Автоматизация очистных комбайнов

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 ЦЕЛЬ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИЫ……………………...4

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ…..………………………………….….……6

Тема 1. Основные понятия и определения в области автоматизации горных

машин. …..……………………………......................................................................6

Тема 2. Микропроцессорная техника……………………..……………………16

Тема 3. Автоматизация очистных комбайнов.…………………….……...……24

Тема 4. Автоматизация струговых установок……….…..……..………………33

Тема 5. Автоматизация механизированных крепей.……………………….….38

Тема 6. Автоматизация проходческих комбайнови погрузочных машин…...43

Тема 7. Автоматизация буровых установок…..…………………………….….52

Тема 8. Автоматизированные системы мониторинга и прогноза природных и технологических опасностей при работе горных машин…………………..……55

3 Перечень лабораторных раБот…..…………………………………..66

4 Контрольная работа……………………………………………………..67

5 Список рекомендованной литературы………..…………..……..70

.

 

ЦЕЛЬ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

 

В настоящее время в связи с развитием информационных технологий ведущей тенденцией при создании горных машин является переход от механики к мехатроники. Мехатроника - это область науки и техники, занимающаяся созданием качествен­но новых машин с программным компьютерным управлением их функциональными операциями и базирующаяся на синергетической интеграции механических, электротехнических и гид­равлических компонентов с электронными и компьютерными. Поэтому студенты по специальностям: гірниче обладнання (МАШ), комп’ютерне проектування мехатронного гірничого обладнання (КПМО), комп'ютеризовані енергомеханічні системи (КЕС) должны знать назначение, выполняемым функциям и состав систем автоматизации горных машин, принципы их построения с использованием микропроцессорных средств и компьютерных технологий. Получить указанные знания студент может при изучении дисциплины «Автоматизация горных машин и микропроцессорная техника».

Материал дисциплины может быть использован при курсовом и дипломном проектировании.

При изучении каждой темы дисциплины студент знакомится с её содержанием и методическими указаниями, относящимися к данной теме. В конце каждой темы приведены вопросы, на которые необходимо дать ответы.

Изучение дисциплины ««Автоматизация горных машин и микропроцессорная техника» состоит из следующих этапов:

– изучение теоретического материала;

– выполнение лабораторных работ;

– выполнение контрольной работы (для студентов заочной формы обучения).

Студенты заочной формы обучения изучают дисциплину преимущественно самостоятельно в объемах, предусмотренных рабочей программой и учебно-методической картой дисциплины (УМКД). На установочной сессии студентам читаются обзорные лекции, особое внимание уделяется наиболее сложному для самостоятельного восприятия материалу дисциплины. Выполнение студентом контрольной работы является важной формой изучения дисциплины и является обязательно до получения зачета по курсу. В методических указаниях приведен перечень вопросов для контрольной работы. В случае затруднений при изучении материала студент может обратиться на кафедру к преподавателю, который читает данный курс, для получения необходимых консультаций.

В специализированной лаборатории «Шахтной автоматики» кафедры «Горная электротехника и автоматика им. Р.М. Лейбова» (ауд. 1.403а) выполняются лабораторные работы, цель которых практически изучить и исследовать принцип действия систем автоматизации. Каждой лабораторной работе должна предшествовать самостоятельная подготовка студентов, в процессе которой подробно изучается описание лабораторной работы, соответствующий раздел конспекта лекций и материал указанных литературных источников. Результаты подготовки проверяются преподавателем. При этом студент должен ответить на вопросы для самопроверки по лабораторной работе, касающиеся общих сведений об исследуемой аппаратуре. Если студент не подготовился к лабораторной работе, то к занятию он не допускается. По результатам каждой лабораторной работе студент должен подготовить письменный отчет. Если в результате проверки отчёта возникнут замечания, то студент обязан их письменно исправить. Защита отчёта происходит путём устного собеседования преподавателя и студента по тематике защищаемой работы. Студенты, не выполнившие лабораторные работы, зачет не получают.

