mgr in. Kamil Szewerda Instytut Techniki Górniczej KOMAG prof. dr hab. in. Jerzy wider dr in. Krzysztof Herbu Politechnika lska Streszczenie Wprowadzanie w nowoczesnych przenonikach cianowych moliwoci zasilania silników napdowych za pomoc przemienników czstotliwoci umoliwia sterowanie ich prdkoci. Jednym z podstawowych problemów sterowania prdkoci ruch łacucha w przenoniku cianowym jest jej dostosowanie do zakładanej wydajnoci kombajnu cianowego. Zbyt niska prdko przenonika moe by powodem jego zasypania i, w padku niewystarczajcej mocy, utknicia (problemu z rozruchem). Z kolei zbyt wysoka prdko moe powodowa straty mocy i niewykorzystanie jego potencjalnej wydajnoci (jest to jednak mniej niebezpieczne). W polskich kopalniach, w wikszoci padków, po rozruchu, przenoniki cianowe pracuj z nominaln (maksymaln) prdkoci (wydajnoci). Nowoczesne przenoniki s wyposaone coraz czciej w przemienniki czstotliwoci, za pomoc których zasilane s ich silniki napdowe. Pozwala to na zmian prdkoci obrotowej tych silników. W artykule przedstawiono koncepcj algorytmu sterowania prdkoci (wydajnoci) cianowego przenonika zgrzebłowego, umoliwiajcego dostosowanie jego wydajnoci do biecego obcienia przenonika. Abstract: Implementation of the method for supplying the AFC s driving motors with use of frequency transducers enables controlling their speed. One of the major problems in their speed control is adjustment of speed to the required longwall shearer s output. Too low speed of the conveyor can be a reason of its filling in with run-of-mine and in the case of not enough power that conveyor can stop with a problem of restarting. On the other hand too high speed can cause power loses what is however less dangerous that the previous case. In Polish mines, the AFCs in most cases operate with nominal (maximal) speed (output). State-of-the-art AFCs are equipped more frequently with frequency transducers, which are used for optimal supply of driving motors. They enable changing the rotational speed of motors. The concept of algorithm for speed control (output control) of AFC enabling adjustment of its output to the current conveyor load. Słowa kluczowe: maszyny górnicze, przenonik zgrzebłowy, obliczenia numeryczne, algorytm sterowania Keywords: mining machines, AFC, numerical calculations, control algorithm 1. Wprowadzenie W cianowych systemach wydobywczych kombajn cianowy generuje strug urobku, charakteryzujc si du zmiennoci w czasie. Zmienno strugi urobku jest uwarunkowana, w duej mierze, warunkami górniczo geologicznymi, jakimi charakteryzuje si dany pokład wgla. Nie pozwala to na dokładne oszacowanie wielkoci obcienia przenonika cianowego, odpowiedzialnego za odstaw urobku z rejonu przodka wydobywczego. Wydajno przenonika jest dobierana do maksymalnej, przewidywanej wydajnoci maszyny urabiajcej [1, 8, 11]. Stosowane w polskich kopalniach wgla kamiennego rozwizania techniczne, w wikszoci padków nie zapewniaj moliwoci sterowania prdkoci przenonika cianowego. Po uruchomieniu, przenonik pracuje ze stał (nominaln) prdkoci. W nowoczesnych przenonikach zgrzebłowych, coraz powszechniej, do zasilania silników napdowych s stosowane przemienniki czstotliwoci, kładem moe by oferowany przez firm Caterpillar napd przenoników zgrzebłowych ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 93
