Автоматизация производственных процессов на горных предприятиях

Технологические процессы горного производства как объекты управления. Проведение комплексной автоматизации очистных забоев для обеспечения плановых показателей по добыче при соблюдении условий безопасности. Функции автоматической системы управления.

Рубрика Производство и технологии
Вид курс лекций
Язык русский
Дата добавления 16.10.2012
Размер файла 511,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Для проведения контроля износа канатов и регистрации результатов применяется аппаратура ИИСК-5.

7. Автоматизация проветривания горных выработок

7.1 Автоматизация вентиляторных установок

Вентиляция подземных выработок угольных шахт является важнейшим технологическим процессом и обеспечивается большим комплексом оборудования и мероприятий.

В составе комплекса подача и подогрев атмосферного воздуха в шахту, распределение требуемого количества воздуха по выработкам,

контроль качественного и количественного состава, процессы дегазации и т.п. Основное оборудование - вентиляторы главного проветривания (ВГП), калориферные установки, регуляторы подачи воздуха в выработки, шлюзы, вентиляторы местного проветривания (ВМП), аппаратура контроля сблокированная с системой сигнализации и электроснабжения.

Только совместная, синхронизированная работа всех элементов перечисленного оборудования может обеспечить снабжение выработок достаточным количеством качественного воздуха и удалить отработанный воздух. Под качественным понимается воздух, содержащий по объёму не менее 20% кислорода, не более 0.5% углекислого газа и содержащий в отработанной струе добычного участка не более 1%.

Вентиляторы главного проветривания должны оборудоваться двумя одинаковыми вентиляторами, с включением резервного не более чем через 10 мин после отключения рабочего.

Различают центральную и фланговую схемы проветривания шахты.

Способы проветривания: всасывающий (наиболее распространённый),

нагнетательный и комбинированный.

Вентиляторы: центробежные (типов ВЦ, ВЦД, ВШЦ), осевые (ВОД).

Для реверсирования струи могут использоваться реверсивные и нереверсивные ВГП. Последние для осуществления реверса оборудуются специальной системой обводных вентиляционных каналов с перебрасываемыми рядами (переключающимися перегородками).

Электропривод ВГП должен:

работать в длительном режиме с номинальной нагрузкой

обеспечивать запуск и разгон вентилятора с большим динамическим моментом инерции до номинальной частоты вращения

обладать возможностью реверса (при соответствующей схеме)

иметь низкую синхронную скорость вращения при безредукторном подключении к вентилятору

обеспечивать возможность регулирования подачи вентилятора в диапазоне 2: 1.

В качестве электродвигателей мощностью более 200 квт применяют синхронные (до 350 квт низковольтные, свыше 350 квт высоковольтные).

При маломощных сетях или по другим причинам используют асинхронный вспомогательный двигатель для запуска СД. Асинхронный двигатель может служить для привода вентилятора в выходные и ремонтные дни или в начальный период эксплуатации шахты.

При нерегулируемом приводе регулирование режима работы вентилятора может осуществляться:

изменением сопротивления вент сети (дросселированием)

изменением угла наклона лопаток направляющих аппаратов

изменением угла установки лопаток рабочего колеса - для осевых вентиляторов.

Различают регулируемый привод ВГП со ступенчатым, а также с плавным изменением частоты вращения.

Ступенчатое регулирование может быть обеспечено: использованием двух двигателей разной частоты вращения или многоступенчатых двигателей,

или применением преобразователей частоты.

В первом случае могут использоваться два асинхронных двигателя или синхронный и асинхронный двигатели. В качестве многоступенчатых могут применяться двухскоростные АД с КЗ ротором при мощностях до 1400 кВт. Плавное регулирование подачи вентиляторов может быть обеспечено применением: асинхронного машинно-вентильного каскада (АМВК),

асинхронного вентильного каскада (АВК), асинхронного двигателя со статическим преобразователем частоты, комбинированного машинно-вентильного каскада (КАМВК). Последний применяется для ВЦД-47.5 "Север" и позволяет производить запуск АД без пусковых сопротивлений.

Комплексы автоматизации ВГП обеспечивают контроль и управление основным (электропривод) и вспомогательным оборудованием ВГП.

В разные годы и применительно к различному основному оборудованию ВГП разработана и применяется комплектная аппаратура автоматизации:

УКВГ, ЭРВГП, АДШВ, УКАВ, УКАВ-2. В настоящее время для этих целей выпускаются комплексы УАВШ, УКАВ-М. Последние являются унифицированными и могут в зависимости от требования заказчиков поставляться в модификации для различных типов вентиляторов, электроприводов, систем управления электроприводами, расстояний от диспетчерского пункта, способа реверсирования струи и т.п.

Так, УКАВ - М представляет собой набор шкафов закрытого исполнения и пульт дистанционного управления.

Процесс управления ВГП включает следующие операции:

подготовка ВГП к пуску (включение цепей высокого и низкого напряжения, выбор способа управления конкретным ВГП: авт., ручн., дист., местн.) и вспомогательным оборудованием (лядами: авт. или ручн.,

режим проветривания: норм. или реверсивный);

пуск (импульс пуска из помещения машинного зала либо из диспетчерской) в автоматическом режиме осуществляется по командам блока микропрограммного автомата БМА. Последний начинает отработку команд в соответствии программой, записанной в ПЗУ. В процессе работы БМА опрашивает состояние входов и формирует выходные сигналы управления электрическими аппаратами и приводами механизмов вентилятора.

Между подачей команды и её выполнением задаётся выдержка времени. Если в течение её не поступит сигнал о выполнении команды, то пуск прекращается, все элементы ВГП приводятся в исходное состояние, включается сигнализация и автоматически производится АВР аварийное включение резервного вентилятора.

регулирование подачи ВГП или автоматическая её стабилизация;

аварийное или оперативное отключение ВГП.

К вспомогательному оборудованию относят приводы ляд и дверей для реверса воздушной струи ВГП. направляющих и спрямляющих аппаратов, приводы маслосистем и тормозной системы.

Положение ляд, дверей и тормозов контролируется магнитными включателями, датчиками ДПМГ, ДКПУ.

