Система автоматизации станка ударно-вращательного бурения. 7 страница

3.5.1. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ
КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК

Конвейерный транспорт занимает важное место в средствах доставки полезного ископаемого на карьерах. Режимы работы конвейерных систем и отдельных конвейеров в производственных условиях рассчитаны на максимальную производительность, которая в условиях колебаний исходного грузопотока достигается эпизодически.

При недогрузках конвейерного полотна вопросы увеличения срока службы, в первую очередь, тягового органа конвейера и остальных элементов поточно-транспортной установки, а также вопросы экономии электроэнергии и рационального использования привода по коэффициенту полезного действия, т.е. вопросы, связанные с обслуживаемым грузопотоком (некоторые даже с экстремальными зависимостями) практически не учтены при определении режима работы конвейерной установки. К основным факторам, формирующим технические требования к приводу транспортной установки, относятся динамические характеристики исходных грузопотоков.

Главными требованиями, предъявляемыми к системе управления приводом конвейерной установки, являются следующие.

1. Обеспечение постоянной загрузки конвейерного полотна.

2. Поддержание равных и минимально-возможных запасов тяговой способности приводных барабанов.

3. Поддержание требуемого уровня коэффициента использования многодвигательного привода по коэффициенту полезного действия.

4. Обеспечение минимально возможной динамичности в нестационарных режимах.

При выполнении первого требования в условиях колебания исходного грузопотока обеспечивается передача конвейером груза при меньшей оборачиваемости ленты и средней скорости конвейера. Это обусловливает увеличение срока службы ленты, электромеханического оборудования конвейера в целом и существенное снижение потребления электроэнергии при транспортировании. Кроме того, при заполненном конвейерном полотне выполняется проектное расположение ленты на роликоопорах и это способствует равномерному износу по ширине (при недогрузке в первую очередь изнашиваются борта и средняя часть, что ведет к преждевременному износу конвейерного полотна).

Указанный эффект можно достичь тремя путями:

а) аккумуляцией материала в приемном бункере достаточной вместимости и при его заполнении введением в работу транспортной линии, работающей при пониженной производительности (при этом транспортная линия в период загрузки бункера находится в заторможенном состоянии и вводится в работу при очередном его заполнении до номинального уровня);

б) регулированием скорости линии по исходному грузопотоку;

в) комбинированным способом, при котором обеспечивается аккумуляция материала в приемном бункере небольшой вместимости, из которого осуществляется загрузка конвейерной линии, работающей на фиксированном уровне скорости.

При первом способе управления, считая грузопоток за чисто машинное время стационарным, средние величины времени работы t_р и времени перерыва в работе конвейера t_с, составляют

                                                   (3.7)

где Е, Q_к, Q_вх – соответственно вместимость бункерного устройства, производительность конвейерной линии, средняя интенсивность поступающего грузопотока за чисто машинное время, t_п – среднее значение времени перерыва в питании бункера.

Вместимость бункера должнабыть установлена на основе анализа семейства экстремальных характеристик зависимости приведенных затрат от его вместимости, определяемых различной средней интенсивностью поступающего грузопотока.

Условие технической целесообразности применения бункерного устройства должно отражать также тот фактор, что применение этого устройства не будет снижать уровня эксплуатационной надежности транспортной линии и будет определять необходимую область значений коэффициента готовности бункера, поскольку наступление рассматриваемой критической ситуации зависит от вместимости бункера, характера поступающего в бункер грузопотока и режима работы конвейерной линии. Поэтому применять бункерное устройство, не снижая при этом готовности транспортной линии, можно при соответствующем выборе его вместимости.

Как показали выполненные в КГРИ исследования по определению эффективности применения регулируемого по текущему грузопотоку привода конвейера, для различных типов конвейеров при его применении имеет место существенное увеличение капитальных затрат за счет установки дополнительного оборудования.

Непрерывное регулирование по интенсивности поступающего на конвейерное полотно грузопотока ввиду существенной ширины спектра интенсивности имеет свой недостаток, обусловленный значительным ростом числа нестационарных режимов, что, естественно, снижает срок службы тягового органа, уменьшает к. п. д. приводных двигателей из-за частых пуско-тормозных режимов.

