Автоматизация рельсового транспорта

Тема: Автоматизация рельсового транспорта

  Рекомендуемая литература:

1. Автоматизация процессов подземных горных работ /Под ред. проф. А.А. Иванова. - К.: Донецк: Вища шк., 1987. - 328с.
2. Автоматизация производства на угольных шахтах / Г.И. Бедняк, В.А. Ульшин, В.П. Довженко и др. - К.: Техника, 1989. - 272с.
3. Батицкий В.А., Куроедов В.И., Рыжков А.А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности – М.: Недра, 1991.–303 с.
4. Овсянников Ю.А., Кораблев А.А., Топорков А.А., Автоматизация подземного оборудования: Справочник рабочего. - М.: Недра, 1990. - 287с.
5. Системы управления шахтным электровозным транспортом / [О. Н. Синчук, Э. С. Гузов, Н. И. Шулин,. П. К. Саворский]. – К: Техніка, 1985. – 198 с.

Рельсовый транспорт как объект автоматизированного управления. Задачи автоматизации

В состав процесса рельсового транспорта входит:

1. Электровозная откатка.
2. Канатная откатка в наклонных выработках.
3. Погрузка и разгрузка вагонеток.
4. Обмен вагонеток в клетях.

Электровозная откатка применяется для перевозки основных и вспомогательных грузопотоков по магистральным и участковым выработкам с уклоном 3-5%. Объекты автоматизации электровозной откатки:

1. Электровозы (аккумуляторные АРП7, АРВ7, АРП10, АРП14 , контактные К7, К10, К14, КТ14, КТ28), дизелевозы Д8, 2Д8, гировоз Г6, высокочастотные локомотивы В10 и В14.
2. Стрелочные переводы.
3. Вентиляционные двери.
4. Сигнальные огни.
5. Тяговые и зарядные станции.

Электровозной откатки включает в себя следующие основные операции:

1. Подача порожнего состава от места стоянки у околоствольного двора к погрузочному пункту.
2. Маневры локомотива у погрузочного пункта во время загрузки вагонеток.
3. Движение груженого состава к месту разгрузки у околоствольного двора.
4. Маневры локомотива у пункта разгрузки вагонеток.
5. Движение к месту стоянки порожних составов.

Канатная откатка применяется как вспомогательное средство транспорта в наклонных выработках с волнистым профилем и искривленным в плане трассы при углах наклона от 6 до 80 градусов для доставки материалов, оборудования, выдачи породы и перевозки людей.

Основные элементы технологической схемы одноконцевой канатной откатки: подъемная машина, канат, рельсовый путь, вагонетки. В свою очередь подъемная машина состоит из барабана, где укладывается канат; редуктора, асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Машинист находится в кабине непосредственно возле подъемной машины.

         Характеристика  канатной откатки:

1. Значительная дальность транспортировки (до 3км) обуславливает потерю визуального и слухового контакта машиниста с перемещаемым грузом. Значит, необходимы средства контроля местонахождения концевого груза, связи и сигнализации.
2. Движение концевого груза может быть не безопасно на высокой скорости на различных участках трассы (например, при вытягивании вагонеток с приемного горизонта, при прохождении закруглений, криволинейных участков, участков со значительным наклоном). При этом задаются две скорости: 3-5 м/с и 0.5 м/с. На промежуточных стрелках макс. скорость снижается на 50%. Эта же скорость используется при подъеме – спуске людей. Значит, необходимы средства контроля скорости движения концевого груза и регулирования привода подъемной машины.
3. Движение вниз осуществляется под действием силы тяжести груза. Поэтому, при стопорении концевого груза произойдет напуск каната, что может стать причиной крупной аварии  и травматизма.
4. Подъем концевого груза начинается с горизонтальных участков трассы, при этом обслуживающий персонал стремится как можно больше прицепить вагонов, чтобы сократить количество циклов подъема. Это чревато перегрузом и даже опрокидом двигателей на уклонных участках трассы. Допустимая нагрузка от 20 до 130 от номинальной.

Цель автоматизации рельсового транспорта – повышение его эффективности и безопасности за счет повышения пропускной способности транспорта; уменьшения числа обслуживающего персонала, облегчения его труда, контроля безошибочности его действий, снижения травматизма, повышения безаварийности транспорта, выдачи технологической и технико-экономической информации о состоянии транспорта.

