Автоматическое управление конвейерами возможно при устойчивом питании электроэнергией, исправном состоянии электросилового оборудования, всасывающих и напорных линий, арматуры, линий управления, сигнализации и электропитания.
Надежность работы конвейерных линий обеспечивается наличием резерва производительности и мощности. Непрерывность электроснабжения и простота схемы коммуникаций дает возможность в короткий срок с минимальным числом операций восстановить нормальный режим работы.
В статье рассмотрены преимущества использования автоматизированных частотнорегулируемых электроприводов на конвейерной линии Нурказганского подземного рудника. Также решения по структуре системы, подсистем, средствам и способам связи для информационного обмена между компонентами системы и техническому обеспечению. Также приведен пример реализации конвейерной линии с автоматизированным частотно-регулируемым электроприводом на Нурказганском подземном руднике.
Ключевые слова: автоматический выключатель, рудник, конвейер, электродвигатель, лента, напряжение постоянного тока, напряжение переменного тока, электропривод, частотное регулирование.
Принято считать, что впервые конвейерный метод производства запустил Генри Форд в 1913г в автомобильной промышленности. Сначала конвейерную сборку применили к генератору и двигателю, а затем к шасси (время сборки сократилось вдвое). Результатом данной инновации стало сокращение времени сборки автомобиля (модели Т) с 12 часов до 2-х (это произошло в течении нескольких месяцев), что позволило снизить его себестоимость и сделать его самым популярным автомобилей в США.
Помимо повышения эффективности производства за счет стандартизации операций и углубления разделения труда (фордизм), конвейерный метод производства позволил Генри Форду сильно сэкономить на обучении работников (и на квалифицированных работниках). Например, сборка двигателя раньше требовала от работника довольно высокой квалификации. После того, как процесс сборки двигателя разделили на 84 операции, каждую из которых выполнял отдельный рабочий, какие-то специальные знания от персонала уже не требовались. Каждый рабочий осваивал одну операцию и оттачивал ее выполнение до автоматизма. [1].
Конвейерная линия для выдачи руды с горизонта +95 м находится на подземном руднике «Нурказган», структурного подразделения «КарагандаЦветМет» ТОО «Корпорация Казахмыс». И состоит из: удлинения магистральный конвейер № 1 ≈ 400 м, строящегося магистральный конвейер № 2 длиной ≈ 450 м, участковый конвейер № 3 ≈ 250 м, блоковый конвейер № 2 ≈ 150 м (данные взяты из проекта предоставленного ГПИ). Напряжение питания 3-х фазное 0,4 кВ, сеть с изолированной нейтралью. В качестве приводов конвейеров используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором с самовентиляцией. На магистральный конвейер № 2 установлены два асинхронных двигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 355 кВт, мощность электропривода участкового конвейера № 3 равна 355 кВт, БК № 2 равна 355 кВт. На каждом конвейере установлены натяжные станции с электроприводом лебедки, мощностью 18,5 кВт на магистральном № 2 и 11 кВт на участковом № 3 и блоковом конвейере № 2. Время работы оборудования принято 24 часа в сутки.
Система автоматизированного управления (далее САУ) поточно-транспортной системы разделена на три идентичных локальных подсистемы:
- САУ конвейерной линии магистрального конвейера № 2;
- САУ конвейерной линии участкового конвейера № 3;
- САУ конвейерной линии блокового конвейера № 2.
Центральным звеном САУ конвейерной линии является электропомещение системы управления с системой кондиционирования и пожаротушения. В каждом электропомещении системы располагается шкаф управления с программируемым логическим контроллером, технические средства автоматики, преобразователь частоты, вводные автоматического выключателя, система стабилизации напряжения и трансформатор собственных нужд. Установка электропомещения осуществляется в подготовленные места с залитым фундаментом и обезопасенный от обвала кровли.
Для контроля натяжения конвейерной ленты использована система автоматизированного электропривода, с автоматическим поддержанием натяжения на магистрального конвейера № 2 и с ручным поддержанием на участкового конвейера № 3 и блокового конвейера № 2. Установка системы автоматизированного электропривода производится в непосредственной близости натяжной лебедки для удобства управления.