Для контроля нормальной работы ВГП предусмотрена система датчиков и приборов (КИП).

Температура подшипников контролируется аппаратами КТТ-1, АКТ, ДКТ3-8М. В станциях управления ШГС используют КТТ-1 с 8 термодатчиками ТД, аппаратом контроля температуры АКТТ-1 и сигнальным табло ТКТ-1.

Наиболее важными параметрами работы ВГП являются расход воздуха и подача (напор). Их измеряют, используя зависимость динамического давления воздуха в канале от скорости потока воздуха.

Установив приёмники давления в различных по площади сечениях вентиляционного потока F1, F2 и измерив перепад давлений между этими приёмниками dH получим зависимость для определения подачи:

Очевидно, что для определения расхода Q необходимо из величины импульса dH извлечь корень, для этой цели используют различные инструментальные методы.

Для контроля подачи и давления в ВГП использовались дифманометры ДМ, ДМИ (ДМИ-Р - расходомер, ДМИ-Т - например) со вторичными регистрирующими приборами ВФС. В настоящее время их заменяют на более надёжную и современную аппаратуру с тензометрическими преобразователями типа САПФИР, для контроля производительности вводится приставка извлечения корня Ореол-Пик. Для регистрации уровней давления и производительности может быть применен прибор технограф.

Для контроля давления масла в циркуляционной системе применяют, например, двухпозиционные электроконтактные манометры типа ЭКМ.

7.2 Автоматизация калориферных установок

Воздух, подаваемый в шахту в холодное время подогревается в калориферных установках. Оптимальная температура подогретого воздуха, при которой практически не происходит размораживания грунта устьев стволов (в северных широтах) и не происходит обмерзания стволов +2,+4 градуса. При этом устанавливается минимальное энергопотребление.

Регулирование температуры воздуха подаваемого в шахту производится изменением соотношения холодного и подогретого воздуха

перемещением перегородки (ляды) перед смесительной камерой, а также изменением количества теплоносителя (пара, перегретой воды) в калориферы. Система автоматики отслеживает также температуру конденсата на выходе каждой секции калорифера и, при недопустимом понижении отключает секцию, включая резервную.

Комплексы автоматизации калориферных установок АКУ-63. АКУ-3.

(более детально на лабораторной работе).

Основные функции АКУ-3 состоят в контроле температуры воздуха в стволе за счёт изменения положения поворотной ляды (контур 1) и поддержания на постоянном уровне температуры теплоносителя на выходе из калорифера путём изменения его расхода через калорифер (контур регулирования 2). Кроме того, во избежание обмерзания отдельных секций при нарушении герметичности секций, контролируется температура на выходе из секций и при понижении температуры конденсата на выходе секции должно производиться отключение повреждённой секции и включение резервной. Схема станции управления аппаратуры АКУ-3.

Станция управления СУРК-3 состоит из блоков:

преобразователей сигналов датчика температуры воздуха - преобразователей сигналов датчиков температуры отработанного теплоносителя

контроля температуры секций;

все сигналы о температуре (аналоговые сигналы с термосопротивлений) преобразуются в стандартные дискретные сигналы, где количество импульсов равно численному значению измеряемой температуры. Схемы блоков преобразователей включают линейный преобразователь температуры в постоянный ток, на его выходе сигнал постоянного тока (0 - 5мА), АЦП, преобразователь цифровых кодов, реверсивный двоично-десятичный счётчик, мультивибратор, триггер, схемы совпадения (И - функции) и импульсный распределитель.

(более детально на лабораторной работе).

7.3 Аппаратура управления распределением воздуха (АУРВ)

АУРВ состоит и следующих блоков:

блок управления участковым регулятором распределения воздуха участковым РРВ

блока управления групповым РРВ

блока питания

блока управления подачей ВГП.

РРВ полидиафрагменный (РРВП) предназначается для оперативного регулирования расхода воздуха в вентиляционной сети шахт на основе информации, получаемой от датчиков информации, получаемой от датчиков [CH4], скорости воздуха с целью повышения эффективности проветривания и безопасности ведения горных работ.

В состав аппаратуры входят технические средства (ТС) контроля скорости воздуха в выработках и контроля состава атмосферы.

По заданным сечениям и длине выработок составляют системы моделирования проветривания шахт. В модели вводятся конкретные параметры, на ПЭВМ производится расчет требуемых параметров по скорости воздуха и по концентрации метана и других составляющих газовой атмосферы. На основании замеров фактических параметров с помощью соответствующих ТС вводят в систему корректирующие воздействия с помощью соответствующих регуляторов.

7.4 Аппаратура контроля шахтного воздуха

Для обеспечения безопасности труда подземных рабочих состав рудничного (шахтного воздуха) должен контролироваться.

Основные требования:

содержание кислорода не менее 20%

углекислого газа на рабочих местах и в исходящих струях участков не более 0.5 %, а исходящим выработкам шахт 0.75%

содержание метана, исчисляемое как средняя концентрация в поперечном сечении вент струи не должна быть более:

=1% на исходящей струе очистных и подготовительных выработок и участков;

=0.75% на исходящей струе крыла или шахты в целом;

=0.5% на свежей струе, поступающей в очистные выработки, к подготовительным забоям и в камеры;

=не более 2% в местных скоплениях в какой либо точке выработок.

Для точного, дискретного контроля состава воздуха применяют различные ТС: интерферометры, ШИ-6, (О2, СН4, СО2), ШИ - 10 (СН4, СО2).

Для непрерывного индивидуального автоматического контроля [CH4]

непосредственно на рабочих местах применяют переносные метан - реле с автономным питанием.

Для контроля и автоматического отключения электропитания в выработках при достижении опасных концентраций в местах газовыделений из пласта при отбойке угля (в зоне работы шнеков добычного комбайна) разработано метан - реле типа ТМРК-3, отключающее подачу электроэнергии комбайна при достижении [CH4 более 2%].

