Układ sterowania górniczego wielosilnikowego przenośnika taśmowego

Transkrypt

1 dr ż. ARIAN HYLA Poltechka Śląska Katedra Eergoelektrok, Napędu Elektryczego Robotyk Układ sterowaa górczego weloslkowego przeośka taśmowego W artykule przedstawoo kocepcję realzację praktyczą układu sterowaa weloslkowego przeośka taśmowego przezaczoego do trasportu uro b- ku w kopalach górctwa podzemego [1], [2], [3]. Układ apędowy składa sę z czterech slków o mocy 500 kw każdy apęcu zaslaa 1000 V zaslaych z falowków apęcowych apędzających przeośk taśmowy o długośc 1100 m. Przedstawoo specyfcze wymagaa zwązae z eksploatacją układu oraz sposób realzacj sterowaa przeośka. Zaprezetowao system łączośc pomędzy poszczególym elemetam układu. Omówoo procedury sterowaa częstotlwoścą apęca zaslającego slków w trakce rozruchu przeośka oraz procedury wyrówywaa mometów obcążea w trakce pracy z zadaą prędkoścą posuwu taśmy. 1. WSTĘP Do odstawy urobku w górctwe podzemym odkrywkowym powszeche stosuje sę przeośk taśmowe. Szacuje sę, że w kopalach zastalowaych jest klka tysęcy sztuk przeośków o łączej mocy zastalowaej apędów rzędu klkuset W [2]. Zastosowae eergoelektroczych przekształtków do zaslaa układów apędowych przeośków pozwala a zmejszee ch eergochłoośc, a owoczese mkroprocesorowe systemy sterowaa wpływają a poprawę waruków eksploatacyjych. Umożlwają róweż stosukowo prostą budowę systemów pozwalających a motorowae a powerzch pracy urządzeń zastalowaych w podzemach kopal. W artykule przedstawoo jedo z rozwązań mkroprocesorowego sterowaa pracą weloslkowego przeośka taśmowego do trasportu urobku przezaczoego do pracy w górctwe podzemym. Rys.1. Układ apędowy weloslkowego przeośka taśmowego Rys. 1. Układ apędowy weloslkowego przeośka taśmowego

2 Nr 5(471) AJ UKŁAD NAPĘDOWY Obektem sterowaa jest weloslkowy przeośk taśmowy do trasportu urobku w kopal węgla kameego. Układ apędowy składa sę z czterech slków dukcyjych 3-fazowych z wrkem jedoklatkowym o mocy 500 kw każdy apęcu zaslaa 1000 V, obudowy przecwwybuchowej produkowaych przez frmę Damel [6]. Slk umeszczoo param a wspólych wałach w początkowej częśc przeośka. Odległość pomędzy osam wałów wyos 4 m. Każdy z slków zaslay jest z opracowaego przez frmę ENEL-PC przemeka częstotlwośc typu FNTKa-640/ kw [7], umeszczoego w ogoszczelej obudowe falowka PCO-1/500/c produkowaego przez frmę Carboautomatyka S.A. [5]. Falowk pracują z wykorzystaem modulacj wektorowej. Na rys. 1 przedstawoo schemat rozmeszczea slków zespołu apędowego weloslkowego przeośka taśmowego. 3. UKŁAD NAPĘDOWY Na rys. 2 przedstawoo uproszczoy schemat podstawowego układu sterowaa zespołem apędowym przeośka taśmowego. Rys. 2. Schemat podstawowego układu sterowaa zespołu apędowego weloslkowego przeośka taśmowego Bezpośrede sterowae każdego z slków układu apędowego realzowae jest przez zaslae z falowków apęcowych. Zadaa częstotlwość pracy slka przekazywaa jest do falowka ze współpracującego z m sterowka lokalego S1-S4. Prędkość przesuwu taśmy przeośka zadawaa jest do jedego ze sterowków lokalych z układu adrzędego SN. Układ sterowaa adrzędego wyposażoy jest w port szeregowy umożlwający przekazae zadaej prędkośc przesuwu taśmy do jedego, dowole wybraego sterowka lokalego z możlwoścą odczytu parametrów pracy wszystkch apędów. Połączee ze sterowkem adrzędym zrealzowao z wykorzystaem łącza RS-485 w wykoau skrobezpeczym. Z założea sterowae pracą przeośka powo sę odbywać także bez wykorzystaa łączośc z układem adrzędym. W takm przypadku prędkość przesuwu taśmy zadawaa jest do dowole wybraego sterowka lokalego poprzez łącze prądowe 4-20 ma. Sterowk lokale powy samoczye dostosować sę do aktualego trybu zadawaa prędkośc. ożlwość pracy z wykorzystaem łącza prądowego w zastępstwe łącza szeregowego wprowadza zacze ograczea w komukacj szeregowej. W celu zapewea detyczej pracy układu sterowaa, ezależe od sposobu przekazywaa prędkośc posuwu taśmy, jedyą wartoścą przesyłaą