Вентиляторные установки главного проветривания как объект автоматизации
Введение
Вентиляция занимает
ответственное место в
Механизация и автоматизация технологического процесса, увеличение мощности и глубины угольных шахт, концентрация производства и интенсификация горных работ сопровождаются значительным увеличением выделений в атмосферу вредных примесей, пыли, газа и тепла.
На режим проветривания шахты отрицательно влияет как недостаток воздуха, вызывающий повышение концентрации метана и ухудшение климатических условий в выработках, так и избыток воздуха, приводящий к повышению пылеобразования и охлаждающего действия воздушного потока, увеличению утечек и возрастанию расхода электроэнергии.
Разнообразие и сложность
схем шахтного проветривания, большая
длина и разветвленность
1 Вентиляторные установки главного проветривания как объект автоматизации
Система проветривания угольной шахты включает в себя вентиляционную сеть, главную вентиляторную установку, вентиляторы местного проветривания, средства контроля содержания метана в шахтной атмосфере и калориферные установки.
Автоматизация вентиляторных установок в настоящее время сводится к применению дистанционного управления вентиляторами и устройствами реверсирования струи воздуха с пульта, установленного в месте нахождения постоянного дежурного персонала, и осуществлению необходимых видов контроля работы установки.
В настоящее время
большинство рудничных
Вентиляторы средней мощности (от 100 до 350 кВт) оснащаются низковольтными синхронными двигателями или асинхронными двигателями с фазным ротором на номинальное напряжение 0,38 кВ. Для привода вентиляторов мощностью до 100 кВт применяют в основном асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором на напряжение 0,38 кВ.
При удалении вентиляторной установки на расстояние свыше 500мот диспетчерского пункта экономически выгодно вместо обычной многопроводной системы дистанционного управления, сигнализации и контроля применять телемеханические системы, позволяющие по минимальному числу линий связи передать большое количество команд и с лов. Особенно выгодно использование телемеханических систем управления вентиляторами флангового проветривания в связи с значительной удаленностью их от диспетчерского пункта.
Схемы автоматизации
вентиляторных установок
Аппаратура автоматизации должна обеспечивать: частичное регулирование производительности вентиляторов путем поворота лопаток направляющего аппарата; реверс вентиляционной струи без остановки вентилятора; автоматическое включение резервного агрегата при выходе из строя работающего.
Аппаратура автоматизации должна обеспечивать полное защитное отключение вентиляторной установки в следующих случаях: при коротких замыканиях и перегрузках в электрической сети, а также замыканиях на землю; при асинхронном режиме работы синхронного двигателя; при затянувшемся пуске двигателя; при отключении напряжения питания на время более 10 с, при наложении тормоза во время работы вентилятора; при нарушениях режима работы в системе маслосмазки вентиляторов; при повышении температуры подшипников двигателя и вентилятора.
Система блокировок схемы автоматизации должна исключать:
- одновременную работу двух вентиляторов, если это не предусмотрено технологической схемой, самопроизвольный запуск электропривода вентилятора; включение вентилятора при несоответствующем выбранному режиму положения ляд в воздушных каналах;
- включение электроприводов ляд и шиберов во время работы вентилятора;
- задание двух видов управления одновременно; перестановку ляд при работающем двигателе.
Система автоматизации должна обеспечивать непрерывный контроль положения ляд и шиберов, направляющего и спрямляющего аппаратов, депрессии и производительности вентилятора, температуры подшипников электродвигателя и вентилятора, положения тормоза, тока ротора и статора приводного двигателя, напряжения питания электропривода.
Установка
вентиляторов главного
- непрерывную и бесперебойную подачу в шахту необходимого количества воздуха; возможность регулирования производительности при наличии резерва ее не менее 20 от наибольшей подачи;
- переход с работы одного вентилятора на другой и при необходимости их совместную работу;
- возможность опрокидывания вентиляционной струи за время не более 10 мин при сохранении дебита не менее 60% от нормального;
- необходимый контроль параметров режима работы;
- устойчивую и экономичную работу при простоте и удобстве эксплуатации.