Этот недостаток может быть заметно уменьшен благодаря применению в регуляторе зоны нечувствительности, размер которой можно корректировать при изменяющихся статистических характеристиках исходного грузопотока. При этом будет наблюдаться некоторая недогрузка конвейерного полотна, но существенно уменьшатся пуско-тормозные режимы. В этой связи при определенных характеристиках грузопотока имеет место рациональная зона нечувствительности, а следовательно, и число пуско-тормозных режимов, при которых снижение эффективности за счет недогрузки конвейерного полотна, обусловленной зоной нечувствительности, будет скомпенсировано уменьшением расходов на пуско-тормозные режимы. Зависимость приведенных затрат Q₁, обусловленных регулированием скорости (при постоянном уровне натяжного усилия без учета потерь на пуск), от величины зоны нечувствительности Н и доли приведенных затрат Q₂, обусловленных пуско-тормозными режимами от Н, можновыразить следующим образом:

                                            (3.8)

где а, b. Q_20, , T – величины, определяемые технико-экономическими показателями привода и статистическими характеристиками интенсивности поступающего на конвейер груза.

Рациональная зона нечувствительности Н₀ может быть определена при условии, что Q₂+Q₁ имеет экстремум, т.е. .

При нестационарности исходного грузопотока в связи с нестабильностью во времени величин а, b, Q₂₀, , T оптимальное (в рассматриваемом смысле) управление наиболее полно может быть обеспечено только с помощью системы автоматического обучения, в которой в течение всего периода работы происходит корректирование коэффициентов. Следует иметь в виду, что при нестационарности исходного грузопотока зона неоднозначности будет значительно шире и уровень скорости будет следовать за трендом исходного грузопотока. Дискретность управления с п уровнями скорости эквивалентна системе с фиксированной зоной неоднозначности и целесообразна с п числом загружающих устройств илегко реализуется при соответствии числа работающих устройств требуемому уровню скорости.

При комбинированном способе управления для стабилизации нагрузки на 1 м конвейерного полотна уровни разгружаемого материала из бункера и скорости транспортирования в процессе работы могут изменяться в зависимости от изменения статистических характеристик исходного грузопотока, поступающего в бункер. При этом команду на изменение уровней разгружаемого материала и скорости конвейера целесообразно подавать в зависимости от величины заполнения материалом бункера (снижение и увеличение уровней осуществляется при опорожнении либо полном заполнении).

Необходимую скорость конвейера и количество разгружаемого материала из бункера в единицу времени, а также скорость изменения рассматриваемых уровней целесообразно определять с помощью теории массового обслуживания заранее по анализу характеристик исходной интенсивности. При этом для уменьшения допустимой величины ускорения конвейера (при изменении уровня скорости) его необходимо согласовывать с ускорением разгружаемого материала, величина которого также может быть регулируемой и зависеть как от скорости изменения выходного отверстия бункера, так и от его конструктивных характеристик.

При комбинированном способе управления число пуско-тормозных режимов в зависимости от величины бункера определено зависимостью типа гиперболы (бесконечным числом при нулевой емкости и нулевым количеством при бесконечной емкости). При увеличении вместимости бункера число нестационарных режимов резко снижается и при его величине, когда грузопоток на выходе из бункера не имеет флуктуаций исходного грузопотока, накладывающегося на его тренд, число нестационарных режимов определено только характером изменений тренда. При дальнейшем увеличении вместимости бункера кривая выполаживается и становится возможным формирование лишь требуемого числа пуско-тормозных режимов в единицу времени. Это позволит формировать пуско-тормозные режимы со среднестатистическим ускорением, либо замедлением на два порядка меньше, чем в пуско-тормозных режимах с существующими схемами управления на прогнозируемый уровень скорости конвейера. В свою очередь, достигнутое позволит практически исключить влияние динамики на эксплуатационные показатели конвейерных систем.

Зависимость приведенных затрат конвейерных систем от вместимости бункерного устройства имеет экстремальный вид, поэтому вместимость бункера необходимо выбирать на основе анализа экономических показателей работы.

Надежность конвейерной системы можно обеспечить на уровне существующей при соответствующем выборе вместимости бункерного устройства. Одним из показателей работы привода конвейерной установки является его использование по максимально возможному в данной ситуации (при уровнях скорости и питающей сети) коэффициенту полезного действия.

Поскольку его экстремальное значение находится в области менее номинальных значений и смещается при изменении уровней скорости и питающей сети, то указанный критерий оптимальной работы находится по экономическим показателям в противоречии со стабилизацией погонной нагрузки на фиксированном (номинальном) уровне. В этой связи уровень погонной нагрузки следует постоянно выбирать и корректировать на основе компромиссного решения выбора минимальных приведенных затрат в текущей ситуации (характеристики исходной интенсивности грузопотока, уровней питающей сети и скорости привода конвейера).

