Автоматизация экскаваторно-автомобильного комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автоматизированные системы управления технологическими процессами приобретают решающую роль в развитии промышленного производства. Объектами автоматизации на современных карьерах с горнотранспортным оборудованием непрерывного действия являются роторные экскаваторы, отвалообразователи, перегружатели, а также передвижные конвейерные установки. Это оборудование рассчитано главным образом на ручное управление. Автоматический контроль таких важных технологических параметров , как производительность, углы поворота роторной стрелы и консоли, высоты подъема ротора, отсутствуют. Несколько выше уровень автоматизации конвейерных установок, повсеместно распространены системы дистанционного запуска и остановки конвейерной линии, снабженные элементарными блокировками.

Вместе с тем поточная технология горных работ с применением горнотранспортных комплексов непрерывного действия допускает более полную автоматизацию на основе взаимосвязанного управления перемещением машин и их рабочих органов в сочетании с локальными системами автоматического управления. Все системы контроля и управления машинами комплекса непрерывного действия могут быть объединены в общую автоматизированную систему централизованного контроля и управления.

1. Автоматизированное управление экскаваторно-автомобильным комплексом

Работа экскаваторно-автомобильного комплекса характеризуется неразрывностью процессов добычи и транспортирования горной массы. Среди операций, образующих горнотранспортный процесс, транспортные операции занимают особое положение. Управление перемещением автосамосвалов основано на оптимизации распределения их между пунктами погрузки и разгрузки. Различают два типа распределения: по открытому циклу и по закрытому. При закрытом цикле автосамосвалы закрепляются за определенными экскаваторами, а при открытом - могу обслуживать любой из работающих на карьере экскаваторов. На большинстве карьеров используется закрытый цикл, при котором неизбежны простои экскаваторов. Наиболее прогрессивным является открытый цикл, переход к которому возможен лишь при достижении высокого уровня организации обмена информацией между диспетчерской службой и водителями автосамосвалов.

К основным задачам оптимального планирования и управления экскаваторно-автомобильным комплексом относятся: планирование объемов добываемой горной массы и распределение транспортных средств; учет и контроль за ходом выполнения горнотранспортных работ.

В настоящее время находят промышленное применение системы управления экскаваторно-автомобильным комплексом. Хотя опыт эксплуатации таких систем пока еще невелик, но анализ результатов внедрения показывает их высокую эффективность. Применение систем автоматизированного управления позволяет увеличить объем выемочно-транспортных работ до 15%.Затраты на создание автоматизированной системы управления окупаются в течение одного(реже двух) года. Ниже приводится описание отечественных и зарубежных автоматизированных систем управления экскаваторно-автомобильным комплексом, применяемых на карьерах или прошедших промышленное испытание.

Автоматизированная система управления «Карат» рассчитана на работу автотранспорта по закрытому циклу. Система обеспечивает: оперативную информацию о выработке каждого экскаватора и автосамосвала, карьера в целом и число рейсов по видам горной массы с начала смены нарастающим итогом; контроль правильности загрузки автосамосвалов; информацию о загрузке горной массы по каждому пункту разгрузки; информацию по радиоканалу о состоянии экскаваторов; возможность перераспределения автосамосвалов по экскаваторам при изменяющейся ситуации в разрезе; контроль выполнения сменного задания горнотранспортным комплексом в целом и по видам горной массы. Система рассчитана на одновременную работу 14 экскаваторов и до 135 автосамосвалов.

Система «Карьер-2» предназначена для управления автотранспортом по открытому циклу. Система осуществляет управление, контроль и учет работы горнотранспортного комплекса состоящего из 12 экскаваторов и 99 автосамосвалов двух типов. Она обеспечивает: автоматическую выработку маршрута следования автосамосвалов в соответствии с пропорцией, задаваемой с учетом плановых заданий по объему и содержанию полезного ископаемого, и индикацию адреса на КПП; фиксацию на бланке и на перфоленте массы и номера автосамосвала, маршрута его следования с привязкой к текущему времени смены, времени отключения электроэнергии и простоя обогатительной фабрики; обработку сменных данных о работе автосамосвалов, экскаваторов и выдача итоговых данных на смену.

Система «Комлекс-АТ» рассчитана на управление экскаваторно-автомобильным комплексом по открытому циклу при наличии 100 автосамосвалов в смену, 10 экскаваторов и 10 пунктов погрузки. В качестве критерия управления принят минимум простоев автотранспорта при условии выполнения сменного задания каждым экскаватором; при недостатке автотранспорта интенсивность подачи машин к экскаваторам снижается равномерно с учетом задания для каждого из них.

Система института Гипроуглеавтоматизации (ГУА) обеспечивает: измерение чистого веса горной массы, перевозимой автосамосвалами в каждом рейсе; опознавание средств погрузки (номера экскаватора) и средств транспортировки (номер автосамосвала) с целью оценки их индивидуальной производительности; передачу, накопление и обработку информации о работе добычного комплекса.