Аппаратура
автоматизации вентиляторов
- возможность использования ее для различных типов вентиляторов и схем проветривания;
- представление и расшифровку информации о причинах аварий; автоматическое включение резервного агрегата при аварийном останове или выходе из строя работающего;
- частичное регулирование производительности вентилятора дистанционным поворотом лопаток направляющего аппарата;
- высокие технико-экономические показатели при эксплуатации; простоту в обслуживании при профилактических осмотрах и ремонтах и высокую ремонтопригодность.
2 Требования предъявляемые к схемам и аппаратуре автоматизации вентиляторных установок
Проветривание шахт и рудников - один из важнейших объектов автоматизации, так как возрастающая степень механизации, увеличение мощности и глубины шахт, концентрация производства и интенсификация горных работ сопровождаются значительным увеличением выделений в рудничную атмосферу вредных газов, пыли и тепла.
Для еще большего использования производственных мощностей и дальнейшего улучшения условий труда необходима разработка эффективных методов и средств борьбы с рудничным газом и пылью, повышенной температурой и влажностью в горных выработках. Решение поставленной задачи возможно благодаря рациональному распределению поступающего в подземные выработки воздуха при непрерывном и надежном контроле основных параметров рудничной атмосферы. Непрерывные внешние возмущения - меняющаяся интенсивность газовыделения, изменение сечения горных выработок, технологии, вентиляционной сети, скоростей подвигания очистных и подготовительных работ - носят случайный во времени характер, поэтому для системы проветривания требуется непрерывная корректировка в процессе эксплуатации. Выполнение такой корректировки с необходимой эффективностью возможно лишь при применении систем автоматического управления проветриванием, в которых фактор субъективности, вносимый оператором, минимален.
Для решения задач
проветривания в настоящее врем
В систему проветривания рудников и угольных шахт входят: вентиляторы местного проветривания (ВМП), средства контроля содержания метана в шахтном воздухе, вентиляторная установка главного проветривания, вентиляционные устройства сети (двери, окна, перемычки, ляды, шиберы). Каждое звено системы проветривания имеет достаточно совершенное электромеханическое оборудование и аппаратуру автоматизированного управления, обеспечивающие высокую эффективность их эксплуатации. От надежной работы ВМП во многом зависит безопасность ведения подготовительных работ: при значительной длине тупиковой выработки вследствие утечек в воздухопроводе может оказаться, что при работающем вентиляторе в забой поступает недостаточное количество воздуха. Для контроля эффективности проветривания тупиковой выработки вентилятором местного проветривания ВМП, работающим на нагнетание, применяется аппаратура АКВ-2Г1, которая блокируется с групповым магнитным пускателем, питающим электрооборудование данной выработки, и отключает его при снижении количества воздуха, поступающего в забой, на 20% ниже нормы.
На рудниках и шахтах, опасных по газу, контроль содержания метана в шахтном воздухе является одним из основных условий обеспечения безопасности работ. При этом широкое использование электрической энергии и ведение взрывных работ обусловливают необходимость непрерывного и автоматического контроля содержания метана с передачей соответствующей информации диспетчеру шахты.
Установка вентиляторов главного проветривания должна обеспечивать:
- непрерывную и бесперебойную подачу в подземные выработки необходимого количества воздуха;
- возможность регулирования производительности при наличии резерва ее не менее 20% от наибольшей подачи;
- переход с работы одного вентилятора на другой и при необходимости их совместную работу;
- возможность реверсирования вентиляционной струи не более чем за 10 мин при сохранении дебита не менее 60% от нормального;
- необходимый контроль параметров режима работы;
- устойчивую и экономичную работу при простоте и удобстве эксплуатации.
Автоматизация вентиляторных установок главного проветривания обеспечивает более четкое выполнение указанных функций с высокой степенью надежности работы электрооборудования и при высвобождении постоянного обслуживающего персонала. В настоящее время считается целесообразным дистанционное управление вентиляторами и автоматический контроль за их работой. При этом выпускаемая аппаратура автоматизации обеспечивает: дистанционный пуск и остановку выбранного вентилятора с пульта управления; дистанционное управление лядами и шибером при реверсировании воздушной струи; автоматический контроль режима работы (производительность и депрессия) вентилятора, температуры подшипников установки и статорных обмоток двигателей; автоматическую защиту электродвигателей (нулевую, от коротких замыканий и несимметричных режимов); автоматическую световую сигнализацию при нормальном режиме, световую и звуковую сигнализацию в аварийном режиме.
