CC BY
3Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» № 11 (80) Том 2. НОЯБРЬ 2024 г. УДК 62
Мажит А.К.
магистрант 2 курса
Карагандинский технический университет им. Абылкаса Сагинова
(г. Караганда, Казахстан)
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫМИ КОНВЕЙЕРАМИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ
Аннотация: в данной статье рассмотрена модернизация системы управления ленточных конвейеров с целью повышения эффективности использования и повышения контроля производительности конвейеров на Карагайлинской обогатительной фабрике.
Для проведения исследования разработаны структурные схемы автоматизированного управления, их подключение и согласованность между устройствами дистанционного мониторинга, позволяющие получать данные с датчиков, тем самым, позволяя, более точно и надежно измерять температуру электродвигателя.
Ключевые слова: автоуправление, шкаф управления, конвейер, электродвигатель, переменный ток, датчик, частота вращения.
В настоящее время в промышленности ленточные конвейеры остаются более распространенными транспортирующими машинами для непрерывного действия во всех отраслях. Из числа конвейерных установок, более 90% являются ленточные конвейеры.
В современных ленточных конвейерах применяют 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.
Автоматизация конвейерных линий включает централизацию управления процессами запуска и остановки конвейеров, а также автоматическую защиту в случае чрезвычайной ситуации.
Актуальностью данной статьи является экспериментальное исследование модернизированной системы управления конвейерных линий на замену устаревшего метода запуска ленточных конвейеров на Карагайлинской обогатительной фабрике.
Практическими исследованиями в данной области занимались отечественные ученые, такие как Семёнов А. С., Кугушева Н. Н., Хубиева В. М. [1, с. 1067], которые уделяли особое внимание прямому пуску двигателя и показания тока в статоре и роторе. В своих работах ученые рассматривают асинхронные двигатели, моделируют их показания, показывают в графике и таблицах. Представляют обобщенную схему построения системы при прямом пуске. Был показан график момента, который при использовании в системе управления преобразователя частоты позволило сократить рабочий момент двигателя на 18 % с 1950 Н*м до 1600 Н*м. Это позволит прилагать меньше усилий электроприводу для вращения механизма и соответственно потреблять меньше электроэнергии из сети. Система является устойчивой, значение колебательности отсутствует.
Российскими учеными как N.V. Tikhonov, M.A. Malyutin [2, с. 475] разрабатывались и проводились исследования сравнительного анализа между различными ленточными конвейерами. Эксперименты проводились с целью выяснения изношенности лент, используя различные электродвигатели. Результаты показали, что датчики сход лент помогли использовать максимальную производительность ленточных конвейеров. Также срок службы лент вырос многократно.
Объектом исследования является ленточная конвейерная линия для выдачи руды, которая находится в Казахстане, на Карагайлинской обогатительной фабрике. Она состоит из конвейера №7 длиной 170м и магистрального конвейера №15 длиной 1000м. Напряжение питания 3-х фазное
0,4 кВ, сеть с изолированной нейтралью. В качестве приводов конвейеров используются трехфазные асинхронные двигатели переменного тока. На магистральный конвейер №15 установлен асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 315 кВт, мощность электродвигателя конвейера №7 равна 75кВт.
Рис. 1. Технологическая схема конвейерных линии №15, №7.
При объединении конвейеров на конвейерные линии система автоматизированного управления должна обеспечивать централизованный запуск конвейеров.
Автоматизированная система управления конвейерными линиями должна управлять разветвленными и неразветвленными конвейерными линиями, одиночными конвейерами, входящими и не входящими в состав конвейерной линии как в подземных выработках, так и на поверхности [3, с. 155].
Система автоматического управления конвейера предназначена для управления конвейерами №215 и №7 на Карагайлинской обогатительной фабрике. Автоматизация производится по двум основным схемам, во- первых, местное управление, при котором пуск, стоп и аварийная остановка конвейера осуществляется с локального пульта управления и, во- вторых, дистанционное управление, при котором пуск, стоп и аварийная остановка конвейера
осуществляется с пульта ручного управления, который располагается дистанционно от шкафа управления.
