System monitoringu jakości prowadzenia naczynia wydobywczego w szybie SG-1 w KGHM O/ZG Polkowice - Sieroszowice inŝ. Tadeusz Wróbel 1) inŝ. Andrzej Wójcik Streszczenie. Przedmiotem artykułu jest opis rozwiązania technicznego firmy TEMIX stanowiącego kolejny etap prac nad doskonaleniem i rozwojem znanego urządzenia do pomiaru sił w linach nośnych górniczych wyciągów szybowych. Wynikiem prac jest wdraŝany w KGHM O/ZG Polkowice Sieroszowice zdalny system monitoringu jakości prowadzenia naczynia wydobywczego w szybie SG-1. Zasadniczymi elementami rozwiązania są: łącze radiowe transmisji danych pomiędzy ruchomym naczyniem wydobywczym a nadszybiem, specjalizowany sterownik mikroprocesorowy zlokalizowany na naczyniu wydobywczym, wyposaŝony w odpowiednie czujniki pomiarowe oraz układ dostarczania energii do ich zasilania. Pomiary parametrów jak np.: sił w linach nośnych naczynia i transmisja ich wyników odbywają się bez zatrzymywania bądź ograniczenia pracy wyciągu, poniewaŝ zdalne sterowanie funkcjami pomiarowymi, transfer danych oraz nadzór systemu jest moŝliwy z dowolnego, uprawnionego terminala zakładowej sieci komputerowej, co czyni to rozwiązanie niezwykle nowoczesnym i dotychczas niespotykanym w praktyce szybowej. Szczególnie istotne dla funkcjonalności rozwiązania jest udostępnienie sygnału analogowego połoŝenia naczynia z układu sterowania maszyny wyciągowej (prod. ABB), który pozwala lokalizować wartości mierzonych parametrów w funkcji drogi przejazdu naczynia na wykresach graficznych. Tak zrealizowany system stwarza nową jakość w eksploatacji wyciągów górniczych a dla uŝytkowników stanowi nowoczesne, wygodne i praktyczne narzędzie. Celem stosowania jest poprawa bezpieczeństwa eksploatacji wyciągów górniczych i efektywniejsze wykorzystanie czasu pracy. W chwili opracowania artykułu rozwiązanie jest w końcowym etapie realizacji, trwa ruch próbny urządzenia. Charakterystyka wyciągu Szyb SG 1 jest szybem wdechowym o średnicy 7,5 m i głębokości 1057,4 m Zabudowany w nim górniczy wyciąg szybowy przeznaczony jest do jazdy ludzi (maksymalnie 100 osób, po 50 osób na kaŝdym pomoście klatki), transportu materiałów na dwóch pomostach o łącznym cięŝarze 25 Mg. Ruch wyciągu odbywa się od poziomu + 10,00 m do poziomu 1027,00 m. Nad szybem posadowiona jest wieŝa basztowa, w niej maszyna wyciągowa typu 4L 4000/2000 prod. ABB z bębnem pędnym i hydraulicznymi hamulcami tarczowymi. Napędzany nią wyciąg szybowy stanowi klatka z przeciwcięŝarem zawieszona na 4 linach o średnicy 46 mm, a do wyrównania róŝnicy mas będących w ruchu uŝyto 3 lin wyrównawczych o średnicy 55 mm., Naczynia prowadzone są w naroŝach po prowadnikach linowych wykonanych z liny 52 mm. Połączenie lin nośnych do naczyń zapewniają dwa zawieszenia czterolinowe z wielopunktowym mocowaniem. Właściwa eksploatacja wyciągu wymaga utrzymania równomiernego rozkładu obciąŝeń w poszczególnych linach nośnych na całej drodze przejazdu klatki. Stosowane dotychczas metody pomiaru były pracochłonne, niedokładne i umoŝliwiały pomiar jedynie w kilku miejscach połoŝenia naczynia. Wynik pomiaru nie dawał podstawy do podejmowania prawidłowych działań korygujących. Systematyczne stosowanie urządzenia do pomiaru obciąŝeń zapewnia bieŝący nadzór nad rozkładem obciąŝeń lin oraz prowadzenie skutecznych działań 1) inŝ. Tadeusz Wróbel, TEMIX Sp. z o.o. Jednostka Innowacyjno-WdroŜeniowa ul. Fałata 1, 32-593 śarki, Polska, Tel./Fax: +48 32 627 34 91, +48 606 780 193, e-mail: twrobel@temix.com.pl 2) inŝ. Andrzej Wójcik KGHM O/ZG Polkowice - Sieroszowice Strona 1
