Описание технологического процесса шахтной подъемной установки

Введение

 

Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к  использованию передовой технологии, стремлением добиться предельно  высоких эксплуатационных характеристик  как действующего, так и проектируемого оборудования, необходимостью свести к минимуму любые производственные потери. Все это возможно только при условии существенного повышения  качества управления промышленными  объектами, в том числе путем  широкого применения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

В основу решения задачи автоматизированного  контроля технического состояния объектов положены следующие принципы: максимальная степень автоматизации процесса контроля, повышение достоверности результатов контроля, высокая надежность системы, максимальная простота и доступность программного обеспечения. Система контроля на базе микропроцессора обладает большими преимуществами в отношении стоимости контроля, уменьшения времени его проведения и обработки результатов, надежности, обеспечивают значительную гибкость, высокую компактность и модульную простоту. Одновременно достигается резкое уменьшение массы и габаритных размеров, а также энергопотребления систем. Переход на новую элементную базу повышает технологичность и воспроизводимость систем промышленной автоматики, резко расширяет экономически доступную сферу их применения.

Целью курсовой работы является: разрабтать АСУ шахтной подъемной установки на базе Ломиконт.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- описать технологический процесс шахтной подъемной установки ;

- разработать алгоритма управления;

- разработать функциональную схему САР;

- выбрать технические средства автоматизации;

- разработать структурную схему САР;

- разработать принципиальную схему функционального блока САР.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание технологического  процесса шахтной подъемной установки

 

 

1.1 Общие сведения о  ШПУ

 

 

В сложной и многозвенной цепи операций, связанных с добычей  и переработкой ископаемых, важное место занимают транспортные и транспортно-технологические  процессы, в частности перемещение   сыпучих грузов  в  вертикальном направлении.

Вертикальный транспорт на горных предприятиях осуществляется шахтными подъемными установками. Сыпучие грузы  в вертикальном направлении могут  перемещаться также ленточными, скребковыми  и другими видами конвейеров, устанавливаемых  под углом к горизонтальной поверхности. Однако в этом случае требуется сооружение специальных наклонных галерей, занимающих значительные производственные площади и существенно увеличивающих  объем капитальных  вложений.

Шахтные подъемные установки  предназначены для выдачи на  поверхность добываемого в шахте  угля и получаемой при проходке горных выработок породы,  быстрого и  безопасного спуска и подъема  из шахты людей, транспортировки  крепежного леса, горношахтного оборудования и материалов. При помощи подъемной  установки производятся также осмотр и ремонт армировки, и крепления  ствола шахт. На крупных современных  шахтах всегда имеется две-три действующих  подъемных установки, при этом каждая из них выполняет свои особые функции   (выдачу угля, спуск-подъем людей, выдачу породы и т. д.), а не является резервом другой. Это придает большое значение подъемным установкам во всем комплексе  электромеханического оборудования шах  и предъявляет к ним особые требования в отношении надежности и безопасности работы. От надежной, бесперебойной и производительной работы шахтного подъема зависит   ритмичная  работа всей шахты в  целом.

В настоящее время скорости движения подъемных сосудов в  стволе шахты доходят до 15—20 м/сек (54—70 км/час), т. е. близки к скоростям  движения железнодорожных составов. Учитывая, что такие скорости достигаются  на коротких расстояниях, подъемные  машины должны иметь надежное управление и безотказно действующие тормозные  устройства.

Подъемные установки разделяются:

1. По назначению: на главные, или грузовые (для транспортирования угля); вспомогательные, или грузо-людские (для транспортирования породы, материалов и оборудования, а также спуска и подъема людей); людские  (только для спуска и подъема людей);
2. по типу ствола шахты: на вертикальные и наклонные;
3. по типу органов навивки подъемных канатов: на машины с постоянным радиусом навивки (с цилиндрическими барабанами или с ведущим шкивом трения); машины с переменным радиусом навивки (с бицйлиндроконическим   барабаном  или  с бобинами) (рис. 1).
4. по типу подъемных сосудов: на клетевые, скиповые, комбинированные (скипо-клетевые) и с бадьями (при проходке стволов);
5. по типу привода подъемных машин: на машины с асинхронным электродвигателем и машины с двигателем постоянного тока;
6. по степени уравновешенности: на уравновешенные и неуравновешенные.