Внимание. В лаборатории 1.403а на лабораторных столах и стендах имеется рабочее напряжение 220, 380 и 660 В. Данные величины напряжения при несоблюдении правил безопасности представляют опасность для жизни людей, работающих с электроустановками. Поэтому все студенты должны ознакомиться с правилами техники безопасности в лаборатории и расписаться в специальном журнале по технике безопасности, подтверждая то, что они получили инструктаж на рабочем месте. Устный инструктаж студентов по правилам техники безопасности на первом занятии проводит преподаватель, обращая особое внимание:

- на зоны, опасные в отношении возможного поражения электрическим током;

- на действия в экстренных случаях;

- на коммутационные аппараты, отключающие электроснабжение лаборатории.

При выполнении лабораторных работ необходимо строго соблюдать следующие правила безопасности:

- запрещается включение – отключение коммутационных аппаратов вводного щита;

- нельзя оставлять без наблюдения включенную лабораторную установку;

- в случае прекращения работы или перегрева элементов, установку необходимо отключить;

- необходимые соединения в схеме выполняются при отсутствии напряжения на лабораторном стенде;

- переключения, не предусмотренные порядком выполнения лабораторных работ, производить запрещено;

- подача напряжения на исследуемую аппаратуру производится только после проверки схемы преподавателем и в его присутствии.

Студент, нарушивший правила ТБ, от выполнения лабораторных работ отстраняется.

По окончанию курса «Автоматизация горных машин и микропроцессорная техника» студент должен получить зачет.

 

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

 

Тема 1.

Основные понятия и определения в области автоматизации горных

Машин

 

Содержание темы

Основные понятия и определения в области автоматизации горных машин. Структура действий и технические средства автоматизации при управлении. Условия эксплуатации технических средств автоматизации горных машин и их конструктивное исполнение.

 

Методические указания

 

1. Основные понятия и определения в области автоматизации горных

машин

 

К горным машинам для подземной добычи полезных иско­паемых относятся машины, производящие отделение горной породы от массива, ее погрузку на транспортные средства, крепление очистных и подготовительных выработок, бурение шпуров и скважин, а также механизацию ряда вспомогательных операций. Различают выемочные машины, механизированные крепи, бурильные машины, погрузочные и буропогрузочные машины и вспомогательное оборудование разных видов [1].

Выемочные машины обеспечивают отделение угля и поро­ды от массива, а также для ряда машин и перемещение (по­грузку или транспортирование) отделенной горной массы. Они относятся к наиболее распространенному классу горных ма­шин. Этот класс включает: очистные комбайны, струговые ус­тановки, конвейероструговые установки, проходческие комбай­ны. Кроме того, к классу выемочных машин относится и другое, значительно менее распространенное оборудование: скрепе-роструговые установки, бурильные машины для безлюдной выемки угля, врубовые машины и др.

Автоматизация горных машин— это высший этап раз­вития машинного производства при подземной добычи полезных иско­паемых, когда техническим устройствам автоматизации пере­даются функции управления, ранее выполнявшиеся человеком и связан­ные с работой его мозга (контроль, сигнализация, выбор рационального режима работы оборудования и т. п.).

Автоматизация это применение технических средств, экономико-математических методов, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессе управления материально – техническим объектом (технологическая установка или производственный процесс).

Управлением в общем случае называют всякое целенаправлен­ное воздействие, оказываемое на какой-либо объект с целью изменения его качественного состояния (напри­мер, включение, реверсирование, отключение). Управление, при котором изменяется количественное состояние объекта путем изменения или стабилизации одного или несколь­ких параметров режима работы называется регулированием.

Управление объектам, в том числе и горными машинами, может быть автоматическим и автоматизированным. Автоматическое управление это управление без участия человека, а автоматизированное – это управление при участии человека. При чем автоматизированное управление может быть мест­ным (ручным), дистанционным или централизованным.

