Автоматизация технологического процесса проветривания шахты


Требования к системы автоматизации



страница3/6
Дата09.01.2018
Размер0.69 Mb.
Название файлаПРИМЕР АТПП.docx
ТипПояснительная записка
1   2   3   4   5   6
Требования к системы автоматизации технологического процесса проветривания шахты шахты следующие:

  1. Местное, дистанционное и автоматизированное управление вентиляторными установками в соответствии с алгоритмом работы установки в шахтных условиях;

  2. Автоматическая регулирование подачи вентиляторов ВГП;

  3. Реверсирование вентиляционной струи вентилятора ВГП;

  4. Автоматический контроль и регистрацию основных параметров работы вентиляторных установок;

  5. Автоматическое защитное отключение вентиляторных установок при нарушении режимов их работы, при нарушении работы аппаратуры автоматизации, при авариях в системе электроснабжения установки и в других случаях, специфических для условий работы конкретной установки в шахтных условиях;

  6. Автоматическую световую и звуковую сигнализацию при возникновении аварийных ситуаций. Формирование предупредительных сообщений об аварийной ситуации проветривания и отказах в системе автоматизации;

  7. Осуществлять передачу всех контролируемых параметров на персональный компьютер диспетчера, формирование базы данных;

  8. Осуществлять визуализацию состояния процесса проветривания и работы системы автоматизации главной вентиляторной установки;

2 КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТЫ


Для автоматизации главных вентиляторных установок технологичесого процесса проветривания шахты в разное время разработана аппаратура УКВГ, ЕРВГП - 2, АДШВ, УКАВ-2, УАШВ и УКАВ - М. В настоящее время выполнены разработки современных систем автоматизации главных вентиляторных установок:

  1. ОАО «Артемовский машиностроительный завод «ВЕНТПРОМ» (www.ventprom.com) предлагает следующие системы:

а) система САУ - ВМ.ПЧ предназначена для управления асинхронными електроприводами различных вентиляторов, в том числе для главного проветривания, и могут применяться на рудниках, в шахтах, на метрополитенах и других объектах. Система обеспечивает регулирование частоты вращения двигателей вентиляторных агрегатов в широком диапазоне, реверс и торможение двигателей, необходимую электрическую и технологическую защиту агрегатов, индикацию режимов, обеспечивает связь с ПЭВМ по стандартному каналу RS-485.

б) система САУ - ВМ.ПП предназначена для управления асинхронными электроприводами различных вентиляторов, в том числе для главного проветривания, и могут применяться на рудниках, в шахтах, на метрополитенах и других объектах. Система обеспечивает мягкий безударный пуск и остановку электродвигателей, необходимую электрическую и технологическую защиту агрегатов, индикацию режимов, запоминают и сохраняют режимы работы, обеспечивают связь с ПЭВМ по стандартному каналу RS-485.



  1. В ОАО «Автоматгормаш им. В.А. Антипова» разработан комплекс технических устройств контроля и регистрации параметров работы установок вентиляторов главного проветривания.

  2. В научно-техническом центре проблем энергосбережения (Донецк) разработана комплексная аппаратура контроля шахтных вентиляторов главного проветривания типа АКВ1000 / 16 и аппаратура контроля и регистрации параметров шахтных вентиляторов главного проветривания АКВ-М.

  3. Подсистема автоматизированного контроля и управления вентиляторными установками главного проветривания (разработка компании «Дейта Экспресс», г. Донецк).

  4. Унифицированная телекоммуникационная система диспетчерского контроля и автоматизованого управления аэрогазовой обстановкой, машинами и технологическими комплексами типа УТАС (разработка компании ИТРАС - Петровский Машиностроительный Завод).

В результате анализа функциональных и технических возможностей аппаратуры автоматизации, в курсовом проекте для автоматизации главных вентиляторных установок принята аппаратура УКАВ-М и аппаратура контроля и регистрации параметров шахтных вентиляторов главного проветривания АКВ-М.