 

 

1.2 Основные элементы подъемной установки для вертикальных и наклонных стволов.

 

 

Каждая подъемная установка  состоит из подъемного оборудования и горнотехнических сооружений,

К подъемному оборудованию относятся: подъемные машины, подъемные  сосуды, разгрузочные и загрузочные  устройства, подъемные канаты.

К горнотехническим сооружениям  относятся:

1. сооружения, расположенные в околоствольном дворе: погрузочный бункер и   камера для опрокидывателя  при скиповом подъеме и приемная площадка при клетевом подъеме;
2. ствол шахты, оборудованный направляющими проводниками для  клетей  и скипов  при вертикальном подъеме  и рельсовыми путями для вагонеток и скипов у наклонных шахт;
3. надшахтные сооружения, состоящие из копра и приемного бункера для разгрузки подъемных сосудов; при оборудовании подъема неопрокидными клетями вместо приемного бункера сооружается надшахтное здание с приемными площадками и откаточными путями.

 

На рисунке 2 показаны схемы подъемных установок для вертикальных шахт.

 

а – клетевой; б –  скиповой

Рисунок 2. Схемы вертикальных подъемных установок.

 

Непосредственно над стволом  шахты устанавливается надшахный  копер 1, на верхней площадке которого укреплены два на правляющих (копровых) шкива 2. Подъем и спуск клетей 3 или  скипов 4 производится подъемной машиной 5, находящейся в от дельном здании 6, расположенном на расстоянии 20—40 м с копра.

Подъемные канаты 7 перекинуты через направляющие шкив и одним  концом прикреплены к барабану подъемной  машины, а другим — к шахтной клети или скипу.

При вращении барабана один канат навивается на него, поднимая клеть из шахты, а другой свивается, опуская вторую клеть в шахту. Подъемные сосуды одновременно загружаются в шахте и разгружаются на поверхности на специально оборудованных приемных площадках.

В подъемных установках, оборудованных неопрокидными клетями, груженые вагонетки на нижней приемной площадке вкатываются в клеть и поднимаются по стволу до верхней приемной площадки в надшахтном здании, где груженые вагонетки выкатываются из клети, а порожние вагонетки вкатываются в нее.

В подъемных установках, оборудованных скипами груженая вагонетка разгружается в околоствольном дворе при помощи опрокидывателя 8 в загрузочное устройство 9, откуда уголь загружается в скипы. При  движении по стволу скипы так же, как и клети, движутся по направляющим проводникам. В надшахтном здании скип автоматически разгружается в разгрузочное устройство.

Околоствольные сооружения скиповой подъемной установки наклонной  шахты (рис. 3) состоят из камеры опрокидывателя 1 и загрузочного бункера 2 с затвором 3. Скипы 4 движутся по наклонному стволу 5, а на поверхности—по эстакаде или  станку копра 6. На поверхности скип входит в разгрузочные кривые 7 и = разгружается в приемный бункер      8.    Опорой    наклонной  эстакады служит металлическая ферма 9 с укрепленными на ней направляющими шкивами 10. Подъемная машина 11 находится в отдельном здании 12.

Рисунок 3. Схема скиповой подъемной  установки для наклонной шахты

 

Грузы по наклонным стволам  транспортируются канатным или конвейерным  подъемом. Канатный подъем может осуществляться подъемными машинами с концевыми  канатами (одноконцевым - с одним канатом и двухконцевым - с двумя канатами) или лебедками для откатки бесконечным канатом.

Подъем концевыми канатами может быть скиповым, клетевым или  вагонеточным.

Скиповой подъем предназначается  для транспортировки угля по стволу при угле наклона больше 25°. Для  выполнения вспомогательных операций при скиповом подъеме в большинстве  случаев необходим второй подъем — клетевой. Скиповой подъем по сравнению  с другими видами канатного подъема  имеет следующие преимущества: большая  производительность; небольшой штат обслуживающего персонала на приемных площадках; меньший вагонеточный парк, так как отпадает необходимость  иметь вагонетки в стволе и  на верхней приемной площадке; меньшее  сечение ствола.