Частотный преобразователь предназначен для электрической защиты двигателей, плавного пуска приводов и управления скоростью. В данных частотных преобразователях с завода изготовителя установлены дросселя и фильтры высокочастотных помех. Частотный преобразователь подключается к трехфазной сети переменного тока, после чего электричество преобразуется в постоянный ток, а затем снова в переменный ток с необходимыми характеристиками. Изменяя характеристики тока можно управлять приводным двигателем. Кроме контроля работы двигателя частотный преобразователь частоты следит за электрическими характеристиками двигателя, при достижении критических значении частотный преобразователь остановит работу двигателя и выдаст соответствующее сообщение об ошибке.
Altivar Process - это новая линейка частотных преобразователей от Schneider Electric, предоставляющая высококачественное векторное управление двигателями практически во всех областях промышленности.
При выборе частотно-регулируемого электропривода для конвейеров следует учитывать ряд особенностей, которые наиболее характерны для данного типа объектов автоматизации. Диапазон скорости электроприводов ленточных конвейеров обычно ограничен. На сегодняшний день диапазон регулирования для асинхронных электроприводов, работающих по этому методу, обычно составляет 1:40, что является достаточным для конвейеров. Кроме того, вольт/частотное управление обеспечивает постоянство критического момента, важного для данного типа нагрузки.
С
Рис. 2. Внешний вид преобразователя частоты ATV930C31N4F. Таблица 1. Основные технические характеристики преобразователя
частоты ATV930C31N4F.
Код заказа: ATV930C31N4F
Краткое описание: Преобразователь частоты ATV930 315/250кВт 380В 3ф шкафной
Область применения: промышленное использование
Кол-во адресов: 1-247 для Modbus последовательн.
Количество дискретных входов: 10
Количество дискретных выходов: 2
Питание: внешний источник питания для дискретных входов: 24 В пост. ток (19-30 В),
Число фаз сети: 3 фазы
Мощность двигателя, квт: 315 кВт (нормальная нагрузка) 250 кВт (тяжелые условия)
Протокол порта обмена данными: Modbus TCP Modbus последовательн. Ethernet/IP
1211
Система автоматического управления конвейерной линии основан на промышленном логическом контроллере (ПЛК) серии Modicon M241 (производитель Schneider Electric). ПЛК выполняет функций сбора, обработки данных и управляет конвейером.
Для контроль технологических параметров конвейерной линий в ПЛК поступают данные от:
- температурных датчиков, расположенных на двигателе и редукторе,
- датчиков скорости, расположенных на ведущем и ведомом вале,
- датчики заштыбовки, расположенных на пересыпных бункерах,
- датчика натяжения лент, расположенного на натяжной станции,
- концевых тросовых выключателей, расположенных вдоль конвейера.
Датчики скорости, натяжения и температуры имеют аналоговые сигналы
с диапазоном в 4-20 мА. Датчики заштыбовки, продольного пареза ленты концевых тросовых выключателей и концевые схода ленты имеют аналоговый сигнал замкнутой или разомкнутой цепи.
Также в ПЛК разработана SCADA система, обеспечивающая контроль работы конвейера на удалённом автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора, давая возможность дистанционно получать все данные и управлять конвейером. Управление через АРМ оператора невозможно при включенном ремонтном режиме и ручном управлении, так же включить или отключить режимы управления невозможно.
Таблица 2. Основные технические характеристики логического контроллера МоШеоп М241-24.
Серия МоШеоп М241
Номинальное напряжение 24 V БС
сети
Количество дискретных входов 14 дискретный вход 8 быстродействующий вход
Тип дискретного выхода Транзисторный
Количество дискретных выходов 10 транзисторный 4 быстродействующий выход
Напряжение дискретного 24 В пост. ток для транзисторный выход
выхода
Ток дискретного выхода 0.5 А для транзисторный выход
Кол-во дискретных входов/выходов 24
Потребляемая мощность, Вт 32,6.. .40,4 Вт (с модулем максимального количества вх/вых.)