 Задачи автоматизации электровозного транспорта:  

1. Автоматизация управления электровозом.

1.1 Дистанционное управление электровозом. Необходимо на пунктах погрузки и разгрузки составов, где машинист не видит положения вагонеток под люком и не может своевременно и точно перемещать состав.

1.2 Автоматизированное управление  приводами электровозов: безреостатный плавный пуск и торможение электровоза. Требования к системе управления электровозом: экономичное регулирование скорости, гибкость и простота управления, безопасность работы и обслуживания, минимальные габариты и стоимость.

2. Автоматизация тяговых и зарядных подстанций.
3. Автоматизация погрузочных пунктов.
4. Автоматизация обмена и разгрузки вагонеток в околоствольном дворе.
5. Автоматизация управления движением электровозов.

5.1. Автоматизация управления стрелочными  переводами.

2. Автоматическое управление маршрутами.
1. Диспетчерская централизация, когда электровозной откаткой управляет диспетчер.
2. Автоматическая блокировка стрелок и сигналов светофоров по командам машиниста электровоза. Такие системы носят название систем сигнализации, централизации и блокировки (система СЦБ). При этом сигнализация (светофоры, связь) обеспечивает безопасность движения, централизация – дистанционное управление  из диспетчерского пункта светофорами и стрелками, блокировка – контроль сигналов светофоров, занятости путей и положения стрелок.
3. Автоматическое движение электровозов на маршрутах без машиниста.

                           Задачи автоматизации канатной  откатки:

1. Автоматический контроль местонахождения концевого груза, скорости и направления его движения.
2. Управление приводом подъемной машины с целью обеспечения заданной тахограммы спуска - подъема.
3. Автоматическая защита от напуска каната.
4. Обеспечение сигнализации и связи.

Перечень и характеристика основных устройств и систем автоматизации рельсового транспорта

1 Устройства автоматизации электровозного транспорта

Ниже приведен перечень основных устройств автоматизации электровозного транспорта, находящихся в эксплуатации на шахтах Украины. Для  управления приводом аккумуляторных электровозов АРП14, АРП28 используются аппаратура ТЭРА-1. Для  управления приводом  контактных электровозов используются аппаратура УКТН [4].

Аппаратура ТЭРА-1  обеспечивает выполнение следующих основных функций:

• плавный разгон и регулирование скорости;

• плавное электродинамическое торможение при скорости движения от 0,6    до 2 м/с;

• обеспечение начала движения только с нулевой скорости;

• выдачу сигналов на управление рельсовыми электромагнитными тормозами;

• измерение и индикацию скорости движения электровоза.

В основу работу аппаратуры ТЭРА-1 положена работа двух силовых импульсно-тиристорных преобразователей.

Аппаратура УКТН в сравнении  с ТЭРА-1 дополнительно выполняет  следующие функции:

• бесступенчатое задание скорости электровоза и автоматическую ее стабилизацию;
• разрешение управления только из одной кабины электровоза

2 Устройства автоматизации канатной откатки

Канатная откатка в настоящее  время не автоматизирована.

В 1996г. был изготовлен опытный образец аппарата контроля, индикации состояния горной машины АКИН.Л. Аппарат предназначен для контроля, индикации состояния шахтных подъемных установок для механизированной доставки людей и грузов в наклонных выработках, канатных напочвенных монорельсовлх дорог ДКНЛ-1, лебедок шахтных вспомогательннх типа 2ЛВ, ЭГЛУ  с жесткой кинематической связью барабана с двигателем, лебедки ЛВ 25.

Аппарат обеспечивает подачу команды  в цепи управления силового коммутационного электрооборудования на отключение при отклонении контролируемых параметров от заданных режимов работы.

3 Устройства автоматизации шахтными грузолюдскими подвесными монорельсовыми и моноканатными дорогами

Для управления шахтными грузолюдскими подвесными монорельсовыми и моноканатными дорогами выпускается аппаратура УМД.

Аппаратура управления шахтными грузолюдскими  подвесными монорельсовыми и моноканатными дорогами УМД

Аппаратура УМД предназначена для дистанционного управления грузо-людскими подвесными монорельсовыми дорогами длиною до 2000 м при скорости движения дороги не более 2,1 м/с и автоматизированного управления моноканатными дорогами длиною до 2000 м при скорости каната не более 1,4 м/с.

