Блочно-модульная модель автоматизированной системы контроля и управления роторным экскаватором большой единичной мощности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

© Е.Е. Милоссрдов, A.B. Минссв, 2013

УДК 658.386.3.633.33

Е.Е. Милосердое, А.В. Минеев

БЛОЧНО-МОДУЛЬНАЯ МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ РОТОРНЫМ ЭКСКАВАТОРОМ БОЛЬШОЙ ЕДИНИЧНОЙ МОЩНОСТИ

Представлена блочно-модульная модель автоматизированной системы контроля и управления роторным экскаватором большой единичной мощности ЭРШРД-5250, находящегося за пределами срока эксплуатации предусмотренного заводом изготовителем. Показано, что блочно-модульная модель автоматизированной системы контроля и управления предназначена для производства и внедрения самой автоматизированной системы, которая позволит учитывать всевозможные нагрузки на рабочие привода, обрабатывать информацию и решать задачи автоматического и полуавтоматического управления работой экскаватора ЭРШРД-5250 в режиме экскавации, а также в режиме технологических перемещений. Предложенная блочно-модульная модель автоматизированной системы контроля и управления разработана специально для роторных экскаваторов большой единичной мощности типа ЭРШРД-5250, в связи с их истекшим сроком эксплуатации. Ключевые слова: контроль, управление, экскаватор, система, нагрузка.

Введение

Как известно, основной задачей роторных экскаваторов большой единичной мощности является выемка горной породы ковшами, её экскавация из забоя на транспортную линию с последующей доставкой потребителю. Эта задача успешно решается при соблюдении следующих условий: а) известен геолого-технический наряд угольного пласта и маршрут движения в процессе экскавации; б) машинист психически мотивирован и в состоянии решать поставленные перед ним задачи; в) роторный экскаватор большой единичной мощности исправен на протяжении всего производственного процесса. Первые два условия организационные, поэтому достаточно чтобы они были выполнены к началу производственного процесса. Но третье условие должно выполняться на протяжении всего производственного процес-

са, так как начало экскавации не гарантирует сохранение всех его функциональных возможностей в дальнейшем. В соответствии с этим одна из проблем, решаемых машинистом роторного экскаватора большой единичной мощности в процессе производства работ, является слежение за качеством работы всех узлов и агрегатов экскаватора - слежение за его техническим состоянием и параметрами при экскавации и перемещении.

Так как практически все современные роторные экскаваторы оснащены автоматизированными системами контроля и управления, то решение проблемы мониторинга технического состояния данных роторных экскаваторов, в том числе прочих задач автоматизации контроля и управления роторным экскаватором, включено в программные комплексы этих компьютеров в виде диагностических подсистем. Некоторые модели борто-

вых компьютеров используют собственные программные диагностические средства вместе со встроенной базой данных о допустимых пределах контролируемых параметров. Другие модели используют спутниковый канал передачи данных и, в случае необходимости, имеют возможность связываться с «диагностическим центром» для получения достаточно полной информации о неисправности на рабочих органах роторного экскаватора. Результатом работы автоматизированной системы контроля и управления является обнаружение неисправности, если она фактически возникла, и оповещение машиниста роторного экскаватора, о её характере. В соответствии с обнаруженной неисправностью выдается рекомендация о возможности дальнейшей эксплуатации роторного экскаватора.

Вместе с этим при рассмотрении роторных экскаваторов большой единичной мощности типа ЭРШРД-5250 с позиции безотказной работы показывает, что данные автоматизированные системы контроля и управления на них отсутствуют, в связи с изготовлением данного горнодобывающего оборудования более тридцати лет назад, и как следствие нахождением за пределами срока, предусмотренного заводом изготовителем.

В связи с нахождением предприятий-изготовителей роторных экскаваторов за пределами Российской Федерации, а также в силу экономических причин участие их в модернизации устаревшей техники большой единичной мощности, такой как роторный экскаватор ЭРШРД-5250, определении и отслеживании технического состояния носит нерегулярный, эпизодический характер, либо вообще отсутствует. Необходимо восстанавливать техническое и методологическое сотрудничество с данными

предприятиями либо ставить соответствующие задачи по разработке автоматизированной системы контроля и управления перед отечественными изготовителями аналогичной или близкой по классу техники.