Автоматизированное рабочее место -машиниста конвейерной линии служит для местного управления конвейерной линией, а также для ввода и корректировки уставок. Машинист получает необходимую информацию о состоянии конвейерной линии с помощью графической панели оператора. Специализированное программное обеспечение позволяет: протоколировать действия машиниста, обеспечить защиту от несанкционированного доступа, архивировать аварии, выводить световую сигнализацию и прочие общеустановленные функции.
Для контроля уровня и забивки течки предусмотрен радарный уровнемер Vegapuls 68 фирмы Vega. Для защиты антенны датчика от налипания предусмотрена защитная крышка из ткани.
Для обеспечения аварийной остановки конвейерной линии использованы концевой тросовый выключатель из нержавеющей стали 440E-L22BNSM фирмы Allen-Bradley со всеми такелажными приспособлениями повышенной износостойкости.
Для обеспечения защиты от схода ленты использованы датчики Концевой схода ленты -2 устанавливаемые с двух сторон на приводных, хвостовых и обводных барабанах.
Рис. 1. Схема взаимодействия устройств системы
Основное назначение САУ ПТС — дистанционный контроль и автоматизированное управление технологическим процессом транспортировки руды, диспетчеризация технологических параметров этого процесса.
Структура комплекса технических средств САУ ПТС приведена в проекте ГПИ. Схема автоматизации конвейерной линии на рисунке 1.
Система выполнена с многоуровневой архитектурой построения, верхней частью которой является АРМ-оператора, средний — САУ КЛ и нижний — полевые средства КИП к каждому из конвейеров.
Нижний уровень:
Полевой уровень представлен датчиками, для преобразования технологических величин в стандартные сигналы тока и напряжения, а также исполнительными механизмами.
Датчики устанавливаются в непосредственной близости к местам отбора показаний для улучшения качества замеров. Далее датчики кабельными связями соединяется со средним уровнем системы.
Средний уровень:
На среднем уровне производится преобразование сигналов тока и напряжения в логические сигналы управления. При этом используется принцип однократного соединения сигнала с контроллером с последующим многократным использованием в логических цепях. Центральным элементом системы служат программируемые логические контроллеры (ПЛК) семейства FX3 с набором модулей ввода-вывода. Контроллеры обрабатывают полученные сигналы, и выдают управляющие воздействия на исполнительные механизмы согласно заложенным алгоритмам. Схема взаимодействия устройств системы показана на рисунке 3.1
С помощью ряда коммуникационных функций все ПЛК системы увязаны в единую цепь. Далее обработанные данные передаются на верхний уровень, АРМ-оператора.
Верхний уровень:
АРМ оператора предоставляет пользователю следующие возможности: отображение информации о протекании технологических процессов в реальном времени, состоянии оборудования, контроль поддержания требуемых параметров, работе автоматических устройств и выдачи информации для принятия решений по управлению технологическим оборудованием.
На видеокадрах мнемосхем, вызываемых на экраны дисплеев, отображаются:
‒ значения технологических параметров (в виде чисел, гистограмм, графических индикаторов;
‒ состояния механизмов (в графическом виде);
‒ состояния контуров регулирования (в графическом и текстовом виде, а также в виде трендов);
‒ сигнализация выхода за регламентные границы аналоговых параметров;
‒ тренды технологических параметров — групповые и одиночные.
Нижний уровень:
Полевой уровень представлен датчиками, для преобразования технологических величин в стандартные сигналы тока и напряжения, а также исполнительными механизмами.
Датчики устанавливаются в непосредственной близости к местам отбора показаний для улучшения качества замеров. Далее датчики кабельными связями соединяется со средним уровнем системы.