Клетевой подъем применяется  при угле наклона больше 25°. Для  шахт небольшой производительности клетевой подъем является главным и  вспомогательным, а для шахт большой  производительности — только вспомогательным.

Вагонеточный подъем применяется  при угле наклона ствола 5—25°. При  большем угле наклона подъем в  вагонетках по рельсовому пути можно  производить при условии принятия мер, препятствующих высыпанию угля.

В зависимости от производительности шахты подъем производят одной вагонеткой или составами из нескольких вагонеток. Материалы транспортируют в тех  же вагонетках, в которых поднимают  уголь, или в вагонетках специального типа.

В вагонетках специального типа (козы, платформы) спускают лес, рельсы, трубы и горношахтное оборудование.

Людей перевозят в специально оборудованных  вагонетках.

Подъем бесконечным  канатом в вагонетках производят при угле наклона до 20°, реже до 25°. Этот вид подъема применяется редко, так как имеет следующие недостатки:

• непригодность установки для подъема и спуска людей;
• необходимость большой ширины ствола.

Конвейерный подъем применяется  в наклонных стволах с углом

наклона до 18°. При этом вместо копров, зданий подъемных машин  и других надшахтных устройств, сооружается  только одна наклонная галерея, иногда с небольшим надшахтным зданием. Конвейеры размещают в стволе и в галерее, а привод с разгрузочной головкой над приемными устройствами сортировки, обогатительной фабрики  или погрузочного бункера.

Наиболее   простыми   и   дешевыми   являются    надшахтные устройства наклонных шахт с конвейерным подъемом.

Конвейерный подъем, однако, имеет существенные недостатки:

1) невозможность   выполнения  вспомогательных   операций (приходится устанавливать вторую подъемную установку). Это нежелательно  для   шахт,   производительность  которых   может быть обеспечена одним канатным подъемом;

2) необходимость частой замены частей установки  (ленты, роликов).

 

 

 

1.2 Схемы компоновки многоканатных  подъемных машин 

 

 

До недавнего времени  основным типом шахтной подъемной  машины на шахтах и рудниках угольной и горнорудной промышленности являлась подъемная машина с цилиндрическим или бицилиндроконическим барабанами.

Наиболее крупные современные  отечественные барабанные подъемные  машины могут обеспечить полезную грузоподъемность до 35 т с глубины до 900 м при скорости подъема до 14 м/с.

В связи с тем, что  у машин с бицилиндроконическими  барабанами (БЦК)

трудно увеличить канатоемкость  барабанов и они по ряду параметров (маховый момент, масса машины и  пр.) значительно уступают барабанным машинам с цилиндрическими барабанами (Ц), первые не могут успешно 

конкурировать с машинами типа Ц, которые по ряду параметров не отвечают современным требованиям.

Разработка месторождений  на больших глубинах потребовала  создания высокопроизводительных подъемных  установок нового типа, так как  использование обычных одноканатных машин, получивших широкое распространение, связано со значительным увеличением  веса машин и размеров их органов  навивки, с необходимостью освоения канатов больших диаметров, со значительным увеличением затрат на изготовление машин. Проблема подъема груза с больших глубин сравнительно просто решается применением многоканатной системы подъема, основанной на использовании сил трения, развивающихся между подъемными канатами и футеровкой ведущего шкива.

Наличие нескольких подъемных  канатов делает возможным Использование  на многоканатных подъемных установках канатов небольших диаметров. Это  приводит к значительному уменьшению диаметра ведущего шкива машины в  сравнении с одноканатным подъемом, позволяет упростить, а в ряде случаев и полностью исключить  редуктор. Многоканатные подъемные  машины гораздо меньше по весу и  стоимости, обладают высокой степенью безопасности эксплуатации. Отечественные  многоканатные подъемные машины обеспечивают полезную грузоподъемность до 50 т при скорости подъема до 16 м/с на глубину до 1600 м.

