахты, учитывая фактические грузопотоки;
- повысить надежность и ресурс конвейера, за счет: прогнозирования моторесурса электропривода, организации и планирования ремонтно- профилактических работ;
- повысить безопасность, за счет сокращения износа, увеличения ресурса конвейерной ленты, путем устранения повреждений ленты на ранней стадии возникновения аварийной ситуации;
- осуществлять управление конвейерным транспортом шахты, контроль защит и блокировок конвейера, его скоростных параметров, с отображением собранной информации на приводе конвейера и передачей ее на пульт управления конвейерной линией, с возможностью дальнейшей трансляции на персональную вычислительную машину (ПЭВМ) диспетчера.
Комплекс КСКТ обеспечивает повышение оперативности управления конвейерным транспортом, повышение надежности эксплуатации за счет снижения динамических нагрузок на привод и ленту конвейера, сокращение времени аварийных простоев, повышение безопасности эксплуатации конвейера, организацию предупредительных ремонтно-профилактических работ, за счет:
- обеспечения плавного регулирования скорости движения тягового органа конвейера во всем диапазоне скоростей;
- оптимизации скорости движения конвейера, в зависимости от режима работы (грузовой/пассажирский) и фактического грузопотока;
- представления расширенной информации о состоянии конвейера, его защит и блокировок;
- увеличения количества и точности контроля параметров конвейера;
- сокращения времени поиска и ликвидации аварии, затрат на ее ликвидацию;
- расширения функциональных возможностей аппаратуры;
- прогнозирования неисправностей узлов конвейерного транспорта, организации и планирования ремонтно-профилактические работы.
2.3 Основные функциональные требования
2.3.1 Комплекс КСКТ должен обеспечивать выполнение следующих функций управления (виды управления конвейером):
1) автоматический последовательный запуск конвейеров, включенных в линию в порядке, обратном направлению движения грузопотока;
2) Автоматическое регулирование скорости движения ленты в зависимости от грузопотока;
3) автоматизированное управление конвейерной линией с поста управления и связи;
4) автоматизированное управление конвейерной линией по сигналам телемеханики;
5) автоматическое управление конвейерной линией по сигналам технологических датчиков приемных устройств без применения дополнительных аппаратов контроля;
6) запуск части конвейерной линии;
7) пуск конвейеров конвейерной линии без остановки уже работающих конвейеров;
8) отключение части конвейерной линии;
9) прекращение запуска конвейерной линии с любого блока управления;
10) управление любым конвейером линии с кнопок блока управления в ремонтно-наладочном режиме;
11) управление одиночным конвейером без применения пульта управления;
12) управление многоприводным конвейером (до 4-х приводов);
13) выдачу команды на автоматическое наложение тормозов при оперативном останове конвейера при снижении скорости движения ленты ниже 0,5 м/с;
2.3.2 Комплекс КСКТ должен выполнять следующие защиты, обеспечивающие безопасность и безаварийность работы конвейерной линии:
1) блокировку с впереди стоящей технологической цепочкой;
2) блокировку, обеспечивающую пуск каждого последующего конвейера линии только после установления рабочей скорости движения несущего органа предыдущего конвейера;
3) блокировку, обеспечивающую отключение всех конвейеров, транспортирующих груз на остановившийся конвейер, работающих в автоматизированном режиме;
4) блокировку, исключающую работу в автоматизированном режиме всех конвейеров, находящихся за конвейером, переведенном в ремонтно-наладочный режим;
5) блокировку, исключающую автоматизированный запуск конвейера, переведенного в ремонтно-наладочный режим;
6) блокировку, исключающую пуск в случае обрыва линии звуковой сигнализации;
7) блокировку, исключающую повторный запуск конвейера после отключения, вызванного затянувшимся пуском конвейера или отклонением его скорости от номинального значения;
8) блокировку, исключающую пуск конвейера при его заштыбовке;
9) блокировку, обеспечивающую нулевую защиту;
10) блокировку, исключающую работу конвейера при повреждении цепи подтверждения включения пускателя;
11) контроль запуска конвейерной линии по времени;
12) контроль запуска каждого конвейера по времени;
13) контроль снижения скорости движения ленты конвейера ниже допустимой величины;
14) контроль превышения скорости движения ленты конвейера выше допустимой величины;
15) контроль пробуксовки ленты относительно приводного барабана;
16) контроль снижения скорости приводного барабана ниже допустимой величины;
17) контроль снижения скорости ленты для наложения тормозов;
18) контроль линии звуковой сигнализации (во время подачи звуковой сигнализации);
19) отключение конвейера из любой точки по его длине;
20) контроль схода ленты конвейера и отключение конвейера с выдержкой времени при сходе ленты;
21) контроль срабатывания ловителей ленты;
22) контроль повреждения линии экстренного отключения конвейера;
23) контроль целостности цепи электрода датчика заштыбовки;
24) контроль состояния механизмов (при наличии датчиков):
- предельного натяжения ленты;
- предельной температуры приводных двигателей;
- предельной температуры и уровня масла в редукторах;
- давления воды в противопожарном ставе;
- блок-контактов пускателя;
- положения тормозов (по состоянию блок-контактов);
25) контроль исправности датчиков скорости и их линий связи (при движении ленты);
26) автоматический поиск номера сработавшего кабель-тросового выключателя в линии экстренного отключения (после отключения конвейера);
27) автоматический поиск номера сработавшего датчика схода ленты в линии экстренного отключения (после отключения конвейера).