В зависимости от вида управления различают автоматические и автоматизированные системы управления. Автоматическая система - это система в которой все функции по управлению объ­ектом осуществляются техническими средствами автоматизации без участия человека. В автоматизированной системе часть функций, главным образом по принятию решений, выполняет человек (диспетчер, оператор, машинист и др.), а остальные функции выполняются техническими средствами автоматизации.

 

 

2. Структура опреций и технические средства автоматизации при

управлении

 

В общем случае процесс управления можно представить как последовательное выполнение следующих четырех основных действий, направленных на достижение некоторой цели:

– получение информации о состоянии объекта;

– передача информации от объекта автоматизации к устройству управления;

– переработка полу­ченной информации и принятие решения, т. е. формирование сигнала управления;

– исполнение решения, т.е. реализация управляющего воздействия, соответствующего выработанному сигналу управления.

Указанные действия выполняются с помощью технических средств автоматизации при участии или без участия человека.

 

Получение информации о состоянии объекта осуществляется с помощью датчиков. Датчиком называется устройство, осуществляющее преобразование контролируемого параметра в выходной сигнал, удобный для ввода его в систему управления или для дистанционной передачи. В горной промышленности в системах автоматизации наиболее широко применяются электрические датчики, в которых различные физические вели­чины преобразовываются в электрическую величину [4]. Датчики классифицируются по различным критериям - по энергетическому режиму работы преобразователя, по виду контролируемого параметра, по назначению. По литературе [4] необходимо ознакомиться с данной классификацией.

Далее необходимо рассмотреть принцип действия основных типов датчиков, наиболее широко применяемых в системах автоматизации горных машин, например, герконового датчика, принципиальная электрическая схема которого приведена на рисунке 1. Воспринимающий элемент датчика – геркон представляет собой ампулу 1, внутри которой запаяны контактные пружины (электроды) 2, изготовленные из ферромагнитного материала. Стеклянная ампула заполнена защитным газом (аргон, азот и др.). Герметичность ампулы исключает вредное влияние (воздействие) окружающей среды на контакты, повышая надежность их работы. Контакты геркона, расположенного в контролируемой точке пространства, замыкаются под действием магнитного поля, которое создается постоянным магнитом (электромагнитом), установленным на подвижном объекте.

 

 

 

Рисунок 1 - Принципиальная электрическая схема герконового датчика

 

Выходной сигнал датчика (U_вых) равен величине напряжения U_п источника питания при наличии магнита в точке контроля и нулю при его отсутствии.

Достоинства герконовых датчиков - высокая наработка на отказ (порядка 10⁷ срабатываний). Недостаток – существенное изменение чувствительности при незначительном смещении магнита в направлении перпендикулярном движению объекта.

 

Датчик скорости подачи ДСП

Датчик скорости подачи ДСП предназначен для контроля скорости подачи комбайна с гидравлической подающей частью типа 1Г405. Используется датчик в составе автоматического регулятора нагрузки типа УРАН.1М и аппаратуры управления САУК02.2М очистными комбайнами 1ГШ68, 2ГШ68, КШ3М, 2К52 и др. [9].

