Основные положения по автоматизации управления проветриванием шахт и рудников

Задача автоматизации управления проветриванием шахт и рудников сводится к подаче в шахту (рудник) такого количества воздуха и установлению такого его распределения по выработкам, при котором обеспечивается заданная производительность очистных и подготовительных работ при соблюдении требовании правил безопасности и санитарно-гигиенических норм при оптимальном режиме работы вентиляторных установок.

В общем случае решение этой задачи возможно на базе создания единой централизованной системы управления проветриванием шахты с использованием управляющей вычислительной машины. В настоящее время комплексная задача управления проветриванием шахты решается поэтапно и пообъектно. Выделяются следующие основные объекты и исследуются проблемы:

1. Вентиляторы главного проветривания (ВГП). Задачи и методы их автоматизации, регулирование производительности и депрессии (разницы давлений воздуха входящего и исходящего потоков вентилятора). Исследование статических и динамических свойств вентиляторов как звена САР, пути повышения надежности и безопасности их работы.

2. Горный участок. Его статистические и динамические
характеристики как объект регулирования концентрации метана на
исходящей струе.

3. Участковые контролирующие и регулирующие устройства. Их
конструкции, статические и динамические характеристики как звена
САР, режимы работы.

4. Локальные системы проветривания. Их связь с системой
автоматизации проветривания шахты. Регулирование вентиляторов
местного проветривания.

Многие из указанных проблем получили практическую реализацию на шахтах страны или находятся в стадии теоретических исследований и опытной проверки.

Наибольшие успехи, достигнуты при решении задачи управления вентиляторными установками. Отечественной промышленностью за период развития автоматизации вентиляторных установок освоено серийное производство следующих типов аппаратуры: АВГП-5, УКВГ, АШВ-3, АДШВ, ЭГВГП-2, УКАВ-2 и др.

Аппаратура автоматизации управления ВГП должна удовлетворять следующим основным требованиям.

1. Обеспечивать надежную работу без постоянного присутствия
обслуживающего персонала.

2. Предусматривать возможность трех видов управления:

дистанционно - автоматизированного, выполняемого диспетчером или оператором с пульта управления, который должен находиться на поверхности шахты в диспетчерском пункте или в помещении одной из постоянно обслуживаемых стационарных установок;

дистанционно - автоматизированного из машинного зала, анало­гичного управлению от диспетчера;

местного индивидуального, деблокированного с места установки механизмов (для проведения ремонтно-наладочных работ).

3. Переход с одного вида управления на другой не должен вызвать
остановки работающего вентиляторного агрегата.

4. Допускать реверсирование воздушной струи и переход с одного
вентилятора на другой при закрытом направляющем аппарате без
остановки вентиляторного агрегата (если это разрешается по технологии
работы вентилятора, например, для центробежных вентиляторов).

5. Обеспечивать аварийное отключение вентилятора при:

коротких замыканиях и нарушениях изоляции по отношению к «земле» в силовых цепях;

исчезновении более чем на 10 с напряжения на станциях управления;

неисправности в системе охлаждения приводных двигателей (при принудительном их охлаждении);

перегреве подшипников электродвигателей и вентиляторов;

несимметричных режимах работы двигателей и их длительной перегрузке;

несостоявшемся или затянувшемся пуске;

выпадении синхронного двигателя из синхронизма или неполном ходе ступеней реостата в цепи ротора асинхронного электродвигателя после окончания пуска;

прекращении протока масла через подшипники или понижении давления в маслосистеме;

действии тормозных устройств во время работы агрегата.

6. Обеспечивать подачу светового и звукового предупредительных сигналов при неисправностях, которые не вызывают необходимости аварийного отключения работающего вентилятора. Например, при предельной производительности или депрессии вентилятора.

7. Обеспечивать возможность аварийной остановки вентилятора обслуживающим персоналом из машинного зала при любом виде управления.