При комплексной автоматизации
системы проветривания в
6 Назначение аппаратуры УКАВ-М
Аппаратура УКАВ – М предназначена для автоматического управления шахтными вентиляторами главного проветривания с различными типами вентиляторных агрегатов и их электроприводов, обеспечивает различные виды управления и режимы работы, а также контроль, защиту и сигнализацию состояния вентиляторных установок. Это устройство выполнено в виде шкафов закрытого исполнения и содержит пульт дистанционного управления.
7 Техническая характеристика аппаратуры автоматизации УКАВ-М
Уровень взрывозащиты - РО; Напряжение питания - 220 В; Диапазон измерения - 0-100 об. %;
Пределы допустимой основной абсолютной погрешности в диапазоне:
0-4 - ±3,8 об. %,
4-100-±9 об. %;
Порог срабатывания предупредительной сигнализации - ±0,4 %;
Число точек контроля концентраций метана в горных выработках 12;
Предельное расстояние точек контроля от диспетчерского пункта - 10 км
Наработка на отказ - 2500 ч;
Время восстановления - 40 мин;
Средний срок службы - 5 лет;
Габаритные размеры (мм); масса (кг): стойки приема и регистрации информации - 530><450х1940; 197 датчика метана - 142x123x195; 2,6 преобразователя сигнала - 220x230x220; 6.
8 Комплекстность аппаратуры автоматизации УКАВ-М
Конструктивно комплект УКАВ-М представляет собой набор шкафов закрытого исполнения и пульт дистанционного управления. Комплект УКАВ-М выпускается на один вентиляторный дистанционного управления ШУ7- УКАВ-М. Кроме того, в зависимости от типа привода, в комплект входит либо ШУ5-УКАВ-М, если привод синхронный либо ШУ6-УКАВ-М, если привод асинхронный. Если привод двухдвигательный, то в комплект входят ШУ5-УКАВ-М и ШУ6-УКАВ-М или два шкафа ШУ6-УКАВ-М. Шкафы ШУЗ-УКАВ-М и ШУ4- УКАВ-М составляют общую часть электрооборудования вентиляторной установки. Шкаф ШУЗ-УКАВ-М обеспечивает распределение энергии напряжением 380 В по всем шкафам агрегат в нескольких типоисполнениях. различающихся в зависимости от типа привода вентиляторного агрегата (синхронный, асинхронный или двухдвигательный синхронный и синхроасинхронный), количества ляд и вспомогательных приводов. В любом типоисполнении комплект УКАВ-М включает в себя шкафы управления вентиляторными агрегатами: ШУ1 -УКАВ-М (ШУ11 -УКАВ-М), ШУ2-УКАВ-М и пульт управления вентиляторной установкой и управление вентиляторами проветривания помещения машинного зала. Шкафы ШУ4-УКАВ-М осуществляют управление электродвигателями лебедок ляд. Если количество ляд в установке не превышает трех, используется шкаф ШУ4- УКАВ-М, при большем количестве ляд, но не более шести, в схеме автоматизации используется шкаф ШУ8-УКАВ-М. Шкаф ШУИ-УКАВ-М аналогичен ШУ1-УКАВ-М, отличаясь тем, что не содержит цепей управления системой маслосмазки.
9 Принцип действия аппаратуры УКАВ-М
Принципиальная схема аппаратуры УАВ (Лист 1) построена по блочному принципу. Для управления каждым насосом предусматривается индивидуальный блок управления БН.
Перед пуском вентилятора необходимо:
включить высоковольтные разъединители QS1 и QS2b распред-устройстве выбранного вентилятора, включить автоматические выключателиQF1- QF3 в высоковольтных ячейках обоих вентиляторов;
в машинном зале включить автоматические выключатели питания на всех задействованных в схеме шкафах управления ШУ1 - ШУ9 и в тиристором возбудительном устройстве;
в шкафу управления ШУ1 (см. рис. 53) переключателем SA1 выбрать режим работы вентилятора «нормальный» или «реверсивный» (всасывание или нагнетание), переключателем SA2 выбрать вид управления: «автоматическое» или «ручное», переключателем S A3 выбрать место управления: «Дистанционное» — с пульта управления или «местное» из машинного зала, переключателем SA5 выбрать рабочий масло- насос;
на шкафах управления
вспомогательными приводами выбрать
рабочий ввод 380 В, вид управления
двигателями ляд «
Пуск вентилятора. Пуск вентилятора осуществляется из помещения машинного зала кнопкой SB1, либо из диспетчерского пункта кнопкой S1 пульта управления ШУ7. Если резервный вентилятор не работает, будут разомкнуты контакты PS5 и KV2 в цепи блока входов микропрограммного автомата БВМА.