Далее приведено описания аппаратуры УКАВ-М и АКВ-М.


Аппаратура автоматизации главной вентиляторной установки

типа УКАВ-М


Аппаратура УКАВ - М предназначена для автоматического управления шахтными главными вентиляторными установками с различными типами агрегатов венляторов и их электроприводов, обеспечивает различные виды управления и режимы работы, а также контроль, защиту и сигнализацию состояния вентиляторов. Аппаратура имеет несколько типов, различающихся по следующим признакам: тип привода; наличие или отсутствие вспомогательных приводов; количество крышек.

Аппаратура УКАВ-М позволяе выполнять следующие виды управления вен-тиляторной установкой:



  • дистанционное управление из центрального диспетчерского пункта;

  • автоматизированное управление из помещения вентиляторной установки с шкаф управления;

  • ремонтно-наладочное-местное управление (индивидуальное кнопками) из шкафов управления вентиляторными агрегатами и вспомогательными приводами или места расположения механизмов вентиляторной установки.

  • Аппаратура УКАВ-М осуществляет регулирование производительности вентилятора поворотом лопаток направляющего аппарата (для центробежных вентиляторов);

  • автоматическое включение резервного вентилятора при аварийном откл-нии рабочего вентилятора;

  • автоматическое включение резерва низкого напряжения;

  • автоматическое повторное включение при кратковременном (до 10 с) отключении питающего напряжения;

  • реверсирования вентиляционной струи без остановки центробежного вен-лятора;

  • возможность регулирования производительности вентилятора за счет изменения скорости вращения приводного двигателя при подключении в комплект УКАВ-М аппаратуры регулирования частоты вращения вентилятора с помощью асинхронно-вентильного каскада.

В аппаратуре УКАВ-М предусмотрены следующие виды контроля: контроль по времени всех команд пуска; контроль и регистрация подачи и давления вентилятора с си-гнализациею об отклонении фактических значений от верхних и нижних уста-значений; контроль температуры подшипников вентилятора и двигателя; конт-роль положения лопаток аппарата направляющих контроль положения ляд и дверей; контроль наличия напряжения и питания; контроль высокого напряжения жил-ления; контроль тока статора; контроль остановки вентилятора; контроль исправности магнитных выключателей.

       Структурная схема аппаратуры УКАВ-М приведена на рисунке 2.1.




Рисунок 2.1 - Структурная схема аппаратуры УКАВ-М


На рисунке 2.1обозначены: ДТП - датчики температуры подшипников; ДДМ - датчики давления масла; КВ - конечные выключатели тормозов и аппаратов, направляющие; БМА - блок микропрограмного аппарата; М1, М2 - рабочий и резервный приводные Электродвигатели; М3-М8 - двигатели приводов ляд; НА1, на2 - аппараты, направляющие; ПУ - пульт управления; ШУ - шкафа управления.

Все элементы аппаратуры расположены в шкафах управления. Всего зав-дом выпускается для комплектации УКАВ-М семь различных шкафов управ-ления (ШУ 1 - ШУ 6, ШУ 8), а также один пункт оператора (ШУ 7). Комплект ность шкафных зависит от вида ВГП, привода, количества крышек и ряда других факторов.

Далее приведена краткая характеристика шкафов управления аппаратуры УКАВ-М.

Шкаф ШУ1 - предназначен для управления вентиляторными агрегатами. Шкафов 1 управляет механизмами одного из агрегатов: аппаратами, направляющие, масло насосами, тормозам.

Шкаф ШУ2 - также предназначен для управления вентиляторным агрегатом. У него поступают сигналы от концевых выключателей вышеприведенных механизмов, а также всех крышек от датчиков давления и потока масла, станции высоковольтных ячеек. Кроме этого, на ШУ2 поступают сигналы о температуре подшипников вентилятора и двигателя, обмоток двигателя, подачи и депрессии вентилятора, а также команды управления с пульта диспетчера. В ШУ2 находится блок микропрограммного аппарата (БМА), в который закладывается микропрограмма управления, предназначенная для данной вентиляторной установки с конкретной технологической схеме.

