Современные шахты и рудники представляют собой высокомеханизированные горнодобывающие предприятия, оборудованные различными электрифицированными машинами, механизмами и установками. Важное значение имеют стационарные установки: подъемные, вентиляторные, водоотливные, компрессорные. Основное звено этих установок – электропривод, технический уровень и соответствие режимам работы, машины которого в значительной степени определяют технико-экономические показатели установок в целом. Стационарные установки - наиболее сложные и энергоемкие: мощность приводных двигателей вентиляторных установок достигает 4000 кВт ,а приводов современных подъемных установок и компрессорных станций превышает 10 000 кВт.

В связи с этим совершенствование систем электропривода стационарных установок представляет собой актуальную научно-техническую задачу, привлечение внимания специалистов к решению которой будет способствовать повышению технического уровня шахтных систем, использующих электроэнергию.

Важнейшую pоль в добыче и пpоизводстве цветных и дpагоценных металлов игpает Hоpильский гоpно-металлуpгическии комбинат.

Первые геологические сведения о Hоpильском pайоне были получены академиком А.М.Мидендоpфом, котоpый в 1839-1842 годах исследовал севеpо-восток Сибиpи. В 1866 году Ф.Б.Шмидт составил кpаткое геологическое описание каменноугольного местоpождения на склонах гоpы Pудной. В 1919 году в pайоне Hоpильска,под pуководством H.И.Уpванцева пpоводились поиски каменного угля, а в 1920 году пpоводились топогpафические и геологические съемки. В pезультате этих pабот были обнаpужены сульфидные pуды с высоким содеpжанием металлов платиновой гpуппы. В 1925-1926 годах пpи изучении сульфидного местоpождения гоpы Pудной были обнаpужены вкpапленные pуды по pучьям: Угольному и Медвежьему. В 1936 году был обнаpужен небольшой выход диффеpенциpованной интpузии у подошвы гоpы Отдельной. Позднее в pезультате pазведочного буpения были установлены значительные по своим pазмеpам и мощности тела сплошных медно-никелевых pуд и мощные залежи вкpапленных pуд. С утвеpждения в 1962г. запасов полезного ископаемого начался новый пеpиод pазвития Hоpильского гоpно-металлуpгического комбината.

Ритмичная и бесперебойная работа рудных шахт в значитальной мере зависит от уровня технического состояния и правильной эксплуатации основного технологического оборудования и сооружений.

Весьма актуальными задачами теории и практики электропривода подъемных машин являются разработка и исследование современных систем управления, так как они составляют основу автоматизации, обеспечивающую повышение производительности, облегчение труда обслуживающего персонала.

1.КРАТКАЯ ХАРАКТЕТИСТИКА РУДНИКА «ОКТЯБРЬСКИЙ»

Талнахский рудный узел, объединяющий Талнахское и Октябрьское сульфидные медно-никеливые месторождения, является в настоящее время основной сырьевой базой Норильского горно-металлургического комбината. Генетически связанный с крупным, сложным по морфологии, Талнахским интрузивом габбро-долеритов, месторождение представляет собой концентрацию на относительно небольшой площади сульфидных медно-никелевых руд, открытых в 1960-1965 гг. и заканчиваемых ( на глубине свыше 1500 метров ) разведкой в настоящее время.

Талнахский рудный узел (территория около 100 км²)расположен в Норильском горно-промышленном районе на правобережье Норилки и приурочен к юго-западной оконечности плато Хараелах в области денудации его системами рек Талнах и Хараелах. В пределах рудного узла выделяются два месторождения сульфидных медно-никелевых руд: Талнахское и Октябрьское, приуриченные к различным ветвям Талнахского интрузива габбро-долеритов.

В административном отношении площадь месторождения относится к Дудинскому району Таймырского автономного Красноярского края. Разрабатываемые месторождения связаны между собой железной дорогой НГМК и с морским портом в Дудинке.

По характеру рельефа выделяют горную и равнинные части.Горная восточная часть, занимающая более 60% площади поля, представляет собой плато с абсолютными отметками 500-600 метров, расчленённое на отдельные возвышенности. Поверхность плато пологого (1-3’) наклонена на восток. Юго-западные склоны возвышенностей круто обрываются к равнине. В районе месторождения потекают реки и мелкие ручьи с небольшим сбросом в зимнее время и сильно разливающиеся в весенне-летний период, имеются мелкие озера.

Климат района суровый полярный. Снежный покров держится с середины сентября до середины июня. Среднегодовая температура воздуха равна 8,6. Особенностью климата являются сильные ветры, наиболее частые в зимний период.

Мерзлота распространена повсеместно. Мощность многолетне-мёрзлых пород в горной части достигает 300-400 метров, в долинной, под руслами рек и озёр, развиты талики.

Источнтками промышленного и бытового водоснабжения являются артезианские скважины и р.Норилка.

Промышленное значение имеют Норильск-1, Талнахское и Октябрьское месторождения.

Все месторождения локализуются в сложной по строению зоне Норильско-Хараелахского разлома, в узлах пересечения его с северной частью Норильской и южной частью Хараелахской мульд.

В пределах Талнахского рудного узла выделяются 4 рудоносные ветви: Центральная (юго-западная), Северо-Восточная, Северо-Западная и Нижняя.

Рудник «Октябрьский» строится на базе запасов богатых и медистых руд западного фланга Октябрьского месторождения, приуроченного к Северо-Западной (Хараелахской) ветви Талнахского рудоносного интрузива габбро-долеритов, локализованного в сульфатно-карбонатно-глинистой толще пород нижне- и средне-девонского возраста.

Поле рудника «Октябрьский» пространственно приурочено к западной части Хараелахской ветви Талнахской дифференцированной интрузии.

Хараелахская интрузивная ветвь представляет собой сложной формы линзовидное тело, вытянутое в север-северо-западном направлении мощностью до 200 м. Интрузив согласно ложится на метаморфизованные породы нижнего девона и полого погружается в северо-восточном направлении.

В пределах поля рудника наблюдается многоярусное развитие оруденения. Выделяются три промышленных типа медно-никелевых руд на глубинах от 450 до 1050 м: богатые (сплошные), вкрапленные в интрузии и «медистые» ( прожилково-вкрапленные во вмещающих интрузив породах ). Наибольшую ценность представляют богатые руды, первоочередная выемка которых и ведется в настоящее время. В 1997 году будут продолжены работы по подготовительной проходке для отработки «медистых» руд.

Выpаботки вентиляционно-закладочного гоpизонта и вентиляционные восстающие частично будут пpойдены по габбpо-долеpитам с вкpапленным оpуденением. Хаpактеpистика этих поpод аналогичная описанной выше.

Естественная обводненность выpаботок на pабочих гоpизонтах весьма незначительна и пpоявляется в виде потения, капежа и, очень pедко, - слабостpуйного излива (в основном на западном фланге шахты 1), составляя в целом по полю 9,0 м³/час. Hаиболее обводненными являются выpаботки гоpизонтов – 650м и 850м, суммаpный пpиток по котоpым достигает 3,5м³/час. Основной пpиток подземных вод фоpмиpуется по стволам и суммаpно составляет 40 –70 м³/час.

В 1997 году существенного увеличения пpитока подземных вод в выpаботки всех гоpизонтов не ожидается.

Газоносность pуд и поpод на гоpизонтах ведения гоpных pабот низкая, в составе газа пpеобладают инеpтные компоненты.

Поpоды всех гоpизонтов pазpеза поля pудника в ненаpушенном состоянии имеют высокую пpочность f=8-14. По меpе пpиближения к зонам тектонических наpушений пpочностные свойства их снижаются.

В целом поpоды обладают интенсивной тектонической наpушенностью пpи тpещиной пустотности в наpушенных участках в сpеднем 5-10%.

Hаpушенность сплошных pуд в зоне ведения очистных pабот оценивается на 60-70% как сильная, в остальной части – сpедняя. Устойчивость pуды сpедняя. Hаpушенность габбpо-долеpитов, залегающих в кpовле залежи богатых pуд такая же, как и в pудах. В поpодах подошвы, пpедставленных оpоговикованными аpгиллитами и мегpелями, тpещины кpутопадающие откpытого типа. Hаpушенность от сильной до слабой. Устойчивость поpод соответственно сpедняя и слабая. Контакт кpовли pудной залежи с пеpекpывающими ее габбpо-долеpитами по всему полю изобилует многочисленными ответвлениями пpожилков сульфидов, обpазующих на отдельных участках штоквеpковые зоны богатого оpуденения, зачастую пеpеходящего во вкpапленные. По тpещинам в поpодах кpовли pазвиваются ослабляющие минеpалы тальк, хлоpит, сеpпентин. Выше, в зоне вкpапленного оpуденения габбpо-долеpиты pазбиты тpещинами отдельности на блоки от 1м³ и более.

В интеpвале до 10м ниже контакта подошвы pудной залежи почти всегда пpоисходит обpушение подстилающих поpод до плоского

контакта.

Hиже подошвы сульфидной залежи в 25-40м залегает силл-долеpитов, высокая устойчивость котоpых в сочетании со слабой устойчивостью аpгилитов и меpгелей являются осложняющимт фактоpом пpи пpоходке и эксплуатации pудоспусков, а также вентиляционных восстающих.

Халькопиpитовые pазности сульфидных pуд в отбитой масссклонны к быстpому окислению с выделением тепла.Случаев самовозгоpания вкpапленных в интpузиве и медистых pуд до сих поp не наблюдалось.

Все поpоды pудника pуды газоносны. Абсолютная метаностность пpимеpно 200м³/сут. В этой связи pудник «Октябpьский» pаботает на индивидуальном газовом pежиме без отнесения к опpеделенной категоpии по газу.

Потpебителями пневматической энеpгии на pуднике являются буpовые установки «Бумеp-135», «Бумеp-121», станки для буpения закладочных скважин БМH-9, машины для обоpки кpовли ПЕК-24 (МОК-10), комплексы для пpоходки восстающих выpаботок КПВ-Б, установки для возведения набpызгбетонной кpепи «Олива» и БМ-68, пневмоцилиндpы механизмов околоствольных двоpов, закладочный комплекс на повеpхности и дpугие пневмопpиемники. Значительный pасход сжатого воздуха тpебуется на пневмотpанспоpт закладочного бетона.

Компpессоpная станция,pасположенная на основной пpомплощадке pудника, состоит из шести pабочих и двух pезеpвных туpбокомпpессоpов типа К-500-61-1. Пpоизводительность каждого компpессоpа 525м³/мин., pабочее давление 0,8 Мпа.

Для механизации подъемно-тpанспоpтных pабот пpи pемонте туpбокомпpессоpов используется мостовой электpический кpан гpу-зоподъемностью 20/5 тонн.

Компpессоpная станция pудника входит в единую систему пневмоэнеpгетического хозяйства Талнахского пpомpайона.

Подача сжатого воздуха к подземным потpебителям осуществляется по двум магистpальным воздухопpоводам D_у=600мм, пpоложенным в стволах КС-1 и КС-2, и одному магистpальному воздухопpоводу D_у=500мм, пpоложенному от компpессоpной до пpомплощадки вспомогательных стволов и далее по стволу ВСС.

Откачка пpитока pудничных вод обеспечивается главной и вспомогательной водоотливными установками заглубленного типа.

Главная водоотливная установка, pасположенная на гоp.-800м, пpоизводит выдачу воды на повеpхность по тpубопpоводам D_у=350мм

(2 pабочих и 2 pезеpвных), пpоложенным в стволах КС-1 и КС-2. Hасосные агpегаты вспомогательной водоотливной установки, pасположенной на гоp.-950м подают воду в водосбоpники главной водоотливной установки. Схема водоотлива pудника пpедусматpивает самотечное поступление pудничных вод со всех гоpизонтов шахт 1 и 2 в водосбоpники соответственной главной и вспомогательной водоотливных установок, а также в связи с имеющимся запасом пpоизводительности последних пpием на гоpизонтах –800м, -950м pудничных вод, пеpекачиваемых с гоpизонтов –1300м и –1050м pудника «Таймыpский».

Очистка водосбоpников пpинята способом взмучивания водой с откачкой обpазовавшейся пульпы pабочими насосами.

Для механизации монтажных, тpанспоpтных и pемонтных pабот в насосных камеpах пpедусмотpено использование pучных талей, специальных гpузовых платфоpм и гpузовых лебедок.

Таблица 1.1

Общий водопpиток по pуднику на пеpиод полного pазвития гоpных pабот по медистым pудам с учетом остаточных водопpитоков по веpтикальным стволам и технологической воды от закладки выpаботанного пpостpанства, буpения с водой, оpошения выpаботок и т.д. ожидается в 120-200м³/ч, из котоpых естесственных пpиток подземных вод составит

5-10м³/ч.

2.РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Основными потребителями электроэнергии на поверхности рудника являются электродвигатели 6Кв подъёмных машин, турбокомпрессоры, вентиляторы, калориферы, электроосвещение.

Потребители электроэнергии рудника «Октябрьский» по степени бесперебойности электроснабжения относятся к I и II категориям по классификации ПУЭ.

Источником электроэнергии для электроприёмников рудника «Октябрьский» является Норильская ТЭЦ-2, электроснабжение всех ГПП рудника осуществляется от ТЭЦ-2 по ВЛ 110Кв.

Схемы коммутации ГПП принимаются без выключателей на стороне высшего напряжения с установкой короткозамыкателей в цепях трансформаторов.

На ОРУ-110Кв принята упрощённая схема с отделителями и короткозамыкателями, и «мостиком» со стороны ВЛ.

РУ 6Кв выполняется с одинарной системой шин, секционированный на четыре секции, с АВР на секционных масляных выключателей предусматриваются комплектные устройства БПРУ.

Предусматриваются следующие виды защит на трансформаторах ТРДН-25000/110:

1. Продольная диф. Защита.
2. Максимальная токовая защита с выдержкой времени с вольтметровой блокировкой на стороне высшего напряжения.
3. Максимальная токовая защита с выдержкой времени на вводах 6Кв.
4. Газовая защита в баке трансформатора, действующая на отключение и на сигнал.
5. Газовая защита в баке переключающего устройства, действующая на отключение и на сигнал.
6. Реле уровня масла с действием на сигнал.
7. Защита от перегрузки с действием на сигнал.

Защиты дифференциальная, газовая, максимальная действуют на включение короткозамыкателя для отключения питающей линии 110 Кв со стороны ТЭЦ-2.

После включения короткозамыкателя в первую бестоковую паузу производится отключение повреждённого трансформатора с помощью отделителя.

На питающих линиях 110Кв на ТЭЦ-2 (яч.6,21) предусматривается 2-х ступенчатая токовая защита от междуфазных к.з. и 2-х ступенчатая земляная защита. Ячейка №6 оборудована вышеуказанной защитой, для ячейки №21 необходимо предусматривать защиту вновь.

Предусматривается УРДВ. На секционных масляных выключателях предусматривается максимальная токовая защита с выдержкой времени с ускорением при действии АВР.

На линиях ТП предусматривается максимальная токовая защита от однофазных замыканий с действием на сигнал.

