CC BY
296
--------------------------------------------------- © Р.А. Бухаров, 2011
УДК 622.014.2:658.513.011.56:681.3 Р.А. Бухаров
МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ ЛЕНТЫ КОНВЕЙЕРА
Показана реализация системы управления скоростью ленточного конвейера, в которой в качестве объекта управления используется модель, реализованная в программном пакете MatLab, параметры которой в определенной степени соответствуют параметрам реальной технологической установки. Управление осуществляется посредством алгоритмов, работающих на контроллере. Для передачи данных служит технология OPC.
Ключевые слова: магистральный ленточный конвейер, автоматическая система ста-
билизации скорости ленты конвейера, лирование в Simulink.
п большинстве современных лен-
А# точных конвейеров применяется нерегулируемый асинхронный привод. Недостатками его являются сложный запуск, проскальзывание ленты и ударные нагрузки в приводе, повышенный износ оборудования, значительный расход электроэнергии при неполной загрузке и работе конвейера вхолостую.
Из-за неравномерной работы добычных участков ленточные конвейеры, эксплуатируемые на шахтах и рудниках, часто не используются на проектную мощность, а доля холостых, или близких к ним режимов, составляет значительную часть рабочего времени.
Таким образом, одним из важнейших параметров, влияющих на производительность, надежность и экономичность конвейерной установки, является скорость движения ленты. Регулирование этого параметра может достигаться применением специальных приводов и системы автоматического регулирования скоростью ленты посредством изменения момента привода в зависимости от поступающего на конвейер грузопотока. Данная система может быть
OPC, технологическое программирование, моде-
как автономной, так и входить в состав комплексной АСУТП.
Опыт эксплуатации ленточных конвейеров подтвердил, что для снижения затрат электроэнергии, уменьшения износа транспортерной ленты, роликов и става конвейера наиболее эффективным средством является применение час-тотно-регу-лируемого электропривода, который позволяет регулировать скорость движения ленты в зависимости от фактической загрузки конвейера. Применение частотно-регулируемого электропривода для управления приводными станциями ленточных конвейеров обеспечивает:
• плавный запуск и останов асинхронных электродвигателей конвейера;
• автоматическое регулирование скорости движения ленты, применительно к конкретным горнотехническим особенностям производства, в зависимости от фактической загруженности и технологических режимов работы оборудования;
• повышение технического уровня шахтных ленточных конвейеров за счёт автоматизации работы приводных стан-
ций, улучшения качества диагностики и защиты электрических цепей;
• снижение динамических нагрузок в приводе и тяговом органе в рабочих режимах и в режимах перегрузок и стопо-рения механизмов;
• повышение надежности, увеличение ресурса и срока службы технологического оборудования;
• существенное снижение затрат электроэнергии на транспортирование полезных ископаемых за счёт оптимизации нагрузок при холостых, или близких к ним, режимах.
В общем случае, система с частотно-регулируемым приводом обеспечивает регулируемый запуск, регулирование рабочего процесса в автоматическом режиме и регулируемый останов конвейера.
Это позволяет отказаться от гидромуфт скольжения, обеспечивает плавный запуск ленточных конвейеров без проскальзывания ленты, исключает ударные нагрузки в приводе, в тяговом органе и нагрузки на электросеть.
Цели работы
В работе предполагается реализация компонента АСУТП ленточного шахтного конвейера, отвечающего за регулирование скорости конвейерной ленты в зависимости от случайного входного грузопотока, а также обеспечивающего плавное изменение скорости ленты при пуске и переключении с одной скорости на другую.
В настоящей работе не ставится задача разработки полномасштабной АСУТП управления конвейером, а предполагается программно реализовать разработанные ранее алгоритмы управления на определенных платформах. В качестве конвейера предполагается использование математической модели, реализованной в про-
граммном пакете MatLab, параметры которой в определенной степени соответствуют параметрам реальной технологической установки.
В работе исследуются возможности и целесообразности реализации ранее разработанных алгоритмов управления на реальных аппаратных платформах с применением программного обеспечения, как входящего в состав исследуемых платформ, так и разработанного специально.
Данные исследования позволят:
• Реализовать существующие алгоритмы, представленные математическими моделями, в виде программ на языках технологического программирования (ST, FBD, IL и др.);
• Протестировать и отладить написанные технологические программы;
• Оценить целесообразность и трудоемкость разработки;
• Получить программно-аппаратную платформу для тестирования и отладки алгоритмов, реализуемых в будущем;
• Подобрать аппаратное обеспечение, в наибольшей степени подходящее для работы с шахтными конвейерными линиями;
• Технологии, применяемые при разработке системы
В работе используются следующие программные средства: приложения
Simulink (как среда моделирования) и OPCToolbox (обеспечение интерфейса с OPC-сервером) пакета прикладных программ Matlab; OPC-сервер (универсальное средство, обеспечивающее передачу данных между контролером и средой моделирования); Step7 Microwin (разработка алгоритмов управления, программирование контроллера). Общая структурная схема представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема системы
OPC-сервер является основным компонентом, обеспечивающим передачу данных между средой моделирования, контроллером и внешними программами. Любой сигнал Simulink-модели может быть передан на сервер и, соответственно, может быть передан в контроллер или в любое приложение, поддерживающее стандарт OPC.