Напряжение дискретного 24 V
входа
М241
\ "ЕЛ
-ЕЖ Т,0Ч15|Щ«»
Нп
д • 9
К) 91 91 01 •
а Л »10 Щ I« **
• ■ У .> ам 0«
Рис. 3. Внешний вид программируемого логического контроллера МоШеоп М241-24.
Датчики натяжения передают аналоговые сигналы с диапазоном от 4 до 20 мА. Датчики продольного пареза ленты, концевые тросовые выключатели, концевые сходы ленты и скорости генерируют аналоговый сигнал в зависимости от состояния цепи (замкнутой или разомкнутой). Температурные датчики основаны на принципе термосопротивления.
Датчики скорости регистрируют скорость движения концевого барабана. Если скорость не соответствует установленной (происходит пробуксовка), происходит замыкание сухого контакта. После замыкания контакта ПЛК получает сигнал о пробуксовке и замедляет ведущий барабан до 20% от номинальной скорости в попытке устранить пробуксовку. После устранения пробуксовки конвейер возвращается на номинальную скорость. В случае, если пробуксовка не устраняется, ПЛК отключает конвейер и сообщает об ошибке "Пробуксовка".
Частью обмотки L2 является обмотка L4 ферритового термодатчика ВК. При нормальной температуре обечайки барабана с обмотки L2 через воздушный зазор в неподвижную обмотку L3 трансформируется в ЭДС, которая поступает на приемник сигнала Ш. В этом случае по катушке реле К проходит ток, контакты реле К замкнуты. Горит лампа Н и замкнута цепь включения пускателя. При нагреве барабана до температуры 65±10°С резко снижается магнитная проницаемость ферритового датчика и соответственно уменьшаются сигнал катушки L2 и наводимая ЭДС в обмотке L3. Реле К отключается. Лампа Н гаснет, и разрывается цепь управления магнитного пускателя конвейера. Конвейер останавливается [4].
Таким образом, показано, что система управления с прямым пуском считается морально устаревшей и физически изношенной, которая не обеспечивает большую точность регулировочных операций, не позволяет контролировать состояние отдельных узлов в цепях промышленной электрической сети и не дает возможность вести постоянный учет количества времени, наработанного двигателями для последующей оценки их
результативности. Отсутствие электронных узлов вызывает сложности в диагностике неисправностей работы двигателя в дистанционном режиме.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в статье, подтверждается наглядным рассмотрением недостатков устаревшей системы с прямым пуском электродвигателя и определением характеристик зависимости крутящего момента и угловой скорости электродвигателя от времени запуска. К причинам погрешности измерения относятся: ограничение точности измерительного прибора, разные характеристики окружающей среды, вес руды, производительность электродвигателя, длина ленты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы частотно-регулируемого электропривода вентиляторной установки главного проветривания применительно к подземному руднику по добыче алмазосодержащих // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 8 (5). - С. 1066-1070;
2. Tikhonov N. V., Malyutin M. A. Experimental investigation of slippage and wear in conveyer belts by Soviet Mining volume 7. - 1971.- 473-477 р;
3. Дмитриева В.В., Авхадиев И.Ф., Сизин П.Е. Использование современных программно-технических комплексов для автоматизации конвейерных линий // Горный информационно-аналитический бюллетень. М., - 2021. (2)- С. 150-163;
4. Дъяков А.В., Шахмейстер Л.Г. и др. Ленточные конвейеры в горной промышленности. Под редакцией А.О. Спиваковского. - М.: Недра, 2014
Mazhit A.K.
Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov (Karaganda, Kazakhstan)
DEVELOPMENT OF AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR BELT CONVEYORS IN INDUSTRIAL FACILITIES
Abstract: this article discusses the modernization of the belt conveyor control system in order to increase the efficiency of use and increase the control of conveyor performance at the Karagailinsky processing plant.
To carry out the research, block diagrams of automated control, their connection and consistency between remote monitoring devices have been developed, allowing to receive data from sensors, thereby allowing more accurate and reliable measurement of the temperature of the electric motor.
Keywords: auto control, control cabinet, conveyor, electric motor, alternating current, sensor, rotation speed.