К стационарным ТС относят аппаратуру, блокирующую подачу электроэнергии в выработку при достижении предельной для данной точки выработки концентрации, осуществляющей сигнализацию и передачу аналогового сигнала, пропорционального [CH4] на пульт диспетчера газовой службы с его регистрацией. В настоящее время это аппаратура

МЕТАН. (Более детально об аппаратуре МЕТАН - на лабораторной работе)

7.5 Автоматизация проветривания тупиковых выработок (АПТВ)

Для обеспечения непрерывного контроля за поступлением воздуха в тупиковые выработки, проветриваемые вентиляторами местного проветривания ВМП, в настоящее время применяется аппаратура АПТВ.

Основные функции:

включение ВМП импульсами регулируемой длительности и количества, в зависимости от длины вентиляционного "рукава”,

немедленное включение резервного вентилятора при остановке рабочего,

задание уставки величины скорости воздуха пропорционального требуемому количеству воздуха для обеспечения выработки,

отключение электроэнергии в выработке при снижении скорости воздуха,

ниже заданной (уставки) и другие.

(Детальное изучение АПТВ на лабораторной работе).

7.6 Автоматизация и контроль шахтных дегазационных систем

Необходимость дегазации, как средства поддержания допустимых концентраций метана в выработках, очевидна. При современных нагрузках на забой, высокой газообильности шахт обеспечение безопасных условий только за счёт способов и средств вентиляции невозможно.

Для систем дегазации характерно наличие трубопроводов, по которым метан удаляется за пределы дегазируемого участка. В дегазационных трубопроводах для повышения безопасности эффективности в большинстве случаев создаётся разрежение с помощью вакуум-насосных установок (станций ВНС). ВНС, газопроводы, скважины, а также вся регулирующая, запорная и предохранительная аппаратура совместно со средствами контроля и управления образуют дегазационную систему шахты.

К средствам контроля и автоматизации ВНС предъявляются очень серьёзные требования по обеспечению безопасности, надёжности, систем блокировок и защиты.

В настоящее время наиболее известна автоматическая информационная система контроля параметров шахтных дегазационных установок, включающая и регуляторы ДИСК.

7.7 Автоматизированные системы управления проветриванием горных выработок (АСУПВ)

АСУПВ предназначена для автоматического оперативного управления газовой обстановкой в действующих выработках шахт с целью снятия ограничений на производительность выемочных участков и шахты по газовому фактору, экономии электроэнергии на проветривание и обеспечение высокого уровня безопасности горных работ.

В технической части система представляет собой совокупность ТС контроля концентрации метана и измерителей скорости воздуха (ИСВ-1), средств передачи информации в центр управления, средств обработки данных, выработки управляющих воздействий (УВК), исполнительных устройств (АУРВ, РРВП), аппаратура автоматизированного управления вентиляционными дверями (АШУ), управляемый привод ВГП.

Система позволяет:

=непрерывно контролировать концентрацию метана и скорость движения воздуха в выработках;

= осуществлять оперативную статистическую обработку контролируемых параметров с интервалом отбора данных в 1 мин;

=осуществлять оперативный расчёт требуемых приращений расходов в выработках;

=обеспечивать приращения расходов в выработках и по шахте в целом с интервалом 5-20 мин.

Применение системы позволяет автоматически снимать с помощью регулирования вентиляционного режима до 85-100%. загазирований технологического и аварийного характера при снижении расхода эл. энергии по шахте на 5 - 7%.

8. Автоматизация процесса водоотлива

8.1 Водоотливная установка как объект автоматизации

Водоотливные установки горных предприятий, отрабатывающих обводненные месторождения, представляют сложный энергомеханический комплекс, включающий: насосные агрегаты различной производительности, трубные коллекторы, систему электроснабжения и аппаратуру автоматизации.

Основная задача автоматизации этих объектов заключается в высвобождении обслуживающего персонала и обеспечении надежного и экономичного функционирования процесса водоотлива, чтобы исключить затопление горных выработок и создать нормальные условия для ведения горных работ.

Для обеспечения заданного уровня безотказной работы водоотлива его проектируют с запасом по емкости водосборника и резервом насосных агрегатов. Кроме того, на главных водоотливных установках предусматривается резервирование электроснабжения и дублирование трубопровода для откачки воды на поверхность.

Водоотливные установки работают, как правило, в цикличном режиме. Их включение и отключение производят в функции уровня воды в водосборнике.

Аппаратура автоматизации водоотлива должна обеспечивать: автоматическую контролируемую заливку насосов перед их пуском в работу; автоматическое включение в работу очередного насоса при достижении водой верхнего уровня и непрерывную работу его до нижнего уровня; автоматический контроль за работающим насосом и аварийное отключение его, если он не развил заданной производительности или в установке возник отказ (перегрев подшипников, короткое замыкание и др.); автоматическое включение в работу резервного насоса, если отказал первый насос или он не справляется с притоком и вода достигла повышенного или аварийного уровня. Может предусматриваться одновременное включение нескольких насосов; обезличенную звуковую и световую сигнализацию на пульт диспетчера о состоянии установки (работа, отказ) и аварийном уровне воды, а также сигнализацию в камере об отказавшем насосе; возможность дистанционного включения установки с пульта диспетчера и перевод ее на ручное управление; возможность применения различных способов заливки (погружной насос, баковый аккумулятор, сифонный способ и др.); блокирование от включения отказавшего насоса без вмешательства обслуживающего персонала; автоматическое управление работой задвижек на трубопроводах, а также работу с постоянно открытой задвижкой при небольших глубинах.

Учитывая многообразие типов водоотливов, разнообразие гидрогеологических, горнотехнических условий шахт и рудников, для автоматизации этого процесса используется различная серийная аппаратура, обеспечивающая с той или иной полнотой реализацию рассмотренных требований. В ряде случаев автоматизация водоотлива выполняется по индивидуальным проектам.

8.2 Автоматическое управление водоотливными установками

Для автоматического управления водоотливными установками применяется следующая аппаратура:

АВО-3 для установок, оборудованных одним насосом с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем до 120 кВт;

АВН-1М (в настоящее время выпуск аппаратуры прекращён) для установок, оборудованных тремя насосами с низковольтными асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями;

УАВ для установок, оборудованных насосами с высоковольтными и низковольтными асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.