2. Электромашинные усилители

В автоматических устройствах возникает необходимость усиления электрической мощности, получаемой от различных маломощных измерительных элементов или преобразователей (температуры, давления, влажности, химического свойства среды и так далее). В частности, преобразователями скорости вращения являются тахогенераторы, рассмотренные в статье "Исполнительные двигатели и тахогенераторы". Используемые для указанной цели устройства называются усилителями.

В технике применяются различные виды усилителей электрической мощности: электронные (ламповые), полупроводниковые, магнитные и электромашинные. Последние представляют собой специальную разновидность электромашинных генераторов, которые приводятся во вращение приводными электрическими двигателями с n = const. Усиление мощности при этом происходит за счет мощности, получаемой от приводного двигателя. Электромашинные усилители (ЭМУ) применяются для автоматического управления работой электрических машин в различных производственных и транспортных установках.

Коэффициентом усиления усилителя k_у называется отношение выходной мощности P_вых к входной мощности P_вх:

kу = Pвых / Pвх, 1)

Мощность P_вх называется также мощностью управления или сигнала. Коэффициент усиления мощности электромашинного усилителя достигает значений k_у = 1000 - 10000.

Различают также коэффициенты усиления тока

ki = Iвых / Iвх , (2)

и напряжения

ku = Uвых / Uвх . (3)

Очевидно, коэффициент усиления мощности

kу = ki Ч ku . (4)

Обычно требуется, чтобы при изменении режима работы электромашинного усилителя k_у = const. Для этого машинные системы электромашинного усилителя выполняются ненасыщенными.

От электромашинного усилителя требуется также большое быстродействие работы, то есть быстрое изменение P_вых при изменении P_вх. Быстродействие определяется электромагнитными постоянными времени обмоток электромашинного усилителя: T = L / r .

Быстродействие электромашинного усилителя можно оценить некоторой эквивалентной постоянной времени T_э, учитывающей скорость протекания переходных процессов в электромашинном усилителе в целом. Обычно T_э = 0,05 - 0,3 с.

Во избежание замедляющего действия вихревых токов, индуктируемых при изменении потока Ф в магнитопроводе, последний изготовляется полностью из листовой электротехнической стали высокого качества. Влияние гистерезиса магнитной цепи сводится к минимуму выбором соответствующей марки стали, а также специальными дополнительными мерами.

Для оценки качества электромашинного усилителя вводится также понятие добротности kд, которая определяется как

kд = kу / Tэ . (5)

Желательно чтобы k_д было больше, что возможно при больших k_у и малых T_э. Однако увеличение k_уобычно приводит к увеличению T_э и наоборот. Например, при увеличении сечений магнитопровода электромашинного усилителя магнитный поток, выходное напряжение, выходная мощность и коэффициент усиления мощности увеличиваются. Однако одновременно увеличиваются также индуктивности и постоянные времени обмоток. Поэтому значения k_у и T_э приходится выбирать компромиссным образом.

Номинальная выходная мощность современных электромашинных усилителей достигает 100 кВт. Мощность управления колеблется от долей ватта до нескольких ватт. Первые электромашинные усилители построены в 1937 году.

Одноступенчатые электромашинные усилители с независимым возбуждением

В качестве простейшего электромашинного усилителя можно рассматривать обычный генераторпостоянного тока с независимым возбуждением с расслоенной магнитной цепью индуктора и якоря. При этом обмотка возбуждения является обмоткой управления, а цепь якоря - выходной цепью. Так как в таких генераторах P_в = (0,01 - 0,02) Ч P_н, то k_у = 50 - 100. Ввиду малого значения k_у такие усилители применяются редко. Впрочем, в качестве подобных электромашинных усилителей можно рассматривать обычные электромашинные возбудители крупных машин постоянного и переменного тока.

Двухмашинные электромашинные усилители

Рассмотренные выше простейшие электромашинные усилители имеют одну ступень усиления мощности - от обмотки возбуждения (управления) к обмотке якоря. Для увеличения k_у электромашинные усилители изготовляются с двумя или большим числом ступеней усиления. Общий коэффициент усиления k_у при этом равен произведению коэффициентов усиления отдельных ступеней. Например, в двухступенчатых усилителях

kу = kу1 Ч kу2 . (6)

Простейший двухступенчатый усилитель представляет собой каскадное соединение двух генераторов постоянного тока (рисунок 1). Обмотка возбуждения генератора 1 является обмоткой управления ОУ. Якорь генератора 1 питает обмотку возбуждения генератора 2, цепь якоря последнего (U₂, I₂) является выходной цепью, подключаемой к управляемому объекту.