Шкаф ШУ3 - предназначен для распределения энергии напряжением 380 В по всем ШУ и управляет электродвигателями вентиляторов.

Шкафы ШУ4, ШУ8 - переопределены для управления соответственно тремя и шестью электроприводами лебедок ляд или мотор-редукторов.

Шкаф ШУ6 - предназначен для управления роторной цепью синхронного электродвигателя с фазным ротором и включает в себя контакторы для перек- лючення пусковых роторных сопротивлений и реле времени, служат для выработки сигналов о временных интервалах для переключения с одной ступени ускорения на следующую.

Шкаф ШУ7 (пульт дистанционного управления) предназначена для дистанционного управления установкой вентилятора в составе двух агрегатов вентиляторов. На пульте расположены следующие органы управления: кнопки (пуск, стоп, реверс, больше, меньше); переключатели (нормальный режим, реверсивный); потенциометры (больше, меньше). На пульт ШУ7 выдается световая сигнализация о положении всех механизмов установки вентилятора, о положении ляд, о включении или отключении агрегата вентилятора, об аварийном отключении агрегата вентилятора или предупреждение об отклонении от нормального режима работы, о виде управления (местное, дистанционное) .

Каждый вентилятор может управляться из машинного зала из шкафа ШУ2 и дистанционного с пульта диспетчера ШУ7.

При дистанционном управлении вентилятор работает только в автоматическом режиме, а при местном управлении - автоматическом и ручном режимах. В руночном режиме возможно управление из шкафа ШУ2.

Микрокомандые автоматы аппаратуры УКАВ - М работают по определенным алгорит-мам управления вентиляторами и вспомогательным оборудованием.

Регулирование производительности вентилятора осуществляется путем изменения установки лопаток направляющего аппарата.

 

Аппаратура контроля и регистрации параметров шахтных вентиляторов



главного проветривания типа АКВ-М
Аппаратура АКВ-М предназначена для контроля основных параметров вентиляторной установки с передачей на персональный компьютер.

Аппаратура АКВ-М выполняет следующие функции:



  • непрерывное преобразование значений измеряемого давления в унифицированный электрический выходной сигнал 0-5 мА;

  • непрерывное преобразование перепада давления в унифицированный электрический выходной сигнал 0-5 мА, пропорциональный корню квадратному от перепада;

  • вычисление производительности вентилятора;

  • регистрация депрессии (давления) и производительности вентилятора;

  • индикация величин измеряемых параметров;

  • контроль температуры подшипников и статора двигателя;

  • выдача сигнала на аварийное отключение ВГП (переход на резерв) при перегреве подшипников или статора двигателя;

  • сигнализация о выходе контролируемых аэродинамических параметров (депрессии (давления) и производительности) за заданные пределы;

  • передача всех контролируемых параметров на персональный компьютер;

  • передача команд дистанционного управления вентиляторной установкой от персонального компьютера диспетчера.

Состав аппаратуры АКВ-М приведен в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Состав аппаратуры АКВ-М



Название

Функции

Примичание

Измерительный блок АКВ 01.000

Преобразование депрессии и разницы давления, температуры, обработка полученных результатов, связь с диспетчером




Блок

интерфейса



Согласование уровней последовательного COM порта компьютера и интерфейса «токовая петля», который применяют для обмена информацией с измерительным блоком

Блок располагается рядом с ПК

Общий вид аппаратуры АКВ - М приведен на рисунке 2.2

Количество каналов телесигнализации - 16. Количество каналов телеуправления 16. Расстояние от блока интерфейса к измерительному, не более 4000 м (ограниченно возможностью передачи данных через «токовую петлю»). Диапазон котролируемой депрессии вентилятора 0 - 10 кПа. Диапазон контролируемого перепада давления 0-1 кПа. Количество точек контроля температуры - 16.