Унифицированная аппаратура УАВ имеет нормальное исполнение и может укомплектовываться для автоматизации 16 насосов.

ВАВ для установок,. оборудованных насосами (до девяти) с высоковольтными и низковольтными асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями. Аппаратура имеет взрывозащищенное исполнение и может использоваться в шахтах, опасных по газу или пыли. К важнейшим операциям по управлению водоотливной установкой относится заливка насоса перед включением его в работу. В настоящее время наибольшее распространение получил способ заливки при поморий заливочного погружного насоса ЗПН, который находится в водосборнике ниже нижнего уровня и постоянно залит водой. Другие способы заливки: подача воды из нагнетательного става, применение баковых аккумуляторов, сифонный способ, использование заглубленных насосных камер получили в угольной промышленности малое распространение. В горнорудной промышленности заглубленные насосные камеры применяют широко, так как они обеспечивают наиболее благоприятные условия работы насосов и существенно упрощают схему автоматизации.

Рис.8.1 Схема автоматической водоотливной установки: I - электродные датчики уровня; 2 - аппарат управления; 3 - электропривод задвижки ЭПЗ-1; 4 - обратный клапан; 5 - реле давления РДВ; 6 - термодатчик ТДЛ; 7 - реле производительности РПН; 8 - погружной заливочный насос ЗПН.

Гидравлическая схема автоматической водоотливной установки приведена на рис.8.1 Обобщенный алгоритм управления такой установкой при постоянно открытой задвижке на нагнетательном трубопроводе и отключенном электроприводе задвижки дан на рис.8.2 В соответствии с ним функционирование водоотлива осуществляется следующим образом.

После включения в работу аппаратуры (например, УАВ) и ее программного устройства (оператор А) контролируется уровень воды в водосборнике при помощи электродных датчиков (логическое условие р). Когда вода поднимется к датчику верхнего уровня, поступает команда на включение заливочного насоса ЗПН, который подает воду в насос в течение времени, предусмотренного программным блоком. Качество заливки контролируется реле давления РДВ (логическое условие k). Если в момент контроля уровня он достиг повышенного или аварийного уровня (p=0), программный блок сначала переключает схему на включение п насосов одновременно, а лишь затем включает заливочный насос.

Когда насос (или насосы) будет залит, подается команда на ввод его в работу (оператор Аз) с последующим контролем за производительностью при помощи флажкового реле производительности РПН (логическое условие г). Если насос развил заданную производительность (г=1), то схема переключается на контроль нижнего уровня, при достижении которого насос будет отключен. Если насос по какой-либо причине не развил заданной производительности, он отключается и подается сигнал диспетчеру (оператор Л4), а аппаратура начнет новый цикл по включению в работу очередного насоса. Приведенный алгоритм отражает только порядок выполнения основных функций по включению и отключению насосов. Наряду с ними аппаратура автоматизации обеспечивает выполнение различных контрольных и защитных функций, например, контроль температуры подшипников при помощи датчиков ТДЛ (см. рис.8.1).

Рис 8.2 Алгоритм управления автоматической водоотливной установкой при постоянно открытых задвижках.

8.3 Автоматическое регулирование режима работы водоотливных установок

Дальнейшее повышение эффективности работы водоотливных установок может быть достигнуто при создании систем, обеспечивающих регулирование производительности насосов по заданному алгоритму или перевод их на непрерывную откачку воды (работа на "приток"). При этом:

сокращается необходимая емкость водосборников на 30-50%;

сокращается на 35-75% мощность электродвигателей насосных агрегатов и появляется возможность применять меньшие по производительности насосы;

повышается безотказность работы водоотливной установки, гак как примерно 60% отказов возникают в момент пуска насосов;

уменьшаются затраты на водоотлив за счет интенсивной откачки воды в часы минимума энергопотребления, когда тариф за электроэнергию минимален.

Автоматическое регулирование производительности центробежных насосов может производиться путём изменения окружной скорости рабочего колеса и без её изменения.

Функциональная схема САУ водоотливной установкой при использовании регулируемого привода в целях стабилизации уровня воды в водосборнике показана на рис.8.3.

Рис.8.3 Функциональная схема САУ стабилизацией уровня воды в водосборнике.

Объект регулирования в САУ водоотливной установкой - водосборник В, а его выходной параметр - уровень воды Н, который необходимо поддерживать постоянным путем изменения производительности Qн насоса Н. Возмущающее воздействие в этой системе - приток воды Qпр. Дифференциальное уравнение такого объекта:

,

где dH/dt - скорость изменения уровня воды в водосборнике, м/с;

Qпр - приток воды, м3/с; kВ = 1/F - передаточный коэффициент объекта (F - площадь водосборника, м2); Qн - производительность насоса, м3/с.

Следовательно, объект представляет собой астатическое звено первого порядка, передаточная функция которого:

.

Насос характеризуется угловой скоростью рабочего колеса на входе и производительностью Qн на выходе. Он может быть представлен апериодическим звеном первого порядка с передаточной функцией:

.

Угловая скорость рабочего колеса насоса меняется путем изменения частоты f напряжения, питающего электродвигатель насоса. Регулирование этой частоты в САУ осуществляется тиристорным преобразователем частоты ТПЧ, сигнал управления на который подаётся от блока управления БУ. Измерение выходного параметра объекта Н производится датчиком уровня ДУ. Знак и уровень сигнала рассогласования U между фактическим Uф и заданным Uз значениями уровней определяет характер выходного сигнала блока управления БУ. Сигналы Uз и Uф соответственно пропорциональны Нз и Нф. Для получения непрерывного сигнала Uф используются индуктивные и реостатные датчики с поплавковым чувствительным элементом, а также другие типы уровнемеров.

Данный способ регулирования производительности насосов наиболее эффективен по сравнению с другими.

В зависимости от постановки задачи при автоматическом регулировании производительности насосных агрегатов могут быть реализованы различные алгоритмы управления: поддержание постоянного уровня воды в водосборнике; изменение уровня воды по заданной программе; выравнивание нагрузки на шинах шахтной подстанции.