8. Обеспечивать блокировки, запрещающие:

одновременную работу двух вентиляторов на шахтную сеть, если не используется их параллельная работа, а также реверсирование воздушного потока без остановки вентилятора (кроме случая, изложенного в п. 4;

повторное или самопроизвольное включение привода вентилятора после оперативного или аварийного отключения без последующей команды на пуск и до устранения причин, вызвавших аварийное отключение;

одновременное применение различных видов управления агрегатом;

включение электродвигателей лебедок ляд и шиберов (перекрытий, заслонок, задвижек) при работающем вентиляторе, кроме случая, изложенного в п. 4;

пуск вентилятора при несоответствующих выбранному режиму работы положениях ляд в вентиляционных каналах.

9. Обеспечивать контроль:

депрессии и производительности вентилятора самопишущими приборами и устройствами, сигнализирующими на пульт управления об отклонении этих параметров от заданных значений;

температуры подшипников электродвигателя и вентилятора;

протока и давления масла в системе маслосмазки;

положения ляд и лопаток направляющего или спрямляюще-направляющего аппаратов.

10. Обеспечивать сигнализацию, отражающую:

в машинном здании (световую или блинкерную):

аварийное отключение вентилятора с расшифровкой причины отключения;

работу в нормальном или реверсивном режиме;

ввод в работу резервного насоса системы смазки;

повышенную температуру под­шипников электродвигателей и вентиляторов.

на пульте диспетчера (световую):

включение и отключение вентилятора;

работу в нормальном или реверсивном режиме (по положению переключателя на пульте);

аварийное отключение вентилятора (без расшифровки причины) с дублированием звуковым сигналом;

неисправность, не требующую аварийной остановки вентиляторного агрегата с дублированием звуковым сигналом.

11. Обеспечивать независимость электроснабжения рабочего и резервного вентиляторных агрегатов. Схемы не должны содержать общих элементов, выход из строя которых может вызвать неуправляемость или отключение обоих агрегатов.

Следующая ступень автоматизации управления вентиляторами
должна решать проблему автоматического изменения производительности и депрессии вентиляторов в соответствии с заданным алгоритмом.

Перечисленным требованиям удовлетворяет и аппаратура УКВГ.

 

Принцип работы аппаратуры

На рис. 1 приведена упрощенная принципиальная электрическая схема аппаратуры УКВГ, которая получила наиболее широкое распространение на шахтах СССР и ряда стран СЭВ (совета экономической взаимопомощи) и реализует большинство предусмотренных требований.

Перед пуском вентилятора необходимо выбрать его номер и режим работы («Реверс» или «Норма») на пульте диспетчера ПД. Режим выбирается переключателем SA4 (точка у переключателя обозначает позицию, в которой контакты замкнуты) подачей «плюса» выпрямителя UZ1 на провод 7 или снятием его. Если «плюс» подан, срабатывает реле K13 в станции управления СУ по цепи: плюс UZ1, провод 7, контакт K12, реле K13, диод VD8, переключатель SA1, минус UZ1.

Реле К13 своими контактами включит приводы ляд и поставит их в режим нагнетания («Реверс»). Если на провод 7 не подан плюс UZ1, ляды установлены на всасывание («Норма»).

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема аппаратуры УКВГ

 

Номер вентилятора выбирается переключателем SA3 включением в цепи провода 4 диода VD11 или VD12 на ПД. Чтобы запустить вентилятор (например, № 2), диод VD11 необходимо соединить с проводом 4. При этом включится реле K9 по цепи: точка 1 T1, провод 4, диод VD11, провод 5, диод VD1, контакт KM1F масляного выключателя, управляющего двигателем вентилятора, контакт K10, реле K9, переключатель SA1, точка 3 T1. Реле K9 включит лебедку, которая перекроет канал неработающего вентилятора. Одновременно реле K9 подготовит цепь включения реле K11, которое своим контактом включает пускатель KM2, а он двигатель вентилятора, № 2.

Реле К11 включается при нажатии диспетчером пусковой кнопки SB6 на пульте ПД. Цепь включения реле K11: точка 3 трансформатора T1, переключатель SA1, диод VD2, контакты KM2F, K9, реле К11 кнопка SB6, провод 4, точка 1 Т1.