z układu adrzędego do sterowka lokalego poprzez łącze szeregowe może być zadaa prędkość posuwu taśmy. W zwązku z tym sterowk lokaly wyposażoo w jedo dwustaowe wejśce cyfrowe, przez które układ adrzędy przekazuje sygał startu lub zatrzymaa przeośka oraz dwa wyjśca cyfrowe z formacją zwrotą. Jedo z wyjść służy do potwerdzea stau pracy lub zatrzymaa apędu, druge do sygalzacj awar układu apędowego. Sterowk lokale komukują sę pomędzy sobą za pomocą wydzeloej sec trasmsj szeregowej. Zarządzae dostępem do łącza realzuje sterowk lokaly, który aktuale otrzymuje zadaą wartość posuwu taśmy z układu adrzędego. Połączee pomędzy sterowkam lokalym zrealzowao w topolog perścea z wykorzystaem łącz śwatłowodowych. Każdy ze sterowków lokalych komukuje sę także, poprzez łącze szeregowe, ze swom falowkem. W zwązku z umeszczeem sterowka lokalego wraz z falowkem w jedej obudowe ogoszczelej łącze to wykoao jako stadardowe łącze RS SYSTE ŁĄCZNOŚCI Komukacja pomędzy sterowkem lokalym a układem adrzędym realzowaa jest przez port szeregowy UART z wykorzystaem protokołu

3 30 ECHANIZACJA I AUTOATYZACJA GÓRNICTWA ODBUS a zasadze dostępu typu master-slave. Urządzeem master jest sterowk adrzędy. Podobe rozwązao komukację pomędzy sterowkem lokalym a falowkem, przy czym urządzeem master jest w takm przypadku sterowk lokaly. Komukacja pomędzy sterowkam lokalym wymagała opracowaa specjalego protokołu łączośc wykorzystującego port UART, opartego o model dostępu typu multmaster z rywalzacją o dostęp do łącza. Po cjalzacj systemu realzowaa jest procedura rywalzacj o dostęp do łącza. W jej wyku jede ze sterowków lokalych przejmuje kotrolę ad zarządzaem dostępem do łącza zostaje wybray urządzeem typu master. Pozostałe sterowk ozaczae są jako slave. W przypadku przesłaa ze sterowka adrzędego prędkośc posuwu taśmy do jedego z urządzeń ozaczoych jako slave astępuje poowa cjalzacja procedury rywalzacyjej. Kostrukcja protokołu łączośc zapewa, że urządzeem typu master zostae urządzee, które otrzymało wartość zadaą prędkośc posuwu taśmy z systemu adrzędego. Sterowk lokale zbudowao w oparcu o mkroprocesor jedoukładowy Htach H8/3048. Procesor wyposażoy jest w dwa ezależe sprzętowe porty UART. W zwązku z tym, w celu mplemetacj trzech rozdzelych systemów trasmsj koecze było podzelee jedego z łączy szeregowych. Zdecydowao sę a podzał łącza obsługującego trasmsje pomędzy sterowkam lokalym oraz pomędzy sterowkem lokalym a falowkem. Łączość w podzeloym łączu zrealzowao a zasadze welodostępu z podzałem czasu, przy czym zarządzae czasem dostępu realzowae jest przez aktuale urządzee master a podstawe opracowaego protokołu łączośc. W przedstawoym rozwązau ależało uwzględć róweż stay awaryje polegające a pracy bez jedego, dowolego z apędów. W przypadku awar lub odłączea zaslaa jedego ze sterowków lokalych, aktualy sterowk master wyklucza z procedur dostępu do łącza eaktywy sterowk. a to a celu wyelmowae epotrzebych opóźeń zwązaych z realzacją komukacj z eaktywym sterowkem. Koecza jest jedak możlwość wzowea łączośc z wykluczoym sterowkem w celu przywrócea do pracy odstawoego apędu. Procedury te realzowae są bezobsługowo poprzez opracoway protokół łączośc. 5. STANY PRACY PRZENOŚNIKA Układ sterowaa przeośkem taśmowym rozróża klka staów pracy: sta gotowośc: wszystke slk zatrzymae, układ gotowy do załączea, sta pracy: slk pracują, posuw taśmy z zadaą prędkoścą, sta zatrzymaa techologczego slk pracują, obżae prędkośc apędów aż do zatrzymaa, sta zatrzymaa awaryjego atychmastowe wyłączee wszystkch apędów. Dodatkowo, w zależośc od przyczyy powodującej wyłączee, dla stau zatrzymaa awaryjego rozróżoo stay wyłączea awar. Sta wyłączea pozwala a poowe uruchomee przeośka za pomocą stadardowej procedury startowej, atomast sta awar wymaga gerecj obsług za pomocą specjalego klucza umożlwającego skasowae stau awaryjego. Wyłączee apędów może być realzowae ze sterowka adrzędego w zwązku z procesem techologczym, jak