9. Автоматизация компрессорных установок

9.1 Регулирование производительности компрессорных установок

Основная задача регулирования режима работы компрессорных агрегатов и станций состоит в поддержании постоянного заданного давления сжатого воздуха в пневмосети путем изменения производительности компрессоров соответственно потреблению сжатого воздуха. В общем случае такое регулирование может быть осуществлено воздействием на коммуникации, компрессор или его привод. Ниже рассматриваются основные применяемые и перспективные способы регулирования производительности компрессоров.

Регулирование перепуском с нагнетания на всасывание, применяемое на поршневых компрессорах, заключается в переводе компрессора на холостой режим работы путем соединения нагнетательной полости каждого цилиндра с полостью всасывания посредством байпаса-трубопровода, снабженного вентилем (клапаном, задвижкой), управление которым может осуществляться вручную или автоматически. Этот способ по характеру регулирования ступенчатый; он обычно применяется при пуске и останове компрессора. Использовать его для регулирования производительности компрессора при работе нецелесообразно вследствие неэкономичности.

Регулирование дросселированием на всасывании предусматривает установку во всасывающем трубопроводе управляемого дросселирующего устройства (заслонки). Уменьшая проходное сечение дросселя, увеличивают его сопротивление и снижают давление воздуха, поступающего в первую ступень компрессора. При плавном изменении давления воздуха также плавно изменяется производительность компрессора. Такой способ регулирования производительности является основным для турбокомпрессоров (его применение на поршневых компрессорах ограничено повышением температуры сжатого воздуха до опасного для смазочных масел значения). Он прост в реализации, но неэкономичен.

Наиболее распространено для поршневых компрессоров регулирование отжимом всасывающих клапанов. Сущность этого способа заключается в следующем: всасывающие клапаны обеих ступеней удерживаются в открытом состоянии, поэтому сжатие в полости цилиндров прекращается и подача становится равной нулю. Полный отжим всасывающих клапанов для компрессоров двойного действия позволяет получить три ступени регулирования производительности: 100% - без отжима клапанов; 50% - при открытии всасывающих клапанов передней полости цилиндра низкого давления и задней полости цилиндра высокого давления; 0% - при открытии всех всасывающих клапанов обеих ступеней.

Более экономичен (по сравнению с отжимом всасывающих клапанов) способ регулирования производительности посредством подключения к цилиндру дополнительной емкости (мертвого пространства), применяемый на современных поршневых компрессорах. Сущность его состоит в том, что с увеличением объема мертвого пространства уменьшается объем свежего воздуха, засасываемого компрессором, так как воздух, ранее сжатый в мертвом пространстве, при всасывании расширяется и занимает часть полезного объема цилиндра.

Обычно регулирование производительности компрессора изменением мертвого пространства ступенчатое: к цилиндру компрессора с помощью управляемых клапанов подключают дополнительные объемы, представляющие собой отдельные полости, присоединенные к цилиндрам, или полости, расположенные непосредственно в корпусе цилиндров.

Наиболее эффективно и перспективно регулирование производительности компрессоров воздействием на их привод. Один из видов такого регулирования - периодические остановы компрессора, осуществляемые остановом двигателя или отсоединением компрессора от двигателя с помощью электромагнитных или гидравлических муфт. Регулирование производительности в обоих случаях ступенчатое. Регулирование остановом двигателя производится, как правило, на компрессорах с приводными двигателями мощностью до 300 кВт (производительностью до 50 м3/мин) и в сочетании с другими способами регулирования, например, со ступенчатым регулированием поршневых компрессоров подключением дополнительных мёртвых объёмов, а также при смешанном оборудовании компрессорной станции (турбо - и поршневые компрессоры). В последнем случае основное регулирование режима работы станции осуществляется плавным регулированием производительности турбокомпрессоров с последующим при необходимости отключением (включением) поршневых, а в некоторых случаях и турбокомпрессоров.

Плавное и экономичное регулирование производительности компрессора в широких пределах может быть обеспечено изменением частоты вращения с помощью регулируемого электропривода. При этом производительность изменяется пропорционально угловой скорости. Этот способ регулирования является перспективным для турбокомпрессоров. Для поршневых компрессоров производительностью до 50 м3/мин применение регулируемого электропривода пока не оправдано.

Автоматическое регулирование производительности компрессоров осуществляется в системах автоматической стабилизации давления сжатого воздуха. Такие системы могут быть дискретными и непрерывными и реализуются с помощью различных регуляторов общего назначения соответственно дискретного и непрерывного действия.

Если потребители сжатого воздуха при изменении нагрузки допускают отклонение давления от заданного значения в сравнительно больших пределах, то для регулирования режима работы компрессоров применяют простые двухпозиционные (релейные) регуляторы давления, воздействующие на исполнительные органы для ступенчатого изменения их производительности. Когда по условиям технологического процесса требуется высокая точность поддержания давления при широком диапазоне расхода сжатого воздуха, используются более сложные регуляторы непрерывного действия, плавно изменяющие производительность компрессоров.

Дискретные системы регулирования применяются на поршневых компрессорах. Они, как правило, реализуются на основе электроконтактных манометров ЭКМ. - 1У, воздействующих на электромагнитные клапаны, с помощью которых подсоединяются дополнительные мёртвые объёмы.

Системы непрерывного действия преимущественно применяются на турбокомпрессорах. Они строятся на основе гидравлических и электрических ПИ-регуляторов.

На рис.9.1 представлена функциональная схема системы автоматического регулирования (системы стабилизации) давления сжатого воздуха в коллекторе, имеющая регулятор непрерывного действия. Объект регулирования - компрессор с воздухосборником Л'-В, регулируемая величина - давление р воздуха, которое должно поддерживаться постоянным с допустимой погрешностью. Сигналы ХЗ задатчика 3 и ХД датчика давления ДД, представляют собой перемещения или напряжения (в зависимости от типа регулятора), пропорциональные заданному рз и фактическому р давлению воздуха. Пропорционально-интегральный регулятор ПИ-Р воспринимает разность Х=Хз - ХД и управляет положением регулирующего органа (заслонки), компенсируя главное возмущающее воздействие - расход воздуха Qр путём установления производительности компрессора, равной существующему в данный момент расходу. Компрессор с выходными емкостями как объект регулирования может быть представлен приближенно апериодическим звеном с передаточной функцией

,

где ko, Тo - передаточный коэффициент и постоянная времени объекта.

