CC BY
48
ТЗК 622.683:629.4.051. 2
О. В. Витязев, А. С. Лапиков
АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА ВНУТРИКАРЬЕРНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЙ
На горнодобывающих предприятиях с открытым способом разработки особая роль при-задлежит карьерному транспорт)'. Он не только наиболее сложное и трудоемкое звено технологического процесса разработки месторождений полезных ископаемых, но и в значительной степени определяет условия и показатели рабэты других звеньев и предприятия в целом. Транспортные расходы составляют более 50 % в себестоимости добычи Наибольший удельный вес из общего объема перевозок приходится на долю электрифицированного железнодорожного транспорта.
Благодаря низкой себестоимости перевозок железнодорожный транспорт при больших объемах производства и значительных расстояниях откатки обеспечивает лучшие технико-жономические показатели эксплуатации карьеров, чем другие виды транспорта.
Как показывают результаты научных исследований, проектные проработки и многолетняя практика использования железнодорожного транспорта на карьерах, его тягово-энергстичсские и технологические возможности по применению для отработки глубоких горизонтов далеко не исчерпаны.
В этой связи научно-технические проработки, направленные на решение ряда вопросов железнодорожного транспорта по применению его для отработки глубоких горизонтов карьеров имеют актуальное значение и являются одним из главных вопросов теории и практики открытых горных работ.
Опыт проектирования и эксплуатации глубоких карьеров показывает, что с уходом горных работ на глубину горно-геологические, организационные, технические и экономические условия разработки ухудшаются.
Основным направлением уменьшения отрицательного воздействия глубины карьеров на технико-экономические показатели железнодорожного транспорта является его перевооружение более совершенными и производительными средствами тяги, улучшение организации и управления транспортом за счет внедрения более совершенных средств СЦБ, связи, информатики и др.
Одной из важных задач управления железнодорожным транспортом является обеспечение эффективной работы погрузочно-транспортного комплекса карьеров.
Решение задачи обеспечения бесперебойной и безопасной работы железнодорожного транспорта глубоких карьеров осуществляется устройствами автоматики и телемеханики (СЦБ). От их надежной работы в значительной степени зависит производительность труда, безопасность движения поездов, пропускная и провезная способность железнодорожных путей.
На современном этапе в горнодобывающей промышленности на железнодорожном транспорте крупных карьеров автоматизация производственных процессов получила широкое распространение. В области автоматизации электрическая централизация стрелок и сигналов на станциях (ЭЦ) и автоматическая блокировка на перегонах занимают одно из самых приоритетных направлений. Наряду с увеличением пропускной и перерабатывающей способностью станций и обеспечением безопасности движения поездов электрическая централизация стрелок и сигналов в значительной степени сокращает штат работников, повышает производительность и культуру труда при сравнительно быстрой окупаемости капитальных вложений.
В настоящее время на железнодорожных станциях карьеров наибольшее применение получила релейная электрическая централизация стрелок и сигналов. Эта электрическая централизация эксплуатируется на угольных разрезах „Киселевский", „Красный Брод", „Тюльганский „Волчанский", на карьерах Качканарского ГОКа и комбината „Ураласбест" и многих других.
Структурная схема станции карьера, оборудованной электрической централизацией с центральными зависимостями, с подключением напольного оборудования, приведена на рис. 1.
На схеме показаны напольные устройства электрической централизации: стрелочные переводы (СП); светофоры мачтовые и карликовые (С); оборудование рельсовых цепей (изолирующие стыки, трансформаторные (II I ) и релейные (РТ) ящики, рельсовые соединители, дроссели,
II- I
ni ii-
ii ; и
и i« к«'
• ■и
и и и
и j и
II и
11 i '
и! i' ni»
и ••
и ; i»
и ; i»
Il .'
Il ! H
h ! •«
и! и
и ! m
и i'
M '•
и i*
и M
и! i' и! и
n i'
n i'
■ i i)
»• i'.
zs
-HTT III ■il I ¡III II I
:::
:;:
!!! •и i •и i и i и i и i •и i
m и i •m •и i •m
m
и i и i и ij II r
!" 11
t !!
5M
X
/
12 1 Й
с
a
1
---i f:0
k
/
S
3Ï9
■ I j
"" e-
9
I
s
I
>r о
« о
S
о s û-
■ Цх
: ° S?
МрЕсель-трансформаторы, перемычки); релейные и батарейные ящики: кабельные сети (показаны «Старом).
Постовое оборудование электрической централизации (пульт-табло, статмвм блочные и «эе#ные, питающая установка) размещается в здании поста Э1Д. где также находится дежурный станции (ДСП).
Электрическая централизация с местными зависимостями на карьерном транспорте практически не встречается, станции и посты оборудованы в основном с центральными зависимостя-
Рельсовая цепь электрической централизации яв/яется основным элементом. С её помощью йвсмцествляется контроль перемещения подвижного состава по стрелкам и приемо-отправочным ■»там станции посредством контроля свободности и занятости стрелок и участков путей.