Аппаратура УМД обеспечивает:

• автоматическую подачу перед пуском звукового сигнала, слышимого по всей длине дороги, а также кодовую сигнализацию с пультов управления и пультов сигнализации;
• дистанционное управление реверсивным электрическим приводом монорельсовой дороги и тормозным устройством кратковременным или непрерывным воздействием на линию оперативного управления;
• автоматизированное управление электрическим приводом моноканатной дороги при управлении по кабелю и из любой точки по длине дороги при управлении по голым проводам;
• местное управление приводом дороги машинистом по сигналам кондуктора с исключением возможности одновременного дистанционного и местного управления приводом;
• оперативную остановку дороги с пультов управления и пультов сигнализации с автоматической подготовкой схемы к новому пуску, а также остановку дороги из любой точки трассы движения с блокировкой, не допускающей повторного пуска до снятия сигнала «стоп» с места остановки; автоматическое аварийное отключение привода дороги при: обрыве или коротком замыкании линии оперативного управления, линии сигнализации и экстренной остановки или цепи датчика скорости; проезде конечных площадок схода; опускании или подъеме натяжных грузов соответственно ниже или выше установленной величины; касании натяжной кареткой концевых выключателей; срабатывании выключателей в тормозных устройствах; обрыве или коротком замыкании цепи датчика скорости;
• автоматическое аварийное отключение привода дороги при увеличении или уменьшении на 25% от номинальной скорости каната;
• нулевую защиту напряжения питания в пультах управления (ПУ) или пультах сигнализации (ПС).

Аппаратура УМД выпускается для управления дорогами длиной по 1200 м и 2000 м. Комплектность поставки пультов аппаратуры (см. рисунок 21): для дороги длиной 1200м - пульт управления ПУ  1 (1шт.), пульт управления ПУ-2 (1шт.), пульт сигнализации ПС (1шт.);  для дороги длиной 2000м - пульт управления ПУ  1 (1шт.), пульт управления ПУ-2 (1шт.), пульт сигнализации ПС (2шт.). 

                         Рисунок 1 – Состав аппаратуры УМД

.4 Устройства автоматизации управления стрелочными переводами

Автоматизация управления стрелочными переводами осуществлялась аппаратурой ЧУС-3 – аппаратура частотного управления стрелками. Где команда на перевод стрелки передается передатчиком с антенной, установленными на движущемся электровозе, на установленный под рельсовым полотном приемник, связанный со схемой управления приводом стрелки.

На смену аппаратуре ЧУС-3 разработан комплекс устройств НЭРПА. В отличие  от ЧУС-3 позволяет считывать информацию с движущегося электровоза о его номере и направлении движения.  Взамен этой аппаратуры разработана аппаратура КДРТ и АБСС.1М.

Аппаратура КДРТ предназначена  для автоматического отбора, передачи и представления информации о  местонахождении рудничных электровозов на мнемощит подземному транспортному  диспетчеру, а также для частотного управления стрелочными переводами из кабины движущегося электровоза [2].

Аппаратура автоматической блокировки стрелок и сигналов АБСС.1М

Аппаратура АБСС.1М предназначена для автоматизированного управления сигнальными огнями и приводами стрелочных переводов на блок-участках подземного рельсового транспорта шахт.

Аппаратура используется в  условиях подземных выработок шахт, в том  числе опасных по газу или пыли

Аппаратура АБСС.1М обеспечивает:

1) нормальное горение запрещающих (красных) огней светофоров при отсутствии поездов на блок- участке и запросных участках (исходное состояние);

2) переключение нормально горящего красного светофора на разрешающий (зеленый ровного горения) при наличии запроса, отсутствии на блок-участке поезда враждебного или одноименного маршрута и положении стрелочных переводов, соответствующем маршруту (задание маршрута);

3) переключение зеленого огня  светофора на красный после  вступления поезда на блок-участок;

4) отбой маршрута после освобождения поездом блок- участка;

5) невозможность задания враждебных маршрутов с момента задания и до отбоя данного маршрута;

6) выбор маршрута машинистом  движущегося электровоза или  с помощью местного кнопочного поста;

7) возможность одновременного задания и использования невраждебных маршрутов; 8) сохранение защитного состояния схемы при выключениях  и повторных включениях электроэнергии питающей сети;

9) автоматический последовательный  перевод стрелок в маршруте;

10) переключение нормально горящего  красного огня светофора на условно-разрешающий (зеленый мигающий) огонь при наличии запроса, отсутствии на блок- участке поезда враждебного или одноименного маршрута и положения стрелочных переводов, не соответствующих маршруту.