Аналогично включается вентилятор № 1. Для остановки вентилятора необходимо нажать кнопку «Стоп» SB7 пульта. При этом включается реле отключения K12, которое своим контактом включит реле K7, а последнее отключит пускатель KМ2, Реле K7 можно также включить кнопкой SB5, расположенной на станции СУ.

Схема УКВГ допускает местное управление, которое вводится переключателем SA1 (позиция М). В этом случае пускатели KМ1 и KМ2 включаются кнопками SB1, SB2 на станции СУ, а отключаются кнопкой SB5.

По характеру индикации на пульте ПД диспетчер может следить за состоянием вентиляторной установки.

Лампы HL3 («Вентилятор включен») и HL4 («Вентилятор отключен») включаются контактами KM1F и KM2F в цепи диодов VD6 и VD7 станции СУ.

Лампа HL2 («Снижена производительность») включается кон­тактами PS1 и PS2 дифференциальных манометров через диоды VD9 и VD10.

Лампа HL1 («Перегрев подшипников») включается контактами аппарата контроля температуры АКТ через диоды VD3 и VD4.

Кроме свечения ламп при соответствующих нарушениях вклю­чается звонок НА1 контактом реле сигнала K14. Сигнал квитируется диспетчером с помощью переключателя SA5.

Защита двигателей вентилятора осуществляется аппаратами фильтровой зашиты АФЗ, контакты которых включаются в цепь отключающей катушки масляных выключателей.

На рис. 2 приведена схема расположения различных датчиков контроля в автоматической вентиляторной установке главного проветривания.

 

Рисунок 2 – Схема расположения датчиков контроля в автоматической вентиляторной установке:

1 – давления масла; 2 – температуры подшипников; 3 – температуры обмоток электродвигателя; 4 – положения тормоза; 5 – положения направляющего и спрямляющего аппаратов; 6 – положения ляд; 7 – давления воздуха;

8 – расхода воздуха; 9 – протока масла; 10 – температура масла

 

Контроль температуры осуществляется на основе аппаратуры АКТ-2 конотопского завода «Красный металлист» или КТТ-1 константиновского завода. В аппаратуре АКТ-2 используется явление срыва генерации при изменении индуктивности колебательного контура в результате на­грева ферритового сердечника, который помещается в зоне контроля.

Аппаратура КТТ-1 работает на принципе изменения активного сопротивления терморезистора КМТ-1 при его нагреве.

Контроль давления и расхода воздуха осуществляется диффе­ренциальными манометрами различных типов. Дифманометры применяются в комплекте со вторичными приборами двух моди­фикаций: ДМИ-Р – расходомеры и ДМИ-Т – тягомеры (напоромеры).

Контроль давления масла осуществляется при помощи электроконтактных манометров типа ЭКМ.

Контроль положения ляд выполняют взрывозащищенные вы­ключатели ВКВ-380 или магнитные выключатели ВМ-4-65.

 

Описание стенда

На принципиальной схеме панели стенда введены следующие обозначения:

K1, K2 – аппараты контроля температуры подшипников электродвигателей вентиляторов № 1/ № 2;

K3, K4 – дифманометры (PS1 – расходомер, PS2 – тягомер (напоромер);

K5, K6 – аппараты фильтровой защиты электродвигателей вентиляторов № 1/ № 2;

K7 – реле отключения электродвигателей вентиляторов;

K8 – реле пуска электродвигателя вентилятора № 1;

K9, K10 – реле защиты, самоблокирующиеся при срабатывании аппаратов фильтровой защиты, отключающие неисправный вентилятор и предотвращающие его пуск до устранения неполадки;

K11 – реле пуска электродвигателя вентилятора № 2;

K12 – реле пуска привода ляд для перевода их в режим нагнетания («Реверс»);

K13 – реле режима реверсирования воздушной струи;

K14 – реле аварийного сигнала на ПД;