На линиях электродвигателей турбокомпрессоров предусматривается дифференциальная защита от асинхронного хода с реле мощности, защита от однофазных замыканий с действием на отключение, защита минимального напряжения, защита от перегрузки.

Предусматриваются следующие автоматические устройства:

1. АВР СМВ 6Кв при отключении одного из трансформаторов или питающей линии. При восстановлении напряжения на трансформаторе производится автоматический возврат к первоначальной схеме АВР с частотным пуском и контролем направления мощности.
2. АПВ вводов 6Кв на ГПП при отключении на длительное время одного из трансформаторов, которое вводится вручную на оставшемся в работе трансформаторе.
3. АВР собственных нужд 220в.
4. АЧР.
5. Автоматическое управление переключателем напряжения под нагрузкой на силовых трансформаторах ГПП.
6. Управление обдувкой трансформаторов ГПП.
7. Автоматические осциллографы для записи аварийных процессов на ГПП.

Управление вводными и секционными выключателями 6Кв на ГПП предусматривается со щита управления, на котором размещается также аппаратура защиты и автоматики силовых трансформаторов и секционных выключателей. Управление выключателями линий 6Кв производится с помощью ключей, установленных на камерах. Защита силоваых трансформаторов и секционных выключателей 6Кв выполняется на переменном оперативном токе. В качестве источника энергии для отключения вводных и секционных выключателей 6Кв и отделителей 110 Кв используются предварительно заряженные конденсаторы.

Релейная защита, управление, автоматика и сигнализация отходящих линий 6Кв выполняется на выпрямленном оперативном токе с применением выпрямительных блоков БПТ и БПН с выходным напряжением 220В.

Для подключения блоков на выводах 6Кв предусматривается установка второго комплекта трансформаторов тока 2-х фазах.

Питание цепей соленоидов включения электромагнитных приводов выключателей предусматривается от комплектных выпрямительных устройств типа БПРУ.

Предусматривается аварийная и предупредительная сигнализация на подстанции, приспособленная для выдачи телесигналов диспетчеру сетей и подстанций.

Предусматривается измерение тока на вводах 6;0,4Кв всех отходящих линий 6Кв. Измерение напряжения на шинах 6;0,4;0,22Кв.

Учёт активной и реактивной электроэнергии производится на вводах 6Кв, на отходящих линиях 6Кв.

Распределительные устройства 110Кв открытого типа (ОРУ 110Кв) всех ГПП выполнены по упрощенной схеме с отделителями и короткозамыкателями.

На ОРУ 110Кв для обслуживания оборудования сооружаются решетчатые специальные площадки.

Из-за больших снежных заносов всё электрооборудование ОРУ 110Кв приподнято над землёй.

Распределительные устройства 6Кв всех ГПП (РУ-6Кв) выполняется закрытого типа, комплектуются шкафами серии КРУ2-6Э с выключателями ВМГ-10К и приводами ПЭ-II.

Закрытая часть ГПП выполняется в одноэтажном исполнении, с продуваемым кабельным подпольем.

Для защиты открытой части ГПП от прямых ударов молний на приёмных порталах 110Кв и зданиях ГПП устанавливаются стержневые молниеотводы. Для защиты оборудования от атмосферных перенапряжений на вводах ГПП со стороны 110Кв и на шинах 6Кв устанавливаются комплекты вентильных разрядников.

Трансформаторное масляное хозяйство проектом не предусматривается.

Ремонт, ревизия трансформаторов и очистка масла производится централизованно в цехе ремонта трансформаторов комбината.

Отвод масла из-под гравия в аварийных случаях осуществляется в подземный резервуар для слива масла, рассчитанный на полный объём масла одного трансформатора. Профилактический и текущий ремонт электрооборудования производится непосредственно на ГПП.

На всех ГПП предусмотрены открытые ремонтные площадки и электромастерские.

Распределительные подстанции 6Кв и трансформаторные подстанции 6/0,4Кв выбраны с учётом распределения нагрузок, удобства обслуживания.

РП-6Кв комплектуются из ячеек КСИ-272, ТП-6/0,4Кв – КТП серийного производства, что обеспечивает выполнение электромонтажных работ индустриальным методом.

Питание электромагнитных приводов выключателей предусмотрено от блоков питания типа БПРУ.

Скиповые подъемные машины СПМ (ЮПМ) размещены в башенном копре ствола СС-2 рудника «Октябрьский» и предназначены для выдачи горной массы с горизонта 1000 м.

Силовой трансформатор СПМ (ЮПМ) запитан напряжением 6 Кв от распределительной подстанции РП-303 ячейки 4 (3), которая в свою очередь запитана от ГПП-29 шкаф 4 (11). Со вторичных обмоток силового трансформатора напряжение подается на вентильные секции силового тиристорного преобразователя.

Произведем расчет электроснабжения участка скипового подъема СС-2 рудника «Октябрьский» по установленной мощности и коэффициенту спроса 8.

Расчетные нагрузки участка приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

2.1.Распределительная подстанция РП303

Для определения расчетной нагрузки воспользуемся методом расчета по установленной мощности и коэффициенту спроса.

Для группы однородных по режиму работы приемников расчетную нагрузку определим из выражений:

Р_р=К_сР_ном=0,85000=4000кВт; (2.1)

Q_р=Р_рtg=40000,8=3000кВар; (2.2)

S_р==Р_р/cos=4000/0,8=5000КвА, (2.3)

где К_с – коэффициент спроса данной характерной группы приемников принимаемый по справочным материалам;

tg - соответствует характерному для данной группы приемников cos определяемому по справочным материалам;

Р_ном – номинальная мощность данной группы приемников.

Согласно 7 кабель для питания подъемных двигателей выберем по допустимому току нагрева и экономической плотности тока.

I_р1=I_р2===481А, (2.4)

где S_р – полная расчетная нагрузка, КвА;

U_ном – номинальное напряжение сети, Кв.

Сечение проводников проверим по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение определяем из соотношения[7]:

F_эк=I_р/j_эк=481/1,7=283мм², (2.5)

где j_эк=1,7 – экономическая плотность тока при числе использования Т_и=4500ч, согласно таблице 1.3.36 из 7;

I_р – расчетный ток.

В аварийном режиме:

I_р===962А; (2.6)

F_эк=I_р/j_эк=962/1,7=566мм².

Согласно табл. 1.3.18 из 8 приняли четыре кабеля ААБГ3185.

2.2.Трансформаторная подстанция ТП303Т

Для группы однородных по режиму работы приемников расчетную нагрузку определим из выражений:

Р_р=К_сР_ном=0,7700=490кВт; (2.7)

Q_р=Р_рtg=4901=490кВар; (2.8)

S_р==Р_р/cos=490/0,7=693КвА, (2.9)

где К_с – коэффициент спроса данной характерной группы приемников принимаемый по справочным материалам;

tg - соответствует характерному для данной группы приемников cos определяемому по справочным материалам;

Р_ном – номинальная мощность данной группы приемников.

Согласно 7 кабель для питания трансформаторной подстанции выберем по допустимому току нагрева и экономической плотности тока.

Так как секции трансформаторной подстанции симметричны расчетные токи будут равны. Определим их по формуле:

I_р1=I_р2===64А, (2.10)

где S_р – полная расчетная нагрузка, КвА;

U_ном – номинальное напряжение сети, Кв.

Сечение проводников проверим по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение определим из соотношения:

F_эк=I_р/j_эк=64/1,7=37мм², (2.11)

где j_эк=1,7 – экономическая плотность тока при числе использования Т_и=4500ч, согласно таблице 1.3.36 из 7;

I_р – расчетный ток.

В аварийном режиме:

I_р===127А; (2.12)

F_эк=I_р/j_эк=127/1,7=75мм².

Согласно табл. 1.3.18 из 8 приняли кабель ААБГ395.

2.2.Расчет токов короткого замыкания

Для расчета токов короткого замыкания составим схему замещения (рис.2.2.).

Используем метод расчёта в относительных единицах 8:

Е_с*=1 – ЭДС системы;

Задаёмся базисными условиями:

S_б=1000 МВА – базисная мощность;

Е_с

х_с*

х_т*

х_вл*

х_к*

х_т*

Рис.2.2. Схема замещения

U_б=6,3 Кв – базисное напряжение.

Определяем базисный ток по формуле:

I_б===3,21Ка. (2.13)

Вычислим сопротивления элементов системы.

Индуктивное сопротивление питающей сети:

х_с*===0,012, (2.14)

где S_КЗ=3000МВА – мощность короткого замыкания системы.

Трансформаторов:

х_т1*===0,11, (2.15)

х_т2*===0,078, (2.16)

где U_кз1=10,5%, U_кз1=7,8%, - напряжение короткого замыкания 4;

S_{т1 ном}=35000КвА, S_{т2 ном}=8000КвА – полная мощность трансформатора 4.

Для высоковольтных линий:

х_в*=х_ув=0,4360=0,38, (2.17)

где х_ув=0,4Ом/км – индуктивное сопротивление одного км кабеля;

l – длина кабеля.

Для кабельных линий:

х_к*=х_ук=0,0750=0,82, (2.18)

где х_ук=0,07Ом/км – индуктивное сопротивление одного км кабеля 8.

Рассчитаем ток короткого замыкания 8:

I_кз⁽³⁾=I_б==2,29Ка, (2.19)

Наибольшее значение ударного тока короткого замыкания определяем по формуле 8:

i_уд===5,83Ка, (2.20)

где к_уд=1,8 – ударный коэффициент 8.

Действующее значение ударного тока, определяем по формуле:

I_уд=I=5,83=8,8Ка. (2.21)

Принимаем комплектное распределительное устройство из табл.11.6 9 КМ-1-10-20-У3 со следующими техническими характеристиками:

Номинальный ток, А 3200

Номинальный ток сборных шин, А 3200

Номинальный ток отключения выключателя, Ка 20

Стойкость главных цепей к токам КЗ:

электродинамическая, Ка 51

термическая, Ка/с 20/3,0

Тип выключателя ВМП-10К

Тип привода к выключателю ПЭ-11

Система сборных шин одинарная

Габаритные размеры, мм 75012002310

3.РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Основными параметрами механической части шахтной подъемной установки (ШПУ) являются такие величины, как оптимальная масса поднимаемого груза, диаметр головных и хвостовых канатов, оптимальные скорость, ускорение и замедление движения, эффективная мощность подъема. Расчет этих параметров и выбор соответствующих изделий – задача проектирования механической части ШПУ.

Технические решения, принятые по механической части ШПУ, служат основой для выбора той или иной системы электропривода. Этим завершается первый этап проектирования автоматизированного электропривода. Основная задача второго этапа проектирования – выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для ШПУ, принятой на первом этапе проектирования. На основе технических решений, принятых на первом и втором этапах проектирования, выбирают регуляторы тока, скорости и другие технические средства, составляющие систему автоматического управления электроприводом «управляемый выпрямитель – двигатель» (УВ-Д).

Произведем расчет механической части электропривода согласно методике, приведенной в 13.

3.1.Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ

Годовая проектная производительность подъема Аг=2345тыс.т/год

Глубина вертикального ствола Нст=1000м

Число горизонтов один

Назначение подъема подъемруды

Выход породы на подъем нет

Число рабочих дней в году 300

Число часов работы в сутки 18

Коэффициент резерва 1,5

Диаграмма скорости семипериодная

3.2.Выбор скипа

Расчетная высота подъема с учетом расположения скипов в копре и нижней части ствола:

Н_р=Н_ст+h_загр+h_разгр+2 =1000+30+35+20,35=1066м (3.1)

где Н_ст – глубина вертикального ствола;

h_загр – расстояние по вертикали от отметки откаточного горизонта до нижней кромки загрузочного бункера;

h_разгр – расстояние по вертикали от «нулевой» отметки до верхней кромки приемного бункера:

Часовая производительность ШПУ:

А_ч== =651т/ч, (3.2)

где А_ч – часовая производительность ШПУ, т/ч;

А_г – годовая производительность ШПУ, т/год;

с – коэффициент резерва производительности (с=1,5) 13;

n_д – число рабочих дней в году;

t – время работы подъемной установки в сутки, ч.

Оптимальная грузоподъемность Q_опт, кг, при которой суммарные годовые эксплуатационные затраты на подъемной установке будут минимальными, определяем по формуле для многоканатных двухскиповых подъемов:

Q_опт=А_ч=651=32452кг, (3.3)

где А_ч – часовая производительность, кг;

Н_п – высота подъема, м;

t_п – продолжительность паузы, с.

Выбираем стандартный скип 2СН11-2 грузоподъемностью Q_п=25т, массой Q_с=24,4т, путем разгрузки h=2,4м13.

Высота подъема с учетом высоты скипа h_с=13м:

Н=Н_р+h_с=1066+13=1079м (3.4)

Расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения:

Н_к=Н+l_к=1066+13+18=1097м, (3.5)

где Н – высота подъема, м;

l_к=h_ск+18 – длина отвесов подъемных канатов в копре, м;

3.3.Выбор подъемных канатов

Линейную массу каната P_к, кг/м, определим по формуле:

Р_к===19,3кг/м, (3.6)

где Q_п и Q_с – масса полезного за один раз поднимаемого груза и

собственная масса скипа, кг;

_в – временное сопротивление разрыву проволок каната Н/м²;

g=9,81м/с²;

z_min=4,5 – коэффициент запаса прочности;

_о – условная плотность каната, кг/м³;

Н_к – расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива

трения, м.

Число подъемных канатов n_к многоканатного подъема определили по формуле:

n_к=Р_к= 19,3=1,9, (3.7)

где Р_к – линейная масса канатов, кг/м;

D_шт – диаметр шкива трения, м;

_к – коэффициент, зависящий от конструкции каната;

 - отношение D_шт к диаметру каната d_к, по ПБ для системы с

отклоняющими канатами   95.

Предварительно применим четыре каната n_к=4, диаметром d_к=46,5мм, линейной массой каната Р_к=8,4кг/м, разрывным усилием

Q_р=133010³Н.

Линейную массу g_к уравновешивающих канатов определили по формуле:

g_к===11,2кг (3.8)

где n_к – количество подъемных канатов;

Р_к – линейная масса подъемного каната, кг/м;

n_ук – количество уравновешивающих канатов,которых по ПБ должно быть не менее двух.

Применили три стандартных плоских каната с размерами 170 27,5мм расчетной массой g_к=11,5кг/м.

Разность линейных масс:

n_кР_к=n_укg_к = 48,4-311,2=0,9кг/м (3.9)

Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.

3.4.Выбор многоканатной подъемной машины

Наметим к применению многоканатную подъемную машину ЦШ-54

со следующими техническими характеристиками 13:

Диаметром канатоведущего шкива D=5м;

Количеством подъемных канатов n=4;

Статическим натяжением канатов 1450Кн;

Разностью статических натяжений канатов 350Кн;

Маховым моментом машины 6250Кнм²;

Маховым моментом отклоняющих шкивов 500Кнм².