Состав аппаратура АБСС.1М показан на рисунке 2.

              Рисунок 2 –Состав аппаратура АБСС.1М

На рисунке 3 показана схема расстановки устройств аппаратуры АБСС-1. На путевом участке осуществляется одностороннее движение по двум маршрутам М1, M2 (маршрут следования поезда определяется положением стрелки Ст). В этом случае напольная часть аппаратуры должна содержать: датчики запроса Д31, ДЗ2 перемены ДП1, ДП2 и отбоя Д01, Д02 маршрутов, представляющие собой блоки БПС с рамочными антеннами; привод стрелки ПМС; светофоры С1, С2, управляющее устройство УУ (аппараты АУСО-2, АУСП-2); кнопки местного управления КМУ. На электровозах устанавливается аппарат задания маршрутов АЗМ.

Принцип действия.  Действие аппаратуры АБСС-1 основано на приеме и обработке управляющим устройством сигналов, вырабатываемых датчиками при движении электровоза над их антеннами, и выдаче электрических сигналов (команд) на исполнительные приводы стрелок и светофоры в зависимости от занятости блок - участка и положения стрелок. При запросе от аппарата АЗМ, например, маршрута M1, свободном путевом участке и движении электровоза над датчиком Д31 красный огонь светофора переключится  на  зеленый, стрелка займет заданное положение, а в управляющее устройство УУ поступит сигнал ПС контроля положения стрелки. Вступление электровоза в зону действия датчика ДП1 вызывает переключение светофора с зеленого огня на красный, запрещая тем самым следующему в попутном направлении поезду въезд на занятый участок. После прохода электровозом датчика Д01 схема приходит в исходное состояние, разрешая машинисту очередного поезда выбрать требуемый маршрут движения.

Рисунок 3 - Схема расстановки устройств аппаратуры АБСС-1

При применении аппаратуры АБСС.1М  на светофоре предусматривается четыре разновидности сигнализации: красный свет, показывающий, что маршрут занят или свободен, но запроса на него нет; красный мигающий свет — запрос принят, но маршрут занят; желтый свет — маршрут свободен, приводные стрелки находятся в нужном положении, выезд состава на маршрут разрешен; зеленый мигающий свет — запрос принят, маршрут свободен, но приводные стрелки не переведены в нужное положение.

Автоматизация погрузочных  пунктов

Автоматизация погрузочных пунктов  должна предусматривать управление такими технологическими операциями:

• загрузка вагонеток с конвейера или аккумулирующего бункера;
• перемещение состава в процессе загрузки вагонетки и при смене вагонеток;
• перекрытие межвагонеточного пространства при смене вагонеток;
• пылеподавление;
• уплотнение угля в вагонетке (при необходимости);
• контроль степени загрузки вагонетки и точности ее установки.

При этом должно обеспечиваться автоматическое выполнение заданной последовательности технологических операций, необходимые защиты и блокировки.

Автоматизированные комплексы погрузочных пунктов КАП служат для загрузки составов шахтных вагонеток и секционных поездов. В состав комплекса входит (см. рисунок) маслостанция, гидравлический толкатель 3, перекрыватель 5 межвагонеточного пространства с гидравлическим приводом 1, датчики контроля заполнения вагонетки ДПЗ и датчики положения вагонетки ДП7, ДП2 с рабочим органом 2 под загрузочным устройством.

Рисунок - Технологическая схема автоматизированного погрузочного пункта

В процессе загрузки вагонетки датчик заполнения контролирует уровень загрузки вагонетки. При подъеме конуса угля створки датчика поднимаются вверх и воздействуют через трехходовой кран на подачу жидкости в гидроцилиндр толкателя для проталкивания вагонетки. Насыпанный конус угля уходит из зоны датчика, створки его опускаются, трехходовой кран перекрывается и останавливает толкатель на время насыпки следующего конуса угля и т. д.