róweż z dowolego sterowka lokalego w efekce zadzałaa jakegokolwek zabezpeczea awaryjego. Nezależe od sterowka, w którym zadzałało zabezpeczee wyłączae są wszystke slk układu apędowego przeośka. Na wyśwetlaczu LCD każdego z przemeków wyśwetlaa jest formacja o przyczye mejscu wystąpea awar. 6. STEROWANIE PRĘDKOŚCI SILNIKÓW Umeszczee dwóch slków a wspólym wale, jak róweż ewelka odległość pomędzy obydwoma zespołam apędowym skutkująca pomjale małą sprężystoścą taśmy ośej przeośka a tym odcku, awet przy ewelkch różcach przebegów charakterystyk slków prowadz do erówomerego obcążea mometem każdego z apędów. W skrajym przypadku może doprowadzć do sytuacj, w której jede z slków stają sę slkam apędowym, a e staową ch obcążee. Poprawa praca zespołu apędowego przeośka wymaga ezależego sterowaa częstotlwoścą apęca zaslającego każdy z slków, w zależośc od chwlowego rozkładu mometów obcążea w całym układze apędowym. W zrealzowaym rozwązau sterowk lokaly otrzymując ze sterowka adrzędego zadaą wartość prędkośc przesuwu taśmy zostaje urządzeem typu master, przejmując zarządzae zarówo systemem komukacyjym, jak sterowaem częstotl-

4 Nr 5(471) AJ (1) Realzacja procedury wyrówywaa mometów Rys.3. Wyrówywae mometów obcążea slków zespołu apędowego przeośka w rozpoczya sę od wyzaczea slka, którego momet obcążea odbega ajbardzej od wartośc Rys. trakce 3. Wyrówywae pracy ustaloej mometów obcążea slków zespołu apędowego przeośka w trakce pracy ustaloej mometów rozwjaych przez pozostałe slk a podstawe zależośc woścą apęca zaslaa każdego z slków. Dzęk opracowaemu protokołow łączośc każdy ze sterowków lokalych posada pełe formacje o stae pracy pozostałych apędów, jedak to aktualy sterowk master, a podstawe zadaej prędkośc przesuwu taśmy oraz formacj o obcążeu każdego z apędów decyduje o częstotlwośc pracy każdego z przemeków. Podczas rozruchu przeośka realzowaa jest procedura adążego zadawaa częstotlwośc przez aktualy sterowk master do każdego z apędów, począwszy od częstotlwośc startowej do częstotlwośc pracy ustaloej. W celu mmalzacj erówomerośc obcążeń poszczególych apędów wykających z edetyczych charakterystyk, zmay częstotlwośc zadaej mogą odbywać sę z astawalym krokem, a kolejy krok wykoyway jest po osągęcu przez wszystke slk zadaego progu. W trakce pracy przeośka z prędkoścą ustaloą realzowae są procedury wyrówywaa mometów obcążea poszczególych slków. Sta tak możlwy jest do uzyskaa poprzez ewelke, rzędu setych częśc Hz, korekty częstotlwośc apęć zaslających slk. Na rys. 3 przedstawoo deę wyrówywaa mometów obcążea slków zespołu apędowego przeośka w trakce pracy z ustaloą prędkoścą przesuwu taśmy dla edetyczych charakterystyk każdego z slków. W chwl zakończea procedury rozruchu wszystke apędy zaslae są apęcem o detyczej częstotlwośc, w efekce czego ch charakterystyk mechacze zbegają sę w pukce o pulsacj 0. Przyjmując, że prędkość posuwu taśmy odpowada pulsacj poszczególe slk zostaą obcążoe mometam 1-4, przy czym sumaryczy momet obcążea wyese sumaryczy momet obcążea, momet rozwjay przez -ty slk, lczba aktuale pracujących slków. Charakterystyk slków, pulsację oraz wartośc mometów rozwjaych przez poszczególe slk w chwl zakończea procedury rozruchowej ozaczoo a rys. 3 lam cągłym. k max (2) k umer slka o ajwększej odchyłce mometu od średej wartośc mometów rozwjaych przez pracujących slków. Dla wyzaczoego w te sposób slka korygowaa jest częstotlwość apęca zaslaa skutkująca przesuęcem jego charakterystyk mechaczej o wartość ' (3) 0k 0 0k 0k przesuęce charakterystyk mechaczej k-tego slka zwązae ze zmaą częstotlwośc apęca zaslającego, ' 0k owa wartość pulsacj prędkośc sychroczej k-tego slka. Przesuęce charakterystyk k-tego slka, przy ezmeoym sumaryczym momece obcążea skutkuje zmaą rozkładu mometów poszczególych slków, przy czym ' (4) ' momet rozwjay przez -ty slk po zmae częstotlwośc zaslaa k-tego slka, a prędkość posuwu taśmy zostae ustaloa a owej wartośc '.