Конструктивная схема датчика ДСП приведена на рисунке 2. Датчик скорости подачи представляет собой дифференциальный датчик перемещения. Он содержит две катушки 3 индуктивности L1 и L2 по 1700 витков (провод ПЭВ-2 диаметром 0.313 мм) и размещенные в стакане 4 магнитной системы, который установлен неподвижно в корпусе 5 датчика и прижат к крышке 1 пружиной 10. Вращением крышки (для настройки нулевого положения датчика скорости подачи) осуществляется перемещение стакана магнитной системы относительно корпуса. Наружная крышка по окружности разбита равномерно на 20 шлицев, которые служат для отсчета величины перемещения магнитной системы относительно корпуса, а также для фиксации крышки после настройки нулевого положения датчика скорости подачи. Так как крышка имеет резьбу с шагом 2 мм, то поворот крышки на 1 шлиц составит перемещение стакана магнитной системы относительно сердечника 2 – 0,1 мм. Внутри магнитной системы перемещается стальной сердечник с возвратной пружиной 9, воспринимающей перемещение статора гидронасоса. Рабочий ход сердечника – 20 мм. Крепление датчика к корпусу комбайна осуществляется фланцем, закрепленным на датчике разрезной шайбой (на комбайне КШ3М), или вместо фланца специальной гайкой (в случае комбайнов 1ГШ68, 2ГШ68, 1ГШ68Е, 2ГШ68Е). При этом датчик кинематически связан с корпусом гидронасоса посредством подпружиненного подвижного сердечника 2. Элементы 6 искрозащиты (конденсаторы) размещены на магнитной системе и залиты эпоксидным компаундом. Датчик подключается штепсельным разъемом 11.

 

 

 

	Рисунок 2 – Датчик скорости подачи ДСП

 

Принцип действия датчика ДСП основан на изменении взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками дифференциального трансформатора. Это изменение происходит в результате перемещения ферромагнитного сердечника 2 внутри дифференциального трансформатора 3. При установлении сердечника симметрично обоих вторичных обмоток, включенных встречно, на выходе сигнал равен нулю. При смещении сердечника от нулевой отметки в ту или другую стороны возникает разностный сигнал положительной или отрицательной полярности, пропорциональной величине линейного смещения сердечника.

 

Передача информации от объекта автоматизации к устройству управления осуществляется по линиям (каналам) связи. В зависимости от физической среды, по которой происходит передача информации каналы связи можно разделить на следующие типы:

– кабельные линии – электрические (симметричные, коаксиальные, «витая пара» и т.д.), волоконно-оптические и комбинированные электрические кабели с волоконно-оптическими жилами;

–силовая низковольтная и высоковольтные электрические сети;

–инфракрасные каналы;

–радиоканалы.

Передача информации по каналам связи может передаваться без уплотнения информации, т.е. по одному каналу передается один информационный сигнал (аналоговый или дискретный) и с уплотнением информации – по каналу связи передается множество информационных сигналов. Уплотнение информации применяется для дистанционной передачи информации на значительное расстояние (например от аппаратуры автоматизации, расположенной на штреке к очистному комбайну или от участка шахты на поверхность к диспетчеру) и может производиться при помощи различного рода кодирования сигналов.

Технические системы, которые обеспечивают передачу информации о состоянии объекта и команд управления на расстояние по каналам связи могут быть системами дистанционного управления и измерения или телемеханическими системами. В системах дистанционного управления и измерения для каждого сигнала используется своя линия — канал связи. Сколько сигналов, столько требуется и каналов связи. Поэтому при дистанционном управлении и измерении число управляемых объектов, особенно на больших расстояниях, обычно ограничено. В телемеханических системах для передачи многих сообщений большому числу объектов используется всего одна линия, или один канал связи. Информация передается в закодированном виде, и каждый объект «знает» свой код, поэтому число контролируемых или управляемых объектов практически не ограничивается, только код будет сложнее. Системы телемеханики делятся на дискретные и аналоговые. Системы дискретного телеконтроля называют системами телесигнализации (ТС), они обеспечивают передачу конечного числа состояний объекта (напри­мер, «включено», «отключено»). Системы аналогового телеконтроля называют системами телеизме­рения (ТИ), они обеспечивают передачу непрерывного изменения каких-либо параметров, характеризующих состояние объекта (например, из­менение напряжения, тока, скорости и т.д.).

Элементы, из которых состоят дискретные сигналы, обладают раз­личными качественными признаками: амплитудой импульса, полярностью и длительностью импульса, частотой или фазой переменного тока, кодом в посылке серии импульсов. Более подробно телемеханические системы рассмотрены в [5,13].