Кроме тогс^ рельсовые цепи используются для пропуска (канализации) обратного тяювого ж*л электрифицированных железных дорог. Канализация тягового тока значительно усложняет шаботу рельсовых цепей и снижает их надежность.
Для одновременного обеспечения работы рельсовой цепи электрической централизации и ■допуска обратного тягового тока по одним и тем же рельсам применяется дорогостоящее медьсодержащее оборудование: дроссель-трансформаторы, дроссельные и междроссельные перемыч-1>. соединительные тяговые джемперы и прочее. Рельсовые цепи являются одним из основных а?требителей электрической энергии электрической централизации.
К каждому напольному объекту прокладываются самостоятельные жилы дефицитного медного дорогостоящего кабеля. Это влечет большой расход кабельной продукции и увеличивает стоимость строительно-монтажных работ электрической централизации.
Управление напольными устройствами и контроль их состояния на посту электрической централизации осуществляется релейными схемами с помощью аппаратуры, содержащей драгоценные металлы. Для размещения этой аппаратуры требуются значительные площади в зданиях постов ЭЦ.
Вся информация о состоянии напольных устройств и перемещении подвижного состава по путям станции отражается на пульт-табло дежурного по станции.
Система электрической централизации непрерывно совершенствуется в направлении снижения стоимости строительства, повышения надежности, типизации и удобства обслуживания.
Па современном этапе развития элекгрической централизации ведутся исследования новой системы электрической централизации с целью снижения стоимости се строительства, обеспечения более высокой надежности, повышения типизации и удобства обслуживания, использования современных энергосберегающих технологий.
Решение поставленных задач возможно на базе компьютерных технологий с привлечением методов и средств искусственного интеллекта, принципов построения интеллектуальных систем, а именно создание электрической централизации стрелок и сигналов на микропроцессорах.
Создание такой электрической централизации позволит улучшить технико-экономические показатели работы железнодорожного транспорта, тем самым увеличить зону его эффективного применения для отработки глубоких горизонтов карьерэв.
Таким образом переход с аппаратного метода решения технологических задач транспортных систем на микропроцессорный и программный методы в устройствах автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта карьеров является аесьма актуальной задачей.
Обзор научно-технической литературы показывает, что за рубежом ведутся работы по созданию элекгрической централизации на микропроцессорах. В Англии в течение почти десяти лет проводятся исследования электрической централизации на микропроцессорах. Аналогичные работы ведутся в Канаде, Германии, США, Швеции и других странах.
На железных дорогах России практическое внедрение идей интеллектуализации в системы автоматизации и управления, работающих в реальном масштабе времени, идет крайне медленно.
На карьерном железнодорожном транспорте нашей страны и стран СНГ исследования, направленные на разработку микропроцессорной электрической централизации стрелок и сигналов и внедрение её на карьерных станциях, не проводятся.
В связи с этим работы ИГД УрО РАН по обоснованию и разработке микропроцессорной электрической централизации для железнодорожных станций карьеров весьма актуальны.
Основная задача исследований ИГД УрО РАН - это создание новой системы микропроцессорной электрической централизации стрелок и сигналов, направленной на дальнейшее развитие средств автоматизации карьерной железнодорожной станции. Микропроцессорная электрическая централизация представляет собой многоуровневую систему с программируемыми аппаратными средствами. На нижнем (первом) уровне предусматриваются программируемые логические контроллеры, которые осуществляют сбор и предварительную обработку информации, а также вывод управляющих сигналов на объект.
Дальнейшая обработка информации с контроллеров нижнего уровня производится на групповых программируемых концентраторах нижнего уровня, которые осуществляют обмен информацией между нижним и вторым уровнем системы.
На втором уровне находится постовой программируемый концентратор, в котором осуществляется последующая обработка информации, отрабатывается управляющая программа всей станции и осуществляется обмен информацией между концентраторами нижнего уровня.
Постовой концентратор обеспечивает обмен информацией с верхним уровнем (диспетчерским) при дальнейшем развитии систем автоматизации и управления.
Для достижения поставленной цели необходимо разработать микропроцессорные контроллеры (МК) для съема и обработки информации с первичных напольных устройств и микропроцессорные концентраторы нижнего уровня (НК).Оптимальная емкость контроллеров и концентраторов нижнего уровня будет определена при дальнейших проработках. Эти контроллеры и концентраторы размещаются на полу в непосредственной близости ог объектов контроля и управления (стрелок, сигналов, датчиков).
Передача управляющих действий дежурного персонала станции к напольным объектам и прием передаваемой информации с нижнего уровня осуществляется разрабатываемой микропроцессорной постовой аппаратурой (ПК).
Обеспечение работы микропроцессорной ЭЦ требует разработки большого количества математического и программного обеспечения задач функционирования системы, таких как:
- решение задач по контролю и управлению объектами электрической централизации:
- слежение за перемещением подвижного состава;
- отображение текущего состояния путей и напольных устройств на мониторе персонального компьютера дежурного по станции;
- вариантов всех возможных передвижений по станции, допускаемых путевым развитием, с блокировкой враждебных маршрутов;
- установка и замыкание маршрутов;
- отмены установленного маршрута;
- искусственной разделки маршрута при сбое в работе оборудования и т. д.