korygujących przez słuŝby szybowe [rys. 9 13] co zapewnia warunki prawidłowej eksploatacji wyciągu. Opis metod korygowania sił zawierają stosowne materiały wg wykazu literatury. Docelowe wyposaŝenie systemu w odpowiednie czujniki umoŝliwi wykonywanie pomiaru przemieszczeń naczynia mierzonych w dwóch osiach współrzędnych prostopadłych do kierunku jazdy naczynia i zapewni uŝytkownikowi diagnostykę jakości prowadzenia naczynia wyciągowego. Taki rodzaj bieŝących pomiarów mógłby stanowić odpowiedź na zachowanie się klatki w przypadku zadziałania hamulca manewrowego lub bezpieczeństwa i dobór optymalnych wartości sił napinających liny prowadnicze. Budowa systemu, opis działania. System monitoringu obciąŝeń lin nośnych górniczego wyciągu szybowego SG-1 [rys.1] jest rozwiązaniem nowatorskim dotychczas nie spotykanym w górnictwie. Istotą rozwiązania jest zastosowanie radiowego łącza transmisji danych do bezpośredniego przekazywania wyników pomiarów wartości sił w linach wyciągu z ruchomego naczynia wyciągowego do serwera zakładowej sieci komputerowej. Rozwiązania sprzętowe oraz oprogramowanie systemu oparte jest na standardowych aplikacjach przemysłowych, co sprawia, Ŝe system jest otwarty i w pełni modyfikowalny na kaŝdym etapie wdroŝenia i późniejszej eksploatacji przez uŝytkownika. Zapewnia to szybkie i łatwe dopasowanie urządzenia do wymagań uŝytkownika. Zasadniczymi elementami systemu są: wkładki pomiarowe siły typu WPS-Ec, skrzynka rozdzielcza typu STI, sterownik lokalny systemu ZPR-2R, sterownik centralny systemu SCR-2R. serwer danych systemu typ SDS-1, układ zasilania baterii UZB-1. Wkładki pomiarowe siły - typ WPS-Ec są zabudowane po dwie sztuki w kaŝdym z czterech łączników do zmiany długości liny zawieszenia naczynia wyciągowego. Wkładki pomiarowe siły posiadają stałe dopuszczenie WUG nr 14/05 do stosowania w zawieszeniach górniczych wyciągów szybowych. Są podstawowymi elementami układu pomiarowego sił w linach nośnych wyciągu. Stanowią inteligentne, adresowalne, mikroprocesorowe moduły pomiarowe z cyfrowym interfejsem transmisji. Skrzynka rozdzielcza - typ STI jest zabudowana pod głowicą naczynia wyciągowego. Do skrzynki typu STI są wprowadzone kable sygnałowe łączące wkładki pomiarowe siły WPS-Ec ze sterownikiem lokalnym ZPR-2R. Sterownik lokalny systemu - typ ZPR-2R jest zabudowany w hermetycznej obudowie, zamocowany pod głowicą naczynia wyciągowego [fot. 3] Posiada autonomiczne zasilanie z wewnętrznego akumulatora którego energia jest uzupełniana poprzez układ zasilania. Steruje trybem pracy czujników pomiarowych i modułem rejestracji danych pomiarowych. Sterowanie funkcjami pomiarowymi jest moŝliwe w dwóch trybach: lokalne - ręczne z klawiatury; zdalne - za pośrednictwem sterownika centralnego. Komunikacja sterownika z jednostką nadrzędną odbywa się poprzez modemy radiowe i zespół anten zabudowanych na głowicy naczynia [fot. 3] dwoma odrębnymi cyfrowymi łączami radiowymi w pasmach: 2,4 GHz - łącze sterowania i nadzoru, 869 MHz - łącze transmisji danych. Sterownik centralny - typ SCR - 2R [fot. 6] jest zabudowany w szafie na poz. nr 3 wieŝy szybowej. Wykonany jest na bazie standardowego układu mikroprocesora zintegrowanego z modułem radiowej transmisji danych.. Komunikacja ze sterownikiem lokalnym na naczyniu jest realizowana poprzez zespół anten zabudowanych w bezpośrednim sąsiedztwie lin nośnych naczynia w otworze pomostu [fot. 5], z serwerem danych systemu poprzez dwie magistrale transmisji szeregowej RS485 w kablu teletechnicznym. Ponadto sterownik centralny steruje reflektorami dostarczającymi energii świetlnej do fotoogniwa zasilającego akumulator w sterowniku lokalnym na naczyniu wydobywczym. Sygnały o trybie pracy wyciągu są udostępniane przez sterownik maszyny wyciągowej do układu wejść dwustanowych. Serwer danych systemu - typ SDS-1 [fot. 2] jest zabudowany w szafie na poziomie nr 7 wieŝy szybowej, w pomieszczeniu maszyny wyciągowej. Jest połączony z zakładową siecią Strona 2