В электрическую схему комплекса  входят контактные датчики положения вагонетки. Датчик ДП1 контролирует приход первой порожней вагонетки в зону толкателя и включает красный огонь светофора 4, запрещающий машинисту дальнейшую подачу состава. Датчики ДП2 и ДП1 при отсутствии вагонеток в их зоне выдают сигнал на прекращение работы погрузочного пункта и включают зеленый сигнал светофора. Датчик ДПЗ контролирует пересып вагонетки. Датчик ДП4 выдает сигнал на запрет работы погрузочного пункта, чтобы предупредить выход первой груженой вагонетки состава за пределы разминовки. Датчик ДП5 выдает запрет на работы при заходе электровоза в зону разминовки погрузочного пункта. Сигнал от датчика ДП6 используется для счета вагонеток при погрузке.

Автоматизация разгрузки вагонеток

Технология разгрузки вагонеток  с глухим кузовом и вагонеток  с донной разгрузкой существенно отличаются тем, что требуют различных средств механизации и автоматизации.

Для разгрузки вагонеток ВДК  с донной разгрузкой и секционных поездов ПС разгрузочная станция  оснащается устройствами для открыванин и закрывания днищ вагонеток. Они представляют собой укрепленные на кронштейнах отпирающие и запирающие лыжи для воздействия на запорное устройство днища вагонетки. Отпирающая лыжа вводится в рабочее состояние и выводится из него с помощью привода ПВМ и пружины. Гибкая связь с приводом обеспечивает работу при отклонении размеров от головки рельса до ролика запорного устройства.

Рисунок - Технологическая схема разгрузки вагонеток

При подходе состава к разгрузочной яме оператор, пропустив электровоз, включает привод поворота кронштейна для ввода отпирающих лыж в рабочее состояние. Ролики запорных устройств днищ вагонеток наезжают на наклонную часть отпирающей лыжи и створки днищ открываются.

Скорость движения состава при разгрузке не должна превышать 1 м/с.                                                     

При подходе состава к закрывающему устройству ролики запорных устройств вагонеток наезжают на наклонную часть запирающей лыжи и створки днищ вагонеток закрываются.

Чтобы обеспечить возможность разгрузки  составов с другими вагонетками типа ВД, предусматривается оснащение всех необходимых открывающих и закрывающих устройств приводами. Нормально все эти устройства находятся в нерабочем состоянии, т. е. выведены из рабочей зоны. В зависимости от типа поданного на разгрузку состава оператор включает привод соответствующих открывающих и закрывающих устройств, вводя в рабочее положение лыжи. Предусматривается также световая и звуковая сигнализация между оператором и машинистом электровоза.

Вагонетки с глухим кузовом разгружают, как правило, на круговых опрокидывателях ОК и ОВШ, позволяющих разгружать состав в нерасцепленном  виде. В опрокидывателе ОК предусмотрен боковой поворот вагонетки на 195 °С вокруг ее горизонтальной оси и реверс привода для возврата в исходное положение. В опрокидывателе ОВШ применена полноповоротная круговая схема вращения.

Передвижка нерасцепленных составов через опрокидыватель выполняется цепными толкателями ТЦС или гидравлическими штоковыми толкателями ТШГ. Фиксация вагонеток на грузовой ветви осуществляется задерживающими стопорами с гидравлическим или электрическим , приводом. Типовая технологическая схема разгрузки Т1-0-Т2 (толкатель — опрокидыватель — толкатель) показана на рисунке.

Машинист электровоза подает груженый состав до тех пор, пока первая вагонетка не войдет в зону толкателя Т1. При этом срабатывает датчик ДП1 и загорается красный сигнал светофора 1, запрещая машинисту дальнейшую подачу состава.