typu VFD-A800/W800 lub rozwizanie opracowane w ramach projektu ICON koordynowanego przez Instytut Techniki Górniczej KOMAG. Zastosowanie przemienników czstotliwoci umoliwia regulacj prdkoci obrotowej silników napdowych, a z ni regulacj prdkoci ruchu przenonika, a tym samym jego wydajnoci [2, 9, 10, 15, 16]. W artykule przedstawiono opracowan koncepcj algorytmu sterowania prdkoci przenonika zgrzebłowego, poprzez sterowanie nastaw przemienników czstotliwoci, słucych do zasilania jego silników napdowych. 2. Model obliczeniowy cianowego przenonika zgrzebłowego Opracowanie koncepcji algorytmu sterowania prdkoci ruchu przenonika zgrzebłowego, poprzez zmian czstotliwoci napicia zasilania silników elektrycznych, wymagało przeprowadzenia serii testów i prób numerycznych. Analizowano wpływ zmiany czstotliwoci napicia zasilania silników elektrycznych na warto natenia prdu w tych silnikach, rónym poziomie obcienia górnej nitki łacucha zgrzebłowego przenonika. Do symulacji numerycznych posłuył model numeryczny przenonika cianowego typu RYBNIK 850, o długoci 200 m, z dwoma silnikami napdowymi o mocy 315 kw. Model obliczeniowy składał si z dwóch modułów. Moduł pierwszy, to model fizykalny przenonika zgrzebłowego (rys. 1). Składał si on z szeregu brył sztywnych, połczonych za pomoc wizów geometrycznych oraz elementów sprysto tłumicych. W modelu fizykalnym zdefiniowano take wektory sił i momentów oraz sposób oddziaływania poszczególnych brył pomidzy sob. W modelu zabudowano równie przetworniki stanu napicia łacucha zgrzebłowego na zejciu z bbnów napdowych na napdzie zwrotnym i wysypowym przenonika. Drugi moduł modelu obliczeniowego składał si z modelu silników elektrycznych. Zastosowano dwa silniki elektryczne: jeden zlokalizowany na napdzie wysypowym, a drugi na napdzie zwrotnym przenonika. Oba silniki były zasilane poprzez przemienniki czstotliwoci. Sposób zamodelowania silników elektrycznych pozwalał na zmian prdkoci obrotowej silników, poprzez zmian czstotliwoci napicia ich zasilania [12, 14]. Pomidzy modułami modelu obliczeniowego zdefiniowano sygnały wejciowe i wyjciowe, co pozwoliło na przeprowadzenie symulacji numerycznych z zastosowaniem techniki symulacji równoległej [3, 4, 5, 6, 7, 12, 13]. Rys. 1. Model obliczeniowy przenonika zgrzebłowego. Model fizykalny przenonika przerywana linia zielona, model silników elektrycznych przerywana linia pomaraczowa [12] ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 94
Struktur modelu obliczeniowego, uwzgldniajc sposób przepływu sygnałów pomidzy modułami, przedstawiono na rysunku 1. Dodatkowo, w tabeli 1 opisano sygnały wejciowe i wyjciowe, z kadego modułu modelu obliczeniowego. Sygnały wejciowe i wyjciowe z poszczególnych modułów modelu obliczeniowego [12] Moduł modelu fizykalnego przenonika zgrzebłowego Moduł modeli silników elektrycznych Sygnały wejciowe do modułu M wys moment napdowy na bbnie napdu wysypowego, M zwr moment napdowy na bbnie napdu zwrotnego, F obc wektor zewntrznego obcienia górnej nitki łacucha zgrzebłowego. ω wys prdko obrotowa bbna na napdzie wysypowym, ω zwr prdko obrotowa bbna na napdzie zwrotnym, Hz wys czstotliwo napicia zasilania silnika elektrycznego napdu wysypowego, Hz zwr czstotliwo napicia zasilania silnika elektrycznego napdu zwrotnego. Tabela 1 Sygnały wyjciowe z modułu ω wys prdko obrotowa bbna na napdzie wysypowym, ω zwr prdko obrotowa bbna na napdzie zwrotnym. M wys moment napdowy na bbnie napdu wysypowego, M zwr moment napdowy na bbnie napdu zwrotnego, J wys natenie prdu w silniku napdu wysypowego, J zwr natenie prdu w silniku napdu zwrotnego. Przedstawiony model obliczeniowy zastosowano do przeprowadzenia symulacji numerycznych, w których silniki elektryczne były zasilane napiciem z czstotliwoci równ 25 Hz, 35 Hz oraz 50 Hz. W odniesieniu do kadej z czstotliwoci napicia zasilania silników przeprowadzono symulacj numeryczn pracy przenonika, zwikszajc obcienie górnej nitki łacucha zgrzebłowego co 50, w zakresie od 0 do 400. 