komputerową. Zawiera panel komputera przemysłowego z ekranem dotykowym. Komunikacja pomiędzy serwerem systemu a sterownikiem centralnym jest realizowana przewodowo. Dwa oddzielne łącza transmisji danych i sterowania działają w standardzie transmisji szeregowej RS485 wg protokołu firmowego. W trybie pracy wyciągu jazda ludzi i jazda rewizyjna blokowane jest łącze radiowej transmisji danych a modem sterujący pozostaje w stanie gotowości (czuwania). Sygnał analogowy połoŝenia naczynia stanowi współrzędną do wykresu sił w linach nośnych klatki i przemieszczeń w funkcji drogi przejazdu. Układ zasilania - typ UZB-1 dostarcza energię do akumulatora z chwilą ustawienia naczynia wyciągowego w górnej stacji wysiadania załogi po przekroczeniu dopuszczalnego progu obniŝenia wartości napięcia. Układ dostarczania energii stanowią dwa reflektory halogenowe o mocy 1000W kaŝdy, zabudowane na nadszybiu oraz fotoogniwo o mocy 17W zabudowane pod głowicą naczynia przy jego zewnętrznej ścianie bocznej. Pojemność akumulatora zasilającego sterownik lokalny na naczyniu zapewnia zasilanie na kilkadziesiąt godzin w trybie czuwania sterownika i kilka godzin w trybie wykonywania pomiarów z transmisją danych. RadioLin - oprogramowanie sytemu monitoringu [rys.7, 8] jest wykonane w graficznym środowisku programistycznym LabView firmy National Instruments. Środowisko to zapewnia doskonałe dopasowanie aplikacji do wymagań uŝytkownika, a funkcje uŝytkowe aplikacji charakteryzują się intuicyjnością i prostą obsługą. Program RadioLin startuje samoczynnie po uruchomieniu serwera i pozwala na lokalną lub zdalną kontrolę pracy systemu. Dane zarejestrowane w trakcie jazdy naczynia przechowywane są w serwerze danych, a następnie mogą być analizowane przy uŝyciu programu WizLin przez dowolnego uprawnionego uŝytkownika sieci[rys.1] Licencja na oprogramowanie jest wielostanowiskowa, WizLin - program do graficznej analizy sił [rys.9; 10; 11, 12] zapewnia graficzne zobrazowanie wyniku pomiarów w postaci wykresu sił w poszczególnych linach wyciągu w funkcji drogi przejazdu naczynia wydobywczego pomiędzy punktem załadowczym naczynia na dole a górną stacją rozładunku, Na podstawie analizy wykresów moŝna określić przyczynę nierównomiernego rozkładu obciąŝenia lin a zwłaszcza moŝna dokonać na bieŝąco oceny sztywności poszczególnych lin. Jest to waŝna informacja dla określenia parametrów korekcji. Wnioski końcowe Nie bez znaczenia dla funkcjonalności rozwiązania było udostępnienie z wyjść dwustanowych sterownika maszyny wyciągowej prod. ABB wyŝej opisanych sygnałów dwustanowych o trybie pracy wyciągu oraz sygnału połoŝenia naczynia i jest wartym powielenia przykładem integracji systemu monitoringu z układem sterowania maszyny prod. ABB z korzyścią dla uŝytkowników. Pozytywnym przykładem oddziaływania narzędzia w rękach słuŝb szybowych (jakim są stosowane w praktyce układy do pomiaru sił w linach) na układ sterowania maszyny było postawienie wymagania przez słuŝby szybowe O/ZG Rudna i wykonana przez serwis techniczny ABB optymalizacja charakterystyki regulatora jazdy. Celem działań było ograniczenie zakresu dynamicznych zmian sił w linach nośnych przy dojeździe naczynia do stacji rozładunku naczynia. Realizacja była moŝliwa w przypadku elastycznego w doborze parametrów regulatora jazdy w rozwiązaniu jakie zapewnia ABB. Strona 3
System monitoringu obciąŝeń lin nośnych wyciągu klatkowego w szybie SG-1 KGHM O/ZG Polkowice - Sieroszowice Rozdzielnia Zasilająca Serwer systemu Sygnał połoŝenia klatki Sterownik Maszyny ABB 0 10V / RS485/232 RS485/232 A/D Ustawienie naczynia Jazda Ludzi Jazda rewizyjna Maszyna POZIOM 7 /maszyna wyciągowa/ RS485 RS485 Sterowanie reflektorów Rozdzielnia Zasilająca / 232/485 232/485 /24V 24V /5V RADIOMODEM Transmisji Danych 5V RADIOMODEM Sterowania i nadzoru MODUŁ I/O RF 2,4GHz / Sterownik stacjonarny systemu RF 869MHz POZIOM 3 Wkładki pomiarowe siły WPS-Ec Lina 1 Lina 2 Lina 3 Lina 4 Łacze radiowe transmisji danych Zespół Anten Zespół anten Łacze radiowe nadzoru i sterowania Reflektor Solar Panel Skrzynka rozdzielcza RF869 MHz 2,4 GHz POZIOM 1 Moduł centralny Reflektor DC 17V BATERIA Sterownik ruchomy systemu Modem Transmisji Danych ZRĄB Głowica naczynia wydobywczego óó Strona 4