Напряжение питания 220В.




Рисунок 2.2–Общий вид аппаратуры АКВ-М

3 ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТЫ


При нормальном режиме проветривания в качестве критерия управления проветриванием горных выработок шахты принят газовый фактор - минимальное среднее квадратичое отклонение допустимой концентрации метана от заданного значения при минимальных затратах энергии на управление.

В аварийном режиме проветривания горных выработок шахты как критерий управления принят минимальное время перехода системы из нормального состояния в заданное для создания оптимальных условий для ликвидации аварий и их последствий.

Как известно, состояние проветривания шахты характеризуется следующими аэродинамическими параметрами: количеством воздуха, поступающего в шахту и к местам его потребления, его давлением, скоростью, химическому составу (содержанием вредных примесей), температурой и влажностью, а также аэродинамическим сопротивлением выработок и их депрессией. В условиях автоматизированного управления проветриванием слишком сложно и нецелесообразно осуществлять контроль всех этих параметров. Для системы автоматизированного управления проветриванием по газовому фактору основными контролируемыми параметрами должны быть: концентрация метана в вентиляционных струях (регулируемая величина) и количество воздуха (основное управляющее воздействие). Такие параметры, как температура и влажность, при безаварийной работе участка изменяются в незначительных пределах, поэтому контроль их обязательный.

В принципе структура системы автоматизации главной вентиляторной установки может быть: централизованная или иметь многосвязную иерархию [9]. В курсовом проекте принята централизованная система автоматизации с использованием промышленной сети PROFIBUS. В общем система автоматизации функционирует следующим образом: информация, поступающая от датчиков контроля передается на диспетчерский пункт шахты в ЭВМ, где по определенному алгоритму обрабатывается. Применение ЭВМ для управления автоматизации главной вентиляторной установкой диктуется следующим:



  1. Необходимостью оперативного управления проветриванием для повы-шения безопасности труда горняков. Решение этой задачи требует обработки значительного числового материала в кратчайшие сроки (особенно при аварийных режимах). Понятно, что с этой задачей не в состоянии справиться оператор при ручном расчете.

  2. Случайным характером возмущающих воздействий, которые нельзя предусмотреть заранее. Отсюда возникает необходимость в определении статистических характеристик аэрогазодинамических процессов, также связано с обработкой большого информационного материала.

  3. Необходимостью получения и корректировки математического описания с учетом различий в горногеологических условиях и технологии процесса угледобычи.

  4. Необходимостью решения комплексной задачи управления проветриванием шахты с другими технологическими процессами.

Характерной особенностью централизованной системы автоматизации главной вентиляторной установкой является то, что при разработке ее для обеспечения заданной точности управления нужна минимальное по сравнению с другими системами количество исходных данных. Системы этой группы наиболее удобны в эксплуатации. Это связано с тем, что аппаратура, разположеная на участках шахт, может быть выполнена предельно просто, а сложная аппаратура сконцентрирована в одном месте на поверхности - в диспетчерском пункте, что позволяет быстро находить неисправности и устранять их.

В сетях PROFIBUS используются методы доступа "Token Bus" (сеть с передачей маркера или маркерного кольца) для активных станций и «Master-Slave» (Ведущий-Подчиненный) - для пассивных. Алгоритм связи не зависит от конкретной среды передачи данных и реализуется следующим образом:



  1. Все активные узлы (ведущие) формируют логическое маркерной кольцо, имеет фиксированный порядок, при этом каждый активный узел "знает" другие активные узлы и их порядок в логическом кольце (порядок не зависит от расположения активных узлов на шине).

  2. Право доступа к каналу передачи данных, так называемый "маркер", передается от активного узла к активному узлу в порядке, определяемом логическим кольцом.