3. Zmiany wartoci natenia prdu w silnikach elektrycznych, wynikajce ze zmiany czstotliwoci napicia zasilania W wyniku przeprowadzonych symulacji numerycznych otrzymano wartoci natenia prdu w silnikach elektrycznych przenonika zgrzebłowego, zarejestrowanych podczas jego pracy. W tabeli 2 przedstawiono redni warto natenia prdu w silnikach, podczas ustalonej pracy przenonika, w odniesieniu do rónej czstotliwoci napicia zasilania silników napdowych, zmiennym poziomie obcienia górnej nitki łacucha zgrzebłowego. Przedstawiono równie rónic wartoci natenia prdu, w odniesieniu do zasilania silników elektrycznych napiciem z czstotliwoci 25 i 35 Hz oraz 35 i 50 Hz, zachowaniu tego samego poziomu obcienia przenonika (wartoci wektora siły docisku wybranych zgrzebeł do rynny przenonika). ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 95
Stwierdzono nastpujce zalenoci: zmiana obcienia górnej nitki łacucha zgrzebłowego wpływa na zmian wartoci natenia prdu w silnikach elektrycznych. Warto natenia prdu w silnikach jest wielkoci proporcjonaln do wartoci momentu, generowanego przez silniki przenonika, suma wartoci natenia prdów zarejestrowanych w silnikach napdu wysypowego i zwrotnego jest proporcjonalna do wielkoci obcienia przenonika, załoeniu prawidłowej współpracy obu silników napdowych (to znaczy załoeniu, e jeden z silników, za porednictwem łacucha zgrzebłowego, nie obcia dodatkowo drugiego silnika), zmiana czstotliwoci napicia zasilania silników elektrycznych umoliwia regulacj prdkoci przenonika. Zmniejszenie czstotliwoci napicia zasilania skutkuje zwolnieniem ruchu przenonika i powoduje wzrost wartoci natenia prdu w silnikach, zachowaniu niezmiennego obcienia przenonika. Z kolei wzrost czstotliwoci skutkuje spieszeniem ruchu przenonika oraz zmniejszeniem wartoci natenia prdu w silnikach, zachowaniu niezmiennego obcienia przenonika. Zarówno w silniku napdu wysypowego, jak i napdu zwrotnego, warto natenia prdu, zasilaniu napiciem o czstotliwoci 50 Hz, wzrastała od wartoci ok. 90 A w odniesieniu do symulacji pracy bez obcienia, do wartoci ok. 168 A maksymalnym obcieniu przenonika. W padku zasilania silników napiciem o czstotliwoci 35 Hz, warto natenia prdu w silnikach napdowych wzrastała od wartoci ok. 112 A braku obcienia, do wartoci ok. 180 A maksymalnym obcieniu przenonika. Analogicznie zasilaniu silników napiciem o czstotliwoci 25 Hz, wzrost wartoci natenia prdu w silnikach nastpował od wartoci ok. 123 A bez obcienia, do wartoci ok. 187 A maksymalnym obcieniu. Ponadto wraz ze wzrostem obcienia przenonika, rónica wartoci natenia prdu w silnikach napdowych, zarówno napdu wysypowego jak i zwrotnego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 i 35 Hz, zmniejsza si od wartoci ok. 22,5 A braku obcienia, do wartoci ok. 13 A maksymalnym obcieniu. rónica wartoci natenia prdu w silniku, zlokalizowanym na napdzie wysypowym, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 i 35 