Электромашинные усилители по схеме рисунка 1 изготовлялись западногерманской фирмой "Сименс-Шуккерт" под названием "рапидин". Обе машины располагались в общем корпусе. При этом достигалосьk_у = 10000.

Рисунок 1. Схема двухмашинного усилителя

Обычно все электромашинные усилители имеют несколько обмоток управления, которые размещаются рядом друг с другом на общем участке магнитной цепи (полюсах). При этом можно осуществлять управление в зависимости от нескольких величин (например, в зависимости от скорости вращения и тока якоря двигателя прокатного стана и тому подобного).

Двухступенчатые электромашинные усилители с поперечным полем

Такие электромашинные усилители являются самыми распространенными электромашинными усилителями и были разработаны фирмой "Дженерал электрик" в 1937 г. под названием "амплидин". Они изготовлялись обычно с неявновыраженными полюсами и с числом пар полюсов 2p = 2. В СССР такие электромашинные усилители выпускались серийно.

Рассматриваемый вид электромашинного усилителя является конструктивным развитием генератора поперечного поля (смотрите статью "Специальные типы генераторов и преобразователей постоянного тока") и по принципу действия аналогичен ему.

Обмотки управления ОУ (рисунок 2) создают первоначальный поток Ф_у по продольной оси. Этот поток индуктирует электродвижущую силу, которая вызывает ток I₁ = k₁ Ч Ф_у в короткозамкнутой цепи якоря (щетки 1 - 1). Ток I₁ протекая по обмотке якоря и поперечной подмагничивающей обмотке ПО, создает поток Ф₁ = k Ч I₁ поперечного поля. Поток Ф₁ индуктирует электродвижущую силу в выходной цепи (щетки 2 - 2), в результате чего в цепи нагрузки возникает ток I₂ = I_вых и на выходных зажимах - напряжение U₂ = U_вых.

автоматизированный экскаваторный автомобильный управление

Рисунок 2. Схема электромашинного усилителя с поперечным полем

Продольная размагничивающая намагничивающая сила тока I₂ практически полностью компенсируется обмоткой КО, чтобы снизить мощность управления и увеличить коэффициент усиления. Если действие КО является слишком сильным, то возникает опасность самовозбуждения электромашинного усилителя как генератора последовательного возбуждения, в результате чего нормальная работа электромашинного усилителя нарушается. Обычно КО выполняется с некоторым запасом (перекомпенсация), и регулирование (ослабление) ее действия производится с помощью шунтирующего сопротивления R_ш (рисунок 2).

Форма вырубок листов стали статора электромашинного усилителя и расположение обмоток статора показаны на рисунке 3. Компенсационную обмотку, с целью достижения компенсации реакции якоря не только по величине, но и по форме, выполняют распределенной. Обмотка якоря обычно имеет укорочение шага. Применение поперечной подмагничивающей обмотки ПО позволяет уменьшить ток I₁ и улучшить тем самым коммутацию под щетками 1 - 1 (смотрите рисунок 2). Поэтому добавочных полюсовв поперечной оси обычно не делают. Коммутация под щетками 2 - 2 улучшается с помощью добавочных полюсов (рисунок 3).

Рисунок 3. Форма вырубок листов стали статора электромашинного усилителя с поперечным полем и размещение обмоток статора

1 - обмотки управления; 2 - поперечная подмагничивающая обмотка; 3 - компенсационная обмотка; 4 - обмотка добавочных полюсов выходной цепи

Для уменьшения влияния гистерезиса вокруг спинки сердечника статора наматывают размагничивающую обмотку, питаемую переменным током. Поток этой обмотки замыкается в сердечнике статора по окружности и не проникает в якорь. Ширина петли гистерезиса при таком размагничивании сужается. На рисунке 3 эта обмотка не показана.

Двухступенчатые электромашинные усилители с поперечным полем обычно имеют мощность до P_н = 20 кВт и коэффициент усиления до k_у = 10000. Построены также многополюсные электромашинные усилители мощностью до P_н = 100 кВт с сильной поперечной подмагничивающей обмоткой и добавочными полюсами для улучшения коммутации щеток 1 - 1. Существуют также некоторые другие, менее распространенные типы электромашинных усилителей.

Заключение

Изучены автоматизированное управление экскаваторно-автомобильным комплексом и электромашинные усилители. Рассмотрены задачи автоматизированного управления экскаваторно-автомобильным комплексом, а также автоматизированные системы управления «Карат», «Карьер-2» , «Комплекс-АТ» и система института ГУА. Также рассмотрены одноступенчатые электромашинные усилители с независимым возбуждением, двухмашинные электромашинные усилители и двухступенчатые электромашинные усилители с поперечным полем.

Список литературы

1. Нурлыбаев, М.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами на карьерах: учебник/М.А.Нурлыбаев. М.: Недра, 1985.

2. Материалы с сайта http://www.electromechanics.ru

Размещено на Allbest.ru