  3. Если узел получил маркер (адресованный именно ему), он может передавать пакеты. Время, отпущенное ему на передачу пакетов, определяется временем удержания маркера. Как только это время заканчивается, узлу разрешается передать только одно сообщение высокого приоритета. Если такое сообщение отсутствует, узел передает маркер следующему узлу в логическом кольце. Маркерные таймеры, по которым рассчитывается максимальное время удержания маркера, конфигурируютсяются для всех активных узлов.

  4. Если активный узел обладает маркером и для него сконфигурированы соединения с пассивными узлами (соединение "ведущее устройство - ведомое устройство"), проводится опрос пассивных узлов (например, считывание значений) или передача данных на эти устройства (например , передача команд).

  5. Пассивные узлы никогда не принимают маркер.

При инициализации сети каждому узлу назначается адрес в диапазоне 0 -126. Активные узлы, подключенные к PROFIBUS, упорядоченные по возрастанию их адреса в логическом маркерном кольце. Время одного обращения маркера через всех участников называется временем обращения маркера. Устанавливаемое заданое время обращении маркера Ttr (Timetarget rotation) определяет максимально разрешенное время обращения маркера.

Адреса всех имеющихся на шине активных узлов заносятся в LAS (List of Active Station - список активных станций). Для управления маркером при этом особенно важны адреса предыдущей станции PS (Previous Station), от которой маркер поступает, к следующей станции NS (Next Station), которой маркер передается. LAS также необходимо, чтобы при текущей работе исключать из кольца участников, вышедших из строя или дефектных активных и, соответственно, принимать снова участников, появились беспрепятственно текущим обмена данными по шине.

Метод Master-Slave дает возможность мастеру (активном узлу), который имеет право прямой передачи, опрашивать предназначенных ему Slaves (пассивных узлов). Мастер при этом имеет возможность передавать и принимать сообщения от Slave. Цикл обмена между DP - Master и одним DP - Slave состоит из кадра запроса (Request Frame), отправляемого DP - Master, и переданного DP - Slave ответа или кадра подтверждения (Response Frame).

Запросу диагностических данных на фазе запуска DP - Master проверяет: наличие DP- Slave и готов ли он для параметрирования, DP - Slave проверяет принятые от DP - Master данные параметрирования и конфигурирования. Если нет ошибок и DP - Master позволяет необходимые установки, DP - Slave сообщает, что он готов для обмена данными. С этого момента DP- Master обменивается с DP - Slave проектируемыми данными пользователя. Диагностические данные DP- Master может требовать в любое время в DP - Slave.

При инициализации сети должны согласованно задаваться разные временные параметры, необходимые для контроля работы сети по тайм-аутам. При обмене данными DP - Slave реагирует на кадры - запросы Data_Exchange DP - Master (класс 1), который его параметрировал и конфигурувал. Другие сообщения DP-Slave не вывыполняет. Внутри пользовательских данных нет дополнительных управляющих или структурных элементов для описания передачи данных, то есть передаются чистые данные пользователя. С помощью кадров запрос-ответ можно обмениваться данными между DP-Master и DP - Slave в обоих направлениях объемом до 244 байт.

4 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТЫ


Блок - схема алгоритма автоматизированного управления технологическим процессом проветривания шахты приведена на рисунке 4.1. Блок - схема алгоритма состоит из следующей последовательности действий.

Блок 1. Ввод в память ЭВМ системы автоматизации информации о параметрах вентиляционный шахтной сети (ВШС), например длину выработок, которая является величиной, которая меняется при развитии горных работ и влияет на определение необходимого количества воздуха для проветривания шахты; параметры вентиляторных установок (ВУ).

Блок 2. Активация в системы автоматизации программных модулей (ПМ) ввода, контроля и записи состояния технических средств автоматизации (ТСА) системы автоматизации.