При этом будут обеспечиваться близкое к номинальному заполнение конвейерного полотна и приближение к экстремальному значению коэффициента полезного действия привода (максимально возможные в различных ситуациях). Тяговая способность привода, необходимая для передачи требуемого в данной ситуации тягового усилия, при выбранных конструктивных параметрах конвейера определена уровнями режимных параметров (величины натяжного усилия, распределения нагрузок между приводными барабанами в многобарабанном приводе). Поддержание указанных факторов на необходимых уровнях для обеспечения требуемой тяговой способности в данной ситуации необходимо выполнить на основе выбора минимальной себестоимости транспортирования исходя из текущего тягового усилия конвейера.

Поддержание минимально-возможных запасов тяговой способности привода путем регулирования натяжения сказывается на увеличении срока службы ленты, однако при этом имеет место некоторое увеличение затрат на электроэнергию при транспортировании груза, величина которых на порядок меньше и не определяет экстремальности характеристики приведенных затрат от кратности регулирования натяжного усилия. Указанное обусловливает при постоянном уровне скорости транспортирования алгоритм управления натяжным усилием только в функции обеспечения минимально возможных запасов тяговой способности привода.

Как показали исследования целого ряда авторов, износ конвейерной ленты, футеровки приводных барабанов, а также пропорциональная ему потерянная на трение мощность в значительной мере зависят от соотношения тяговых усилий приводных барабанов в многобарабанном приводе. Доля приведенных затрат под влиянием указанных факторов имеет выраженный экстремальный характер. Семейство характеристик представляет собой соотношения усилий, обусловленных как величинами тягового усилия конвейерной установки, так и величиной натяжения в сбегающей ветви тягового органа. В характеристике приведенных затрат точки экстремума имеют тенденцию к смещению в зависимости от величин натяжения и тягового усилия.

Это обеспечивает алгоритм управления, при котором для каждого из уровней натяжного и тягового усилий конвейерной установки определяются приведенные затраты при различных соотношениях тяговых усилий приводных барабанов, из которых выбирается вариант с реально осуществимыми соотношениями и уровнем натяжения, соответствующими минимальным приведенным затратам для данного уровня тягового усилия.

Указанные системы позволяют обеспечить необходимые регулируемые уровни скорости транспортирования, распределения усилий между приводными барабанами, тягового усилия, динамичности тягового органа, использования привода по КПД. Эти системы реализованы на элементах УБСР и подчиненном принципе на основе адаптации, работающие с моделью, позволяющей определять момент инерции, статический и динамический моменты и вводить коррекции на их изменение, компенсировать изменяющиеся в функции ряда параметров постоянные времени конвейерной установки. Рабочие тормозные режимы целесообразно осуществлять в двигательном режиме, обеспечивая равномерное, замедление конвейеров, требуемый уровень динамичности в тяговом органе и необходимые запасы тяговой способности отдельных приводных барабанов, регулируя соотношение тяговых усилий и уровень натяжения.

Дистанционное управление конвейерной линией.При оценке способов автоматизации в указанных условиях необходимо учитывать случайный характер параметров транспортируемого груза (физико-механические характеристики, условия высыпания, погрузки и транспортировании, особенности погрузки и перегрузки), а также интенсивность исходного грузопотока. Применение способа управления в целях обеспечения стабилизации уровня нагрузки позволяет обеспечивать минимальные приведенные затраты на транспортирование. При этом синхронизируется скорость отдельных конвейеров как в нестационарных режимах (пуск, торможение, переход с одного уровня скорости на другой), так и в условиях установившегося движения. Указанный способ управления позволяет одновременно разгонять и тормозить все конвейеры линии, что существенно сказывается на сокращении времени вспомогательных режимов. Аварийное торможение можно осуществлять с помощью управляемого динамического торможения. При малых скоростях, когда указанный вид торможения малоэффективен, должно вводиться механическое торможение, причем время момента наложения механических тормозов должно быть различным, с учетом величины момента инерции и статического момента, чтобы обеспечить одновременную остановку конвейеров всей транспортной линии. При торможении двигательным моментом за счет сил сопротивления для обеспечения минимально возможного времени торможения системой управления на основе данных анализа величин моментов инерции и моментов статических отдельных конвейеров выбирается конвейер с самым большим временем выбега. Этот конвейер принимается за ведущий, он тормозиться только за счет статического момента. Все остальные конвейеры синхронизируются с ним по скорости до полной остановки.

В процессе торможения система управления из-за изменения момента инерции и статического момента может изменить ведущий конвейер, на синхронизацию с которым перестраиваются все остальные конвейеры. При динамическом торможении в целях минимизации времени торможения линии максимальное тормозное усилие прикладывается к конвейеру, имеющему наибольшее время торможения на самовыбеге. Остальные конвейеры синхронизируются с ним по скорости путем регулирования прилагаемых тормозных усилий.