2.3.3 Комплекс КСКТ должен отвечать следующим требованиям по информации и связи:
1) обеспечивать визуальную информацию на пульте управления:
- о номере отключившегося (аварийного) конвейера;
- о количестве работающих конвейеров в линии;
- о причине аварийного отключения конвейера (дифференцированная);
- об остановке конвейерной линии в связи с отключением впереди находящейся технологической цепочки;
- о причинах предыдущих аварийных отключений конвейера («память») по запросу оператора.
2) обеспечивать аварийную визуальную информацию на блоке управления:
- о затянувшемся пуске конвейера;
- о снижении скорости ленты;
- о превышении скорости ленты;
- о пробуксовке;
- о снижении скорости приводного барабана;
- о повреждении датчика скорости (дифференцировано ленты или барабана) в рабочем режиме конвейера;
- о срабатывании датчиков в цепи экстренного отключения конвейера (дифференцировано КТВ или КСЛ) и его номера (при установке линейных модулей);
- о срабатывании ловителей ленты;
- о повреждении линии экстренного отключения;
- о заштыбовке;
- об обрыве электрода датчика заштыбовки;
- об обрыве линии звуковой сигнализации;
- о повреждении обратной связи от пускателей приводных двигателей;
- о самопроизвольном наложении тормозов;
- о предельно допустимой температуре приводных двигателей (при наличии датчиков);
- о предельно допустимой температуре и уровне масла редукторов (при наличии датчиков);
- о снижении давления воды в противопожарном ставе (при наличии датчиков);
3) обеспечивать звуковую сигнализацию и связь:
- автоматическую подачу звукового предупредительного сигнала перед пуском конвейерной линии или отдельного конвейера в ремонтно-наладочном режиме;
- кодовую сигнализацию между пультом и блоками управления;
- подачу с блока управления звукового кодового сигнала вдоль своего конвейера;
- снятие предпускового звукового сигнала по мере запуска конвейеров;
- симплексную связь между пунктом управления конвейерной линией и пунктами установки блоков управления.
2.3.4 Блок БЧРВ-250 должен обеспечивать:
1) Плавное регулирование частоты и уровня выходного напряжения в пределах от 5 Гц до 60 Гц. В диапазоне частот от 5 до 50 Гц момент двигателя и отношение выходного напряжения к выходной частоте поддерживается постоянным. В диапазоне от 50 до 60 Гц мощность двигателя поддерживается постоянной;
2) Возможность корректировки отношения выходного напряжения к выходной частоте в диапазоне от 5 до 50 Гц минимум для пяти значений;
4) Измерение нагрузки подключенного двигателя;
5) Работу в следующих режимах:
- включение и разгон двигателей до заданного значения частоты выходного напряжения;
- регулирование частоты выходного напряжения в функции грузопотока;
- динамическое торможение электропривода посредством подачи постоянного тока в обмотки двигателей;
- реверсирование привода;
- проверку действия максимальной токовой защиты;
- проверку действия защиты от включения напряжения при снижении сопротивления изоляции;
6) Следующие виды защит:
- нулевая;
- от токов короткого замыкания в цепи двигателя с регулируемой уставкой срабатывания;
- от токов короткого замыкания во внутренних силовых цепях (выпрямитель, звено постоянного тока, инвертор);
- от недопустимо повышенного уровня питающего напряжения на входе;
- от обрыва фаз и недопустимого снижения напряжения на входе;
- от перегрузки (в том числе от опрокидывания) подключенного двигателя;
- от подачи напряжения на выход в случае снижения сопротивления изоляции выходных цепей до 33 кОм;
- от подачи напряжения на вход в случае снижения сопротивления изоляции звена постоянного тока до 670 кОм;
- от перегрева силовых полупроводниковых модулей;
- от перегрузки каждого из силовых полупроводниковых модулей.
7) Динамическую и термическую стойкость при всех аварийных режимах в течение времени срабатывания защит;
8) Предварительную зарядку звена постоянного тока до подачи сетевого напряжения;
9) Предварительную проверку целостности внутренних цепей и состояния силовых полупроводниковых модулей до подачи сетевого напряжения;
10) Индикацию причин отключений, текущего состояния и нагрузок привода, режима работы и другой информации посредством графического дисплея;
11) Хранение, обработку и предоставление по запросу оператора информации о работе преобразователя и привода;
12) Регистрацию в реальном времени происходящих событий (отключений, изменения режимов работы, срабатывания контролируемых датчиков) по мере их возникновения;
16) Регистрацию в реальном времени текущей нагрузки подключенного электродвигателя.
Рисунок 1 - Структурная схема
Динамичное развитие частотных преобразователей и их использование в работе приводных двигателей ленточных конвейеров подтвердили их полную пригодность к регулированию скорости ленточного конвейера. Преимущества данного типа питания особенно очевидны на главных транспортных путях шахты, когда от лав отбивается порода большой концентрации и переменной концентрации. Возможность регулирования скорости ленты (конвейера) в зависимости от находящегося на ней веса позволяет значительно экономить энергию, понизить износ механических частей конвейера и, таким образом, увеличить срок их действия и снизить эксплуатационные и инвестиционные расходы.