Блок микропрограммного автомата БМА начинает последовательную отработку команд операции пуска вентилятора в соответствии с программой, записанной в ПЗУ и алгоритмом запуска центробежных вентиляторов с синхронным электроприводом и тиристорным возбудительным устройством. В процессе работы блок БМА опрашивает состояние входов и формирует выходные сигналы управления электрическими аппаратами и приводами механизмов вентилятора.
Код выбора входного сигнала поступает от блока БМА на блок БВМА по шине входных сигналов. Коды выходных сигналов поступают с блока БМА на блок сигнализации БС, блок реверсивных пускателей БРП и блоки однофазных пускателей БОП.
В блоке БМА имеется узел таймера, с помощью которого можно получить до шестнадцати различных фиксированных выдержек времени, используемых при отработке программы управления вентилятором.
Входные сигналы, используемые блоком БМА при отработке программы, поступают на входы блока развязок БР и блок БВМА. В этих блоках выходные сигналы по линиям с напряжением 80 В воспринимаются через оптронные развязки, сигналы по линиям дистанционного управления напряжением 24 В воспринимаются через герконовые развязки, обмен сигналами внутри комплектного устройства происходит уровнем напряжения 15 В. В блоке БВМА имеются схемы, обеспечивающие контроль измеряемых параметров и выработку аварийных сигналов в случаях выхода их за допустимые пределы. Если напряжение на высоковольтное распредустройство и в шкафы управления подано, реле KV7 находится во включенном состоянии, одновременно с этим в шкафу ШУ1 (на схеме не показано) подготавливаются цепи включения реле времени автоматического повторного включения КТ1 и реле времени режима снятия напряжения питания КТ2, кроме того, подготавливается цепь питания блока реверсивных пускателей БРП.
По сигналу, поступающему из блока БМА в блок БОП2, включаются реле времени КТ1 и КТ2. Реле КТ1 в шкафу ШУ1 подготовит цепь самоблокировки реле отключения вентилятора KV5 и KV6 и контактом КТ1 подаст сигнал в блок БВМА о готовности к автоматическому повторному пуску. Реле КТ2 разомкнет контакт КТ2 в цепи электромагнита отключения ЭО. Далее в процессе отработки программы блок БМА посылает сигнал в БРП на включение двигателей направляющих аппаратов, лопатки которых установятся в положение «Меньше» («Закрыто»). При закрытии направляющих аппаратов конечные выключатели SQ2.1 и SQ4.1 замыкают свои контакты в цепи БВМА, что обеспечивает через блоки БМА, БРП отключение двигателей направляющих аппаратов. Блок БМА, действуя через блок развязок БР, включит лампы HL4 и HL6, сигнализируя о закрытии направляющих аппаратов. Если через 1,5 мин направляющие аппараты не закрылись, то блок БМА выдаст команду о затянувшемся пуске и произведет аварийное отключение вентилятора. Одновременно с подачей команды на закрытие направляющих аппаратов БМА вырабатывает сигнал в БОП1 на включение контакте КМ1 или КМ2, выбранного переключателем SA5 рабочего маслонасоса. Если температура масла ниже допустимой и контакт SK замкнут, по команде от блока БМА в блок БОПЗ будет подан сигнал на включение подогревателя масла. Нагреватель будет включен до момента достижения необходимой температуры и размыкания контакта SK. Контроль протока и давления масла осуществляется струйными реле SL1 и SL2 и электроконтактным манометром SP, контакты которых включены во входные цепи блока БВМА. Блок сигнализации БС сигнализирует лампами НЕ 19 или HL20 о включении соответственно первого или второго маслонасосов. Если за время 3 мин после включения маслонасоса масло в маслопроводе не появится, то блок БМА выдаст команду в БОГ II на включение резервного маслонасоса. Если в течение трех минут масло вновь не появится в маслопроводе, БМА выдаст аварийный сигнал на отключение вентилятора. Если же масло появилось, то БМА, в соответствии с программой пуска, выработает команду на управление лебедками ляд. Эта команда через блок БОПЗ произведет установку в выбранном нормальном или реверсивном режиме.