Основным узлом машины является коренная часть, которая смонтирована на сварной раме. Коренная часть  состоит из канатоведущего шкива, нагорячо посаженного на главный вал, двух  коренных подшипников качения, двух исполнительных органов тормоза, двух тормозных приводов и щитка, закрывающего канатоведущий  шкив.

 

Рисунок 4. Схема подъемной  машины с четырехдвигательным редукторным  приводом.

Многоканатные подъемные  машины могут изготовляться как  с редуктором, так и с безредукторным приводом от тихоходного электродвигателя постоянного  тока.

На рис. 4 показана многоканатная подъемная машина МК 4 х 8 с четырехдвигательным приводом шведской фирмы «АЗЕА», которая добилась значительных успехов в проектировании и изготовлении многоканатных подъемных машин.

Многоканатные   подъемные   машины   фирмы   «АSЕА»   имеют приводные шкивы диаметром 1,5 -*- 5,3 м, грузоподъемность 0,5 -*-50 т. Редукторы выполняются с подпружиненным корпусом, а соосные редукторы имеют еще и подпружиненные венцы промежуточных зубчатых  колес.

Для установки машин  на башенном копре удобной и экономичной  является подъемная машина с безредукторным приводом постоянного тока.

Широкому внедрению  безредукторного привода отчасти  препятствует большая стоимость  тихоходных электродвигателей постоянного  тока. Удорожание безредукторного привода по первоначальным затратам составляет 15—35%  при моменте на валу ппиводного шкива 200—750 Кн*м, а при меньших нагрузках на машину достигает 30—60%. В настоящее время есть основания утверждать, что область применения безредукторного привода многоканатных подъемных машин расширяется.

Для крупных подъемных  машин вариант исполнения с приводом от

тихоходного двигателя  постоянного тока является основным. Опыт эксплуатации машин показывает, что подъемные машины с безредукторным приводом более надежны и долговечны, имеют меньшие эксплуатационные расходы, более просты в обслуживании. Поэтому увеличение капитальных  затрат в этом случае окупается в  течение короткого времени. Большинство  зарубежных фирм также отдают предпочтение приводу постоянного тока при  создании крупных подъемных машин.

Усовершенствование многоканатных  подъемных машин производится в  направлении расширения области  их применения, повышения надежности работы, уменьшения габаритов, увеличения грузоподъемности.

Скиповая подъемная машина типа МК 5x8 является самой мощной безредукторной многоканатной машиной в мире. Приводом машины служат два тихоходных двигателя постоянного тока мощностью по 4300 кВт, с номинальной частотой вращения 55 об/мин. Питание электродвигателей осуществляется шинопрводом от групп Г—Д, установленных на нулевой отметке.

По-новому решен привод клетевой подъемной машины. В качестве приводных используются два тихоходных электродвигателя постоянного тока, якоря которых насажены на оба  конца вала подъемной машины. Двигатели  с консольной подвеской ротора мощностью  по 740 кВт, с номинальной частотой вращения 46 об/мин. Р"! Применение безредукторного  привода на скиповой и клетевой подъемных  машинах позволило упростить  компоновочные решения башенного  надшахтного здания, уменьшив его  размеры в плане.

Электропривод подъемной  машины МК 5x8 питается от двух агрегатов, состоящих из генератора постоянного  тока и синхронного двигателя. Питание  обмоток возбуждения генераторов  осуществляется от реверсивных тиристорных  преобразовательных устройств. Задачу точного поддержания заданной скорости решает замкнутая система управления, которая включает в себя задающее устройство, тахогенератор обратной связи по фактической скорости, элементы схемы сравнения, усилители, тиристорные  преобразователи переменного  тока.

Для уравновешивания подъемной  установки использованы резинотросовые  уравновешивающие  канаты.

В настоящее время проектируются  подъемные машины, которые будут  иметь грузоподъемность 75 и 100 т, а  также машины, предназначенные для  очень  глубоких  шахт.

Перспективной представляется машина с дисковыми тормозами  и встроенным электродвигателем (статор электродвигателя объединен с приводным  шкивом и вращается с ним, а  якорь, или ротор, неподвижен).

Имеются сведения о положительном  опыте эксплуатации лифтовых подъемников  и подъемной машины, где в качестве тягового органа используется плоская  металлическая лента малой толщины, что позволяет значительно уменьшить  размеры органа навивки.