ПИ-регулятор обеспечивает устойчивое астатическое регулирование производительности компрессора, поддерживая с высокой точностью давление на заданном уровне.

Рис.9.1 Функциональная схема системы автоматического регулирования давления

9.2 Автоматизация компрессорных агрегатов и станций

Современные рудничные компрессоры в качестве привода имеют синхронные двигатели, скорость которых не регулируется.

Автоматическая система компрессорного агрегата с нерегулируемым электроприводом может быть представлена схемой, показанной на рис.9.2

Система содержит: датчики Д давления сжатого воздуха и теплотехнических параметров контроля агрегата (температуры, давления, расхода, уровня, положения задвижек, клапанов, заслонок и др.); электропривод компрессора ЭП (синхронный двигатель с возбудителем и пусковым устройством); исполнительный механизм ИМ, управляющий положением органа регулирования (клапанов, дроссельной заслонки) производительности Qк компрессора; вспомогательные технологические механизмы ВМ (разгрузочный клапан, маслонасосы, задвижка водяного охлаждения, вентили продувки); аппаратуру управления и регулирования АУР, осуществляющую автоматическое управление компрессорным агрегатом; пульт оператора (диспетчера) ПО с органами задания и контроля режимов работы агрегата.

Коллектор нагнетания сжатого воздуха

Рис.9.2 Функциональная схема автоматической системы компрессорного агрегата с нерегулируемым электроприводом.

Аппаратура автоматики, поставляемая комплектно с компрессором, обеспечивает:

автоматическое программное управление пуском и остановом компрессорного агрегата (включение и отключение в заданной последовательности вспомогательных механизмов и двигателя компрессора);

автоматический контроль режимов работы агрегата;

автоматическое регулирование производительности компрессора для поддержания заданного давления сжатого воздуха в коллекторе компрессорной станции;

автоматическую защиту электропривода компрессора (от асинхронного режима работы синхронного двигателя, короткого замыкания, перегрузки и др.), а также защиту, приводящую к отключению компрессора при верхнем пределе давления сжатого воздуха в ступенях сжатия, превышении температуры масла в системе смазки, прекращении потока охлаждающей воды и других нарушениях нормального режима работы агрегата;

сигнализацию на пульте оператора - световую о нормальной работе агрегата, световую и звуковую об аварийном отключении компрессорного агрегата.

Отклонение контролируемых параметров от заданных значений указывает на ненормальные или нерациональные режимы работы систем агрегата, а в ряде случаев может привести к аварии.

Критическим параметром безопасной работы компрессорного агрегата является температура воздуха. Перегрев воздуха особенно опасен для поршневых компрессоров, в которых смесь масла с воздухом при перегреве способна детонировать. Для контроля температуры применяют контактные термометры, термометры сопротивления, терморезисторы, манометрические термометры, термопары и др.

К числу важнейших параметров, характеризующих работу компрессора, относится производительность, контроль расхода воздуха и сравнение его с расходом электрической энергии позволяет оценить эффективность работы отдельных компрессоров и системы пневмоснабжения в целом. Расход воздуха Qр определяется обычно путем измерения перепада давления на дроссельном устройстве (сопло, диафрагма), установленном на трубопроводе, в соответствии с уравнением:

,

где k - расчетный коэффициент; р = р1 - р2 - перепад давления на дроссельном устройстве, измеряемый дифференциальным манометром.

Для контроля производительности компрессоров преимущественное распространение получили дифманометры и дифтягомеры ДМ, ДТ2 мембранные с дифференциальными трансформаторами, работающие с автоматическими вторичными приборами, например с приборами КСД-3.

В настоящее время наиболее перспективны для контроля расхода воздуха в пневмосети и компрессорной станции мембранные электрические дифманометры ДМЭ.

Для автоматизации шахтных компрессорных станций, оборудованных турбо - и поршневыми компрессорами, разработана унифицированная аппаратура автоматизации УКАС, основная задача которой - повысить эффективность работы автоматизированных компрессорных станций, производства и использования пневмоэнергии в результате:

применения регулируемого привода для управления режимом работы турбокомпрессоров изменением их угловой скорости;

автоматического регулирования (стабилизации) давления в коллекторе компрессорной станции;

расширения объема информации, передаваемой диспетчеру, и. обеспечения тем самым возможности работы компрессорной станции без постоянного присутствия обслуживающего персонала;

построения аппаратуры по блочно-модульному принципу с использованием герконовых реле и бесконтактных элементов, а в перспективе интегральных микросхем.

В состав аппаратуры УКАС входят:

щит управления турбокомпрессорным агрегатом УКАС-А (один на агрегат);

щит управления поршневым компрессорным агрегатом УКАС-ПА (один на агрегат);

пульт оператора (один на агрегат);

щит управления компрессорной станцией УКАС-С (один на станцию из восьми агрегатов);

тиристорное ТЕ-8 или бесщёточное БВУ возбудительное устройство (одно на агрегат);

первичные приборы теплотехнического контроля, устанавливаемые на компрессорном агрегате.

Регулирование режима работы компрессорной станции (обеспечение равенства производства и расхода сжатого воздуха) с целью поддержания заданного давления при параллельной работе нескольких компрессоров достигается как автоматическим поочередным регулированием производительности отдельных компрессоров, так и изменением числа одновременно работающих компрессоров (включением и отключением приводов).

Функциональная схема системы автоматического управления компрессорной станцией приведена на рис.9.3 Блок БКА определяет последовательность автоматического включения, регулирования и останова агрегатов станции в соответствии с выбранными на пульте оператора номерами головного (включаемого первым), рабочих и резервных агрегатов.

Блок РД состоит из двух регуляторов давления РПИБ - рабочего и резервного, включаемого при неисправности работающего. Регулятор давления обеспечивает регулирование режима работы всех компрессоров станции для поддержания заданного давления сжатого воздуха в ее коллекторе. При отклонении давления воздуха р в пневмосети от заданного значения рз выше допустимого по сигналу регулятора РД блок ЗРП задает АУР программу индивидуального управления очередным компрессорным агрегатом. Аппаратура АУР обеспечивает управление, технологические защиты и регулирование производительности агрегата.