Указанный способ управления имеет недостаток: на выходе конвейерной системы копируется неравномерность исходной интенсивности, хотя со средне статическим запаздыванием. Если же транспортируемый материал поступает в технологическую линию на переработку (дробление, грохочение), то указанные механизмы используются эффективно по технологии при стабильной интенсивности грузопотока, на которую они настроены. Отклонение от указанного режима существенно снижает технико-экономические показатели процесса переработки. Вопрос стабильности интенсивности конечного грузопотока играет большую роль и при погрузке транспортируемого материала в железнодорожные вагоны или бункерные устройства рудо обогатительных фабрик, что позволяет упростить управление загрузкой.

В связи с этим целесообразно применять способ управления, при котором с помощью регулируемого привода обеспечивается стабилизация погонной нагрузки на ленточных конвейерах. Поскольку все конвейеры в головной и хвостовой частях снабжены датчиками погонной нагрузки, то при заполнении грузом одного, двух или п конвейеров линии представляется возможным перевести их на максимальную скорость до разгрузки от номинальной погонной нагрузки. При этом движущийся на номинальной скорости участок конвейерной линии с номинальной погонной нагрузкой («бегущая волна») достигает на номинальной скорости конвейера места разгрузки и в пределах этого участка обеспечивается номинальная интенсивность конечного грузопотока. При этом в течение рассматриваемого периода все освободившиеся от «бегущей волны» конвейеры от места загрузки до потока с номинальной интенсивностью работают в режиме стабилизации погонной нагрузки до заполнения запрограммированного числа конвейеров, после чего снова аналогично формируется «бегущая волна» грузопотока с номинальной интенсивностью.

При данном способе управления будет сформирована «бегущая волна» недогрузки после «бегущей волны» с номинальной интенсивностью. Если «бегущая волна» недогрузки имеет постоянную интенсивность, то первая часть участка определена недогрузом конвейерного полотна при номинальной скорости движения и постоянна по длине, вторая – номинальной загрузкой конвейерного полотна и среднестатистической скоростью загрузки (до момента образования рабочей«бегущей волны»). Длина второго участка определена средней интенсивностью исходного грузопотока. Участок «бегущей волны» с недогрузкой копирует интенсивность исходного грузопотока и его наличие несколько ухудшает экономические показатели эксплуатации конвейерной системы. В этой связи режим работы конвейерной линии (режим стабилизации погонной нагрузки или режим с «бегущей волной») целесообразно выбирать на основе оценки экономической эффективности работы комплекса «транспортная линия – система рудо подготовки» по минимуму приведенных затрат.

В частности, если указанное оборудование допускает перерывы в питании путем изменения своих режимов, то целесообразным способом управления транспортной линией является питание отдельными порциями постоянной интенсивности с формированием их в транспортной линии. Длительность порций будет постоянной, определяемой разгрузкой всей конвейерной линии или ее части в то время как пауза будет определена статистическими характеристиками интенсивности исходного грузопотока, точнее временем заполнения программируемой части конвейерного полотна.

3.5.2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В технологическом комплексе по выемке, транспортированию и переработке полезного ископаемого КЛ являются наиболее автоматизированными объектами. КЛ на карьерах имеют большую протяженность, разветвленность, значительную мощность приводных двигателей. Работают они в тяжелых климатических и горно-геологических условиях. Решающее значение при автоматизации КЛ является надежная их работа.

Автоматизация конвейерного транспорта предусматривает оснащение средствами автоматического контроля и защиты, каждого конвейера и управления как отдельными конвейерами, таи и всей линии.

Под автоматизированной КЛ понимается такая линия, конвейера которой объединены общей системой управления, обеспечивающей соблюдение необходимых блокировок и защит, а также автоматическую реализацию законов пуска, остановки и до запуска КЛ.

Специфические условия работы КЛ на открытых горных разработках, а также особенности конвейерных установок как объектов автоматизации предъявляют определенные требования и аппаратуре их управления.

1. Пуск КЛ осуществляется в направлении обратном грузопотоку, остановка – в направлении грузопотока.

2. Не менее чем за 5 с перед запуском 1-го конвейера должен быть подан отчетливо слышный по всей длине КЛ автоматический предупредительный звуковой сигнал мнительностью не менее 5 с с автоматическим отключением его после окончания пуска всей длины (или по мере пуска отдельных конвейеров).

3. Каждый последующий конвейер должен включаться после установления рабочей скорости движения тягового органа предыдущего конвейера.