Перспективным является применение несущих резинотросовых лент в подъемных  установках с ведущим шкивом трения. Малый диаметр ведущих шкивов позволит уменьшить размеры, а следовательно, и стоимость подъемной машины и электрооборудования. Разработка конструкций резинотросовых лент с  высокой тяговой способностью позволит решить проблемы подъема больших  грузов с больших глубин.

 

 

1.3 Шахтная подъемная  установка, как объект автоматизации

 

 

Главной задачей при разработке системы управления является выбор  параметров, которые должны участвовать  в управлении, а с их изменением в объект будут поступать возмущающие  воздействия. Для того, чтобы выявить  основные параметры контроля и регулирования  в системах автоматизации, необходимо разработать блок- схему типовых  воздействий на проектируемый объект управления.

При проектировании блок- схемы необходимо определить группу входных, выходных и  возмущающих воздействий на проектируемый  объект.

 

T_пR_и    Т_оD_ц

XNKP

 

 

  М

G

 

 

 

 

 

Рисунок 5. Блок-схема типовых воздействий

 

Входные параметры:L_п – глубина подъема (м); L_с – глубина спуска (м); S_ш – скорость вращения канатоведущего шкива(м/с).

Возмущающие параметры: Т_п – температура подшипников (*С); R_и – сопротивление изоляции (Ом); Т_о – температура обмотки (*С); D_ц – давление в цилиндрах (кг/м³); – состояние тормозных колодок (износ); – состояние вентиляторов и маслостанций (вкл/выкл); X – положение подъемного сосуда; N – пробуксовка шкива; K – проскальзывание каната; P – положение рукояти (спуск \ подъем).

Выходные параметры : - пройденный путь; М – выдача путевых команд управления и защиты; G – рабочий этап подъема (начало разгона, разгон и равн. Движение, замедление).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Разработка  алгоритма управления

 

 

2.1 Составление  обобщенной схемы системы

 

 

Для составления обобщенной схемы  системы необходимо проанализировать системы автоматизации:

ОУ-ТСА-каналы сбора информации о процессе, объекте (контроль и регулирование величины).

ТСА-ТСА-каналы воздействия на ОУ. Функции преобразования в физико-механическое воздействие  на ОУ.

ТСА-О-каналы вывода информации о процессе, объекте  от оператора. Функции преобразования воздействия оператора в физический сигнал выхода.

ТСА-ТСА-каналы ввода и вывода физического сигнала  для вторичного устройства перерабатывающий информацию.

Обобщенная  схема систем автоматизации и  связи между частями системы  определяется при изучении  технического производства и оборудования.

 

Рисунок 6. Обобщенная схема систем управления Ш.П.У.

 

М- приводной двигатель;

Ш.П.У. – технический  объект управления;

Д_ск-ти – датчик скорости;

Д_пол-я – датчик положения;

ВП – вторичный прибор;

РУ – регулирующее устройство;

ИУ – исполнительное устройство.

 

2.2 Концептуальная блок-схема алгоритма

 

Концептуальная блок-схема алгоритма  показывает, что и какой последовательности необходимо выполнить для автоматизации  управления процессом выполнить, а  именно позволяет представить основные этапы работы сушильного барабана. Каждый этап представлен отдельным  блоком, который в дальнейшем будет разработан деталью для построения алгоритма и функциональной схемы системы.

На рисунке 7 представлена концептуальная блок-схема незнаю зачем она отметила, и что тут писать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Разработка функциональной схема САР

 

 

Функциональная схема автоматизации  является основным техническим доказательством  проекта, который определяет структуру  системы управления, оснащение его  средствами автоматизации, ход технологического процесса и расположение оборудования. По функциональной схеме разрабатывается  электрическая принципиальная схема  управления. Определяется наличие пунктов  управления и его вид. Схемы на чертежах изображаются в упрощенном и развернутом способе построения условных обозначений. Развернутый  способ более предпочтителен т.к. несет  наиболее полную информацию о системе.

Рисунок 7. Функциональная схема ШПУ.