Hz, wynosiła 17,73 A. Warto tej rónicy w odniesieniu do silnika napdowego, zlokalizowanego na napdzie zwrotnym, wynosiła 17,5 A. Rónica wartoci natenia prdu w obu silnikach napdowych, czstotliwoci napicia zasilania 25 i 35 Hz, zmniejszała si od ok. 10,5 A braku obcienia, do ok. 6 A maksymalnym obcieniu przenonika. Warto rónicy natenia prdu w silniku napdu wysypowego, podczas zasilania napiciem z czstotliwoci 25 i 35 Hz, wynosiła 8,39 A, natomiast w odniesieniu do silnika napdu zwrotnego warto ta wynosiła 8,29 A. ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 96
warto J wys f Uz =50Hz [A] Wartoci natenia prdu w silnikach napdowych przenonika, zmiennych czstotliwociach napicia zasilania oraz zmiennym obcieniu przenonika [12] 0 50 100 150 200 250 300 350 400 89,9 96,0 103,6 112,3 121,8 132,7 143,4 154,6 168,2 Tabela 2 warto rónicy natenia prdu warto J wys f Uz =35Hz [A] Rónica wartoci J wys f Uz =35 i f Uz =50Hz [A] warto J wys f Uz =25Hz [A] Rónica wartoci J wys f Uz =25 i f Uz =35Hz [A] warto J zwr f Uz =50Hz [A] warto J zwr f Uz =35Hz [A] Rónica wartoci J zwr f Uz =35 i f Uz =50Hz [A] warto J zwr f Uz =25Hz [A] Rónica wartoci J zwr f Uz =25 i f Uz =35Hz [A] 112,6 117,9 123,9 131,4 139,3 148,3 158,2 169,9 180,7 22,7 21,9 20,3 19,1 17,5 15,6 14,8 15,3 12,5 17,74 123,4 127,9 133,6 140,2 147,8 156,3 165,7 175,9 187,0 10,8 10,0 9,7 8,8 8,5 8,0 7,5 6,0 6,3 8,4 89,8 95,9 103,4 112,4 122,3 132,9 143,9 155,3 167,9 112,4 117,6 123,7 131,2 139,3 148,3 158,2 169,9 181,1 22,6 21,7 20,3 18,8 17,0 15,4 14,3 14,6 13,2 17,54 123,3 127,8 133,3 140,2 147,6 155,9 165,4 175,7 186,8 10,9 10,2 9,6 9,0 8,3 7,6 7,2 5,8 5,7 8,25 gdzie: J wys warto natenia prdu w silniku, zlokalizowanym na napdzie wysypowym przenonika; J zwr warto natenia prdu w silniku, zlokalizowanym na napdzie zwrotnym przenonika; f Uz czstotliwo napicia zasilania. ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 97
4. Koncepcja algorytmu sterowania prdkoci ruchu przenonika zgrzebłowego Okrelenie charakteru zmian wartoci natenia prdu w silnikach przenonika zgrzebłowego, wynikajcych ze zmiany czstotliwoci napicia ich zasilania, pozwoliło opracowa koncepcj algorytmu sterowania jego prdkoci. Sterowanie prdkoci, według opracowanej koncepcji algorytmu, ma na celu zmniejszenie prdkoci ruchu przenonika w sytuacji, w której struga urobku jest niewielka, bd wystpuje chwilowa przerwa w jej generowaniu. Natomiast w sytuacji, gdy ilo urobku ulega zwikszeniu, nastpuje zwikszenie prdkoci ruchu przenonika, i jego wydajnoci niezbdnej do odstawy urobku znajdujcego si na przenoniku. Pozwoliło to na uniknicie sytuacji, w której przenonik pracuje z pełn prdkoci (wydajnoci), braku lub małej strudze urobku. Korzyci zmniejszenia prdkoci ruchu przenonika jest m.in. zmniejszenie ciernego zuycia jego podzespołów. Niskie opory ruchu (małe obcienia przenonika) skutkuj wystpowaniem niewielkich wartoci natenia prdu w silnikach elektrycznych podczas ruchu przenonika. Wzrost oporów ruchu (zwikszenie obcienia przenonika) powoduje wzrost wartoci natenia prdu w tych silnikach. W koncepcji algorytmu sterowania, jako nonik informacji o wielkoci obcienia przenonika, postanowiono wykorzysta sum wartoci nate prdów w jego silnikach napdowych. Schemat blokowy, przedstawiajcy koncepcj algorytmu sterowania prdkoci ruchu przenonika, przedstawiono na rysunku 2. Regulacja prdkoci ruchu przenonika, zgodnie z przedstawionym schematem, rozpoczyna