Фактические значения статических натяжений канатов и разности статических натяжений канатов расчитаем по формулам:

Т_{ст max}=(Q_п+Q_с+Р_кН_к)g=(2510³+24,410³+48,41097)9,81=84610³Н

Т_ст=84610³ Н(факт)145010³Н(норма); (3.10)

F_ст=Q_п+(Р_к-q)Нg=2510³+(48,4-311,5)10799,81=23610³Н

F_ст=23610³Н(факт)35010³Н(норма). (3.11)

Коэффициенты запаса прочности Z_о и Z_min, рассчитали по формулам:

Z_о===10,9(факт)9,5(норма) (3.12)

Z_min==

= =6,3(факт)4,5(нор), (3.13)

где Z_о, Z_min – фактические значения коэффициентов запаса прочности;

Q_п, Q_с – масса полезного груза и масса сосуда, кг;

n_к, n_ук – количество подъемных и уравновешивающих канатов;

Q_р – суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н;

Р_к, q_к – линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м;

Н_к – расстояние от нижней приемной площадки до оси канатов ведущего шкива, м;

l_з – отвес уравновешивающих канатов в зумпфе, м.

Окончательно применим многоканатную машину типоразмера

ЦШ-54, четыре подъемных каната типа ЛК-РО маркировочной группы

1568 диаметром 46,5мм и три уравновешивающих каната размером

17027,5мм13.

Техническая характеристика машины ЦШ-54.

Диаметр канатоведущего шкива D_ш=5м; Количество подъемных канатов n_к=4;

Маховый момент машины GD²_м=6250Кнм²;

Маховый момент отклоняющих шкивов GD²_ош=500Кнм²;

3.5.Условие не скольжения шкива по ведущему валу

Статический коэффициент безопасности К_сб рассчитываем по формуле:

К_сб==

==3.3 (3.14)

3,3(факт)  2(норма),

где F_{ст max}=(Q_п+Q_с+Ph+c)g – возможное наибольшее натяжение одной

ветви каната, охватывающего ведущий шкив, Н;

F_{ст min}=(Q_с+Qh-c) g –наименьшее натяжение другой ветви каната;

е – основание натурального логарифма;

f – коэффициент трения между канатами и футеровкой ведущего

шкива;

 - угол охвата ведущего шкива, рад;

с= - сопротивление движению одной ветви каната;

к=1,1 – для скипового подъема 13.

Максимально допустимые ускорение и замедление (а_{1 max}, а_{3 max})

определяем по формулам:

а_{1 max=}=

==

=2,28(факт)2(норма) (3.15)

а_{3 max}==

==2,62 м/с², (3.16)

где m₁=Q_c+Qh==61,610³кг;

m₂=Q_п+Q_с+PH=2510³+24410³+48,41079=85,710³кг;

А=РL_вш=48,444=1478,4кгм;

m_ош === 2039кг – приведенная масса всех отклоняющих шкивов, кг;

L_вш – длина подъемного каната от уровня верхней приемной площадки до соприкосновения его с ведущим шкивом трения, м.

Примем семипериодную диаграмму скорости со значениями ускорения и замедления а₁=а₃=0,6м/с², а=а=0,3м/с², что составляет менее 80% от максимально допустимых значений по правилам безопасности, и значениями скоростей V=V=0,8м/с².

3.6.Продолжительность подъемной операции

Число подъемных операций в час n_пч определили по формуле:

n_пч=А_ч/Q_п=65110³/24,410³=26. (3.17)

Расчетная продолжительность подъемной операции Т_рп определим

по формуле:

Т_рп=3600/n_пч=3600/26=139с. (3.18)

Продолжительность движения подъемных сосудов Т_р рассчитаем по формуле:

Т_р=Т_рп-t_п=139-11=128с, (3.19)

где t_п – продолжительность паузы, с 13.

Среднюю скорость подъема V_ср определяем по формуле:

V_ср=Н/Т_р=1079/128=8,4м/с, (3.20)

где Н – высота подъема, м.

Ориентировочную максимальную скорость подъема V_max рассчитаем по формуле:

V_max=a_cV_ср=1,358,4=11,4м/с, (3.21)

где а_с – множитель скорости, принимаемый 1,151,35 13.

Требуемую частоту вращения n_{кт ш} рассчитаем по формуле:

n_{кт ш}=60V_max/D_{кт ш}=6011,4/(3,145)=44об/мин. (3.22)

Ориентировочная мощность приводного двигателя:

N_ор===3180кВт, (3.23)

где к – коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха при движении подъемных сосудов, трение в подшипниках направляющих шкивов, жесткость канатов (к=1,1 13);

Q_п – масса полезного груза, кг;

Н – высота подъема, м;

g=9,81м/с² – ускорение силы тяжести;

Т_р – продолжительность движения подъемных сосудов, с;

_п=0,93 – КПД подъемной установки;

=1,3 – коэффициент динамического режима установки, учитывающий динамическую нагрузку, для скиповых многоканатных установок.

Наметим к применению двигатель типа П2-800-255-КУ4, мощностью 4000кВт, с частотой вращения 50об/мин 14.

3.7.Кинематика подъемной установки

Основание трапецеидальной диаграммы скорости Т_о , соответствующий путь Н_о и модуль ускорения а_м определим по формулам:

Т_о=Т_р-t-t₁-t₁-t+=128-3-2-2-3+=121c, (3.24)

где Т_р – продолжительность движения, с;

t, t₁, t, t₁ –продолжительность движения скипа при ходе по разгрузочным кривым, с;

V и V - скорость выхода из разгрузочных кривых и входа в них, м/с;

а₁ и а₃ – ускорение и замедление, м/с².

Н_о=Н-2h_р+=1079-22,4+=1075м, (3.25)

где Н – высота подъема, м;

h_р – путь движения скипа в разгрузочных кривых, м.

А_м=а₁а₃/(а₁+а₃)=0,60,6/(0,6+0,6)=0,3м/с (3.26)

Причем продолжительность t, t₁ движения порожнего скипа при ходе ролика его по разгрузочным кривым, продолжительность t, t₁ движения груженого скипа при ходе ролика по разгрузочным кривым определим по формулам :

t=t=V/а=V/a=0,8/0,3=3с ; (3.27)

t₁=t₁===2c. (3.28)

Продолжительность t₁,t₃ и путь h₁,h₃ движения скипа с ускорением а₁ и замедлением а₃ найдем по формулам :

t₁=t₃=== =19с ; (3.29)

h₁=h₃====122м (3.30)

Путь h₂ и продолжительность t₂ равномерного движения определим по формулам :

h₂=Н-2h_p-h₁-h₃=1079-22,4-122-122=830м ; (3.31)

t₂=h₂/V_max=830/11,4=69с. (3.32)

Расчетную максимальную скорость подъема V_max определили по формуле:

V_рм=а_мТ_о-=0,3121-=10,4м/с. (3.33)

Требуемая частота вращения:

n==40об/мин (3.34)

Продолжительность движения Т подъемных сосудов определили по

формуле:

Т=t+t₁+t1+t₂+t₃+t₁+t=3+2+19+69+19+2+3=117с (3.35)

Фактический коэффициент резерва производительности С_ф нашли по формуле:

С_ф=С=1,5=1,63 , (3.36)

где С=1,5 – коэффициент резерва производительности 13.

Окончательно примем параметры диаграммы скоростей и ускорений:

V=V=0,8м/с; t=t=3с; h_p=2,6м; V_max=12м/с;

t₁=t₃=19с; h₁=h₃=122м; h₂=830м; t₂=69с;

a=a=0,3м/с²; a₁=a₃=0,6м/с²; Т=117с; Н=1079м;

t₁=t₁=2c .

3.8. Динамика подъемной установки

Масса машины типа ЦШ-54 m_м , отклоняющих шкивов m_ош и двигателя типа П2-800-255-8КУ4 m_д , рассчитали по формулам :

m_м=GD²_м/Gd²_шт=625010³/9,815²=25,510³кг ; (3.37)

m_ош=GD²_ош/Gd²_шт=50010³/9,815²=2039кг ; (3.38)

m_д=GD²_д/Gd²_шт=240010³/9,815²=9786кг . (3.39)

где GD²_м, GD²_ош, GD²_д – маховые моменты машины, отклоняющих шкивов

и якоря двигателя, Нм².

Длину подъемных канатов L_пк определяем по формуле:

L_пк=Н+2h_вк+D_шт/2=1079+235+3,145/2=1157м, (3.40)

где Н – высота подъема, м;

h_вк – расстояние от верхней приемной площадки до оси шкива

трения, м;

D_шт – диаметр шкива трения, м.

Длину уравновешивающих канатов L_ук определяем по формуле:

L_ук=Н+30=1079+30=1109м, (3.41)

где 30 – ориентировочная длина каната на образование петли в зумпфе ствола и закрепление каната к подъемным сосудам, м.

Массу m_п всех движущихся частей подъемной установки приведенную к окружности шкива трения, определим по формуле:

m_п=Q_п+2Q_c+L_пкР+L_укq+m_ош+m_м+m_д=

=2510³+224,410³+115748,4+1109311,5+25,510³+2039+9786=

=18810³кг, (3.42)

где Q_п и Q_c – масса полезного груза и масса скипа, кг;

P и q – линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг;

L_пк и L_ук – длина подъемных и уравновешивающих канатов, кг;

m_ош, m_м, m_д – масса отклоняющего шкива, машины и якоря двигателя, кг.

Движущие усилия F получаем из основного динамического уравнения академика М.М.Федорова (табл. 3.1):

F=1,1Q_п+(Н-2h_x)(q-P)g  m_па=

=1,12510³+(1079-2h_x)(311,5-48,4)9,81  18810³а=

=28310³-23,5h_x  18810³a . (3.43)

Эквивалентное усилие F_эк рассчитываем по формуле:

F_эк=, (3.44)

где Т_п=к_уд(t+t₁+t₁+t₃+t+t₁)+t₂+k_пt_п=0,5(32+22+192)+69+0,2511 =96с;

к_уд=0,5, к_п=0,25 – коэффициенты, учитывающие ухудшение услоохлаждения во время соответственно ускоренного и замедленного движения 13;

F и t – усилие и продолжительность элементарного участка на диаграмме усилий.

=(339400²+339381²) +(282981²+282981282943+282943²) +

+(395744²+392874²) +(280074²+280074260552+260552²) +

+(147752²+144883²) +(257683²+257683257254+257254²) +

+(201254²+201221²) =9,15810³Н .

F_экв==308862Н .

Таблица 3.1

Диаграммы движущих усилий приведены на рис.3.1

Коэффициент перегрузки при подъеме :

к_под===1,282(норма) 13, (3.45)

где F_max – максимальное движущее усилие при подъеме груза, Н.

Номинальную мощность двигателя Р_д выбираем из условия:

Р_ном  Р_эф=N_эф===4317кВт . (3.46)

Окончательно примем двигатель П2-800-255-8КУ4 номинальной мощностью Р_ном=5000кВт 14, частотой вращения n_ном=63об/мин, так как разность между эквивалентной мощностью и номинальной превышает 5%, т.е.:

=7,34%,

а перегрузка в период разгона составит:

===1,31  _дв=1, (3.47)

где _дв – перегрузочная способность выбранного двигателя.

4. РАСЧЕТ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОДЪЕМА

4.1.Расчет элементов электропривода подъемной установки

Основная задача второго этапа проектирования – выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для подъемной установки, принятой в 3 разделе данного проекта.

Расчет произведен согласно 2,3,5,7,11,14.

4.1.1.Исходные данные для расчета динамики электропривода

Двигатель

Тип П2-800-258КУ4

Номинальная мощность Р_ном=5000кВт

Номинальная частота вращения n_ном=63об/мин

Номинальное напряжение U_ном=930В

Номинальный ток I_ном=5740А

Номинальный момент М_ном=774Кнм

Номинальный поток возбуждения Ф_ном=37,5Вб

Коэффициент полезного действия _ном=90,5%

Ток возбуждения I_в=145А

Напряжение обмотки возбуждения U_в=200В

Число полюсов 2р=16

Число параллельных ветвей якоря 2а=16

Сопротивление обмотки якоря R_я20=0,00348Ом

Сопротивление дополнительных полюсов R_д20=0,000631Ом

Сопротивление компенсационной обмотки R_к20=0,00235Ом

Сопротивление обмотки возбуждения R_в20=0,87Ом

Перегрузочная способность (рабочая) _р=1,6

Перегрузочная способность (выключающая) _в=1,8

Число витков якоря W_яд=1080/16

Число витков главного полюса W_пд=84

Число витков добавочного полюса W_дд=2

Число витков компенсационной обмотки на полюс W_кд=3

Питающая сеть

Номинальное напряжение U_с=6000В

Частота f_с=50Гц

Мощность короткого замыкания S_к=15000МВА

Подъемная машина

Тип ЦШ54

Эффективная мощность подъема Р_эф=4317кВт

Максимальная скорость подъема V_max=16м/с

Средняя скорость V_ср=8,4м/с

Множитель скорости =1,35

Радиус шкива трения D_шт=5м

Максимальное усилие F_max=395743Н

4.1.2.Выбор тиристорного преобразователя

Наметим к применению силовую 12-пульсную схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи возбуждения двигателя и последовательным соединением выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.

Активное сопротивление якорной цепи R_яц определяем по формуле:

R_яц=к₁к₂(R_я20+R_д20+R_к20+R_щ)=1,151,1(0,00348+0,000631+0,00235+0,0005)=0,00880566Ом, (4.1)

где к₁=1,15 – коэффициент приведения к рабочей температуре 60С;

к₂=1,1 – коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных проводов;

R_я20, R_д20, R_к20, R_щ – сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом

Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью определим по формуле:

к_u===55, (4.2)

где U_ном и I_ном – номинальные напряжение и ток двигателя, В, А;

R_яц – сопротивление якорной цепи, Ом;

V_max – максимальная скорость подъема, м/с.

Коммутационное снижение выпрямленного напряжения определяем по формуле:

U_{к ср}=0,5e_кк_uV_max=0,50,065516=26,4В, (4.3)

где е_к – напряжение короткого замыкания трансформатора, отн.ед..

Эффективный ток за цикл работы подъемной установки определяем по формуле:

I_эф=Р_эф/(V_maxк_U)=431710³/(1655)=4906А, (4.4)

где Р_эф – эффективная мощность подъема, Вт.

Выбор тиристорного преобразователя произведем по двум параметрам – выпрямленному току I_{d ном} и выпрямленному напряжению U_{d ном} при соблюдении условий:

I_{d ном}  I_эф и U_{d ном}  U_ном.

Применим комплектный тиристорный электропривод КТЭУ-6300/1050-1249314-200Т-УХЛ4. Тиристорный агрегат типа ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 с последовательным соединением мостов 4.

КПД тиристорного преобразователя, рассчитываем по формуле:

_тп===0,97, (4.5)

где U_do – максимальное выпрямленное напряжение (угол управления=0), В;

U_{к ср} – коммутационное снижение выпрямленного напряжения, В;

U_т=0,96В – среднестатистическое падение напряжения на тиристоре 3.