Блок 3. При управлении, необходимым условием для ее нормальной и устойчивой работы системы управления является проверка рабочего состояния всех технических средств автоматизации. Для этого осуществляется анализ состояния ТСА системы автоматизации. Выход из строя одного из устройств системы автоматизации может привести к тяжелым последствиям. Если какие-то из этих элементов не функционируют, то осуществляется специальное сообщение оператору системы автоматизации.

Блок 4. Условный переход к блоку 5, если канал связи и ТСА в рабочем состоянии и к блоку 6, в противном случае.

Блок 5. Обработка информации от датчиков метана.

Блок 6. Выработка кода прерывания по причине неисправностей каналов связи и ТСА системы САУП. Вывод причин неисправности на экран дисплея оператора системы САУП. Переход к блоку 24.

Блок 7. Анализ текущих данных датчиков метана и на его основе определения наличия угрозы загазованости в любом месте шахтной вентиляционной сети.

Блок 8. Анализ наличия угрозы загазованности, если таковая имеется, переход к блоку 9, если нет - переход к блоку 17.

Блок 9. Активация программных модулей, последовательность операций, применяемых для устранения загазованности.



Блок 10. Формирование управляющих воздействий на изменение положения вентиляционных дверей.


Рисунок 4.1 - Блок - схема алгоритма автоматизированного управления технологическим процессом проветривания шахты


Продолжение рисунка 4.1 – Блок - схема алгоритма автоматизированного управления технологическим процессом проветривания шахты управления



Продолжение рисунка 4.1 - Блок - схема алгоритма автоматизированного управления технологическим процессом проветривания шахты


Блок 11. Отображение на дисплее оператора системы автоматизации информации о текущих параметрах шахтной вентиляционной сети и советов о необходимости ее коррекции средствами ТСА системы автоматизации.

Блок 12. Проверка наличия разрешения на регулирование режима проветривания.

Блок 13. Формирование запроса на разрешение регулирования режима проветривания.

Блок 14 Формирование оператором системы автоматизации разрешения регулирования режима проветривания.

Блок 15. Проверка разрешения.

Блок 16. Сохранение в памяти ЭВМ системы автоматизации отказа на регулирование от оператора.

 Блок 17. Анализ режима работы вентиляторных установок.

 Блок 18. Проверка режима работы вентиляторных установок.

 Блок 19, блок 20. Контроль работы программных модулей системы автоматизации.

Блок 21. Выдача управляющих воздействий на регулирование вентиляторных установок.

Блок 22. Выдача на дисплей оператора информации об ошибках в работе программных модулей.

Блок 23. Выдача кода прерывания работы системы автоматизации.

Блок 24. Регистрация времени, номера и причин прерывания.

Блок 25. Анализ причин прерывания.

Блок26. Устранение причины прерывания в работе системы управления САУП.

Блок 27.Проверка устранения причин прерывания.

Блок 28. Повторный запуск в работу системы автоматизации.

Блок 29. Регистрация номера, времени и причины прерывания нормальной работы системы автоматизации.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©coolnew.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Теоретические основы
Лабораторная работа
Методические указания
Общая характеристика
Рабочая программа
Теоретические аспекты
Пояснительная записка
Практическая работа
Дипломная работа
Методические рекомендации
Федеральное государственное
История развития
Общие сведения
Учебное пособие
Основная часть
государственное бюджетное
Направление подготовки
Теоретическая часть
Физическая культура
Самостоятельная работа
История возникновения
Методическая разработка
Краткая характеристика
Практическое задание
квалификационная работа
Выпускная квалификационная
Гражданское право
Название дисциплины
бюджетное учреждение
государственное образовательное
образовательное бюджетное
Российская академия
Общие положения
теоретические основы
прохождении учебной
история возникновения
образовательная организация
Общая часть
Понятие сущность
Уголовное право
Современное состояние
Правовое регулирование
Финансовое право
Фамилия студента
Техническое задание
Методическое пособие
Финансовое планирование
Теория государства
Российская федерация