Рис.9.3 САУ компрессорной станции на базе аппаратуры УКАС: БКА - блок задания команд и адресов программы; ЗРП - задатчик-распределитель программы работы станции; КА1-КА8 - компрессорные агрегаты; АУР1-АУР8 - аппаратура управления и регулирования агрегатов; Д1-Д8 - датчики теплотехнических параметров агрегатов; Д - датчик давления сжатого воздуха в пневмосети; РД - регулятор давления; КС - коллектор станции.

10. Автоматизированные системы управления технологическими процессами на горных предприятиях

10.1 Принцип функционирования АСУ

Под автоматизацией управления понимается замена физического и умственного труда человека, затрачиваемого на управление работой технических средств.

Автоматизация управления предприятием может осуществляться двумя методами. Первый метод заключается в разделении всей совокупности проблем управления предприятием на обособленные задачи, которые изучаются и решаются отдельно, не будучи связанными со смежными задачами. Решения, найденные для других задач, при этом во внимание не принимаются.

Задачи могут решаться в определенной логической последовательности или параллельно, в зависимости от существующих ограничений экономического, технического или организационного характера. Достоинства метода заключаются прежде всего в том, что автоматизация управления по отдельным задачам не вызывает необходимости глубокого изменения структур в системе управления. Задачи управления зачастую и выбираются так, чтобы их автоматизация не затрагивала общей структуры существующих подразделений предприятия.

Метод позволяет подразделить совокупность процедур управления предприятием на такое число задач, которое ограничивается только условием достижения наилучшего результата. Поэтому выделяются и решаются в первую очередь те задачи и в таком объеме, чтобы их решение было связано с получением прямых положительных результатов.

Такие ограничения в количестве и объеме автоматизируемых задач управления неизбежно повышают эффективность автоматизации. Преимущества метода проявляются и в самой организации решения задач автоматизации управления. Каждая задача решается одним коллективом разработчиков, который специализирован на задачах (или на одной задаче) такого типа. Отпадает необходимость работ по увязке многочисленных задач управления в единую систему. Существуют возможности оценки затрат на разрабатываемую задачу, в частности, затрат машинного времени, что позволяет точно определять расходы на ее решение.

С помощью этого метода разработчики могут тесно сотрудничать с теми подразделениями предприятия, которые наиболее заинтересованы в автоматизации решения конкретных задач, что повышает качество и эффективность разработки.

Основной недостаток метод - трудность сопряжения разработанных в отдельности задач, обеспечения взаимного обмена и координации при их эксплуатации. Большие трудности связаны с расширением задач, функционирующих изолированно друг от друга. Приходится существенно перерабатывать информационное и математическое обеспечение. В большинстве случаев речь идет практически о новом решении уже рассчитанной задачи.

Недостаток метода проявляется также в слабом влиянии на совершенствование структуры управления предприятием. Автоматизация управления предприятием обычно создает благоприятные возможности для модернизации самой структуры управления и сопровождается ее существенной перестройкой. Эти возможности в данном случае практически не реализуются.

Решение отдельных задач управления предприятием связано с использованием в разных задачах одной и той же информации в различных сочетаниях исходных показателей. Это приводит к появлению избыточных массивов данных, равно как и процедур их обработки.

Из приведенной характеристики метода можно сделать вывод, что его использование не позволяет обеспечить системное решение проблемы автоматизации управления предприятием как единым технологическим, организационным и экономическим механизмом и это является главным недостатком метода.

Второй метод - системный - заключается в автоматизации системы управления предприятием, т.е. управления по принципу системного подхода. Потоки данных всех видов, используемых в управлении, образуют сложную информационную систему. Для автоматизации ее функционирования необходимо:

а) дать описание информационной системы предприятия (отрасли);

б) разделить систему на информационные подсистемы;

в) разработать автоматизированные информационные подсистемы с учетом их взаимосвязей;

г) создать автоматизированную систему управления путем соединения отдельных информационных подсистем.

Здесь важна совместимость информационных подсистем, которая достигается путем создания некоторых общих массивов информации и обеспечения обмена информацией между различными подсистемами.

Автоматизация управления по системному методу обеспечивает интеграцию управления предприятием. Это всегда приводит к необходимости значительного изменения существующей структуры управления предприятием, так как применяются некоторые общие для всех подразделений массивы информации и однократная регистрация данных, используемых различными подразделениями.

К недостаткам метода относятся:

большая трудоемкость и длительность создания автоматизированной системы управления;

необходимость изменения сложившейся структуры управления предприятием даже в том случае, если существующая структура достаточно эффективна;

высокая стоимость автоматизированной системы управления и трудность точного определения экономического эффекта.

Таким образом, автоматизация управления по системному методу приводит к созданию автоматизированных систем управления.

Автоматизированная система управления - человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для организации управления в различных сферах человеческой деятельности.

В этом определении отражены две особенности, отличающие АСУ от САУ (системы автоматического управления). Первая заключается в том, что АСУ - человеко-машинная система. Здесь человек принимает основные решения, а ЭВМ отбирает и устраняет избыточную информацию, а также облегчает доведение принятых решений до исполнителя. Вторая особенность состоит в том, что в АСУ осуществляются автоматизированный сбор, обработка и хранение больших объемов информации. Поскольку информация и методы ее обработки в различных сферах деятельности человека характеризуются весьма широким спектром, в АСУ для обработки информации применяют универсальные ЭВМ, ориентированные на широкий класс задач и имеющие развитую систему команд, многоуровневую внешнюю память большого объема, систему разнообразных внешних устройств для ввода и отображения информации.

Важным отличием АСУ от САУ является время реакции на поступающие сообщения, которое может исчисляться часами, сутками и более продолжительными периодами, т.е. система работает в режиме времени, отстающем от реального.

В рамках САУ роль человека сводится к контролю процесса управления и корректировке автоматически вырабатываемых решений в сложных ситуациях.