si od okrelenia biecej prdkoci ruchu przenonika (Pr). Bieca prdko ruchu przenonika, okrelana na podstawie aktualnej wartoci czstotliwoci napicia zasilania silników napdowych, jest identyfikowana jako: mała (Pr3), (Pr2) lub dua (Pr1). W kolejnym kroku nastpuje odczytanie sumy wartoci natenia prdów w silnikach elektrycznych ( J). Warto ta jest sum wartoci redniej natenia prdów w zdefiniowanym okresie czasu. Nastpnie odczytana warto poprzez jej porównanie z załoon wartoci minimaln i maksymaln, pisywana jest do jednego z trzech przedziałów. Załoone wartoci minimalne i maksymalne róni si w zalenoci od biecej wartoci prdkoci łacucha. W sytuacji, w której odczytana warto sumy natenia prdów w silnikach jest mniejsza od załoonej wartoci minimalnej zadany poziom prdkoci przenonika ustawiany jest na warto równ 3, co odpowiada pracy z mał prdkoci. W sytuacji, w której odczytana warto sumy natenia prdów w silnikach napdowych jest wiksza od załoonej wartoci minimalnej, a jednoczenie mniejsza od załoonej wartoci maksymalnej, zadany poziom prdkoci przenonika jmuje warto 2, co odpowiada pracy ze redni prdkoci. Z kolei w sytuacji, w której warto odczytana jest wiksza od załoonej wartoci maksymalnej, zadany poziom prdkoci przenonika ustawiany jest na warto równ 1, odpowiadajc pracy z du prdkoci. Na podstawie wartoci sygnału opisujcego zadany poziom prdkoci nastpi zmiana wartoci czstotliwoci napicia zasilania silników napdowych przenonika. Wynikiem tej zmiany bdzie zmiana prdkoci ruchu przenonika. Po upływie załoonej zwłoki czasowej nastpuje ponowne okrelenie biecej wartoci prdkoci przenonika, a nastpnie powtórzenie całego cyklu. Obecnie standardowa czstotliwo napicia zasilania silników elektrycznych wynosi 50 Hz. W odniesieniu do tej czstotliwoci jto trzy poziomy wartoci sumy natenia ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 98
prdów w silnikach elektrycznych. Na podstawie zdefiniowanych przedziałów, zgodnie z załoonymi w algorytmie sterowania regułami, jest generowany zadany poziom prdkoci ruchu przenonika. Przyjte przedziały wartoci sumy natenia prdu s nastpujce: 1. suma wartoci natenia prdów, zmierzona w silnikach elektrycznych, jest mniejsza od 50% wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, 2. suma wartoci natenia prdów, zmierzona w silnikach elektrycznych, jest wiksza od połowy wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, a jednoczenie jest mniejsza od 70% wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, 3. suma wartoci natenia prdów, zmierzona w silnikach elektrycznych, jest wiksza od 70% wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego. W padku 1., warto zadana prdkoci ruchu przenonika jest ustawiana na warto odpowiadajc pracy z mał prdkoci ruchu łacucha. W celu uzyskania ruchu wolnego czstotliwo napicia zasilania silników elektrycznych zostaje ustawiona na wartoci 25 Hz. W padku 2., warto zadana prdkoci ruchu przenonika jest ustawiona na warto odpowiadajc pracy ze redni prdkoci ruchu łacucha. W tej sytuacji warto czstotliwoci napicia zasilania silników elektrycznych jest ustawiana na 35 Hz. W padku 3., warto zadana prdkoci ruchu przenonika jest jmowana jako warto odpowiadajca pracy z szybkim ruchem łacucha. Przy ruchu szybkim, warto czstotliwoci napicia zasilania silników przenonika wynosi 50 Hz. Biorc pod uwag fakt, e zmiana wartoci czstotliwoci napicia zasilania silników elektrycznych powoduje