5 32 ECHANIZACJA I AUTOATYZACJA GÓRNICTWA Na rys. 5 przedstawoo układ falowka PCO- 1/500/c z zabudowaym sterowkem lokalym, zaslającego pojedyczy slk zespołu apędowego przeośka przystosoway do pracy w warukach górctwa podzemego. 7. PODSUOWANIE Na rys. 3 zmay stau pracy zespołu apędowego wywołae zmaą częstotlwośc zaslaa slka r 1 przedstawoo za pomocą l przerywaych. W procedurze wyrówywaa mometów obcążea przyjęto krok zmay częstotlwośc apęca zaslającego o wartośc 0,01 Hz, powodujący praktycze ezauważale zmay prędkośc posuwu taśmy przeośka. Taka wartość kroku zma częstotlwośc pozwala róweż a uzyskae wystarczająco małych zma rozkładu mometów obcążea pozwalających uzyskać zbeżość algorytmu sterowaa bez oscylacj. Wymaga jedak zastosowaa falowka pozwalającego a zadawae częstotlwośc z taką rozdzelczoścą oraz stablośc częstotlwośc wyjścowej z dokładoścą co ajmej rząd wększą. Na rys. 4 przedstawoo wydealzoway efekt dzałaa procedury wyrówywaa mometów obcążea slków zespołu apędowego dla przypadku, gdy Przedstawoy w artykule układ sterowaa weloslkowym zespołem apędowym przeośka ta- Rys.4. Wydealzoway efekt dzałaa procedury wyrówywaa mometów obcążea slków Rys. 4. zespołu Wydealzoway apędowego efekt dzałaa procedury wyrówywaa mometów obcążea slków zespołu apędowego śmowego został uruchomoy wdrożoy w jedej z kopalń węgla kameego. Opracoway a potrzeby systemu sterowaa protokół komukacyjy wykorzystyway w procedurach łączośc pomędzy sterowkam lokalym pozwolł a pełą kotrolę ad wszystkm elemetam systemu apędowego oraz realzację procedur wyrówywaa mometów obcążea poszczególych slków zespołu apędowego poprzez ezależe sterowae częstotlwoścą apęca zaslającego każdego z slków. ' ' (5) 1 momet rozwjay przez każdy z slków przy prędkośc posuwu taśmy odpowadającej pulsacj ''. Teoretycze wyzaczee wartośc korekcj częstotlwośc zaslającej każdy z apędów możlwe jest przy dokładej zajomośc rzeczywstych charakterystyk każdego z slków. W układze praktyczym e jest jedak możlwe deale wyzaczee charakterystyk wraz z uwzględeem zma spowodowaych p. agrzewaem sę uzwojeń slków. Z tego względu zdecydowao sę a realzację teracyjej procedury wyrówywaa mometów obcążea, a za sta rówowag obcążeń przyjęto sta, w którym żada z wartośc wyzaczoych a podstawe zależośc (4) e przekracza zadaego progu Rys. Rys Praktycza Praktycza realzacja realzacja falowka falowka PCO-1/500/c zaslającego PCO-1/500/c pojedyczy slk zaslającego zespołu pojedyczy slk zespołu apędowego przeośka Leratura 1. Atoak J.: Budowa przeośków taśmowych zapewająca eergooszczędą odstawę urobku węglowego. echazacja Automatyzacja Górctwa 2001, r Atoak J.: Górcze przeośk taśmowe o zmejszoej eergochłoośc. aszyy Dźwgowo-Trasportowe 2001, r Atoak J.: Przeośk taśmowe. Wprowadzee do teor oblczea. Glwce 2007, Wyd. Pol. Śl. 4. Atoak J.: Przeośk taśmowe w górctwe podzemym odkrywkowym. Glwce 2004, Wyd. Pol. Śl. 5. Przemek ogoszczely typu PCO-315/1 dokumetacja techczoruchowa, Tychy 2005, PKSA Carboautomatyka.. 6. Damel S.A.: Slk dukcyje trójfazowe budowy przecwwybuchowej SG1(2,3) 450-4, Karta katalogowa K Dąbrowa Górcza 2008, Dąbrowska Fabryka aszy Elektryczych DAEL S.A. 7. ENEL-PC: Falowk FNTKa-640/ kW dokumetacja techczo-ruchowa. Glwce 2008, Eel-PC. Recezet: dr hab. ż. Potr Gawor, prof. zw. Pol. Śl.