Автоматизированные системы управления классифицируются по ряду признаков.

По уровню управления.

Общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации (ОГАС) предназначена для сбора и обработки информации и решения задач управления на уровне общегосударственных органов.

Отраслевая автоматизированная система управления (ОАСУ) решает задачи управления на уровне отраслевых министерств и ведомств, а территориальная АСУ-на административно-территориальном уровне (республики, края, области, района, города).

АСУ производственным объединением (АСУ ПО) служит для решения задач управления производственным объединением, а АСУ предприятия (АСУП) - для решения задач управления предприятием и объединением.

Перечисленные АСУ функционируют как автономно, так и в составе АСУ более высокого уровня.

По характеру объекта управления.

Автоматизированная система организационного управления (АСОУ) служит для управления всеми видами хозяйственной деятельности людей. Подобные системы называют также экономико-организационными АСУ, поскольку управление хозяйственной деятельностью осуществляется экономическими и организационными методами.

Различают автоматизированные системы, управления технологическими процессами (АСУТП) и интегрированные АСУ (ИАСУ), предназначенные для управления хозяйственной деятельностью и технологическими процессами.

По роли человека в процессе управления.

Информационные АСУ обеспечивают сбор, обработку, хранение и выдачу информации о различных аспектах хозяйственной деятельности.

Советующие АСУ наряду с выполнением функций информационных АСУ подготавливают возможные варианты решений задач управления и выдают справки по запросу.

Управляющие АСУ предназначены для оперативного управления производством и технологическими процессами, когда требуется высокая частота выдачи управляющих воздействий. В этих системах формируются управляющие воздействия и роль человека сводится к принятию наиболее важных решений, а также к контролю процесса управления.

По функциональному назначению выделяются автоматизированные системы, предназначенные для решения родственных, однородных функциональных задач управления. Таких систем достаточно много, наиболее типичные из них: АСУ планированием, АСУ материально-техническим снабжением, АСУ качеством продукции, АСУ финансовой деятельности, АСУ транспортом.

10.2 Общая характеристика ОГАС, ОАСУ, АСУП, АСУТП

Общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации представляет собой информационно-вычислительную систему, увязывающую на единой методологической, информационной, организационной и технической основе отраслевые, ведомственные и республиканские АСУ для решения задач планирования и управления народным хозяйством. Она включает следующие функциональные системы:

автоматизированную систему плановых расчетов (АСПР);

автоматизированную систему государственной статистики (АС ГС);

автоматизированную систему финансовых расчетов (АСФР);

автоматизированную систему управления наукой и техникой (АСУНТ);

автоматизированную систему управления материально-техническим снабжением (АСУМТС);

автоматизированную систему труда и заработной платы (АСТЗ);

автоматизированную систему управления строительством (АСУС);

автоматизированную систему обработки информации по ценам (АСОИЦ);

автоматизированную информационно-управляющую систему стандартизации (АИУС);

отраслевые автоматизированные системы управления министерств и ведомств (ОАСУ).

Структура ОГАС отражает особенности отраслевого и территориального принципов управления, характерных для народного хозяйства страны.

Цель ОАСУ - организация управления предприятиями отрасли административными и экономико-математическими методами.

Отраслевая система управления осуществляет вычислительную и логическую обработку поступающей от предприятий информации и своевременно обеспечивает работников отраслевого аппарата управления информацией, необходимой для принятия решений по увеличению выпуска продукции и улучшению ее качества.


Подобные документы

  • Предпосылки появления системы автоматизации технологических процессов. Назначение и функции системы. Иерархическая структура автоматизации, обмен информацией между уровнями. Программируемые логические контролеры. Классификация программного обеспечения.

    учебное пособие [2,7 M], добавлен 13.06.2012

  • Системы обеспечения микроклимата как объекты автоматизации. Звено автоматизированной системы. Переходные процессы в системах автоматического регулирования. Динамические характеристики звеньев. Передаточная функция параллельно соединенных звеньев.

    реферат [1,1 M], добавлен 04.08.2009

  • Понятие автоматизации, ее основные цели и задачи, преимущества и недостатки. Основа автоматизации технологических процессов. Составные части автоматизированной системы управления технологическим процессом. Виды автоматизированной системы управления.

    реферат [16,9 K], добавлен 06.06.2011

  • Принципы управления производством. Определение управляющей системы. Типовые схемы контроля, регулирования, сигнализации. Разработка функциональных схем автоматизации производства. Автоматизация гидромеханических, тепловых, массообменных процессов.

    учебное пособие [21,4 K], добавлен 09.04.2009

  • Общие подходы к созданию гибких производственных систем. История развития, основные преимущества, структура и составные части гибких производственных систем. Система обеспечения функционирования и управления. Оборудование для изготовления заготовок.

    реферат [465,7 K], добавлен 30.03.2013

  • Определение параметров автоматизации объекта управления: разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления, моделирование процессов управления, определение показателей качества, параметры принципиальной электрической схемы.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 18.09.2009

  • Реализация современных разделяемых технологий, проведение разработки и внедрения автоматизации существующих производственных линий, оснащенных устаревшими системами управления автоматической работой и учета результатов труда на пивоваренном заводе.

    дипломная работа [1,2 M], добавлен 03.12.2012

  • Значение автоматизации для увеличения эффективности производства. Комплексная автоматизация процессов химической технологии. Регулятор, расчет его настроек и выбор типового переходного процесса. Система автоматического управления по программе SamSim.

    курсовая работа [536,7 K], добавлен 10.03.2011

  • Понятие и роль автоматизации производства на химических предприятиях. Разработка системы оптимального управления паровым котлом: описание схемы автоматизации, обоснование контура регулирования, подлежащего расчету. Моделирование схемы регулирования.

    дипломная работа [7,2 M], добавлен 14.08.2011

  • Структурная схема управления и контроля очистных сооружений. Функциональная схема автоматизации. Техническая характеристика измерительного преобразователя Сапфир 22ДД. Принцип действия преобразователей Ш78 и Ш79. Анализатор остаточного хлора АХС-203.

    курсовая работа [252,1 K], добавлен 13.08.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.