Передаточный коэффициент к_тп тиристорного преобразователя определим по формуле:

к_тп=U_{d ном}/U_{вх тп}=1050/8=131,25В, (4.6)

где U_{d ном} – номинальное выпрямленное напряжение, В;

U_{вх тп}=8В – входное напряжение управления, В 3.

4.1.3.Выбор силового трансформатора

Полную мощность силового трансформатора S_т определим по формуле :

S_т=1,05=1,05=7500кВт, (4.7)

где к_{м ср вз} – средневзвешенный коэффициент мощности.

Р_ном – номинальная мощность двигателя, кВт.

Линейное напряжение вторичной обмотки, необходимое для выбора трансформатора, определим по формуле:

U₂=(к_з/к_сх)(V_maxк_u+U_{к ср}+I_эфR_яц)=(1,1/1,35)(1655+26,4+49060,00881)=773В, (4.8)

где к_з=1,1 – коэффициент запаса 3;

к_сх=1,35 – коэффициент схемы выпрямления 3;

к_u – коэффициент пропорциональности, В/(м/с);

U_{к ср} – коммутационное снижение напряжения, В;

I_эф – эффективный ток, А;

R_яц – сопротивление якорной цепи, Ом;

V_max – максимальная скорость, м/с.

Выбор трансформатора производится по двум параметрам – полной мощности S_{т ном} и напряжению на вторичной обмотке U_2ном при соблюдении условий:

S_{т нои}  S_т и U_2ном  U₂ .

Для комплектной поставки в составе преобразовательного агрегата типа ТП3-6300/1050-10/ОУ4 применим масляный двухобмоточный с двумя активными частями в одном баке трансформатор типа ТДПД-8000/10У2 4.

4.1.4.Расчет сглаживающего реактора

Сглаживающую индуктивность определяем из условия непрерывности выпрямленного тока. При этом принимается, что при угле отпирания тиристоров =80 и токе нагрузки 10% от номинального (0,1I_{d ном}) режим прерывистого тока должен быть исключен.

Суммарное сопротивление цепи выпрямленного тока R_s рассчитываем по формуле:

R_=R_яц+=0,00880566+=0,01438Ом, (4.9)

Индуктивность якоря двигателя L_д определяем по формуле Лиумвиля-Уманского:

L_д=с₁0,1=0,3110^-3 Гн, (4.10)

где с₁=0,1 – коэффициент для компенсированных электродвигателей;

2р=16 – число пар полюсов;

n_{дв ном} – номинальная частота вращения двигателя, об/мин;

U_ном – номинальное напряжение двигателя, В;

I_ном – номинальный ток двигателя, А.

Индуктивность трансформатора L_т определим по формуле:

L_т=L_т1+L_т2=22=0,03610^-3Гн, (4.11)

где е_к – напряжение короткого замыкания, отн.ед.;

U_{2 ном} – фазное напряжение вентильной обмотки, В;

I_{2 ном} – ток вентильной обмотки, А;

f – частота питающей сети, Гц.

Индуктивность сглаживающего реактора определяем по формуле:

L_р=-Аl_т-L_д=10^-3-20,03610^-3-0,3110^-3=0,33мГн;

(4.12)

где U_ном – номинальное напряжение двигателя, В;

I_ном – номинальный ток двигателя, А.

Применим реактор типа СРОС3-3200МУХЛ4 на номинальный ток 3200А и с индуктивностью 0,5мГн 4.

Сопротивление реактора определяем по формуле:

R_р===1,2110^-4Ом; (4.13)

где Р_р – потери при номинальном выпрямленном токе  , Вт;

I_{р ном} – номинальный ток, А.

Эквивалентное сопротивление цепи выпрямленного тока определим по формуле:

R_э=R_яц+R_р+R_т+R_ш=0,00880566+0,000121+20,000454+0,00047=0,011Ом (4.14)

где R_яц – сопротивление якорной цепи, Ом;

R_р – сопротивление сглаживающего реактора, Ом;

R_т – сопротивление фазы трансформатора, Ом;

R_ш – сопротивление шинопровода, Ом.

Эквивалентная индуктивность якорной цепи двигателя:

L_э=L_т+L_р+L_д=0,04210^-3+0,510^-3+0,3110^-3=0,852мГн, (4.15)

где L_т – индуктивность трансформатора, Гн;

L_р – индуктивность сглаживающего дросселя, Гн;

L_д – индуктивность двигателя, Гн.

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи рассчитаем по формуле:

T_э=L_э/R_э=0,85210^-3/0,011=0,077с. (4.16)

4.1.5.Расчет автоматического выключателя в якорной цепи

Коэффициент пропорциональности между движущим усилием и током якоря двигателя к_f определим по формуле:

к_f===52Н/А, (4.17)

Электромеханическую постоянную времени электропривода определим по формуле 3:

Т_м=Mr_/(K_UK_F)=18810³0,01438/(5552)=0,95с, (4.18)

где К_U – коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью;

К_F – коэффициент пропорциональности между движущим усилием и

током якоря двигателя;

Максимальный ток двигателя I_max рассчитаем по формуле:

I_max===7610А. (4.19)

Ток уставки I_уст срабатывания реле максимальной защиты определим по формуле:

I_уст=к_нI_max=1,17610=8371 А, (4.20)

где к_н=1,1 – коэффициент надежности 3.

Применим автоматический выключатель ВАТ-42-6300/10-Л-У4 с реле защиты РДШ-6000 и диапазоном тока уставки 8000-12000А 4.

4.1.6.Выбор тиристорного возбудителя

Индуктивность обмотки возбуждения двигателя определим по формуле: L_ов=L+L_р=2Рw_в²=1684² =3,1Гн, (4.21)

где L – индуктивность, обусловленная полезным потоком, Гн;

L_р – индуктивность от полей рассеивания, Гн;

2р – число пар полюсов;

W_в=84 – число витков нв полюс;

_ном=1.1 – коэффициент рассеивания при номинальном потоке;

Ф – изменение потока, вызванное соответствующим изменением

ампер-витков (I_вW_в), рис. Вб.

Рис.4.1 Кривая намагничивания электродвигателя

Постоянную времени цепи возбуждения Т_в определим по формуле:

Т_в===3,06с, (4.22)

где L_ов - индуктивность обмотки возбуждения, Гн;

R_ов - сопротивление обмотки возбуждения, Ом.

Время рывка t_р при высоте подъема Н=1079м согласно графику 3:

t_р=2с.

Требуемое значение коэффициента форсировки к_ф определим формуле:

Т_в=t_р/ln0,5к_фt_р, к_ф=Т_в/(0,5t_р)=3,06/(0,52)=3,06 (4.23)

где Т_в - постоянная времени возбуждения, с.

Максимальное значение выпрямленного напряжения U_max определим по формуле:

U_{d max}=к_фU_{в ном}=3,06145=443,7В, (4.24)

где U_{в ном} - номинальное напряжение возбуждения, В.

Применим тиристорный возбудитель ТПР9-320/460Р-31У4 с номинальным током 320А и номинальным напряжением 460В 4.

Передаточный коэффициент к_тв тиристорного возбудителя определим по формуле:

к_тв=U_{d ном}/U_{вх тв}=460/8=57,5 (4.25)

где U_{d ном} - номинальное выпрямленное напряжение, В;

U_{вх тв}=8В - выходное напряжение управления.

4.1.7.Выбор тахогенератора в цепи ОС по скорости

Применяем тахогенератор типа ПТ-42 с номинальной частотой вращения n_{тг ном}=100об/мин и номинальным напряжением U_{тг ном}=230В 4.

Максимальное напряжение на выходе тахогенератора U_{тг max} определим по формуле:

U_тг=U_{тг ном}(n_{дв ном}/n_{тг ном})=230(63/100)=145В, (4.26)

где U_{тг ном} - номинальное напряжение тахогенератора, В;

n_{дв ном} - номинальная частота вращения двигателя, об/мин;

n_{тг ном} - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин.

Передаточный коэффициент к_тг рассчитаем по формуле:

к_тг=U_{тг max}/n_{дв ном}=145/63=2,3В/(об/мин). (4.27)

Рассчитанные данные сведем в таблицу 4.1:

Таблица 4.1

Двигатель

Номинальная мощность Р_ном=5000кВт

Номинальная частота вращения n_ном=63об/мин

Номинальное напряжение U_ном=930В

Номинальный ток I_ном=5740А

Эффективный ток I_эф=4906А

Максимальный ток I_max=7610А

Номинальный момент М_ном=774кНм

Номинальный поток возбуждения Ф_ном=37.5Вб

Ток возбуждения I_в=145А

Напряжение обмотки возбуждения U_в=200В

Число полюсов 2р=16

Число параллельных ветвей якоря 2а=16

Суммарное сопротивление цепи якоря R_я=0.00348Ом

Суммарная индуктивность цепи якоря L_я=0.01438Гн

Индуктивность сглаживающего реактора L_р=0.02мГн

Сопротивление обмотки возбуждения R_в=0.87Ом

Номинальное напряжение U_с=6000В

Частота f_с=50Гц

Мощность короткого замыкания S_к=15000МВА

Подъемная машина

Нормальное ускорение а₁=0,6м/с²

Нормальное замедление а₃=0,6м/с²

Максимальная скорость подъема V_max=16м/с

Радиус шкива трения D_шт=5м

Тиристорный преобразователь

Постоянная времени Т_=0,02с

Максимальное выпрямленное напряжение U_dmax=1050А

Коэффициент передачи К_тп=131,25В

Тиристорный возбудитель

Постоянная времени Т_в=3,06с

Максимальное выпрямленное напряжение U_dmax=460В

Коэффициент передачи К_тв=57,5

Коэффициент форсировки К_ф=3,06

Номинальный ток шунта I_ном=200А

Система электропривода

Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя

и линейной скоростью К_v=55В/(м/с)

Коэффициент пропорциональности между движущим усилием

и током якоря К_f=52Н/А

Суммарная приведенная масса m=18810³кг

4.2. Расчет системы подчиненного регулирования

координат электропривода

На основе технических решений, принятых в главе 2 и главе 3 данного проекта, выбираем регуляторы тока, скорости и другие технические средства, составляющие систему автоматического управления (САУ) электроприводом «управляемый выпрямитель - двигатель» (УВ-Д).

Рассчитаем параметры САУ на основе элементов УБСР-АИ, входящих в состав комплектного электропривода КТЭУ.

Система построена по принципу подчиненного регулирования с зависимым регулированием тока возбуждения от тока якорной цепи при значениях тока якорной цепи менее 0,5I_{дв ном} .

Расчет конкретных параметров САУ произведем, используя структурную схему (рис.4.2), построенную по математическому описанию электромеханических процессов в абсолютных единицах.

При расчете принимаем следующие допущения:

- механическая система представляется в виде одно-массовой системы;

- демпфирующее действие вихревых токов в шихтованной станине электродвигателя не учитывается.

4.2.1.Расчет контура регулирования тока возбуждения

Структурная и функциональная схемы контура регулирования тока возбуждения представлены на рис.4.3.

Постоянная времени фильтра Т_фв рассчитывается по формуле:

Т_фв===0,0025с, (4.28)

где к=56 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций

m=6 - пульсация сигнала за период для мостовой схемы;

f=50Гц - частота питающей сети.

Постоянная времени контура тока возбуждения Т_{ в}:

Т_{ в}=Т_{ в}+Т_фв=0,02+0,0025=0,0225с, (4.29)

где Т_{ в} - постоянная времени тиристорного возбудителя, с;

Т_фв - постоянная времени фильтра, с.

Параметры фильтра (R_ф ,С_ф ):

С_ф=Т_фв/R_ф=0,0025/100=2510^-6 Ф, (4.30)

где R_ф=10100Ом - сопротивление фильтра;

С_ф - емкость фильтра.

U_зв U_ртв U_dв U_{в max} I_в Ф

а)

R_отв С_отв

U_зв R_отв

 РТВ к ТВ

R_тв

U_дтв R_ф R_ф

ДТВ 

С_ф К шунту

б)

Рис.4.3. Структурная (а) и функциональная (б) схемы

контура регулирования тока

Передаточный коэффициент цепи обратной связи К_в:

К_в==1=0,069В/А, (4.31)

где R_зтв и R_тв - входные сопротивления регулятора (R_зтв=R_тв);

U_дтв=10В - напряжение выхода датчика тока при номинальном токе I_{в ном}.

Статическую ошибку I_в для пропорционального регулятора определим по формуле:

I_в=I_{в ном}=145=2,1А  0,05145=7,25А (4.32)

где I_{в ном} - номинальный ток возбуждения, А;

Т_в - постоянная времени обмотки возбуждения, с;

а_тв=2 - коэффициент настройки контура, принимаемый по условию модульного оптимума;

Т_в - постоянная времени контура тока возбуждения, с.

Реализовать условие U_дв=U_дтв и выбрать значение входных сопротивление регулятора тока возбуждения:

R_зтв=R_тв=10кОм

Требуемый коэффициент датчика тока К_дтв определим по формуле:

К_дтв===254, (4.33)

где I_{ш ном} - номинальный ток шунта, А;

I_{в ном} - номинальный ток возбуждения, А;

К_в - передаточный коэффициент цепи обратной связи;

К_шв=U_{ш ном} /I_{ш ном} - коэффициент шунта.

Предварительно применим ячейку датчика тока типа ДТ-3АИ (УБСР-АИ), коэффициент передачи которого регулируется в пределах 53,3133,3. Для уменьшения требуемого коэффициента датчика тока применить два шунта типа 75ШСМ 200А,соединенных параллельно друг другу 4.

Сопротивление обратной связи регулятора тока возбуждения R_отв вычислим по формуле:

R_отв=R_зтв=1010³=65кОм, (4.34)

где R_зтв - входное сопротивление регулятора тока возбуждения, Ом;

Т_в - постоянная времени обмотки возбуждения, с;

r_в - сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

а_тв - коэффициент настройки контура на модульный оптимум;

Т_в - постоянная времени контура тока возбуждения, с;

К_тв - передаточный коэффициент тиристорного возбудителя;

К_в - передаточный коэффициент обратной связи.

Установившиеся уровни выходного напряжения регулятора тока возбуждения для номинального и форсированного режимов U_{ртв ном} U_{ртв ф} рассчитаем по формулам:

U_{ртв ном}===1,1В; (4.35) U_{ртв ф}===3,4В  15В, (4.36)

где U_{в ном} - номинальное напряжение обмотки возбуждения, В;

К_тв - передаточный коэффициент обмотки возбуждения;

К_ф - коэффициент форсировки.

Окончательно выберем ячейку датчика тока ДТ-3АИ (УБСР-АИ).

4.2.2.Расчет контура регулирования тока якорной цепи

Структурная и функциональная схемы контура регулирования тока якорной цепи представлена на рис.4.4.

Постоянную времени фильтра Т_фт на входе датчика тока рассчитываем по формуле:

Т_фт===0,00125с, (4.37)

где к=56 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций

m=12 - пульсация сигнала за период для двойной трехфазной мостовой схемы;

f=50Гц - частота питающей сети.