Увеличить показатели надёжности дорогостоящей техники, выработавшей свой нормативный срок, в процессе её эксплуатации, возможно созданием блочно-модульной модели автоматизированной системы контроля и управления работой основных приводов с учетом определения основных динамических нагрузок, с последующим производством и внедрением данной системы.

С помощью блочно-модульной модели автоматизированной системы контроля и управления можно получить картину взаимодействия основных функциональных узлов и механизмов роторного экскаватора и определить факторы, негативно влияющие на нормальную работу системы. Кроме того, полученная информация после производства и внедрения автоматизированной системы позволит проектировщикам и изготовителям новых видов роторных экскаваторов большой единичной мощности иметь необходимую информацию о функциональном состоянии в процессе эксплуатации.

Принципы работы составляющих модулей автоматизированной системы контроля и управления

Кинематический и структурный анализы роторного экскаватора большой единичной мощности ЭРШРД-5250 показали, что технология регулирования работы роторного экскаватора осуществляется приводами: движения ротора, поворота стрелы ротора, подъема стрелы ротора, конвейерной линии, разгрузочной консоли, хода экскаватора. Отсюда блочно-модульная модель автоматизирован-

ной системы контроля и управления, реализующая алгоритмы моделирования приводов движения ротора, состоит из модулей: движения роторного колеса, поворота стрелы ротора, подъема стрелы ротора, ленточного конвейера ротора.

При создании блочно-модульной модели автоматизированной системы контроля и управления движения ротора должны учитываться следующие показания:

- ветровые нагрузки;

- температура окружающей среды;

- давление воздуха;

- влажность;

- физико-механические свойства грунта;

- интенсивность осадков;

- положение органов управления и скорости вращения валов электродвигателей;

- рабочее состояние агрегатов, цепей и систем экскаватора;

- координаты точек поверхности забоя относительно экскаватора из базы данных поверхности разреза.

Выходные сигналы системы управления работой приводов движения ротора должны быть пропорциональны моментам статических сопротивлений резанию, повороту и подъему стрелы ротора, подъему стрелы кабины машиниста ротора и движению конвейерной линии, приведенные к валам двигателей соответствующих электроприводов, и выдаваться на управление электроприводами. Сигналы должны информировать машиниста ротора о движении и положении рабочих органов, скорости перемещения рабочих органов, скорости врезания ковшей ротора в угольный пласт и начале движения рабочих механизмов, и выдаваться через автоматизированную систему контроля и управления на приборное оборудование кабины машиниста ротора. В

автоматизированную систему контроля и управления роторного экскаватора должны поступать сигналы, пропорциональные параметрам движения рабочих органов и координаты кромок ковшей ротора, а также сигналы, несущие информацию о статических нагрузках элементов приводов движения ротора и параметров движения рабочих органов.

Сигналы о рабочем состоянии агрегатов, цепей и систем экскаватора (то есть те сигналы, в управление и функционирование которых машинисты вмешаться не могут), а также сигналы о крепости породы, однородных включениях пласта, координаты забоя относительно экскаватора, должны поступать из базы геолого-технических нарядов разреза. Сигналы о положении опорных лыж экскаватора и штоков гидравлических домкратов должны поступать в модуль гидравлических систем, и модуль хода и выравнивания экскаватора, после чего поступать на рабочее место машиниста роторного экскаватора.

Мощность приводов хода экскаватора приведенная к валам двигателей соответствующих электроприводов, пропорциональна моментам статических сопротивлений повороту разгрузочной консоли, движению конвейерной линии разгрузочной консоли, перемещению экскаватора по забою на тележках, усилиям на опорных лыжах и штоках гидравлических домкратов. Все эти данные должны поступать на рабочее место машиниста роторного экскаватора. Сигналы, информирующие машиниста хода экскаватора о движении и положении рабочих органов, скорости их перемещения, должны подаваться на приборное оборудование кабины машиниста хода экскаватора.

Разрабатываемая автоматизированная система контроля и управле-

ния предназначена для обработки информации и решения задач автоматического и полуавтоматического управления работой экскаватора в режиме экскавации, а также в режиме технологических перемещений.