równie zmian wartoci natenia prdu w silnikach, niezmienionym poziomie obcienia, w algorytmie wprowadzono korekty, uwzgldniajce biec czstotliwo napicia zasilania silników przenonika. W tym celu w algorytmie jest kontrolowany poziom prdkoci ruchu przenonika. Nastpnie modyfikacji podlegaj granice przedziałów wartoci sumy natenia prdów, decydujce o zadanym poziomie prdkoci ruchu przenonika. Wartoci korekt granicy przedziałów sumy natenia prdów wynikaj z wielkoci zmian wartoci natenia prdów w silnikach elektrycznych, spowodowanych zmian czstotliwoci napicia zasilania silników (tabela 2). W padku ruchu przenonika z mał wartoci prdkoci, do wartoci 50% i 70% podwojonego natenia prdu znamionowego, naley doda warto 50 A (suma redniej rónicy wartoci natenia prdów zasilaniu silników napiciem z czstotliwoci 50 i 35 Hz oraz redniej rónicy wartoci natenia prdów zasilaniu silników napiciem z czstotliwoci 35 i 25 Hz, zarówno w odniesieniu do silnika zlokalizowanego na napdzie wysypowym, jak i zwrotnym tabela 2). W sytuacji, w której przenonik pracuje z mał prdkoci (ruch wolny czstotliwo zasilania 25 Hz), przedziały wartoci sumy natenia prdów w silnikach, na podstawie których jest generowana warto zadana prdkoci ruchu, prezentuj si nastpujco: 1. suma wartoci natenia prdów, zmierzonych w silnikach elektrycznych, jest mniejsza od połowy wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, czstotliwoci napicia zasilania równej 50 Hz, powikszonego o 50 A, 2. suma wartoci natenia prdów, zmierzonych w silnikach elektrycznych, jest wiksza od połowy wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 Hz, powikszonego o 50 A, a jednoczenie ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 99
jest mniejsza od 70% wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 Hz, powikszonego o 50 A, 3. suma wartoci natenia prdów, zmierzonych w silnikach elektrycznych, jest wiksza od 70% wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 Hz, powikszonego o 50 A. Rys. 2. Schemat blokowy przedstawiajcy koncepcj algorytmu sterowania prdkoci przenonika zgrzebłowego [12] ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 100
W padku pracy przenonika ze redni wartoci prdkoci, do wartoci 50% i 70% podwojonego natenia prdu znamionowego naley doda warto 35 A (suma redniej rónicy wartoci natenia prdów zasilaniu silników napiciem z czstotliwoci 50 i 35 Hz w odniesieniu do obu silników elektrycznych tabela 2). W tym padku przedział wartoci sumy nate prdów, decydujcy o zadanym poziomie prdkoci przenonika, jest nastpujcy: 1. suma wartoci natenia prdów, zmierzonych w silnikach elektrycznych, jest mniejsza od połowy wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 Hz, powikszonego o 35 A, 2. suma wartoci natenia prdów, zmierzonych w silnikach elektrycznych, jest wiksza od połowy wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 Hz, powikszonego o 35 A, a jednoczenie jest mniejsza od 70% wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 Hz, powikszonego o 35 A, 3. suma wartoci natenia prdów, zmierzonych w silnikach elektrycznych, jest wiksza od 70% wartoci podwojonego natenia prdu znamionowego, zasilaniu napiciem z czstotliwoci 50 Hz, powikszonego o 35 A. Odczytywanie wartoci sumy natenia prdów w silnikach napdowych bdzie si odbywa w ptli czasowej, zgodnie ze zdefiniowanym interwałem czasowym. Po kadym odczytaniu wartoci, na podstawie reguł opisujcych algorytm sterowania, bdzie generowany zadany poziom prdkoci pracy przenonika, a wraz z nim biece nastawy przemienników czstotliwoci. Suma wartoci natenia prdów w silnikach bdzie mierzona jako suma wartoci rednich natenia prdów w silniku na napdzie wysypowym i zwrotnym przenonika, w przedziale czasu równym okresowi próbkowania. 