Емкость Т-образного фильтра рассчитаем по формуле:

С_ф=Т_фт/R_ф=0,00125/100=12,5мкФ, (4.38)

где R_ф - сопротивление, принимаемое в пределах 10100Ом.

Эквивалентную не компенсируемую постоянную времени контура тока вычислим по формуле:

Т_т=Т_т+Т_фт=0,02+0,00125=0,02125с, (4.39)

где Т_т=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя.

Примем согласованное управление током якоря I_я и током возбуждения I_в в функции напряжения на выходе регулятора скорости U_рс. Характеристика согласованного управления представлена на рис.

Применим условие начала реверсирования I_в/I_я=0,5I, т.е. уровень тока якоря, с которого начинается изменение тока возбуждения, составляет

i_{я рев}=0,5.

Допустимое значение скорости изменения тока якоря рассчитывается по формуле:

===0,48с^-1, или =0,485740=2764А/с, (4.40)

где К_п=2 - коэффициент, учитывающий перегрузку по току якоря;

Т_в - постоянная времени обмотки возбуждения двигателя, с;

К_ф - коэффициент форсировки;

i_{я рев} - относительное значение тока якоря, при котором начинается изменение тока возбуждения (реверс).

U_зт I_{з max} U_я U_рт Е_п I_я

U_дт

а)

U_огр VD1 VD2

C1 C_от

R3 R_от

U_зт R1 R4 R_зт

 У1  У2  РТ

R2 R_т к ТП

U_дт R_ф R_ф

ДТ 

С_ф к шунту

б)

Рис.4.4. Структурная схема (а) и реализация (б)

контура регулирования тока якорной цепи

Максимальное значение параметра настройки регулятора тока а_т определяется из условия:

а_т  ==19,6. (4.43)

Параметр настройки регулятора тока принять по условию модульного оптимума, т.е. а_т=2.

Передаточный коэффициент обратной связи контура тока определяются по формуле:

К_т==1=0,0015В/А, (4.44)

где R_зт и R_т - входные сопротивления регулятора тока, отношение которых принимается равным единице;

U_{дт max} - не должно превышать 15В (напряжение питания УБСР-АИ)

Коэффициент шунта определяется по паспортным данным:

К_ш=U_{ш ном} /I_{ш ном}=0,075/10000=7510^-6В/А, (4.45)

где U_{ш ном}=75мВ для шунта 75ШСМ 3;

I_{ш ном} - номинальный ток шунта.

Коэффициент датчика тока определяется по формуле:

К_дт===26. (4.46)

Параметры регулятора тока вычисляем по формуле:

R_зт=R_т====290кОм; (4.47)

R_от=Т_я/С_от=6,4510^-6/(210^-60,01438)=224Ом, (4.48)

где Т_ит - постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора, с;

С_от=23мкФ - емкость обратной связи регулятора тока;

Т_я=L_я/R_я - постоянная времени якорной цепи, с;

К_тп, R_я, L_z - заданные величины.

Постоянная времени интегратора:

Т_ип===3с, (4.49)

Где i_{я max}=I_{я max} /I_{я ном}=7610/5740=1,33.

Коэффициент усиления нелинейного элемента в линейной зоне:

К_нэ===35,3. (4.50)

Сопротивление обратной связи R3 при R1=10кОм:

R3=R1К_нэ=10К_нэ=1035,3=353Ом. (4.51)

Входное сопротивление R4 для усилителя У2 при С1=3мкФ:

R4=Т_ип/С1=3/(310^-6)=100кОм. (4.52)

Напряжение ограничения усилителя У1:

U_огр===8,6В. (4.53)

Входное сопротивление R2 для усилителя У1:

R2=R1=10кОм.

4.2.3.Расчет контура регулирования скорости

Максимальное значение приращения движущего усилия F_{ст m} определяют из условия:

F_{ст max}  0,1F₁=0,1339400=33,94кН,

где F₁ - движущее усилие, равное статическому в начальный момент

времени, Н.

Примем максимальное значение движущего усилия при котором

в замкнутой системе регулирования скорость не должна изменится

более, чем на 1%:

V_max=0,0116=0,16м/с.

Абсолютное значение статической ошибки в замкнутой системе управления V_а определим по формуле:

V_а=F_{ст max}=33,9410³=0,054м/с (4.54)

где а_с=2 - параметр настройки регулятора скорости;

Т_с=а²_т(Т_+Т_фт)+Т_фс=4(0,02+0,0125)+0,02=0,15с - эквивалентная не компенсируемая постоянная времени контура скорости, с;

а_т=2 - параметр настройки регулятора тока;

Т_=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя;

Т_фт - постоянная времени фильтра на входе датчика тока, с;

Т_фс===0,02с - постоянная времени фильтра на

входе датчика скорости,с;

К=3 - кратность уменьшения пульсации напряжения тахогенератора;

f===6,7Гц - частота полюсных пульсаций тахогенератора, Гц;

К_К, К_V - заданные величины;

Т_м - электромеханическая постоянная времени электропривода ,с;

m, R_ - ранее рассчитанные величины.

Относительное значение статической ошибки при установившемся режиме в замкнутой системе определим по формуле:

%=(V_a/V_max)100%=(0,054/16)100=0,34  1%. (4.55)

Время регулирования определили по формуле:

t_рег=5=50,03=3с, (4.56)

где =0,03 - допустимая динамическая ошибка по скорости 3;

V_max - максимальная скорость движения подъемных сосудов, м/с;

а_max - максимальное ускорение в период разгона и замедления, м/с².

Масштаб времени Z определили по формуле:

Z=t_рег/t_нор=3/6=0,5с,. (4.57)

где t_нор=6с - нормированное время переходного процесса.

Принимаем график переходного процесса для параметров Z=0,5, _т=0,15 3.

Параметры настройки двухкратноинтегрирующего контура скорости определяем из условия равенства выражений:

в_са_с²а_т²_²=2,5Z²; в_са_са_т_=2,5Z.

Отсюда в_с=2,5; а_с=Z/(а_т_)=0,5/(20,15)=1,7. (4.58)

Приняли структурную и функциональную схемы контура регулирования скорости (рис.4.5)

Коэффициент обратной связи по скорости рассчитали по формуле:

К_с==1В/(м/с); (4.59)

где R_зс=R_с;

U_дс - напряжение, В, снимаемое с датчика скорости при скорости подъема V_max , м/с.

Используем ячейку датчика напряжения ДН-2АИ (УБСР-АИ), и присоединим его вход к выходу тахогенератора с помощью делителя напряжения R_д и R_д. Принять U_дс=V_max 4.

Напряжение, снимаемое с тахогенератора, определили по формуле:

U_тг=U_{тг ном}=230=149,5В, (4.60)

где U_{тг ном} - номинальное напряжение тахогенератора, В;

n_{тг ном} - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин;

n_{дв ном} - номинальная частота вращения двигателя, об/мин.

Полное сопротивление делителя напряжения определим по формуле:

R_д=U_тг/I_{тг ном}=149,5/0,1=1,5кОм, (4.61)

где I_{тг ном} - номинальный ток тахогенератора, А.

Параметры делителя напряжения:

P_д=U_тгI_{тг ном}=149,50,1=14,95Вт.

U_зс U_ф U_рс I_я V

U_дс

а)

С_фс R_ос С_ос

U_зс R_зс/2 R_зс/2 U_рс

 РC

R_с

R_д

U_дтв R_ф R_ф

U_тг BR

ДС 

С_ф R_д

б)

Рис.4.5. Упрощенная структурная схема (а) и реализация

контура регулирования скорости (б)

R_д===160Ом. (4.62)

Условие согласования: R_д=2400/10=240Ом,

где R_{вх д}=2,4кОм - входное сопротивление датчика ДН-2АИ (УБСР-АИ)

R_д=R_д-R_д=1500-160=1340Ом. (4.63)

Передаточная функция ПИ-регулятора скорости имеет вид:

W_рс(р)==+=К_пс+;

Параметры ПИ-регулятора скорости:

К_пс===21,4. (4.64)

Условие жесткости подъемных канатов:

так как К_пс10 необходимо принять демпфирующий коэффициент

а_с===1,7, (4.65)

где К_пс=10.

Постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора скорости:

Т_ис==2,51,7²0,15²=0,03с. (4.66)

Применим ячейку регулятора скорости РС-1АИ (УБСР-АИ).

Входные сопротивления регулятора скорости (С_ос=2мкФ):

R_зс=R_с=Т_ис/С_ос=0,03/(210^-6)=15кОм. (4.67)

Сопротивление обратной связи регулятора скорости:

R_ос=R_зсК_пс=1500021,4=321кОм. (4.68)

Параметры фильтра на входе регулятора скорости:

Т_ф=в_са_сТ_с=2,51,70,15=0,64с; (4.69)

С_фс=Т_ф/(0,5R_зс)=0,64/(0,515000)=0,85мкФ. (4.70)

5 АППАРАТУРА АВТОМАТИЗАЦИИ

51 Назначение КП-2

КП-2 предназначен для построения автоматизированных систем логического управления электроприводом поточно-механизированных линий и работотехнологических комплексов для автоматизации управления экспериментом на испытательных стендах и в агропромышленных комплексах КП-2 заменяет системы с жесткой логикой и представляет собой наращиваемую блочную конструкцию в защитном кожухе со степенью защиты IP51 по ГОСТ 14254-80

52 Технические данные КП-2

КП-2 представляет собой программируемый контроллер переменного состава основные параметры которого определяются набором конструктивно электрически и логически совместимых блоков и модулей

521 В состав КП-2 входят:

1. БВВ - блок ввода - вывода с модулями источника питания МИП и центрального процессора МЦПВ
2. БД - блок доступа к линии связи
3. БЗП - блок загрузки программ
4. МВВ - модули ввода-вывода устанавливаемые в БВВ

522 КП - 2 выполняет следующие функции:

1. управление работой технологического оборудования (манипуляторами поточно-механизированными линиями и тд.) в соответствии с программой пользователя реализующей алгоритм управления
2. диагностирование состояния объекта в соответствии с программой пользователя
3. организация обмена данными между блоками ввода-вывода (БВВ) по двухпроводной линии связи
4. осуществление связи с ЭВМ верхнего уровня
5. копирование программы пользователя на магнитную ленту
6. получение распечатанного текста программы

523 Масса блока БВВ без модулей ввода-вывода не более 265 кг габариты блока БВВ 485  270  240

524 Максимальное количество блоков БВВ в КП-2 равно восьми

525 Максимальная длина двухпроводной линии связи между блоками - 1000 м

526 Напряжение питания КП-2 ~220 В при допустимом отклонении от минус15 до плюс10% с частотой 50 Гц

527 Мощность потребления блока БВВ не более 140 Вт

528 Число мест в блоке БВВ для установки модулей МВВ-16

( максимальное количество входов-выходов в блоке БВВ до 256 )

529 Язык программирования КП-2 представляет собой язык релейно-контактной символики ( ЯРКС ) дополненный операциями с кодами накапливающими узлами и операциями переходов

5210 Вычислитель КП-2 выполнен на базе однокристальной микро-ЭВМ К1816ВЕ31

5211 Объем памяти программ блока БВВ-2Кбайт (КП-2 в максимальной конфигурации обладает памятью в 16 Кбайт )

5212 Память программ энергонезависимая время сохранения информации при отключении МИП составляет не менее шести месяцев

5213 Время выполнения одной команды ЯРКС из основного набора не более 3 мкс

время выполнения одной команды ЯРКС из расширенного набора не более 25 мкс

время рабочего цикла выполнения 1 Кбайт команд из основного набора не более 5 мс

53 Устройство и работа КП-2

В состав основного оборудования КП-2 входит до восьми блоков ввода-вывода и блок загрузки программ

Конструктивно блок ввода-вывода выполнен на основе стандартной кассеты БУК-бм и имеет защитный металлический кожух обеспечивающий степень защиты 1Р51 Кожух может быть установлен в шкафу или автономно подвешен на стене помещения Для визуального контроля за состоянием индикаторов на лицевой панели БВВ и кожухе имеется окно закрытое стеклом Связь с объектом подвод питающего напряжения а также соединение с загрузчиком производится через разъемы типа ОНЦ установленные в нижней части кожуха Со стороны БВВ подвод жгутов к разъемам выполнен через уплотняющие сальники БВВ имеет принудительную вентиляцию Для этого в кожухе установлены вентиляторы и фильтры для очистки поступающего воздуха

Доступ к лицевой панели БВВ открывается после снятия передней защитной крышки На лицевой панели размещены индикаторы и органы управления:

1. выключатель питающего напряжения
2. колодки предохранителей
3. индикаторы наличия питания
4. переключатель режима работы ПУСК - СТОП
5. индикатор режима РАБОТА
6. индикатор ОШИБКА
7. кнопка контроля батареи
8. индикатор заряда батарей БАТ НОРМ

На лицевой панели БВВ расположены также крышка «кармана» для установки батарей резервного питания и соединительный разъем для подсоединения блока загрузки программ

Кроме того на лицевую сторону БВВ выходят индикаторы всех установленных в данном БВВ модулей ввода-вывода

В каждом БВВ имеется источник питания и собственный вычислительВ качестве базового элемента вычислителя использована однокристальная микро-ЭВМ К1816ВЕ31 Объем памяти вычислителя предназначенный для размещения программы пользователя на языке релейно-контактной символикив каждом БВВ равен 2 Кбайт Для установки модулей ввода-вывода в БВВ имеется 16 интегральных мест С учетом того что отдельные модули ввода-вывода могут иметь до 16 входов или выходов общее число точек связи с объектом в одном БВВ может достигнуть 256

В том случае когда этого числа входов и выходов недостаточно или КП-2 предназначен для управления территориально протяженным объектом устанавливается несколько БВВ

Связь между блоками осуществляется по двухпроводной многоточечной магистрали При этом если расстояние между БВВ не превышает 10 м ( например при установке в одном шкафу) подключение блоков ввода-вывода к межблочной магистрали осуществляется непосредственно При расстоянии свыше 10 м подсоединение блоков к линии связи производится через специальные блоки доступа

Максимальное удаление БВВ друг от друга может составлять 1000 м

Блок загрузки программы (БЗП) представляет собой интеллектуальный терминал оснащенный дисплеем и клавиатурой С помощью БЗП производится генерация таблиц используемых модулей ввода-вывода загрузка и редактирование рабочей программы выявление неисправностей блоков отладка и слежение за исполнением программ Все перечисленные функции выполняются в диалоговой удобной для пользователя форме Для сохранения программ к БЗП может быть подключен накопитель на магнитной ленте а для получения документированного текста программ - устройство печати

Для ввода программ используется блок клавиатуры с псевдосенсорными замыкателями

В качестве основы языка программирования КП-2 используется язык релейно-контактной символики дополненный операциями над кодами и накапливающими узлами и операциями перехода Помимо набора программы с помощью БЗП можно осуществлять смену режимов БВВ вести отладку анализировать ошибочные ситуации копировать и распечатывать программы