Для обмена информацией между микропроцессорными контроллерами различных устройств системы автоматизации, в том числе и управляющими компьютерами используются специальные средства, методы и правила взаимодействия – интерфейсы [15,16]. В зависимости от способа передачи данных различают парал­лельный и последовательный интерфейс. В параллельном интер­фейсе q разрядов данных передаются по q линиям связи. В по­следовательном интерфейсе передача данных осуществляется обычно по двум линиям: по одной передаются непрерывно так­товые (синхронизирующие) импульсы от таймера, по второй — информационные. В системах автоматизации горных машин наиболее часто используют последовательные интерфейсы стандартов RS232 и RS485. Интерфейс RS232 обеспечивает связь между двумя компьютерами, управляющим компьютером и микроконтроллером или связь между двумя микроконтроллерами со скоростью до 19600 бит/с на расстояние до 15м. Интерфейс RS-485 обеспечивает обмен данными между несколькими устройствами по одной двухпроводной линии связи в полудуплексном режиме. Интерфейс RS-485 обеспечивает передачу данных со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная дальность передачи зависит от скорости: при скорости 10 Мбит/с максимальная длина линии — 120 м, при скорости 100 кбит/с — 1200 м. Количество устройств, подключаемых к одной линии интерфейса, зависит от типа примененных в устройстве приемопередатчиков. Один передатчик рассчитан на управление 32 стандартными приемниками. Выпускаются приемники со входным сопротивлением 1/2, 1/4, 1/8 от стандартного. При использовании таких приемников общее число устройств может быть увеличено соответственно: 64, 128 или 256. Передача данных между контроллерами производится по правилам, которые называются протоколами. Протоколы обмена в большинстве систем работают по принципу "ведущий"-"ведомый". Одно устройство на магистрали является ведущим (master) и инициирует обмен посылкой запросов подчиненным устройствам (slave), которые различаются логическими адресами. Одним из популярных протоколов является протокол Modbus.

Обработка информации и выработка управляющих воздействий в системе автоматизации включает следующие действия: обработку поступившей информации, определение рационального режима эксплуатации горной машины, формирование управляющих воздействий на объект, выдачу обслуживающему персоналу рекомендаций по его управлению. Как правило, это осуществляется в виде математических (в том числе логических) зависимостей между входными и выходными сигналами. В системах автоматического управления информация обычно представлена в виде электрических сигналов. Для обработки электрических сигналов используются различные устройства, которые осуществляют усиление сигналов, формируют управляющие воздействия в соответствии с алгоритмом управления. К таким устройствам относятся магнитные, электромашинные, гидравлические и электронные усилители, логические элементы, и наиболее современные устройства – микропроцессорные контроллеры (более подробно эти устройства рассмотрены в материалах темы 2 данного методического пособия).

Исполнение решения, т.е. реализацию управляющего воздействия, соответствующего выработанному сигналу управления, осуществляют исполнительные устройства [3,5]. В системах автоматизации они непосредственно воздей­ствуют на объект, обеспечивая заданную функцию управления.

По виду выходной величины различают исполнительные устройства:

- с электрическим выходом (реле, контакторы, реостаты, генераторы, управляемые выпрямители и др.), формирующие управ­ляющее воздействие электрической природы;

- с механическим выходом, осуществляющие механичес­кое поступательное или вращательное перемещение регулирующих или рабочих органов машин и установок. Такие устройства называют исполнительными механизмами.

В системах автоматизации горных машин, в качестве исполнительных механизмов, широко применяются электрогидрораспределители, например типа ГСД и 1РП2 [9]. Электрогидрораспределители служат для изменения направления перемещения поршней гидравлических цилиндров при помощи подводимой под давлением рабочей жидкости. Рабочая жидкость - водомасляная эмульсия с 2-2,5% концентрацией конденсата ФМИ РЖ ТУ 38.101.18.13-88 или гидравлические масла.