Автоматизированная система контроля и управления должна обеспечивать работу следующих устройств:

- измеритель интенсивности потока угля и учета выработки;

- устройство контроля объемной производительности;

- автоматический регулятор скорости поворота экскаватора;

- система автоматического выравнивания;

- автоматическая система дозированной подачи;

- измеритель скорости ветра;

- устройство защиты металлоконструкций от опасных колебаний.

На всех режимах работы разрабатываемая автоматизированная система контроля и управления должна:

- формировать сигналы автоматического управления, воздействующие на систему электрооборудования и привода соответствующих исполнительных механизмов;

- обеспечивать наглядную индикацию основных параметров, световую и звуковую сигнализацию превышения предельно допустимых значений скорости ветра и опасных колебаний;

- обеспечивать безопасную эксплуатацию комплекса системы в случае возникновения аварийных ситуаций (отказов электрооборудования и элементов механической системы, пожаров и т.д.).

В состав автоматизированной системы контроля и управления должны входить следующие устройства:

- измеритель интенсивности потока и учета производительности, предназначенный для измерения текущей производительности;

- устройство контроля объемной производительности, предназначенное для поддержания объемной производительности экскаватора в зависимости от пропускной способности конвейера;

- автоматический регулятор скорости поворота экскаватора, предназначенный для обеспечения постоянной производительности;

- устройство автоматического выравнивания, предназначенное для сокращения времени вспомогательных операций и исключения возможных ошибок при ручном управлении;

- автоматическое устройство дозированной подачи по лыжам, предназначенное для сокращения времени вспомогательных операций;

- устройство для измерения скорости ветра, защиты металлоконструкций от опасных колебаний, управления, индикации и сигнализации.

Структурная схема автоматизированной системы контроля и управления приведена на рисунке.

Для обеспечения режимов работы роторного экскаватора большой единичной мощности с истекшим сроком службы необходимо взаимодействие со следующими системами и процессами: процессом экскавации, системой электроснабжения, процессом информационного обмена, оборудованием кабины (устройством управления, устройством индикации и сигнализации), а также внешними условиями.

Входными сигналами для работы автоматизированной системы контроля и управления должны быть: текущее значение погонной нагрузки

^ , скорость движения грунта по тек

конвейеру роторной стрелы, скорость горизонтальных порывов ветра, скорость вертикальных порывов ветра.

МОДУЛЬ ПРОЦЕССА ЭКСКАВАЦИИ

ШПУЛЬ ЗЛЕКТРО-ПШРООБО-РУДОВАНИЯ

МОДУЛЬ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

ДАТЧ 11(11 КОЛЕБАНИЯ МЕТАЛЛО-КОНСТРУКШП

Ук

Уз

иа

Сигналы начала торможения

I,

АЫЛЫп

Пойуль оВтмютическои системы контроля и управления д

Сигналы вкл эл.прав.1

МОДУЛЬ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКА И УЧЕТА ВЫРАБОТКИ

ГТ

Признак Включения

МОДУЛЬ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ АВТОМА ТИЧЕСКОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

0а

Признак включения

МОДУЛЬ АВТОМА-ТИЧЕСКОЕО РЕЕУЛЯТОРА СКОРОСТИ И ПОВОРОТА

Т"

Признак 6клечения Управляющие сигналы

МОДУЛЬ СИСТЕМЫ АЗ ТОМА ТИЧЕСКОЕО ВЫРАВНИВАНИЯ

Признак включения

Управляющие сигналы

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ВЕТРА

Д\л/

и'11:ш|гд|'

Признак включения

Параметры апколеб^

Значения колебаний

Сигнал среЗ.Вопустзнач ат колеб

СИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОКОНЕТРУШ1И

Признак готовности к работе

КАБИНА

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ\

КАБИНА

УСТРОЙСТВА ИНДИКАЦИИ ИСИЕНА-ЛИЗАЦИИ

Структурная схема автоматизированной системы контроля и управления

Часть входной информации для автоматизированной системы контроля и управления образовывается для обработки из кабины при воздействии машиниста на органы управления [2].

Рассмотрим разрабатываемые модули блочно-модульной модели автоматизированной системы контроля и управления более подробно.