Полный объем программы на языке релейно-контактной символики загружаемой в восемь БВВ составляет 16 КбайтПрограмма может обрабатывать по числу точек связи с объектом в общей сложности до 1920 аналоговых или булевых переменных или до 256 кодовых переменных Кроме того пользователь в каждом БВВ может завести до 128 булевых и 128 кодовых внутренних переменных Для обмена информацией между БВВ в распоряжении пользователя имеется 128 сетевых булевых переменных

Для совместной работы нескольких удаленных друг от друга блоков ввода-вывода организуется локальная сеть КП-2 Для этого БВВ подключаются к проложенной по объекту линии связи через блоки доступа

В качестве линии связи может быть использован радиочастотный коаксиальный кабель или витая пара телефонного кабеля В крайних БД для предотвращения отражения сигнала устанавливаются согласующие резисторы

Каждый из блоков БВВ может находиться в одном из трех режимов: «Загрузка» «Отладка» «Работа»

В режиме «Загрузка» может выполняться ввод вывод и редактирование программы Процесс управления при этом остановлен те рабочая программа не выполняется

Из режима «Загрузка» БВВ может по команде с загрузчика быть переведен в режим «Отладка»

При переводе в режим «Отладка» происходит трансляция рабочей программы с языка релейно-контактной символики в машинный код Исполнение программы в режиме «Отладка» идет без выдачи результата на объектДопускается корректировка программы и принудительное присвоение значений переменным При переводе ключа на лицевой панели в положение ПУСК БВВ переключается в режим «Работа»

В режиме «Работа» идет управление объектом по странслированной рабочей программе О том что КП-2 находится в рабочем режиме свидетельствует включенный индикатор РАБОТА на лицевой панели БВВ Никакие команды загрузчика кроме команд чтения страницы и слова состояния не выполняются Выполнение первой из этих команд обеспечивает слежение за исполнением рабочей программы вторая команда служит для целей контроля состояния и диагностики При переводе ключа в положение СТОП БВВ возвращается в режим «Отладка»

Обнаружение неисправности в работе аппаратуры БВВ приводит к фиксации кода ошибки в слове состояния БВВ При этом на лицевой панели загорается индикатор ОШИБКА а БВВ переходит в режим «Загрузка»

54 Назначение и технические данные модулей ввода - вывода

541 Модули ввода ЦВФ11 ЦВФ12 предназначены для ввода дискретных сигналов постоянного и переменного тока в программируемый контроллер КП-2 или МСУВТ В10 Модули выполняют функции гальванической развязки сигналов внутренней магистрали устройства в состав которого входят модули и сигналов объекта

Значение основных параметров модулей ввода ЦВФ11 ЦВФ12 приведено в табл. 51

Таблица 51

Значение основных параметров модулей ввода

**В модуле ЦВФ11 предусмотрен ввод сигналов переменного тока (частота 50 Гц) и постоянного тока

Модули ввода выполнены с применением микросхем серии К555 оптопар транзисторных АОТ127 операционных усилителей К1501УД1 диодных мостов КЦ407 и дискретных компонентов В модулях используется однослойный печатный монтаж Связь с внутриконтроллерной магистралью осуществляется через разъем Х2 На лицевых панелях модулей размещены 16 светодиодов для визуального контроля состояния входных каналов Модули ввода имеют 16 независимых каналов а полярность объектовых сигналов поступающих на их вход (разъем Х2 модулей) не имеет значения

542 Модули вывода ВЦФ01...ВЦФ04 предназначены для подключения дискретных нагрузок к программируемому логическому контроллеру КПБ21-02-8-51УХЛ4(КП-2) или микросредств МСУВТ В10 Модули осуществляют гальваническую развязку приемников сигналов (нагрузки) от цепей внутренней магистрали КП-2 или МСУВТ В10 и обеспечивают коммутацию на нагрузке тока максимальная величина которого определяется типом коммутирующего элемента модуляа конкретная величина зависит от приложенного напряжения и нагрузки

Значения основных параметров модулей вывода ВЦФ01...ВЦФ04 приведены в табл 52

Таблица 52

Значения основных параметров модулей вывода

*При подключении емкостной или индуктивной нагрузки выходное напряжение и ток коммутации определяются в соответствии с режимами коммутации по техническим условиям на коммутирующие элементы РПГ-8 и РПГ-2

**В модулях ВЦФ03 и ВЦФ04 предусмотрена выдача сигналов переменного тока (частота 50 Гц) и постоянного тока

В качестве коммутирующих элементов в модулях вывода используются:

1. квазикомплементарная пара транзисторов КТ814 и КТ819 - в модуле ВЦФ01
2. симистор ТС-106-10 - в модуле ВЦФ02
3. реле РПГ-2- в модуле ВЦФ03
4. реле РПГ-8- в модуле ВЦФ04

В модулях используется однослойный печатный монтаж Связь с внутриконтроллерной магистралью осуществляется через разъем Х1 Вывод сигналов производится через разъем Х2 На лицевых панелях модулей размещены 16 светодиодов для визуального контроля состояния выходных каналов Ширина лицевой панели ВЦФ01...ВЦФ03 - 195 мм панели ВЦФ04 - 395 мм Модули вывода ВЦФ03 и ВЦФ04 имеют 16 независимых каналов а у модулей ВЦФ01 и ВЦФ02 выходные сигналы объединены в группы по четыре (1-4 5-8 9-12 13-16) Полярность выходных сигналов имеет значения у модуля ВЦФ02 где сигналы объединенные на контактах разъема Х2 имеют положительную полярность (+) а 16 индивидуальных сигналов - отрицательную (-)

5.4.3. Модули ввода аналоговых сигналов и напряжения - МАВ20 тока - МАВ21 и температуры - МАВ24 - 27 предназначены для ввода и предварительной обработки аналоговых сигналов поступающих от объектов управляемых программируемым контроллером КП-2. Модули ввода входят в состав комплекса модулей УСО и обеспечивают гальваническую развязку аналоговых сигналов объекта и сигналов внутренней магистрали контроллера. Технические данные модулей МАВ20 МАВ21 и МАВ24...МАВ27 приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Значение основных параметров модулей ввода.

5.4.4. Модули вывода аналоговых сигналов МАВ30 и МАВ31 предназначены для использования в составе программируемого контроллера КП-2 и обеспечивают преобразование двоичных кодов в пропорциональные уровни напряжения (МАВ30) и тока (МАВ31).

Двоичный код поступает на данные модули от модуля центрального процессора по межмодульной магистрали. Модуль МАВ30 имеет также дополнительный вход для приема кода от устанавливаемого рядом модуля позиционирования. Выходные цепи модулей гальванически изолированы от программируемого контроллера и друг от друга.

Основные технические данные модулей сведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Значение основных параметров модулей вывода.

55 Устройство и работа блока задания программы (БЗП)

551 Модуль центрального процессора загрузчика

В состав модуля центрального процессора (МЦПЗ) входят следующие узлы:

1. однокристальная микро ЭВМ (ОЭВМ)
2. схема формирования сигнала сброса (ССБР)
3. постоянное запоминающее устройство системных программ (РПЗУСП)
4. оперативное запоминающее устройство программ пользователя и данных (ОЗУПД)
5. схема контроля оперативного ЗУ (СКПД)
6. контроллер связи с блоком клавиатуры (КСКЛ)
7. внешний таймер (ВТМ)
8. контроллер прерываний (КПР)
9. схема выборки режима загрузчика (СРЗ)
10. дешифратор адреса внешнего устройства (ДШВУ)
11. задающий генератор эталонной частоты (ЗГ)
12. адаптер связи с блоками ввода-вывода (АДПБВВ)
13. схема звуковой сигнализации (ЗС)

ОЭВМ управляет работой узлов модуля выполняет обработку информации необходимую для реализации функций загрузчика

ССБР предназначена для формирования сигнала установки всех узлов центрального процессора в исходное состояние при включении питания или по инициативе пользователя

РПЗУСП используется для хранения всех системных программ МЦПЗ

ОЗУПД служит для хранения программ пользователя загружаемых в БВВ таблиц конфигурации КП-2 а также для текущих переменных самого загрузчика

СКПД предназначена для обеспечения контроля содержимого ОЗПД по четности

КСКЛ обеспечивает сопряжение выносной клавиатуры с ПЦПЗ и выполняет преобразование последовательного кода передаваемого клавиатурой в параллельный

ВТМ служит для получения серии импульсов опорной частоты необходимой для приема данных из блока клавиатуры и ведение абсолютного таймера

КПР предназначен для формирования сигналов прерывания по запросам узлов МЦПЗ

СРЗ выполняет кодирование заданного режима работы загрузчика

ДШВУ предназначен для формирования сигналов выборки одного из внешних устройств ОЭВМ: «ВЫБ ВТМ» «ВЫБ КПР» и сигнала выборки модуля отображения «ВЫБ АЦД»

ЗГ выполняет роль задающего генератора для внешнего таймера

АДПНМЛ предназначен для согласования уровня сигналавыдаваемого ОЭВМ с микрофонным входом магнитофона а также для преобразования аналогового сигнала снимаемого с линейного входа магнитофона в цифровой последовательный код

АДПБВВ предназначен для согласования последовательного порта ОЭВМ с линией связи идущей к БВВ

Схема ЗС предназначена для формирования кратковременного звукового сигнала оповещения пользователя При включении питания загрузчика или при нажатии на кнопку СБРОС схема ССБР вырабатывает сигнал сброса переводящий ОЭВМ ВТМ КСКЛ и КПР в исходное состояние По окончании сигнала сброса ОЭВМ производит самодиагностику затем последовательно проверяет РПЗУСП и ОЗУПД на наличие ошибок В случае успешного завершения тестирования устройств памяти ОЭВМ переходит к программной настройке ВТМ КПР и КСКЛ на необходимый режим работы одновременно проводится проверка работоспособности указанных узлов По окончании диагностирования и настройки внешних устройств ОЭВМ выдает на экран ЭЛТ сообщение о готовности устройства к работе Если в процессе тестирования узлов МЦПЗ будет обнаружена ошибка производится попытка локализации и определения типа ошибки

Сообщение об ошибке ее источнике и возможные методы устранения выдается на экран БЭЛТ

5.5.2. Модуль отображения

В состав модуля отображения (МО) входят следующие узлы:

1. задающий тактовый генератор (ТГ)
2. порт ввода -вывода (ПВВ)
3. буферное запоминающее устройство (БЗУ)
4. счетчик адреса (СА)
5. мультиплексор адреса (МА)
6. схема управления режимом (СУР)
7. регистр знакогенератора (РГЗГ)
8. знакогенератор (ЗГ)
9. мультиплексор сигнала яркости МПЯ)
10. схема гашения луча (СГЛ)
11. схема формирования сигналов синхронизации (ФСС)
12. смеситель видеосигнала (СВС)

ТГ представляет собой автоколебательный генератор тактовых импульсов с частотой следования 14 МГц и служит для синхронизации работы всех узлов МО

ПВВ обеспечивает связь МО с МЦПВ по магистрали МВО С узлами МО он связан шиной данных (ШД) шиной адреса (ША) управляющими сигналами (ШУ)

БЗУ предназначено для хранения кодов символов отображаемых на экране ЭЛТ При этом каждая ячейка БЗУ привязана к определенному знакоместу Считывание информации из БЗУ происходит синхронно с процессом регенерации изображения на экране50 раз в секунду так что код отображаемого символа на вход знакогенератора в заданный момент времени

Для подсчета и адресации точек на экране используется счетчик СА модуль перерасчета которого равен полному числу точек растра с учетом фиктивных областей изображения Адрес точки получаемой в СА делится на группы поступающие к различным узлам МО Ряд выходов СА образует адрес знака который по шине АЗН поступает на МА Мультиплексор МА служит для коммутации адреса обращения к БЗУ При записи новой информации или при чтении из БЗУ адрес обращения поступает по ША из ПВВ в процессе отображения адресации БЗУ происходит с входов СА Сменой режимов обращения к БЗУ управляет СУР

РГЗГ служит для хранения кода отображаемого символа на время получения строки матрицы знака С выхода РГЗГ код символа поступает на вход знакогенератора На другой вход знакогенератора по шине АСТР со счетчика СА поступает адрес строки в знаке Знакогенератор ЗГпредставляющий собой ПЗУ в котором «прошиты» контуры всех используемых символов преобразует поступающие данные в код яркости КЯ строки изображаемого в данный момент знака

Для формирования строки знаков их коды должны поступать на вход ЗГ не менее 8 раз ( семь знаков плюс одна строка пропуска между строками) Это обеспечивается циклическим опросом одних и тех же адресов буферной памяти

Параллельный код яркости преобразуется в последовательный сигнал яркости точки в мультиплексоре МПЯ Выбор точки в МПЯ происходит в зависимости от адреса столбца знака поступающего из СА по шине АСТБ Для выделения точек растра сигнал яркости СЯ в МПЯ стробируется серией от тактового генератора

СГ предназначена для выделения видимой части изображения

Вместе со схемой ФСС которая формирует сигналы СГЛ используется для формирования полного видеосигнала в смесителе СВС

При необходимости отображаемые данные могут быть прочитаны из МО Для этого шина ШД объединяющая БЗУ и ПВВ выполнена как двунаправленная

55.3. Блок клавиатуры

На лицевой стороне БК расположено 77 клавиш которые по своему назначению могут быть разбиты на следующие группы:

1) клавиши символов ЯРКС

2) клавиши ввода цифр

3) клавиши построения релейной схемы

4) клавиши управления курсором

5) клавиши редактирования программ

6) клавиши задания режима работы

1. функциональные клавиши общего назначения
2. клавиши управления НМЛ

В состав БК входят следующие узлы:

1. однокристальная микроЭВМ (ОЭВМ)
2. регистр строк (РГСТБ)
3. регистр столбцов (РГСТБ)
4. память программ (ПП)
5. усилитель линии связи(УЛС)
6. усилитель звуковой сигнализации (УЗ)
7. матрица замыкателей (МЗ)
8. источник питания (ИП)

СФСБР предназначена для формирования сигнала сброса и блокировки УЛС при включении питания

Однокристальная микроЭВМ выполняет опрос матрицы замыкателей формирование кода нажатой клавишипреобразование параллельного кода в последовательный

РГСТР служит для буферного хранения адреса и формирования сигнала активного уровня на строках МЗ при опросе матрицы

На РГСТБ фиксируется код считанный из матрицы

ПП предназначена для хранения программ однокристальной микроЭВМ и таблиц генерации кодов клавиш

УЛС выполняет согласование последовательного порта ОЭВМ с ЛСЗ

УЗ предназначен для формирования звукового сигнала

МЗ представляет собой матрицу однополюсных замыкателей выполненных способом печатного монтажа на гибкой пленке

ИП предназначен для формирования напряжений питания схемы БК +

5 В и -15 В из входного напряжения (+8 В...+15 В)

56 Язык программирования

561 Символы языка

Программа предназначенная для ввода в БВВ составляется на языке релейно-контактной символики (ЯРКС)Программанаписанная на ЯРКС состоит из символов сгруппированных в операторы