4. Оперативная остановка КЛ должна осуществляться с пункта управления, а экстренная остановка любого конвейера должна обеспечиваться из любой точки по его длине.

5. При отключении какого-либо конвейера линии все конвейеры, подающие материал на остановившейся, должны автоматически отключаться, а на пульт управления должен быть подан аварийный звуковой сигнал.

б. Вдоль конвейерной линии должна быть обеспечена двухсторонняя оперативная сигнализация и связь.

7. Должен быть предусмотрен автоматический контроль за неисправностью цепей аварийного и экстренного отключения. Автоматическое аварийное отключение конвейера должно осуществляться при:

– неисправности электородвигателя под действием соответствующих защит (МТЗ, минимальная или нулевая и т д.);

– неисправности механической части (обрыв или останов цепи или ленты);

– затянувшимся пуске (> 60 с);

– неисправности цепей управления;

– засыпании мест перегрузки транспортируемым материалом;

– уменьшения скорости ленты более чем на 0,75V_ном или увеличении более чем на 1,08 V_ном от номинальной скорости;

– пробуксовка ленты относительно приводного барабана более, чем на 10% от номинальной скорости;

– сходе ленты в сторону на 10% ее ширины;

– недопустимом перегреве приводных барабанов и масла в турбомуфтах;

– возможность наложения тормозов только при скорости ленты менее, чем на 0,5м/с.

3.5.3. СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛИНИИ

Комплект аппаратуры автоматизация КЛ обычно содержит: пульт управления, блоки управления, реле скорости и аппараты контроля пробуксовки ленты; контроля и схода ленты; устройства для предупреждения завала мест перегрузки; устройства автоматической очистки ленты и ее натяжения; аппараты автоматизации орошения и т.д. Рассмотрим основные средства автоматизации конвейерного транспорта.

Реле скорости РСА обеспечивает:

– автоматический контроль скорости движения и целостности тяговых органов конвейерных установок;

– автоматизированный пуск конвейеров, включенных в линии;

– контроль времени пуска каждого конвейера;

– автоматическое отключение конвейера при аварийных режимах;

– блокировку, исключающую возможность дистанционного повторного пуска конвейера после аварийного отключения.

Реле РС-67 в отличии от РСА не предусматривает узел блокировки на повторное включение.

Оба реле комплектуются датчиками скорости:

– для скребковых конвейеров – ДМ-2, ДМ-2М (магнитоиндукционные датчики);

– для ленточных – УПДС-2, ДКС (тахогенераторные).

В последние годы появились реле скорости, принцип действия которых основан на использовании частоты сигнала, вырабатываемого датчиком скорости. Это позволяет путем настройки аппарата на определенную полосу частот, соответствующих допустимым скоростям тягового органа конвейера (0,75+1,08) V_ном., контролировать снижение и превышение скорости. На таком принципе основана работа реле скорости УКСА-1, КДК, АКП-1, УКПС.

На рис. 3.7 представлена блок-схема реле скорости УКС, предназначенное для контроля скорости ленты или цепи конвейера. Сигнал с датчика скорости G подается на входное устройство ВУ, где происходит удвоение частоты и разделение искробезопасной цепи датчика от искроопасных цепей аппаратуры. В преобразователе ПР частотный сигнал датчика преобразуется в аналоговый. Узел настройки УН служит для установки напряжения фактической скорости, близкий к верхнему опорному уровню, который вырабатывает коммутатор сравнения КУС.

рис. 3.7 Блок схема реле скорости УКС.

Коммутатор формирует сигнал в виде двух фиксированных уровней опорного напряжения, соответствующих номинальной V_ном и предельно допустимой низкой (0,75 V_ном) скорости ленты. В узле сравнения УС происходит сравнивание входного сигнала (U_вх) фактической скорости конвейера с напряжением опорных уровней (U_оп). Выходной блок ВБ осуществляет усиление импульсных сигналов с УС и на выходе с выдержкой времени будет включать (нормальный режим) или выключать выходное реле, которое в свою очередь производит включение или отключение конвейера. Узел аварийного отключения УАО при воздействии на кабельно-тросовый выключатель КТВ производит отключение конвейера.

Универсальное устройство контроля проскальзывания и скорости УКПС предназначено для контроля работы и защиты от перегрузок ленточных конвейеров. Устройство выдает команду на управление механизмом натяжения ленты; сигнализирует о нарушениях нормального режима работы конвейера (проскальзывания и превышение скорости ленты) отключает привод конвейера при аварийных режимах работы. Структурная схема УКПС приведена на рис. 3.8.