5. Podsumowanie Warto natenia prdu w silniku elektrycznym jest proporcjonalna do wielkoci jego obcienia, poniewa silniki generuj moment, niezbdny do pokonania oporów ruchu przenonika, na które składaj si opory własne ruchu przenonika oraz opory wynikajce z obcienia przenonika transportowanym urobkiem. Analizujc prac przenonika zgrzebłowego z dwoma silnikami napdowymi, załoeniu ich właciwej współpracy, mona stwierdzi, e suma momentów generowanych przez nie, po uwzgldnieniu przełoenia reduktora, jest równa sumie oporów własnych ruchu przenonika oraz oporów, wynikajcych z obcienia przenonika transportowanym urobkiem. Uwzgldniajc powysze oraz fakt, e warto natenia prdu w silniku jest proporcjonalna do wartoci generowanego przeze momentu, mona wnioskowa, e warto sumy natenia prdów w obu silnikach napdowych jest proporcjonalna do wielkoci oporów, jakie silniki przenonika musz pokona podczas pracy. Jako nonik informacji o sumarycznej wielkoci oporów ruchu przenonika, w procesie regulacji prdkoci jego ruchu, zastosowano sum wartoci natenia prdów silników elektrycznych przenonika. Na podstawie tej informacji moe by szacowany poziom obcienia przenonika wynikajcy z iloci transportowanego urobku. ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 101
Sterowanie prdkoci łacucha w przenoniku jest moliwe, gdy silniki s zasilane za pomoc przemienników czstotliwoci. W przedstawionej koncepcji algorytmu sterowania prdkoci pracy przenonika, wykorzystano sum wartoci nate prdów w jego silnikach, jako nonik informacji o jego biecym obcieniu. W przedstawionej koncepcji algorytmu sterowania prdkoci ruchu łacucha przenonika zgrzebłowego zdefiniowano trzy poziomy prdkoci (mała, i dua prdko ruchu). Przedstawione podejcie regulacji prdkoci nie wyklucza jednak zdefiniowanie dowolnej liczby przedziałów prdkoci ruchu. Przedstawione w artykule granice przedziałów wartoci sumy natenia prdów w silnikach napdowych przenonika opracowano w odniesieniu do zastosowanych w modelu obliczeniowym silników o mocy 315 kw. Zastosowanie innego rodzaju silnika wymagałoby korekty wartoci natenia prdów w silnikach, o jakie naley zmieni granice przedziałów, decydujcych o pisaniu do poszczególnych poziomów prdkoci. Proponowana koncepcja regulacji prdkoci łacucha pozwoli na zmniejszenie zuycia jego podzespołów, poprzez ograniczenie przebiegu maszyny w sytuacjach, gdy maszyna urabiajca generuje mał strug urobku lub przemieszcza si ruchem jałowym. Koncepcj sterowania prdkoci ruchu przenonika opracowano załoeniu prawidłowej współpracy silników, zlokalizowanych na napdzie wysypowym i zwrotnym przenonika, tj. sytuacji, w których silniki napdowe s obcione równomiernie, a jeden z silników nie powoduje zwikszenia obcienia drugiego poprzez łacuch zgrzebłowy. W sytuacji nieprawidłowej współpracy obu silników elektrycznych, warto natenia prdów w silnikach moe by zawyona. Opracowanie algorytmu, czuwajcego nad poprawn współprac obu silników, jest przedmiotem kolejnych prac badawczych, zwizanych ze sterowaniem prac przenonika zgrzebłowego. Literatura [1] Dolipski M.: Dynamika przenoników łacuchowych. Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1997 [2] Drwiga A., Szewerda K., Tytko S.: Zagadnienia regulacji obcie napdów w wysokowydajnym przenoniku zgrzebłowym kompleksu cianowego. Nowoczesne metody eksploatacji wgla i skał zwizłych. Monografia, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków 2013 s. 375-384 [3] Herbu K. and Ociepka P. 2015, Analysis of the Hexapod Work Space using integration of a CAD/CAE system and the LabVIEW software IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 95 012096 [4] Herbu K. and Ociepka P. 2015, Integration of the virtual 3D model of a control system with the virtual controller IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 95 012084 [5] Herbu K. and Ociepka P. 2016, Integration of the virtual model of a Stewart platform with the avatar of a vehicle in a virtual reality IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 145 042018 [6] Herbu K., Kost G., Reclik D., wider J.: Integration of a virtual 3D model of a robot manipulator with its tangible model (phantom), Advanced Materials Research. 837 (2014) 582-587 ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 102
[7] Herbu K., Ociepka P.: Mapping of the Characteristics of a Drive Functioning in the System of CAD Class Using the Integration of a Virtual Controller with a Virtual Model of a Drive, Applied Mechanics and Materials. 809-810 (2015) 1249-1254 [8] Jaszczuk M.: Systemy zintegrowanego sterowania układem technologicznym ciana wydobywcza punkt załadowczy. Seria: Innowacyjne techniki i technologie mechanizacyjne. Centrum Mechanizacji Górnictwa KOMAG, Gliwice 2008 [9] Opracowanie wirtualnego dyskretnego modelu przenonika wraz z modelem jego sterowania, przeprowadzenie testowych symulacji numerycznych modelu. Raport projektu badawczego ICON: System wyrównywania obcie napdów wysoko wydajnych przenoników zgrzebłowych. cieka programowa In-Tech. Gliwice, 2012 (materiały niepublikowane) [10] Przybyłka J. : Napdy elektryczne o regulowanej prdkoci obrotowej produkcji DFME DAMEL S.A. do przenoników tamowych. Transport Przemysłowy i maszyny robocze 1(27)/2015 str. 37-39 [11] Sucho J.: Górnicze przenoniki zgrzebłowe. Budowa i zastosowanie. Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice 2012 [12] Szewerda K.: Metoda parametryzacji i doboru algorytmów sterowania przenoników zgrzebłowych. Praca statutowa Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice 2016, (materiały niepublikowane) [13] Szewerda K.: Wirtualne prototypowanie w tworzeniu algorytmu sterowania przenonikiem zgrzebłowym. KOMTECH 2014, Innowacyjne techniki i technologie dla górnictwa. Bezpieczestwo - Efektywno - Niezawodno, Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice 2014 s. 195-206 [14] wider J., Herbu K., Szewerda K.: Analysis of load unevenness of chain conveyor's driving motors on the basis of numerical simulations. J. Achiev. Mater. Manuf. Eng. 2015 nr 73/2 s. 75, ISSN 1734-8412 [15] U. Paschedag: The Intelligence Factor. World Coal Volume 18 Number 6, June 2009 pp.14-20 [16] www.cat.com/pl_pl/products/new/equipment/underground-longwall.html Artykuł jest wynikiem prac, realizowanych w ramach grantu doktoranckiego, finansowanego przez Instytut Techniki Górniczej KOMAG. Obliczenia wykonano na komputerach Centrum Informatycznego Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej. ISSN 2450-9442 MASZYNY GÓRNICZE NR 4/2016 103