Модуль измерителя интенсивности потока и учета выработки.

Зависимость текущего значения производительности экскаватора

О от текущего значения скорости тек * 1

движения грунта ук и текущего значения угла наклона роторной стрелы в представляет собой выражение

О - ^тек . (1)

Отек - ук . С05р

Модуль в соответствии с логикой работы измерителя формирует значения текущей производительности экскаватора, выдает это значение в модуль автоматического регулятора скорости поворота и модуль устройства контроля объемной производительности, преобразует информацию для выдачи через систему информационного обмена на устройства индикации.

Модуль устройства контроля объемной производительности.

Зависимость значения объемной

производительности О зависит от ^об

текущего значения производительности экскаватора следующим образом:

Ооб - ^ Отек^{ ( )

о

Значение объемной производительности преобразуется в информацию для выдачи через систему информационного обмена на устройст-

ва индикации.

Модуль автоматического регулятора скорости поворота экскаватора.

Получает информацию из модулей электрогидрооборудования и измерителя интенсивности потока и учета выработки, а также из кабины через систему информационного обмена при воздействии машиниста на устройства управления.

Система автоматического выравнивания.

Маятниковое реле является основным элементом устройства автоматического выравнивания. Система формирует управляющий сигнал для выдачи в электропривод ходовых механизмов, входящий в состав электро-гидрооборудования, при отклонении горизонтальной поверхности нижней рамы от вертикальной оси, проходящей через ось маятникового реле. Сигнал подается при отклонении от вертикальной оси на угол 0,5°. Исходной информацией для работы системы являются сигналы положения гидравлических домкратов левых и правых лыж, вырабатываемые в элек-трогидрооборудовании.

Модуль измерителя скорости ветра.

Представляет собой математическую модель, преобразующую в соответствии с логикой работы анемометра значение скорости ветра.

Модуль устройства зашиты металлоконструкций от опасных колебаний.

Предназначен для защиты металлоконструкции от опасных колебаний, используют устройство «Азов». Модуль формирует значение колебаний для выдачи в систему объективного контроля, а также сигнал превышения предельно допустимого значения опасных колебаний для выдачи через систему информационного обмена на звуковой сигнализатор в кабину.

Оборудование для определения внешних условий.

Измеряет температуру, давление, влажность, величину напора и давление ветра и обеспечивают возможность измерения параметров в следующих пределах:

- температуры наружного воздуха Нв в диапазоне ± 64° С;

- давления воздуха в диапазоне 720...800 мм рт.ст.;

- влажности воздуха в диапазоне 0.100 %;

- скорости ветра в диапазоне 0.128 м/с;

- направления ветра в диапазоне 0.360°;

1. Калашников Ю. Т. Системы электропривода и электрооборудования роторных экскаваторов. - М.: Энергоатомиздат, 1998.

- горизонтальных и вертикальных порывов ветра в диапазоне -45.45 м/с.

Выводы

Модули блочно-модульной модели автоматизированной системы контроля и управления, представленные в данной статье, позволят регулировать нагрузки, влияющие на работу не только рабочего роторного колеса при взаимодействии с забоем, но и всех рабочих органов роторного экскаватора большой единичной мощности с истекшим сроком службы, что, несомненно, упрощает процесс экскавации и перемещения при эксплуатации.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Бухгольц В.Д., Снагин В.Г. Автоматическое управление роторными экскаваторами. - М: Недра. 1992. ШЪ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Милосердов Евгений Евгеньевич - ст. преподаватель, eemiloserdov@vankoroil.ru Минеев Александр Васильевич - доктор технических наук, профессор, Институт нефти и газа Сибирского федерального университета.

ГОРНАЯ КНИГА

Методические указания по выполнению выпускной квалификационной работы (дипломного проекта), направление подготовки 130400 «Горное дело», квалификация «Специалист», специализация «Открытые горные работы»

В.Н. Аминов, Е.Е. Каменева, A.A. Германов 2012 г. 28 с.

ISBN: 978-5-98672-337-2 UDK: 622.271

Методические указания по дипломному проектированию составлены в соответствии с требованиями Федерального государственного стандарта высшего профессионального образо-