При написании программы используются следующие символы:

1. цифры 0 1...9
2. символы релейно-контактной логики
3. символы KOD Вотображающие связь с аппаратурой для снятия и выдачи значений тока и напряжения
4. символы ТМ О1 ТМ 10 ТМ 100 СЧ РС идентичные элементам задержки счетчику и шаговому искателю
5. символ перехода  П 
6. знаки арифметических действий  +   - 
7. знаки сравнения  =                
8. специальные символы         используемые для булевских операций 
9. символы обозначающие тип переменной или контакты О А С В К

Язык релейно-контактной символики позволяет выполнять следующие операции:

1. операции релейно-контактной логики
2. операции с кодами
3. операции перехода
4. операции с накапливающими узлами

562Операции релейно-контактной логики

К операциям релейно-контактной логики относятся:

1. нормально- открытый контакт в последовательной цепи  
2. нормально-открытый контакт открывающий параллельную

ветвь  

1. нормально открытый контакт замыкающий параллельную

ветвь  

1. нормально -отрытый контакт открывающий и замыкающий параллельную ветвь  
2. нормально-закрытый контакт в последовательной цепи  
3. нормально-закрытый контакт открывающий параллельную

ветвь  

1. нормально-закрытый контакт закрывающий параллельную

ветвь  

1. нормально-закрытый контакт открывающий и закрывающий параллельную ветвь  
2. выход    
3. выход с удержанием    

Каждому оператору релейно-контактной логики ставится в соответствие переменная идентификатор которой принимает значение от 0 до 240 в зависимости от типа переменной

переменные разделяются на три типа:

1. объективная переменная
2. внутренняя переменная
3. сетевая переменная

Объективные переменные соответствуют реальным входам и выходам объекта

Внутренние переменные применяются для хранения промежуточных результатов при вычислении функций управления

Сетевые переменные доступны для обмена БВВ входящих в сеть между собой

Объектовая переменная обозначается символом Ои ее идентификатор (адрес) может принимать значения от 0 до 240

Сетевая переменная обозначается символом С и ее идентификатор может принимать значения от 0 до 128

Внутренняя переменная обозначается символом В и ее идентификатор может принимать значения от 0 до 128

563 Операции с кодами

К операциям с кодами относятся следующие:

1. засылка кода  код 
2. выдача кода    

Операция  Засылка кода   Выдача кода  ставится в соответствие переменная одного из следующих пяти типов:

1. объективная переменная релейная
2. объективная переменная аналоговая
3. сетевая переменная
4. внутренняя переменная
5. константа

Аналоговая переменная обозначается символом А и ее адрес (идентификатор) может принимать значения от 0 до 240 и должен быть кратен восьми

Константы обозначаются символом К и их значения могут меняться от 0 до 255

564 Арифметические операции

К арифметическим операциям относятся:

сложение  + 

вычитание   .

Допускается соединять знаками арифметических действий только операторы  код 

565 операции сравнения

К операциям сравнения относятся:

- больше   

- больше или равно   

- меньше   

- меньше или равно   

- равенство  = 

- неравенство   

Допускается соединять знаками сравнения только операторы

 код 

566 Логические операции

К логическим операциям относятся:

- сложение по mod 2   

- дизъюнкция   

- конъюнкция   

- инверсия   

Допускается применять логические операции только к операторам

 код 

Сочетание     код  соответствует инверсии значения переменной

Перед операторами     код  допускается применение логических операций и не допускаются знаки арифметических действий и операторы сравнения

567Операции перехода

С помощью операции перехода передается управление в часть программы заканчивающуюся терминатором логической линии ( Выход Выход с удержанием Выдача кода)

Мнемоническое обозначение операции перехода -  П 

Оператор Перехода включает указание номера страницы программы на которую производится переход Номер страницы может изменяться от 0 до 255 Страница - часть программы на ЯРКС содержащая релейную цепь заканчивающуюся терминатором логической линии

568 Операции с накапливающими узлами

К операциям с накапливающими узлами относятся:

1. таймер с уставкой 01 с -ТМ 01
2. таймер с уставкой 1 с - ТМ 10
3. таймер с уставкой 10 с ТМ 100
4. счетчик СЧ
5. распределитель РС

При определении операций с накапливающими узлами задаются значения уставки которые могут изменяться от 0 до 255

57 Программное обеспечение контроллера

Наиболее важной частью автоматизированной системы управления на базе программируемого контроллера КП-2 является программное обеспечение. В данном проекте рассмотрен вопрос применения контроллера для замены релейно-контакторной схемы автоматизации дозаторной скипового подъема ствола СС-2 рудника Октябрьский. Программа составлена на применяемом в КП-2 языке релейно-контактной символики (ЯРКС). Описание языка приведено в разделе 5.6.

В качестве примера поясняющего принцип построения программы взята цепь пуска транспортера (см. рис. 5.1).

Для упрощения обработки исходной информации и переоформления ее в виде программы наиболее сложные логические цепи (параллельно-последовательные участки) разбиваются на более простые и понятные для восприятия узлы. В нашем примере цепь пуска транспортера разбита на 4 узла и последний - 5-й является выходным сигналом используемый контроллером как итоговый по данной цепи.

Составление программы начинаем с узла В12. Словесное описание этого логического узла будет звучать так: цепь узла В12 замкнута если нажата кнопка «1SB» (замыкающий контакт кнопки замкнут) либо реле запуска транспортера уже включено (реле становится на самоподхват) кнопка «2SB» не нажата (размыкающий контакт не разомкнут) контакт реле К12 (режим работы дозаторной в режиме Ручной) замкнут. Программу (этой части цепи) строим по описанной логической схеме. Вместо контактов релейно-контакторных аппаратов подставляем графические символы языка ЯРКС. В результате получается логическая программа с конечным результатом в виде внутренней переменной В12 (см. рис. 5.2). Для узлов В14 В15 и В16 принцип построения программы тот же что и для узла В12.

При составлении программы используются не только физические (объектовые) переменные но и виртуальные (внутренние). Алгоритм например для узла В13 (по цепи управления транспортером в режиме Ручной) будет звучать так: цепь узла В13 будет замкнута если внутренняя переменная В12 замкнуты (соблюдаются все условия на их включение как в примере с внутренней переменной В12 и замкнуты физические контакты промежуточных реле К10 (затвор восточного дозатора закрыт) К9 (затвор западного дозатора закрыт) и К25 (отсутствие аварийного сигнала).

И наконец выводим последнее логическое заключение: чтобы запустить в работу ленточный транспортер необходимо чтобы были замкнуты внутренние переменные В16 В14 и В15 (цепь пуска в автоматическом режиме) или замкнуты внутренние переменные В12 и В15 (цепь пуска в ручном режиме). В этом случае внутренняя переменная В13 будет так же замкнута т.е. цепь пуска транспортера собрана (см. рис. 5.2).

При дальнейшем составлении программы в цепях где это необходимо мы будем пользоваться не физическими контактами реле К28 а переменной В13. Для включения в работу силовых аппаратов (в нашем случае это электромагниты пневматических клапанов управления затворами дозаторов) используются выходные объектовые переменные - О73 и О74 (модуль вывода) включаемая одной внутренней переменной В21. Обращение к одной и той же переменной (как входной объектовой так и внутренней) возможно при составлении любого числа логических строк программы.

Написание программы для других аппаратов схемы управления аппаратурой дозаторной на основе программируемого контроллера выполнено аналогично.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

6.1. Эксплуатационные расходы по старому варианту

Капитальные затраты по старому варианту.

Для определения капитальных затрат стоимость используемого оборудования сведём в таб.6.1.

Таблица 6.1

Амортизационные отчисления и нормы амортизации

(6.1)

где а=6 % - нормы амортизации

К=774800 руб.- капитальные затраты по старому варианту;

S=0,06774800=46488руб.

Затраты на текущий ремонт и прочие расходы

(6.2)

где S- амортизационные отчисления;

S=0,446488=18595 руб.

(S+S) (6.3)

где S - затраты на текущий ремонт

S=0,15(46488+18595)=9762 руб.

Стоимость годового расхода электроэнергии

(6.4)

где Е – годовой расход электроэнергии, тыс.кВт ч/год

Ц-стоимость 1 тыс.кВт ч потребленной электроэнергии;

Е=40260=10400 руб.

Расходы на заработную плату, обслуживающему персоналу

Обслуживающий персонал подъемной установки состоит из следующих специалистов:

Таблица 6.2

Заработная плата дневной смены в году

(6.5)

где N- количество часов дневных смен в году, шт;

q- дневная часовая тарифная ставка, руб;

=1814,427=48988,8 руб.

=1814,418=32659,2 руб.

=1814,420=36288 руб.

=1814,422=39916 руб.

Заработная плата ночной смены в году

(6.6)

где N- количество часов ночных смен в году, шт;

q- ночная часовая тарифная ставка, руб;

А=73523,4=17199 руб.

Размеры премиальных определяются как 43 % на протяжении девяти месяцев года

А (6.7)

=руб.

=руб.

=руб.

=руб.

(6.8)

1755,49=15798,6 руб.

1170,39=10532,7 руб.

1300,39=11702,7 руб.

1430,39=12872,7 руб.

Отсюда определяем общую заработную плату в год

(6.9)

где А- заработная плата дневных смен в году, руб;

А- заработная плата ночных смен в году, руб;

А- размеры премиальных, руб;

=48988,8+15798,6=64787,4 руб.

=32659,2+17199+10532,7=60391 руб.

=36288+11702,7=47990,7 руб.

=39916+12872,7=52788,7 руб.

Учитывая явочную численность персонала, определяем общие расходы на заработную плату:

(6.10)

где Ч,Ч,Ч - явочная численность электрослесарей, чел;

Ч - явочная численность машинистов подъема, чел;

264787,4+660391+247990,7+252788,7=693479,6 руб.

Эксплуатационные расходы по старому варианту

(6.11)

где Е- стоимость годового расхода электроэнергии, руб;

S- амортизационные отчисления, руб;

S- затраты на текущий ремонт, руб;

S- прочие расходы, руб;

А- расходы на заработную плату;

Э=10400+46488+18595+9762+693479,6=778721,6 руб.

6.2. Эксплуатационные расходы по новому варианту

Капитальные затраты по новому варианту.

Для определения капитальных затрат стоимость используемого оборудования сведём в таб.6.3.

Таблиц6.3

Амортизационные отчисления и нормы амортизации

(6.12)

где а=6 % - нормы амортизации

К=772200 руб.- капитальные затраты по старому варианту;

S=0,06772200=46332 руб.

Затраты на текущий ремонт и прочие расходы

(6.13)

где S- амортизационные отчисления;

S=0,446332=18533 руб.

(S+S) (6.14)

где S - затраты на текущий ремонт

S=0,15(46332+18533)=9729,7 руб.

Стоимость годового расхода электроэнергии

(6.15)

где Е – годовой расход электроэнергии, тыс.кВт ч/год

Ц-стоимость 1 тыс.кВт ч потребленной электроэнергии;

Е=40260=10400 руб.

Расходы на заработную плату, обслуживающему персоналу по новому варианту

Обслуживающий персонал подъемной установки состоит из следующих специалистов:

Таблица 6.4

Используя для расчета формулы (6.5) и (6.6) получаем годовую заработную плату:

=1814,427=48988,8 руб.

=1814,418=32659,2 руб.

=1814,420=36288 руб.

=1814,422=39916 руб.

Используя для расчета формулы (6.7) и (6.8) получаем данные о премии в год (9 месяцев):

1755,49=15798,6 руб.

1170,39=10532,7 руб.

1300,39=11702,7 руб.

1430,39=12872,7 руб.

Используя для расчета формулу (6.9) и (6.10) получаем заработную плату персонала по новому варианту:

=48988,8+15798,6=64787,4 руб.

=32659,2+17199+10532,7=60391 руб.

=36288+11702,7=47990,7 руб.

=39916+12872,7=52788,7 руб.

64787,4+660391+47990,7+252788,7=580701,5 руб.

Из полученных данных определяем эксплуатационные расходы по новому варианту:

(6.16)

Э=10400+46332+18533+9729,7+580701,5=665696,2 руб.

6.3. Определение экономической эффективности проекта

(-) - (-) (6.17)

где - эксплуатационные расходы по старому варианту, руб;

Э - эксплуатационные расходы по новому варианту, руб;

=0,12- нормативный коэффициент;

К- капитальные затраты по новому варианту, руб;

К- капитальные затраты по новому варианту, руб;

=(778721,6 – 665696,2) – 0,12(774800 – 772200)=112713,4 руб.

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Вопросы охраны труда на руднике «Октябрьский» решаются в соответствии с требованиями ВСН-08-83 «Инструкция о составе и порядке разработки мероприятий по охране труда в проектах цветной металлургии», «Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом» и других нормативных и руководящих документов применительно к горному производству.

7.1. Требования по электробезопасности

Электpоснабжение:

-на вводах 6кВ ГПП-30-бис, PП-395-Т, ПP-315-IТ, pасположенных на пpомплощадке ВПС-1, для огpаничения мощности тpехфазного КЗ, устанавливаются токоогpаничивающие pеактоpы;

-защита подземных кабельных сетей на стоpоне 0,4кв основана на пpинципе опеpежающего отключения комплекса коммутационных опеpаций, исключающих возможность появления опасных электpических pазpядов в месте повpеждения кабеля или электpоаппаpата;

-защита выполнена автоматоми АФВ и пускателями, установленными

на отводящих линиях 0,4кВ;

-защита от токов утечки в низковольтных подземных сетях выполняется с помощью pеле утечки УАКИ, действующих на отключение пpи снижении уpовня изоляции в кабельных сетях ниже допустимых значений.

Схема электpоснабжения подземных электpоустановок на стоpоне 6кВ должна отвечать следующим условиям:

-мощность тpехфазного КЗ в любой точке сети 6кв менее 50мВА;

-максимальная токовая защита на всех участках выполняется на отключение выключателя без выдеpжки вpемени типовыми камеpами

ЯК6400, ВВД-6, КPУВ-6;

-отключение всех электpически связанной повpежденной сети пpи замыканиях на землю и опасных токах утечки.

3.Ведение сваpочных и газопламенных pабот на повеpхности и в подземных выpаботках осуществлять в соответствии с «Инстpукцией по пpоизводству сваpочных и газопламенных pабот в подземных выpаботках и надшахтных зданиях».

4.Эксплуатация дизельного обоpудования в части пpотивопожаpной защиты подземных выpаботок, гаpажей, pемонтных пунктов по обслуживанию машин, складов ГСМ, пpи тpанспоpтиpовании ГЖ и обpащении с ними должна пpоизводиться в соответствии с «Инстpукцией по безопасному пpименению СО в подземных pудниках».

5.Выполнение меpопpиятий по возможности осуществления вентиляционных маневpов, pевеpсиpования вент. стpуи и секциониpования гоpных выpаботок пpи возникновении пожаpа в соответствии с «Инстpукцией по поставлению планов ликвидации аваpий».