System monitoringu obciąŝeń li nośnych wyciągu klatkowego w szybie SG-1 KGHM O/ZG Polkowice- Sieroszowice Rys 1. Terminal w biurze sztygarów Rys 2. Serwer systemu w pomieszczeniu maszyny Rys 3. Zespół anten na głowicy klatki Rys 4. Sterownik lokalny pod głowicą klatki Rys 5. Zespół anten na nadszybiu Rys 6. Sterownik centralny systemu na nadszybiu Rys 7. Plansza główna programu Rys 8. Plansza diagnostyczna programu Strona 5
Wyrównywanie obciąŝeń lin nośnych wyciągu klatkowego szybu SG-1 KGHM O/ZG Polkowice - Sieroszowice Rys. 9 Wykres sił w linach wyciągu przed korekcją (bezpośrednio po zabudowie lin) Rys. 10 Wykres sił w linach wyciągu po pierwszym działaniu korekcyjnym Rys 11. Wykres sił w linach wyciągu po kolejnym działaniu korekcyjnym Rys. 12. Wykres sił w linach wyciągu po korekcji. Rys13. Zmniejszanie średnicy przewijania liny, stanowisko do przetaczania rowków linowych bębna maszyny Rys14. Regulacja długości liny wysokością stosu wkładek dystansowych łącznika Strona 6
Literatura: 1. Urząd Patentowy PRL. Świadectwo autorskie o dokonaniu wynalazku Układ do kontroli sił w linach nośnych wielolinowych urządzeń wyciągowych Tadeusz Wróbel jako współtwórca, Opis patentowy 153 748. Zgłoszono w dniu 86.02.13 2. Urząd Patentowy PRL. Świadectwo autorskie o dokonaniu wynalazku sposób korygowania sił w linach nośnych wielolinowego urządzenia wyciągowego Tadeusz Wróbel jako współtwórca, Opis patentowy 155 060. Zgłoszono w dniu 87.06.24 3. Urząd Patentowy PRL. Swiadectwo autorskie o dokonaniu wynalazku Układ do bezprzewodowego ładowania akumulatorów Tadeusz Wróbel jako współtwórca. Opis patentowy 157 643. Zgłoszono w dniu 89.06.05 4. Płachno M. Rozwój urządzeń i metod do wyrównywania obciąŝeń lin nośnych wielolinowych wyciągów górniczych. Zeszyty Naukowo-Techniczne nr 23 z 2001r. KTL-AGH Kraków. 5. Stępień J., Łowkis Z., Płachno M.: Doświadczenia z pomiarów i wyrównywania sił w linach nośnych wielolinowych wyciągów górniczych eksploatowanych w szybach ZG Rudna. Zeszyty Naukowo-Techniczne nr 23 z 2001r. KTL-AGH Kraków. 6. Opinia nr 28/O/2005 Zakładu Badań Atestacyjnych Centrum Mechanizacji Górnictwa KOMAG - Wkładki pomiarowe siły typu WPS-Ec do zawieszeń górniczych wyciągów szybowych, Gliwice 2005r. 7. Badania wytrzymałościowe wkładek pomiarowych WPS-Ec do zawieszeń górniczych wyciągów szybowych. Laboratorium Budownictwa Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004r. 8. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa DTR 1-12/04 - Wkładka pomiarowa siły WPS-Ec do zawieszeń górniczych wyciągów szybowych. TEMIX Sp. z o.o., śarki 2004r. 9. Opinia Techniczna nr 01/23 Zakładu Atestacji Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG WyposaŜenie elektryczne układu do pomiaru obciąŝeń lin nośnych pomostów wiszących typu SMO/UPSL-01. Katowice październik 2001r. 10. Dokumentacja Techniczna, Dokumentacja Techniczno-Ruchowa, WTO WyposaŜenie elektryczne układu do pomiaru obciąŝeń lin nośnych pomostów wiszących typu SMO/UPSL- 01. TEMIX -wrzesień 2001r. 11. Opinia Techniczna nr 03/09 Zakładu Atestacji Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG Układ do pomiaru obciąŝeń lin nośnych górniczych wyciągów szybowych typu SMO/UPSL-02. Katowice marzec 2003r. 12. Dokumentacja Techniczna, Dokumentacja Techniczno-Ruchowa, WTO Układ do pomiaru obciąŝeń lin nośnych górniczych wyciągów szybowych typu SMO/UPSL-02. TEMIXpaździernik 2002r. Strona 7