Технические характеристики электрогидрораспределителей ГСД приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Технические характеристики электрогидрораспределителией ГСД

 

Обозначение гидрораспределителя	ГСД12-01	ГСД12-02	ГСД12-03
Условный проход, мм
Количество линий
Номинальное давление, МПа
Гидравлическое сопротивление при расходе л/мин, МПа	1,5-2,0 -	-	1,5-2,0 -
Тип управления	Электрогидравлический (с возможностью ручного управления)
Напряжение питания электромагнита, В
Мощность включения, Вт		5,5
Масса, кг	4,1	5,1	4,1

 

Электрогидрораспределитель 1РП2 предназначен для управления скоростью подачи и режущими органами комбайна в составе автоматических регуляторов нагрузки УРАН.1М и системы автоматизации САУК02.2М.

Электрогидрораспределитель 1РП2 представляет собой гидравлический золотниковый распределитель с электромагнитным приводом тянущего типа (см. рисунок 3). Рабочий элемент электрогидрораспределителя - цилиндрическая золотниковая пара, состоящая из золотника 8и гильзы 7.Точность их взаимного положения при обесточенных электромагнитах обеспечивается прижатием к их торцам упорных втулок 6 пружинами 4. Якори электромагнита 2 шарнирно соединены с золотником 8через промежуточные тяги 3посредством валиков 1, 5. Фиксация гильзы 7 от смещения и поворота обеспечивается фиксатором. В корпусе 12устанавливаются катушки Д и Еэлектромагнитов, которые имеют каркасы из фенопласта и намотаны проводом ПЭВ-0,28, и стопы 10, вращением которых осуществляется регулировка хода золотника 8 в пределах 1,1 ±0,05 мм.

Работа распределителя осуществляется следующим образом. В нейтральном положении при обесточенных электромагнитах выходные каналы Ц1 и Ц2(рис. б ) соединены со сливом, а канал Н заперт.

При подаче напряжения на обмотку одного из электромагнитов, например, на катушку Е, расположенную со стороны кабельного ввода, якорь притягивается к стопу, золотник перемещается, и его рабочие кромки устанавливаются так, что напорная магистраль соединяется с выходным каналом Ц2, при этом другой канат Ц1 соединяется со сливом С, который расположен ближе к кабельному вводу. Напряжение подводится к зажимам 1-0 или 2-0.

 

Рисунок 3 - Электрогидрораспределитель 1РП2

Электрогидрораспределитель 1РП2 выполнен в притычном исполнении и крепится к соответствующему гидроблоку двумя невыпадающими болтами М8, выступающими за притычную плоскость на 10 мм. Герметизация каналов в плоскости разъема осуществляется резиновыми кольцами 8x5 мм (13), под которые на каналах Н, Ц, Ц2 устанавливаются защитные сетки 14. Притычная плоскость защищена крышкой 15.

Электропитание электрогидрораспределителя 1РП2 осуществляется от
искробезопасносного канала источника питания типа ИП36-1 с помощью кабеля типа КНР 3x1.

В кабельном вводе электрогидрораспределителя размещена коробка зажимов с искрогасящим диодноконденсаторным шунтом. Искробезопасность электро­гидрораспределителя 1РП2 обеспечивается искробезопасными целями
источника питания и шунтированием обмоток электромагнитов диодами
КД209А и конденсаторами К73-17, 400 В, 0,022 мкФ, залитыми вместе с
обмотками и их выходными концами эпоксидным компаундом.

 

 

3. Условия эксплуатации технических средств автоматизации горных машин и их конструктивное исполнение

 

 

Условия эксплуатации технических средств автоматизации горных машин определяются особенностями рудничного воздуха, наличием агрессивных подземных вод, вибраций, толчками, ударами, источники которых – технологическое оборудование и взрывание, характер энергоснабжения и режим работы.