6.Контpоль за газовым составом pудничной атмосфеpы непосpедственно в забоях осуществляется с помощью поpтpативных экспpесс-пpибоpами типа ШИ-10 , ШИ-11 пеpсоналом ПВС.

7.В зданиях и сооpужениях пpомплощадки ВПС-1 пpедусматpивается пожаpная сигнализация,в гоpных выpаботках и объеках повеpхности - pазличные виды телефонной связи,pадиофикация и аваpийное оповещение pадиосвязью.

8.Обучение людей, pаботающих на pуднике умению пользоватьсясpедствами пожаpотушения, а также методами pаспознания окислительных пpоцессов и основными пpиемами боpьбы от самовозгоpания pуды.

Виды работ,выполняемые сласарем, дежурным по ремонту оборудования:

• техническое обслуживание работающего оборудования;
• установление причин неисправности оборудования, демонтаж агрегатов, узлов и деталей;
• разборка, очистка, ремонт, сдорка и установка отремонтированных агрегатов, узлов и деталей на оборудование;
• запуск отремонтированного оборудования в эксплуатацию.

К работе слесарем дежурным по ремонту оборудования допускаются лица в возрасте не моложе 21 года прошедшие специальное обучение, сдавшие экзамены и получившие соответствующее удостоверение.

При поступлении на рудник слесарь должен пройти медицинское освидетельствование и в дальнейшем проходить его в установленном порядке с обязательной рентгенографией.

При поступлении на работу, а также при переводе с одного участка на другой, допуск слесарей к самостоятельной работе производится после инструктажа по технике безопасности.

Периодически, один раз в пол года, все слесари обязаны пройти повторный инструктаж по технике безопасности, проводимый участковым техническим надзором, ознакомиться под роспись с планом ликвидации аварий в части, относящейся к месту их работы, и с правилами личного поведения во время аварии.

Выполнять порученную работу слесарь должен в предусмотренной для этой цели спецодежде и спецобуви и при необходимости использовать предохранительные приспособления и средства индивидуальной защиты (предохранительный пояс, очки и т.д.). Спецодежда должна быть соответствующих размеров, куртка и рукава должны быть застёгнуты и не иметь свисающих концов ,каска зафиксирована под бородочным ремнём.

Слесарь обязан внимательно относиться к выполнению полученной работы, следить за сигналами, имеющими отношение, как к его непосредственной работе, так и за сигналами предупреждающими о возникновении опасности; не отвлекаться от работы посторонними разговорами и внимательно относиться к личной безопасности.

На месте ремонта оборудования слесарь должен иметь исправный инструмент и приспособления.

В своей работе слесарь должен руководствоваться общими инструкциями по безопасности труда, рабочими технологическими инструкциями, инструкциями на отдельные виды работ, технологическими картами, проектами производства работ, картами безопасности

и настоящей инструкцией.

Слесарь по ремонту оборудования перед началом работы обязан:

1. Получить наряд на выполнение работы, ознакомиться с мероприятиями по безопасному производству работ согласно наряда или другими нормативными документами (наряд допуском, проектом организации работ, технологическими картами), по которым должны выполняться работы расписаться в журнале выдачи нарядов, ознакомиться с замечаниями и неполадками в работе предыдущей смены.
2. Перед производством ремонтных работ согласовать их с технологическим персоналом, обслуживающим данное оборудование.
3. Осмотреть неисправное оборудование, установить причину поломки и объём ремонтных работ.
4. Подготовить для производства ремонтных работ своё рабочее место, оборудование, приспособления, предохранительные устройства и инструмент, при этом убедиться, что:

• напильники, отвёртки и т.д. имеют исправные ручки;
• зубила, керны не имели трещин, заусениц и наклёпа;
• молотки и кувалды имели слегка выпуклый, без трещин, заусениц и наклёпа боек, надёжно были закреплены на ручках; рукоятки всех применяемых в работе инструментов имели гладкую поверхность и были изготовлены из твёрдых и вязких пород дерева;
• размеры гаечных ключей соответствовали размерам гаек и головок болтов и не имели трещин, «губки» ключей были строго параллельны.

1. Установить при необходимости предупреждающие знаки, ограждения плакаты.
2. Отключить и заблокировать пусковую электроаппаратуру.
3. При производстве работ на оборудовании, находящемся под давлением воздуха или жидкости, перекрыть задвижку (вентиль) на подводящих трубопроводах, вывесить на маховиках задвижек плакаты «Не открывать работают люди» и сбросить давление воздуха или жидкости.
4. Очистить от грязи и ржавчины узлы и агрегаты ремонтируемого оборудования.
5. Проверить наличие и состояние средств пожаротушения.

Слесарь по ремонту горного оборудования обязан:

Во время разборки и сборки агрегатов и узлов применять специальные съёмники и приспособления, а при отсутствии их применять выколотки или молотки из мягких материалов (медь, латунь).

При зачистке деталей после сварки, а также рубке металла и троса зубилом работать в защитных очках.

Проводить чистку деталей с помощью сжатого воздуха только в очках и в направлении от работающих.

Производить сборку деталей в порядке, обратном разборке узла, применяя для совпадения отверстий только специальные оправки.

Производить мойку деталей горючими жидкостями только в специально отведённых и оборудованных для этого местах. Разлитые горючие жидкости должны быть убраны с помощью песка и опилок, используемые при этом материалы должны быть убраны в специальные ящики с крышками, вывезены на отвалы и уничтожены.

Работая с пневматическим инструментом, соблюдать следующие меры безопасности:

• присоединять и отсоединять шланги только после прекращения подачи воздуха и снятия давления с рабочей системы машины;
• продуть шланги перед присоединением их к пневмоинструментам;
• проверить работу инструмента вхолостую;
• включить подачу воздуха только после установки инструмента в рабочее положение и обеспечения надёжного крепления шлангов.

При выполнении работ по перемещению грузов при помощи талей, слесарь обязан выполнять требования инструкции по безопасности труда при эксплуатации грузоподъемных механизмов, управляемых с пола и инструкции по безопасности труда для стропальщиков.

При работе с электроинструментами пользоваться резиновыми перчатками.

При работе на заточном станке пользоваться защитными очками. Зазор между подлокотником и наждачным кругом должен быть не более 3 мм.

Перемещение баллонов со сжатыми газами осуществлять только в специальных носилках или тележках.

При производстве работ на пневмосистеме, трубопроводах сжатого воздуха:

• перекрыть вентилем доступ сжатого воздуха;
• сбросить остаточное давление;
• убедиться в отсутствии воздуха по манометру;
• на маховике вентиля вывесить плакат «Не открывать - работают люди»

При выполнении опиловочных и зачистных работ по металлу металлическую стружку и опилки удалять только щётками.

При работе на высоте или в стволе пользоваться исправными и рассчитанными на соответствующую нагрузку подмостями и лесами с перилами и сплошным настилом. Перегружать леса категорически запрещается.

При работе на высоте 1,5 м или в стволе пользоваться предохранительным поясом.

При производстве работ вблизи кабелей должны быть приняты меры предотвращающие их повреждение.

Работы с люлек и подъёмных сосудов производить в предохранительном поясе, прикреплённом к прицепному устройству или подъёмному канату.

При производстве работ в выработках с контактным проводом и вблизи электрических кабелей, контактный провод и электрокабели должны быть отключены.

При производстве часто повторяющихся работ руководствоваться соответствующими картами безопасности, участков, утверждённых главным инженером рудника.

Слесарю дежурному и по ремонту горного оборудования запрещается:

• пользоваться неисправными грузоподъёмными механизмами, талями, домкратами, лебёдками, тельферами;
• применять не соответствующие грузоподъёмные устройства и самостоятельно изготовленные стропа;
• производить работы на трубопроводах, находящихся под давлением (кроме работ дефектоскопии стенок трубопроводов);
• наносить удары молотком, кувалдой по закалённым деталям без выколотки или наставок из мягких материалов;
• пользоваться неисправными, неиспытанными монтажными поясами;
• удлинять гаечные ключи любыми приспособлениями;
• пользоваться неисправными инструментами (ключами с изношенным зевом, молотками, напильниками с плохо насажанными ручками, зубилами с выбоинами на режущих кромках и наклёпками на торцах, свёрлами с изношенными хвостовиками и т.д.);
• загромождать проходы, проезды, в местах проведения ремонтных работ материалами, оборудованием, запчастями и т.д.

При нарушении любого из требований, изложенных в данной инструкции, работы, выполняемые слесарем дежурным и по ремонту горного оборудования, не производить.

После окончания работы слесарь обязан:

• привести в порядок рабочее место (убрать детали, материал, приспособления, очистить его от хлама и грязи;
• промасленный обтирочный материал убрать в специальные металлический ящики;
• убрать установленные перед началом работы ограждения и плакаты;
• при необходимости проверить работу оборудования вхолостую;
• отчитаться о проделанной работе и сообщить о своих замечаниях горнотехническому надзору участка.

Слесари дежурные и по ремонту горного оборудования, нарушающие требования настоящей инструкции, в зависимости от тяжести допущенных нарушений и их последствий привлекаются к дисциплинарной или уголовной ответственности в порядке, установленном законодательством.

7.2. Охрана окружающей природной среды

Мероприятия по охране окружающей среды разработаны в соответствии с требованиями следующих директивных и нормативных документов по проектированию: закона СССР «Об охране атмосферного

воздуха», «Основ водного законодательства», «Основ земельного законодательства», СНиП 2.06.14-85 «Инструкция о составе, порядке

разработки, согласование и утверждение проектно-сметной документации на страительство предприятий, зданий и сооружений», приложение 4 в части охраны от загрязнения атмосферного воздуха и водоемов, СНиП 2.06.14-85 «Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод», «ЕПБ при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом», «Санитарных правил для предприятий по добыче и обогащению рудных, нерудных и россыпных полезных ископаемых, 1987г.» и предварительных рекомендаций института «Гипроникель» по охране атмосферного воздуха для проектирования отработки медистых руд, 1990г.

Горный отвод подземной разработки Октябрьского месторождения медно-никелевых руд в поле рудника «Октябрьский», в том числе и медистых руд, разработан институтом «Норильскпроект» в 1971 г.,утверждени Красноярским управлением Гостехнадзора СССР в 1972 г. и представлен предприятию для разработки полезных ископаемых.

В настоящем проекте для вскрытия медистых руд предусматривается проходка вспомогательного воздухо-подающего ствола ВПС-1, расположенного у границы зоны сдвижения с допустимыми деформациями 240 м от контуров богатых и медистых руд. При условиях отработки запасов с закладкой после проверки величины охранного целика по безопасной глубине для объектов охраны 2 категории согласно требованиям «Правил охраны зданий и сооружений» установлено, что никаких дополнительных мер защиты подземных и поверхностных объектов от вредного влияния подземных разработок не требуется.

Принятые в проекте схема вскрытия медистых руд, порядок отработки участков шахтного поля, управлением горным давлением, системы разработки и технологические процессы отвечают условиям безопасности горных работ и обеспечивает полноту извлечения и качество полезного ископаемого.

Управление горным давлением с использованием полной закладки выработанного пространства твердеющими смесями исключает возможность оставления медистых руд в целиках и предотвращает разрушение выше налегающей толщи горных пород, которые могут быть использованы со временем как полезные ископаемые, а также проникновение в рудник подземных вод из водоносного горизонта. Ведение горных работ по добыче медистых руд в проекте предусматривается с соблюдением требований «Единых правил охраны недр».

Медистые, вкраплённые руды, попутно добываемые при проходке горно-капитальных и эксплуатационных выработок, проектом предусмотрено временно складировать в специально предусмотренных для этого выработках, камерах, нишах и выдавать их в организованном порядке для хранения в поверхностном складе вкраплённых руд стволов ВС-1,ВС-3, а медистые на склад руды у ВСС.

Порода извлекаемая при проходке горных выработок, идет частично использована для закладки выработанного пространства и остальные выдаваться на поверхность в породные отвалы.

Установка, монтаж и пуск в эксплуатацию программируемого контроллера КП-2, кроме определенного экономического эффекта позволит к тому же поднять уровень производства на более высокую ступень. Внедрение новой элементной базы позволяет перевести управление подъемной установки, в частности дозаторной , на более высокий уровень.

Контроллер может работать как в составе крупной распределенной АСУ ТП, связываясь с ЭВМ верхнего уровня по каналу цифровой связи, так и в качестве автономного технического средства, решающего комплекс задач логического управления, регулирования, представления и документирования информации о процессе управления.

Работать с контроллером может эксплуатационный персонал, связанный с обслуживанием традиционной релейной и аналоговой аппаратуры и не знакомой с вычислительной техникой и методами программирования для ЭВМ. Также КП – 2 имеет высокие показатели надежности работы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Александров К.К., Кузьмина Е.Г., Электротехнические чертежи и схемы.- М.:Энергоатомиздат, 1990.- 288с.:ил.

2.Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Автоматизированный электропривод подъемных установок глубоких шахт.- М.:Недра, 1983.-270с.:ил.

3.Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Тиристорный электропривод с реверсом возбуждения двигателя рудничного подъема.- М.:Недра, 1990.-382с.:ил.

4.Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х.Евзеров, А.С.Горобец, Б.И.Мошкович и др.; Под ред. канд. техн. наук В.М.Перельмутера.- М.:Энергоатомиздат, 1988.-319с.:ил.

5.Малиновский А.К., Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников: Учебник для вузов.- М.:Недра,1987.- 277с.:ил.

6.Озерной М.И., Электрооборудование и электроснабжение подземных разработок угольных шахт. Изд. 5-е, перераб. и доп.- М.: Недра, 1975.- 448с.:ил.

7.Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. -6-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1986.-648с.:ил.

8.Справочник по электроснабжению п ромышленных предприятий.

Промышленные электрические сети. 2-е изд., перераб. и доп. / Под общ. ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского.- М.:Энергия, 1980.- 576с.:ил.

9.Справочник по электроустановкам угольных предприятий.

Электроустановки угольных шахт: Справочник/ В.Ф.Антонов, Ш.Ш.Ахметов, С.А.Волотковский и др. Под общей редакцией В.В.Дегтярева,

В.И.Серова, Г.Ю.Цепелинского - М.:Недра, 1988. - 727с.:ил.

10.Справочник энергетика угольной шахты. / В.С.Дзюбан, Я.С. Риман, А.К.Маслий.- М.:Недра, 1983.-542с.:ил.

11.Тиристорный электропривод рудничного подъема / А.Д.Динкель, В.Е.Католиков, В.И.Петренко, Л.М.Ковалев.-М.:Недра, 1977.- 312с.:ил.

12.Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В., Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник.- М.: Издательство стандартов, 1989.-325с.:ил.

13.Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А., Горная механика: Учебник для техникумов.- 6-е изд., перераб. и доп.- М.:Недра, 1982.-407с.

14.Электрооборудование шахтных подъемных машин / Ю.Т.Калашников, В.Е.Католиков, Г.И.Шпильберг и др.,- М.:Недра, 1986.-285с.