 

ДПИ – датчики путевой информации; ДТ – датчики тока;  ДД – датчики  давления в цилиндрах; ДП – датчики  положения; АКХЗ – аппарат хода и  контроля защиты; ДД’ – датчики  давления в системе; ДН – датчики  напряжения; ПУШПУ – пульт управления шахтной подъемной установкой;

ШПУ – шахтная подъемная установка.

 

 

 

4 ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

 

 

4.1 Выбор датчика

 

 

Датчик - это первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.

В качестве датчика для технологического процесса ШПУ был выбран нормирующий преобразователь электрических величии серии Е

Нормирующие преобразователи электрических  величии серии Е предназначены для преобразования параметров электрических цепей постоянного и переменного тока (силы тока, напряжения, частоты, активной и реактивной мощности) в унифицированные сигналы, принятые в ГСП, т.е. в сигналы тока и напряжения электрические непрерывные и сигналы частотные электрические непрерывные.  Преобразователь  Е831 предназначены для суммирования входных сигналов постоянного тока. Преобразователи применяются для контроля электрических сетей и установок, для телемеханизации и автоматизации объектов электроэнергетики и АСУ ТП энергоемких объектов различных отраслей промышленности.

Технические характеристики преобразователя типа  Е 831/1 приведены в таблице 1

 

Таблица 1 Технические характеристики Е 831/1

Тип преобразователя	Диапозон сигнала входного    выходного	Класс точности	Примечание
Е 831/1	0-5мА        0-5мА	1.0	Число входов для модификаций 1 и 3-5,для  модификаций 2 и 4-10

 

 

4.2 ВЫБОР РЕГУЛИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА  в нете поищи

 

этоЛомиконты  моделей Л-110, Л-112, Л-120, Л-122 предедставляют собой микропроцессорные устройствауправления, архитектура которых оптимизирована для решения задач автоматического регулирования технологических процессов.

Ломиконт  Л-110 предназначен для автоматичного регулирования технологических процессов энергетической, металлургической, химической, газоперерабатывающей,электротермической и других отраслях промышленности. Ломиконт Л-110 позволяют вести локальное, каскадное, супервизорное, программное, многосвязное, экстремальное регулирование, а также управление с переменной структурой. Он формируют ПИД закон регулирования, выполняет разнообразные статические к динамические преобразования аналоговых сигналов, также обрабатывает и формирует дискретные сигналы, выполняя основные операции управляющей логики.

Ломиконт  Л-110 может работать как на нижнем уровне распределительной АСУТП, связываясь со средствами верхнего уровня через канал цифровой последовательной связи, так и в качестве автономного изделия.

В комплекте  с Ломиконтам Л-110 может использоваться обычные датчики и. исполнительные механизмы, которые подключаются к Ломиконту с помощью индивидуальных кабельных связей, сигналы поступающие в Ломиконт, обрабатывается в цифровой форме.

Максимальное  суммарное число входов-выходов  зависит от конкретного сочетания  входных и выходных сигналов и  лимитируется числом модулей ввода-вывода, которые можно установить в один каркас

Входные и  выходные аналоговые сигналы постоянного  тока 0—5. 0—20. 4—20 мА; 0—10 В.

 

 

4.3 ВЫБОР РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА И ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

 

Регулирующие  органы предназначены для непосредственного  воздействия на регулируемую среду, поступающую в объект регулирования. Цель этого воздействия - количественное или качественное изменение этой среды для поддержания заданного значения регулируемого параметра.

Выбор регулирующего  органа зависит от свойств объекта: параметров и свойств регулируемой среды (температура, давление, вязкость, химический состав), а также от характеристики окружающей среды.

К основным параметрам регулирующего органа относятся:

- условная  пропускная способность;

- условное  и рабочее давление;

- перепад  давлений на регулирующем органе;

- условный  проход.

Размер регулирующего  органа определяется условной пропускной способностью, завышение или занижение  которой приводит к ухудшению  качества регулирования - САР.

В качестве ругулирующего органа для ШПУ  был выбран дроссельный регулирующий орган. Введи это в нете и выбери тип какой нить и таблицу впеши сюда техн-е хар-ки