Схема предлагаемой микропроцессорной электрической централизации приведена на
рис. 2.
Размещение аппаратуры ~ъема и обработки первичных сигналов у рельсов позволяет по одной маложиль той линии связи передавать на пост управления контрольную, а к объектам управления - директивную информацию. Это значительно сокращает количество прокладываемых магистральных кабелей и снижает объемы строительно-монтажных работ, а также трудоемкость при новом строительстве и реконструкции.
Замена устройств контроля свободности и занятости путей и стрелок на железнодорожном транспорте карьеров посредством рельсовых цепей на метод счета осей с помощью датчиков исключает из структуры технических средств электрической централизации изолирующие стыки, дорогие медьсодержащие устройства и оборудование (дроссель-трансформаторы, дроссельные перемычки, соединительные и тяговые джемперы). Кроме того значительно сокращается потребляемая рельсовыми цепями электроэнергия.
Разработка постовой аппаратуры приема, передаваемой с поля информации с напольных устройств и передачи управляющих действий оперативного персонала к напольным объектам, позволит значительно сократить площади зданий постов ЭЦ, необходимые для размещения аппаратуры.
Разрабатываемая система микропроцессорной электрической централизации является системой модульного типа, что дает возможность легко переустраивать её в зависимости от путевого
н к
! Г
СП
Дь-1
У
спЦ«- >-
МК
со~?1.,
Пост ЭЦ
пвэм
ПК
На верхний уровень
НК
■"-•---[мк},;:
• г-*——I , I
I ■ а •
ш
«-ос
......
¡сл СП
сСИ
и_Ос
СП
Рис. 2. Общая схема микропроцессорной централизации железнодорожной станции карьера
развития станции и объема сигнального оборудования При этом логические зависимости, осуществляемые программным путем, должны обеспечивать требования безопасности.
Замена аппаратного метода решения технологических задач на станциях карьеров программным значительно сокращает сроки и трудоемкость работ при новом строительстве и особенно при реконструкции.
Та^при реконструкции путевого развития станций в карьере, что довольно часто вызывается изменением фронта горных работ, предполагается вместо разработки трудоемкого проекта реконструкции устройств СЦБ выполнить только подключение вновь добавляемых напольных объектов к напольной аппаратуре приема и передачи информации, а также корректировку программы обработки информации на посту ЭЦ. При этом пересмотр постового оборудования и его реконструкция практически не потребуется.
Разрабатываемая микропроцессорная электрическая централизация стрелок и сигналов на карьерной станции в ходе эксплуатации дает возможность дальнейшего наращивания решаемых задач и функций, изменения состава или характеристик оборудования, датчиков и других средств измерения и автоматики. При этом система легко включается в АСУ TII карьерного транспорта и другие информационные системы карьеров, а также обеспечивает возможность введения в структуру решаемых задач диагностику работы устройств в автоматическом режиме (АРМ электромеханика).
Для апробирования и испытания разрабатываемой системы намечается оборудовать одну из станций действующего карьера этой системой централизации и довести сё до сдачи в промышленную эксплуатацию.
Внедрение на железнодорожном транспорте разрабатываемой микропроцессорной электрической централизации стрелок и сигналов по предварительным расчетам позволит сократить объемы капитальных вложений на 25-30 % при новом строительстве и до 50 % при реконструкции по сравнению с действующими релейными электрическими централизациями. Это достигается значительным сокращением напольной и постовой кабельной продукции, практически полным исключением релейной аппаратуры, содержащей драгоценные металлы, уменьшением площадей зданий постов ЭЦ занимаемой аппаратурой.
Замена рельсовых цепей на аппаратуру счёта осей сократит потребление электрической энергии на 20-30 %, что обеспечит уменьшение эксплуатационных расходов.
Кроме этого, внедрение микропроцессорной электрической централизации сократит сроки проектирования и строительства ЭЦ, особенно при реконструкции, связанной с изменением путевого развития станции, что позволит получить дополнительный эффект за счет ускорения возобновления перевозочного процесса по путям станции.
Так как капитальные влежения и эксплуатационные расходы значительно сокращаются по сравнению с эксплуатируемой релейной электрической централизацией, то срок окупаемости разрабатываемой микропроцессорной электрической централизации будет минимальным.
Введение в структуру задач диагностики работы устройств системы дополнительно позволяет повысить прогнозирование ожидаемых отказов и культуру труда эксплуатационных работников.
Предлагаемая новая интеллектуальная микропроцессорная электрическая централизация является радикальным обновлением существующих систем на карьерном железнодорожном транспорте.
Разработка и внедрение интеллектуальной микропроцессорной системы электрической централизации позволит:
- кардинально повысить качественный уровень систем автоматизации и управления:
- улучшить ее надежность и технико-экономические показатели.