Высокая влажность воздуха при наличии в нем примесей сернистых и азотистых соединений приводит к образованию паров или росы агрессивных кислот, разрушающих изоляцию и открытые токоведущие части аппаратов. Понижение температуры воздуха с высокой относительной влажностью сопровождается выпадением росы, которая осаждается на наружных внутренних поверхностях аппаратов.

В угольных шахтах большую опасность представляют метан и угольная пыль, которые образуют в определенной концентрации пыле- и метановоздушную смесь, взрывающуюся при соприкосновении с источниками воспламенения – электрической дугой или искрой, открытой токоведущей частью, нагретой до температуры, достаточной для воспламенения метана и пыли.

Подземные воды, как правило, содержат большое количество растворенных солей, иногда – примеси щелочей или кислот, которые, если не принимать специальных мер защиты, разрушительно действуют на средства автоматизации, работающие при наличии брызг и капежа.

Режим работы систем автоматизации горных машин можно разделить на длительный (аппаратура находится под напряжением в течение всего времени работы автоматизированной установки) и кратковременный (аппаратура включается на короткое время, например, при эпизодическом контроле параметров).

Конструкция технических средств автоматизации систем автоматизации горных машин, их монтаж должны соответствовать условиям эксплуатации, быть надежными, обеспечивать безопасность труда обслуживающего персонала.

Если система автоматизации предназначена для эксплуатации в шахтах, опасных по газу и пыли, то технические средства автоматизации, входящие в нее, должны изготовляться в соответствии с требованиями «Правил изготовления взрывозащищенного рудничного электрооборудования» – иметь вид взрывозащиты – «взрывонепроницаемая оболочка», а цепи контроля и управления должны быть искробезопасными. Взрывонепроницаемая оболочка - вид взрывозащиты электрооборудования, в котором его части, способные воспламенить взрывоопасную смесь, заключены в оболочку, способную выдерживать давление взрыва воспламенившейся смеси без повреждения и передачи воспламенения в окружающую взрывоопасную смесь, для которой она предназначена.Искробезопасностьосновывается на принципе ограничения электрической энергии, содержащейся в цепях опасной зоны, так что любые искры или нагретые поверхности, которые могут возникать в результатенеисправности электрооборудования, не могут вызывать воспламенения.

 

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите и дайте определение основным терминам в области автоматизации.

2. Какие виды управления применяются при управлении горными машинами.

3. В чем отличие автоматизированных систем упраления от автоматических систем упраления.

4. Из каких основных действий состоит процесс управления.

5. Что называется датчиком системы автоматизации, приведите их классификацию.

6. Приведите принцип действия датчика скорости ДСП.

7. Дайте характеристику каналам связи в системах автоматизации

8. В чем отличие систем дистанционного управления и измерения от телемеханических систем

9. Назначение и основные типы интерфейсов микропроцессорных систем автоматизации.

10. Охарактеризуйте интерфейсы RS-232 и RS-485.

11. Назначение исполнительных устройств в системах автоматизации.

12. Классификация исполнительных устройств.

13. Область применения электрогидрораспределителией ГСД и 1РП2.

14. Охарактеризуйте условия эксплуатации технических средств автоматизации горных машин.

15. В чем особенность конструктивного исполнения технических средств автоматизации горных машин, которые применяются в подземных условиях шахт, опасных по газу и пыли.

 

Тема 2.

Микропроцессорная техника

Содержание темы

Структура микропроцессорных контроллеров. Программирование микропроцессорных контроллеров. Классификация микропроцессорных контроллеров. Особенности различных типов микропроцессорных контроллеров. Использование микропроцессорных контроллеров в системах автоматизации горных машин.

Методические указания

1. Структура микропроцессорных контроллеров

 

В настоящее время для обработки информации и выработки управляющих воздействий широко применяется микропроцессорная техника - микро- процессорные контроллеры (МК) – устройства на основе микропроцессорных элементов[14,15,16].