Средний уровень:
На среднем уровне производится преобразование сигналов тока и напряжения в логические сигналы управления. При этом используется принцип однократного соединения сигнала с контроллером с последующим многократным использованием в логических цепях. Центральным элементом системы служат программируемые логические контроллеры (ПЛК) семейства FX3 с набором модулей ввода-вывода. Контроллеры обрабатывают полученные сигналы, и выдают управляющие воздействия на исполнительные механизмы согласно заложенным алгоритмам. Схема взаимодействия устройств системы показана на рисунке 1.
С помощью ряда коммуникационных функций все ПЛК системы увязаны в единую цепь. Далее обработанные данные передаются на верхний уровень, АРМ-оператора.
Верхний уровень:
АРМ оператора предоставляет пользователю следующие возможности: отображение информации о протекании технологических процессов в реальном времени, состоянии оборудования, контроль поддержания требуемых параметров, работе автоматических устройств и выдачи информации для принятия решений по управлению технологическим оборудованием.
На видеокадрах мнемосхем, вызываемых на экраны дисплеев, отображаются:
‒ значения технологических параметров (в виде чисел, гистограмм, графических индикаторов;
‒ состояния механизмов (в графическом виде);
‒ состояния контуров регулирования (в графическом и текстовом виде, а также в виде трендов);
‒ сигнализация выхода за регламентные границы аналоговых параметров;
‒ тренды технологических параметров — групповые и одиночные.
Конечным этапом проекта было внедрение автоматизированной системы загрузки руды в мельнице на объекте для проведения исследования и апробации результатов.
В ходе пусконаладочных работ был произведен монтаж, установка основных элементов проекта и проверка работоспособности системы и блокировок. Проверка проводилась по этапам:
- Проверка работоспособности системы в ручном режиме;
‒ запуск конвейера с местного пульта управления;
‒ останов конвейера с местного пульта управления;
‒ запуск конвейера с центрального шкафа управления;
‒ останов конвейера с центрального шкафа управления;
‒ запуск питателя в прямом вращении с местного пульта;
‒ запуск питателя в обратном вращении с местного пульта;
‒ останов питателя с местного пульта;
‒ запуск питателя в прямом вращении со шкафа управления;
‒ запуск питателя в обратном вращении со шкафа управления;
‒ останов питателя со шкафа управления;
‒ произведена проверка ручного задание скорости питателей с HMI.
- Проверка защитных и технологических блокировок системы;
‒ останов конвейера от аварийной кнопки на пульте;
‒ останов всех конвейеров/питателей от аварийной кнопки на центральном шкафу;
‒ останов питателя от аварийной кнопки на пульте;
‒ останов конвейера при активации аварийных тросовых выключателей;
‒ останов питателя при активации аварийных тросовых выключателей;
‒ останов конвейера при активации концевого схода ленты;
‒ останов питателя при активации концевого схода ленты;
‒ останов конвейера при остановке соответствующей ему мельнице;
‒ останов питателя при остановке конвейера, на который он осуществляет подачу руды.
- Проверка системы в автоматическом режиме.
Результаты проверок приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты наилучших экспериментов
|
|
Параметры ПИД |
Результаты |
|||||
|
№ |
Kp,% |
Ti,сек |
Td,сек |
Kd,% |
Тпп., Сек |
Перерегулирование,% |
Кол-во колебаний |
|
1 |
60 |
100 |
0 |
0 |
176 |
0 |
0 |
|
2 |
80 |
120 |
0 |
0 |
152 |
4.5 |
2 |
|
3 |
100 |
180 |
0 |
0 |
54 |
11.5 |
5 |
|
4 |
120 |
200 |
0 |
0 |
43 |
14 |
7 |
|
5 |
140 |
150 |
0 |
0 |
77 |
26 |
11 |
Литература:
- Г.Форд. Моя жизнь мои, достижения. — 304 с. Издательство МИФ.2013
- Концевой выключатель [Электронный ресурс] / Сайт «ru.wikipedia.org». — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Концевой_выключатель
- Программируемые контроллеры Mitsubishi FX3U [Электронный ресурс] /Сайт «www.esspb.ru».–Режим доступа: http://www.esspb.ru/fx3u_controllers.html