В качестве контроллера выбран Siemens Simatic S7-200 CPU222. Данное устройство широко распространено в промышленности, имеет удобную среду разработки алгоритмов управления, легко соединяется с компьютером через com-порт, драйверы для работы с контроллером поддерживаются большинством разработчиков OPC- серверов. Математическая модель конвейера Для исследований выбран одноприводный ленточный конвейер с натяжным устройством и асинхронным короткозамкнутым приводом, расположенным в головной части конвейера.
Модель конвейера разработана доцентом кафедры автоматики и управления в технических системах Дмитриевой В. В. в работе «Разработка и исследование системы автоматической стабилизации погонной нагрузки магистрального конвейера».
Модель реализована в приложении Simulink как совокупность функциональных блоков библиотеки Simulink и связей между ними. Модель конвейера состоит из двух составляющих: десятимерной модели конвейера и модели привода. На рис. 2, 3 и 4 показаны функциональные схемы модели и ее составляющих. Модель состоит из следующих подсистем:
Drive — подсистема асинхронного короткозамкнутого привода;
Conveyer — подсистема конвейера;
Speed Task — подсистема задатчика скорости;
Также в модели имеется блок OPC configuration, который предназначен для настройки связи с OPC-сервером. Данный блок позволяет выбрать один из работающих в локальной сети серверов, а также настроить параметры передачи данных. Блоки OPC Read и OPC Write предназначены для получения и отправки данных на сервер соответственно.
Контроллер через средства, предоставляемые OPC-сервером, получает от модели сигнал ошибки, формируемый как разность задания скорости (сигнал от Speed Task) и скорости привода (выход Feedback подсистемы конвейера).
Рис. 2. Функциональная схема модели конвейер-привод
Рис. 3. Функциональная схема модели конвейера (подсистема Conveyer)
Рис. 4. Функциональная схема модели привода (подсистема Drive)
От контроллера модель получает управляющий сигнал, сформированный по определенному алгоритму (ПИД-регулирование, оптимальное управление и др.). В модели предусмотрены 11 блоков, передающих данные о моменте привода, координатах и скоростях десяти сосредоточенных масс на OPC-сервер. Благодаря этому доступ к этой информации может получить любое приложение, работающее со стандартом OPC. Это позволяет осуществлять мониторинг технологического процесса в реальном времени — разработать мнемосхемы, тренды, таблицы, а также формировать базу данных, информация которой может использоваться для диагностики технологического процесса, определения причин аварийных ситуаций или расчета техникоэкономических показателей.
Выводы
Разрабатываемая система позволит перейти от математических моделей к их программным аналогам, работающим на определенной аппаратной платформе. Возможна также доработка системы, которая предполагает реализацию возможности конфигурирования. Благодаря этому можно будет исследовать не только конвейерные установки, но и иные модели с применением аппаратных средств. Использование технологии OLE for process control позволяет в дальнейшем дополнить систему, реализовав следующее:
• Системы управления другими параметрами конвейерной установки;
• Средства визуализации технологического процесса (мнемосхемы, тренды, таблицы);
• Сбор данных о событиях в базу;
• Расчет технико-экономических показателей исследуемого объекта;
1. Дмитриева В.В. Разработка и исследование системы автоматической стабилизации погонной нагрузки магистрального конвейера. — 2006.
2. Ткалич В.М., Ткалич С.А. Проектирование АСУ на базе компонентов Simatic, Ч. 1. Обзор компонентов.
3. Документация по SIMATIC, Siemens 2005.
4. Парк Дж., Маккей С. Сбор данных в системах контроля и управления. Практическое руководство. — 2007.
5. Белов М.П., Зементов О.И. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации. —
2006. iirera
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -----------------------------------------------------------
Бухаров Р.А. — студент, магистр кафедры автоматики и управления в технических системах, e-mail: roman.buharov@gmail.com, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
НОВИНКИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА»
Архипов Г.И
МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ ГОРНОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА.
ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ РАЗВИТИЯ
Год выпуска: 2011, страниц: 830 КВК 978-5-98672-267-2 (в пер.)
УДК 553.31
Это четвертая книга в серии «Горная книга — ДАЛЬНИЙ ВОСТОК». В ; книге представлены результаты исследования состояния минеральносырьевых ресурсов рудных полезных ископаемых (золото, серебро, железные и марганцевые руды, титан, медь, свинец, цинк, олово, вольфрам, молибден, никель, кобальт, хром, платина, ртуть, сурьма, уран, плавиковый шпат, бериллий, тантал, ниобий, цирконий, литий и другие редкие металлы) Дальневосточного региона. Основные характеристики месторождений региона и сведения об их освоенности. Сведения по российским и мировым ресурсам каждого из рассмотренных видов минерального сырья, его производстве в России, данные по его мировому рынку за период времени конец 1990-х — первое десятилетие 2000-х гг. Минерально-сырьевые ресурсы региона показаны в сравнительном плане на фоне внутренней и мировой конъюнктуры отдельных видов минерального сырья. Обобщена информация о территориально-административном распределении минерально-сырье-вых ресурсов по субъектам региона. Проанализированы данные о корпоративной организации недропользования и основных инвесторах в горнорудной промышленности на территории Дальневосточного региона. Представлены схемы размещения месторождений более 25 видов минерального сырья в регионе.