Оператор включает толкатель Т1 и далее работа идет автоматически до полной разгрузки состава. Датчик ДП2 выдает сигнал о приходе вагонетки 2 к стопору 3 для отключения толкателя. Датчик ДПЗ срабатывает при открытии стопора и дает разрешение на включение толкателя Т1 на перемещение состава для заталкивания вагонетки в опрокидыватель. Стопора 3 и 4 фиксируют вагонетку в опрокидывателе. Включается привод опрокидывателя и его барабан начинает вращаться. При повороте на 165° датчиком ДП 165 привод опрокидывателя отключается, но вращение по инерции продолжается до срабатывания датчика ДП195, который дает сигнал на реверс привода. При возвращении к датчику ДПЗО привод отключается и опрокидыватель по инерции доходит до исходного состояния, где происходит затормаживание с открыванием стопоров для смены следующей вагонетки. Датчик ДП4 контролирует выход из опрокидывателя разгруженной вагонетки. Датчик ДП5 выдает сигнал на включение толкателя Т2 вместо Т1 когда первая вагонетка достигнет зоны толкателя Т2. Реле РКУ.1М выдает запрет на работу опрокидывателя при заполнении бункера. В качестве элементов таких схем используются педальные и рычажные конечные выключатели, герконовые и бесконтактные датчики, блоки управления БУВ.

Автоматизация шлюзовых устройств

Шлюз вентиляционный автоматизированный

ШВА - 600/900

Шлюз вентиляционный автоматизированный для рельсового и монорельсового шахтного транспорта ШВА - 600/900 предназначен для разделения свежей и исходящей вентиляционных струй, распределения воздуха в шахтной вентиляционной сети и пропуска транспортных средств и людей через шлюз, расположенного на горизонтальных прямолинейных участках однопутевых рельсовых и монорельсовых выработок угольных шахт, без нарушения режима проветривания.

Областью применения шлюза являются угольные шахты.

Шлюз состоит  из двух вентиляционных шахтных дверей маятникового типа ВД-600/900 для рельсового транспорта, ВДРМ-600/900 для монорельсового транспорта и микроконтроллерной аппаратуры управления АШМ.

Шлюз вентиляционный автоматизированный обеспечивает выполнение следующих функций:

а) разделение свежей и исходящей вентиляционных струй и обеспечение распределения воздуха по выработкам;

б)  пропуск  транспортных средств и проход людей  через шлюз без нарушения режима проветривания.

Двери вентиляционные устанавливаются на горизонтальных прямолинейных участках однопутевых выработок угольных шахт с рельсовым и/или монорельсовым транспортом. Открывание  створок двери производится пневмоприводом, входящим в состав аппаратуры управления. В аварийных ситуациях дверь может открываться и закрываться вручную.

В зависимости  от ширины колеи выработки дверь имеет четыре варианта исполнения: ВД-600 (ВДРМ-600) для колеи 600 мм, ВД-900 (ВДРМ-900)  для колеи 900мм.

Конструктивно каждая вентиляционная дверь выполнена  двухстворчатой полумаятниковой  с механическими деревянными предохранителями, со створками, открывающимися  в противоположные стороны. Благодаря такой конструкции дверь разгружена от депрессии, имеет  сравнительно небольшое усилие открывания, сохраняет работоспособность при реверсе воздушной струи, требует небольших затрат времени и материальных средств для восстановления ее работоспособности при непреднамеренном наезде. Нормальное положение дверей закрытое.

Аппаратура  управления АШМ обеспечивает выполнение следующих функций:

а) управление дверьми  шлюза с движущегося локомотива рельсового транспорта и подвижного состава монорельсовой дороги;

б) местное управление дверьми шлюза;

в) автоматическое открывание второй двери после полного  закрытия первой при управлении с движущегося локомотива или подвижного состава;

г) блокировка одновременного открывания двух дверей шлюза;

д) блокировка местного управления при управлении с движущегося локомотива или подвижного состава;

е) предупредительная  звуковая сигнализация об открывании/закрывании дверей шлюза;

ж) предупредительная  световая сигнализация о занятости шлюза;

з) возможность  открывания и закрывания вентиляционной двери вручную при аварийной  ситуации.

Аппаратура  управления АШМ состоит из блока управления БУ, блока питания унифицированного с искробезопасным выходом БП12.12, четырех устройств управления и индикации УУИ, двух блоков управления приводом и сигнализацией БУПС, двух пневмоцилиндров ПЦ,  двух кнопочных постов ПК,   четырех пультов дистанционного управления ПДУ, индикатора ИН, четырех датчиков положения магнитогерконовых ДПМГ-100.

Наименование составных частей аппаратуры с указанием уровня и вида взрывозащиты приведены в таблице 1.

Таблица 1- Состав аппаратуры АШМ