K15 – реле пуска привода ляд для перевода их в режим всасывания («Норма»);

KM1, KM2 – пускатели электродвигателей вентиляторов № 1/ № 2;

SA1 – переключатель выбора местного или дистанционного управления;

SA2 – переключатель выбора пускаемого вентилятора на СУ;

SA3 – переключатель выбора пускаемого вентилятора на ПД;

SA4 – переключатель перехода в режим реверсирования воздушной струи;

SA5 – переключатель квитирования звукового сигнала;

SB1, SB2 – кнопки пуска электродвигателей вентиляторов № 1/ № 2 на СУ;

SB5.1, SB5.2 – кнопки отключения электродвигателей вентиляторов № 1/ № 2 на СУ;

SB6 – кнопка пуска электродвигателя выбранного вентилятора на ПД;

SB7 – кнопка отключения электродвигателя выбранного вентилятора на ПД;

SB8, SB9 – кнопки отключения реле защиты K9/ K10 после устранения неполадки по срабатыванию АФЗ1/ АФЗ2;

SQ1, SQ2 – концевые выключатели перевода ляд в режимы нагнетания («Реверс»)/ всасывания («Норма»);

HL1 – лампа «Перегрев подшипников»;

HL2 – лампа «Снижена производительность»;

HL3 – лампа «Вентилятор включен»;

HL4 – лампа «Вентилятор отключен»;

HL5 – световая индикация работы вентилятора № 1;

HL6 – световая индикация работы вентилятора № 2.

 

Содержание работы

1. Изучить основные положения по автоматизации управления проветриванием шахт и рудников.

2. Изучить принцип работы аппаратуры УКВГ.

3. Исследовать работу схемы в следующих режимах:

– при дистанционном управлении вентиляторами, включая реверсирование воздушной струи, имитацию и устранение аварийных ситуаций;

– при местном управлении с имитацией и устранением аварийных ситуаций.

4. Составить блок-схему алгоритма управления вентиляторной установкой.

5. Составить логические выражения условий возбуждения элементов схемы. При этом рекомендуется начинать с простейших условий и через них вывести условия пуска и остановки вентиляторов – HL5.S = KM1F.S, HL5.R = KM1F.R и HL6.S = KM2F.S, HL6.R = KM2F.R. Принять за логический нуль положения переключателей: «Местное управление», «Вентилятор № 1», «Норма».

Например: .

 

Контрольные вопросы

1. В каких случаях должно происходить аварийное отключение вентилятора согласно требованиям к аппаратуре автоматизации управления ВГП?

2. Контроль температуры каких элементов осуществляется в вентиляторной установке? На чем основан принцип действия применяемой контролирующей аппаратуры?

3. Как диспетчер может устранить неисправность «Снижена производительность»?

4. Опишите назначение элементов K12, K13, SQ1, SB8.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

– описание функций, выполняемых схемой управления, с конкретными указаниями элементов, обеспечивающих выполнение этих
функций;

– блок-схему алгоритма управления вентиляторной установкой. Дать краткое описание блок-схемы алгоритма;

– логические выражения условий возбуждения элементов схемы;

– выводы по работе.

Рекомендуемая литература

1. Гаврилов П.Д., Гимельшейн Л.Я., Медведев А.Е. Автоматизация производственных процессов. – М.: Недра, 1985. – 215 с.

2. Бедняк Г.И., Ульшин В.А. и др. Автоматизация производства на угольных шахтах. – К.: Техника, 1989. – 272 с.

3. Автоматизация и автоматизированные системы управления в
угольной промышленности / Под общ. ред. В.Ф. Братченко. – М.: Недра, 1976. – 383 с.

4. Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики / Грейнер Г.Р., Ильяшенко В.П., Май В.П. и др. – М.: Энергия, 1977. – 384 с.

Контрольные задания для СРС [1-4]

1. Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями и подготовить ответы на контрольные вопросы.

2. Изучить соответствующий раздел курса, рассматривающий средства автоматизации вентиляторных установок главного проветривания.

Лабораторная работа № 1TREI