После установки ляд из шкафа ШУ4 в шкаф ШУ2 приходит сигнал готовности ляд и по алгоритму управления БМА повторно производит проверку работы маслосистемы, закрытия направляющих аппаратов, установку ляд в соответствующее положение и выдаст сигнал в блок БОП1, тиристорный ключ которого включит реле КУЗ или КУ4 в шкафу ШУ1, в результате чего включится контактор КП масляного выключателя, который своими контактами включит электромагнит включения ЭВ масляного выключателя QK и двигатель будет подключен к сети. Срабатывание масляного выключателя приводит к включению реле KV2 в шкафу ШУ5, контакты которого в цепи БВМА обеспечивают контроль включения масляного выключателя. После подключения двигателя вентилятора к сети БМА выдает сигнал в блок БОП2, тиристорный ключ которого включит контактор КМ1 тиристорного возбудительного устройства (ТВУ) в шкафу ШУ5. Контроль включения ТВУ осуществляется контактом КМ1, подключенным к блоку БВМА. В процессе пуска синхронного двигателя тиристорный ключ возбудительного устройства замыкает обмотку ротора на пусковое сопротивление. При достижении двигателем подсинхронной частоты вращения ТВУ отключит пусковое сопротивление и подаст в обмотку ротора синхронного двигателя постоянный ток возбуждения. В конце пуска блок БМА подает сигнал в блок БОП2, по которому подается сигнал на включение напряжения питания на приборы контроля подачи и давления воздуха, а также температуры подшипников вентилятора и обмоток двигателя. После полного разгона вентилятора сработает реле контроля частоты вращения Р85, контакты которого в цепи блока БВМА обеспечивают возможность блоку БМА вести непрерывный контроль частоты вращения рабочего вентилятора. Если пуск вентилятора завершился нормально, блок БМА подаст сигнал в блок БРП, который включит двигатели направляющих аппаратов для установки лопаток в положение «Больше». После срабатывания конечных выключателей SQ1.1, SQ3.1 и SQ12, SQ3.2 в цепях блоков БВМА и БР двигатели направляющих аппаратов отключатся. На этом пуск вентилятора заканчивается, о чем сигнализирует лампа HL18 «Вентилятор включен». Отключение вентилятора можно осуществить из машинного зала, из диспетчерского пункта и из высоковольтного распредустройства. Для отключения вентилятора из машинного зала используется кнопка SB3 «Остановка вентилятора» в шкафу ШУ2. При нажатии на кнопку SB3 сигнал на отключение вентилятора поступает через БВМА в БМА, который начинает выполнять программу отключения. Блок БМА подаст команду блоку БОП1 на включение реле КУ5, контакт которого в цепи электромагнита отключения ЭО, замкнувшись, произведет отключение масляного выключателя ОК. Кроме того, реле КУ5 обеспечивает отключение реле КУ2 в шкафу ШУ1, контактами которого в цепи ТВУ последний будет переведен в инверсный режим для осуществления форсированного гашения поля ротора двигателя. Контакт реле КУ2 в цепи блока БВМА, замкнувшись, обеспечит разрешение на выработку блоком БМА сигнала на блок БРП, который включит двигатели направляющих аппаратов на закрытие. Этот сигнал будет снят после закрытия направляющих аппаратов и срабатывания конечных выключателей 802.2 и 804.2. После снижения частоты вращения реле Р85 разомкнет свой контакт в цепи БВМА, в результате чего блок БМА выдаст сигнал в БОП2 на отключение ТВУ и приборов контроля давления и подачи вентилятора, а также температуры обмоток двигателя и подшипников вентилятора. После этого в соответствии с программой отключения вентилятора БМА выдаст команды на установку ляд в исходное положение. Схема работает аналогично при выключении вентилятора из диспетчерского пункта кнопкой 82 пульта ШУ7 и при отключении его ключом КУ высоковольтной ячейки. Регулирование подачи вентилятора осуществляется путем изменения установки лопаток направляющего аппарата. Вручную это достигается кнопками 85 «Больше» и 86 «Меньше» в пульте управления ШУ7. Автоматическая стабилизация подачи может быть осуществлена с помощью регулятора Р8. Для ее осуществления на регулятор Р8 через блок развязок подается сигнал от трансформаторов ТУЗ и ТУ4, пропорциональный току статора, а на другие его входы подаются сигналы, пропорциональные производительности вентилятора от приборов Р84, Р8Б2. Кроме этого, на направляющих аппаратах должны быть установлены дополнительные пластины и конечные выключатели, которые должны быть включены в цепи БВМА параллельно контактам 801.1 803.1. Аварийное выключение вентилятора происходит при возникновении следующих ситуаций: перегрев подшипников, обмоток статора, нарушение масло- смазки, неисправности ТВУ, срабатывание защиты высоковольтной ячейки или нарушение питания шкафов управления. Во всех перечисленных ситуациях в блок БС шкафа ШУ2 на зажимы 1-4 посту падет входной сигнал, по которому блок БМА выдает команду блоку БОШ на включение реле KV6, которое своим контактом в цепи электромагнитного отключения ЭО отключит масляный выключатель. После этого БМА начнет отработку программы останова вентилятора, аналогично описанному выше режиму отключения вентилятора по команде из машинного зала или диспетчерской.
Аварийное включение резервного вентилятора (АВР) при аварийном отключении работавшего. Для обеспечения АВР вентилятора необходимо, чтобы рукоятки всех выключателей и переключателей на шкафах и пульте управления были установлены в одинаковое положение, т. е. необходимо, чтобы оба вентилятора были подготовлены к работе в одинаковом режиме. При аварийном отключении работавшего вентилятора из блока БМА поступает в блок БОПЗ команда на выдачу сигнала АВР в схему управления второго агрегата на пуск резервного вентилятора. При аварийном отключении второго вентиляторного агрегата его схема управления замыкает цепь между зажимами 5 и 6, в результате чего сигнал АВР поступает через переключатель SA7 в блок развязок (БР) первого агрегата и вызовет его запуск в работу.
10
Выводы
Нормальные и безопасные
условия труда рабочих в
Автоматизация установок главного проветривания в настоящее время сводится к дистанционному управлению двигателями вентиляторов и устройствами опрокидования воздушной струи с пульта, установленного на центральном диспетчерском пункте или в другом месте нахождения дежурного персонала, а также автоматическому контролю и сигнализации о режимах работы. При этом существующая аппаратура УКАВ-М и схемы автоматизации обеспечивают: дистанционный пуск и установ выбранного вентилятора; дистанционное управление лядами и шибером при опрокидывании воздушной струи; автоматический контроль режима работы вентилятора, температуры подшипников установки; автоматическую защиту электродвигателей; автоматическую световую сигнализацию при нормальном режиме, световую и звуковую - при аварийном.
Список использованной литературы
- Батицкий В.А, Куроедов В.И., Рыжков A.A. «Автоматизация процессов и АСУ ТП в горной промышленности»: Учеб. для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1991. —303 е.: ил.
- Поспелов Л.П. «Основы автоматизации производства» Учебник для техникумов. - М.: Недра, 1988.-232 е.: ил.
- Бухгольц В.П. «Основы автоматизации производства на горных предприятиях»: учебник для техникумов. - М.: Недра, 1981,264 с.
- Поспелов Л.П. «Рудничная автоматика и телемеханика»: Учебник для техникумов. 3-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983,341 с.
- Овсянников Ю.А., Кораблев A.A., Топорков A.A. «Автоматизация подземного оборудования»: Справочник рабочего. - М.: Недра, 1990. - 287 е.: ил.
- Мах имя В.В., Манец И.Г., Паршинцев В.П. «Справочник по эксплуатации шахтных стационарных установок» - К.: Тэхника, 1989. - 207 с. Демин «Лабораторный практикум по рудничной автоматике и телемеханике» -М.: Недра, 1990.