Микропроцессорный контроллер представляет собой цифровую вычислительную систему, в которой входная аналоговая и дискретная информация преобразуется в цифровой код и обрабатывается в соответствии с заданной программой. На рисунке 1 представлена типичная архитектура (структура) микропроцессорного контроллера. Она состоит из четырех основных устройств: микропроцессор, постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) - память программ, оперативно запоминающее устройство (ОЗУ) - память данных и устройства ввода-вывода (порты). Микропроцессор координирует работу всех устройств цифровой системы с помощью шины управления и осуществляет математические и логические операции с данными. Шина адреса (ША) служит для выбора определенных ячеек памяти, входов и выходов портов. По шине данных (ШД) осуществляется двунаправленная пересылка данных к микропроцессору и от микропроцессора. Микропроцессор может передавать информацию в память микроконтроллера или к устройствам ввода-вывода, а также получать информацию из памяти или из портов контроллера. Память программ содержит некоторую программу – инструкцию, последовательное выполнение которой реализует заданный алгоритм управления. Память данных используется для оперативного хранения промежуточных результатов различных операций. С другими элементами системы автоматизации микроконтроллер взаимодействует через устройства ввода-вывода.

Следует иметь в виду, что при применении микропроцессорных контроллеров в системах автоматизации шахтных подземных установок требует специального устройства ввода – вывода, которые наряду с типовыми функциями выполняют также функции по обеспечению искробезопасности электрических цепей устройства, что является необходимым требованием применения электрических аппаратов в взрывобезопасной окружающей среде.

 

 

 

Рисунок 1 – Структурная схема микропроцессорного контроллера

 

Для примера, внешний вид некоторых промышленных микропроцессорных контроллеров представлен на рисунке 2. Обычно контроллеры МК не имеют средств визуализации (кроме локальных средств индикации малой информационной емкости) и средств взаимодействия с оператором, но включают модули УСО (устройства связи с объектом).

 

а) микронтроллеры серии I8000

 

 

б) микронтроллеры TROLLEX типа TX9042

 

Рисунок 2 - Общий вид микроконтроллеров

 

2. Программирование микропроцессорных контроллеров

В отличие от устройств автоматизации, выполненных на базе аналоговых элементов и элементов жесткой логики (релейных и логических), микропроцессорные контроллеры имеют неотъемлемую часть – управляющую программу. Управляющая программа обеспечивает управление операциями получения информации об объекте управления, обработку и анализ полученой информации, формирование сигналов управления для исполнительных устройств. Существуют следующие необходимые этапы разработки управляющей программы:

1.Изучение свойств объекта управления. На этом этапе исследуются статические и динамические характеристики объекта управления, получают экспертные оценки специалистов в данной области, определяют требования к системе управления и к выполняемым ею функциям.

2.Алгоритмизация системы управления. На основании свойств объекта управления и экспертных оценок составляется алгоритм работы микроконтроллера. Алгоритм работы определяет последовательность операций микроконтроллера и представляется в виде словесного описания, блок-схемами, математическими, логическими выражениями и т.д.

3.Разработка текста программы. В соответствии с заданным алгоритмом разрабатывается текст программы. Текст программы набирается при помощи текстового или графического редактора в зависимости от выбранного языка программирования на персональном компьютере. Для контроллеров МК, разработанных по индивидуальному заказу применяют разнообразные виды языков программирования в зависимости от подготовки разработчика. В целом они подразделяются на машинно-ориентированые языки (ассемблеры) и языки высокого уровня. Языки ассемблера представлены в виде перечня команд конкретного микропроцессора. Команды ассемблера выполняют простейшие операции с внутренними устройствами микроконтроллера, арифметические и логические действия. Преимуществом языков ассемблера является компактность итогового машинного кода, высокое быстродействие. Недостатком – высокая трудоемкость разработки, большой объем текста, отсутствие сложных математических функций (тригонометрических, логарифмических и т.д.). Для реал