Скиповой электропривод

1330

ГОСТ

7668-80

Погонная масса хвостового каната, кг

кг.

Параметры каната указаны в табл.15

Таблица 15 - Параметры хвостовых канатов

Тип каната	плоский
Количество канатов	2
Ширина X толщина, мм	181 X 30
Линейная масса каната, кг/м	16,8



Проверка по запасу статической прочности:

. (2.6)

.

Проверка по коэффициенту безопасности:

.(2.7)

.

Число подъемов в час

, 1/час (2.8)

1/час.

Время полного цикла подъема

,с (2.9)

с.

Время движения в цикле подъема, с

,с,(2.10)

где - пауза в цикле подъема,

5 + 0,5 Q = 5 + 0,5 30 = 20 с,

с.

Средняя скорость движения подъемного сосуда

, м/с, (2.11)

м/с.

Ориентировочное значение максимальной скорости

, м/с, (2.12)

, м/с.

Ориентировочная мощность подъемного двигателя

,(2.13)

где - коэффициент, учитывающий динамику подъема, = 1,1,

K - коэффициент шахтных сопротивлений, K = 1,15,

- к.п.д. редуктора, =1 для безредукторного привода с тихоходным двигателем.

кВт.



7.3 Выбор подъемной машины

Диаметр барабана подъемной машины, м

,(2.14)

где C - коэффициент, зависящий от типа подъемной машины, для многоканатного подъема с отклоняющими шкивами C = 95.

dК - диаметр каната, мм.

мм.

Максимальное усилие на загруженной ветви, кН

,(2.15)

кН.

Усилие на порожней ветви, кН

, (2.16)

кН.

Максимальная разность напряжений ветвей, кН

кН.

Параметры подъемной машины указаны в табл.16



Таблица 16 - Параметры подъемной машины

Типоразмер	ЦШ 5 X 4
Диаметр канатоведущего шкива, м	5
Ширина канатоведущего шкива, м	1
Диаметр отклоняющего шкива, м	3
Количество подъемных канатов	4
Статическое натяжение канатов, кН (не более)	1450
Разность статических натяжений, кН (не более)	350
Передаточное число редуктора	-
Скорость подъема (не более)	16
Момент инерции машины, кг м2	156250
Момент инерции отклоняющего шкива, кг м2	12520
Угол охвата канатов, рад	3,5

Ориентировочный выбор двигателя.

Скорость движения сосуда при вращении барабана с угловой скоростью n = 1 об/с:

,м/с (2.17)

м/с.

Угловая скорость вращения вала двигателя при V=VMAX.ОР

,об/мин (2.18)

об/мин.

Так как применяется безредукторный привод, то частота вращения барабана равна частоте вращения вала двигателя.

об/мин.



м/с.

Принимаем двигатель со следующими параметрами табл. 17:

Таблица 17 - Параметры электродвигателя

Тип	П2Ш-800-256-7КУХЛ4
Номинальная мощность, кВт	4320
Номинальная частота вращения, об/мин	45
Момент инерции ротора, кг м2	65750
Перегрузочная способность,	2
Номинальный КПД	0,90

7.4 Расчет статических сопротивлений

Статическое сопротивление можно определить по следующей формуле:

,(2.19)

где k - коэффициент, учитывающий вредные сопротивления, для скипов k = 1,15.

Так как в уравновешенной системе масса хвостовых канатов равна массе головных, то формула (2.19) упрощается, а статические усилия постоянны и не зависят от x:

, (2.20)

кН.

7.5 Расчет тахограммы движения подъемных машин

Тахограмма подъема состоит из семи участков (периодов) и имеет вид, показанный на рис. 3

Рис. 3 Тахограмма подъема

1-й и 7-й период

Принимаема1 = 0,3 м/с2, h1 = 0,6 м, тогда:

с.

м/с.

2-й и 6-й период

м.

с.

3-й и 5-й период

Принимаем а3 = 0,75 м/с2; V4 = Vмах = 11,35 м/с



с.

м.

4-й период

V4 = Vmax = 11,35 м/с2.

м.

с

с

c

Параметры кинематики подъема табл.18

Таблица 18 - Параметры кинематики подъема

Период	1	2	3	4	5	6	7
Время, с	2	5,8	14,9	91,7	14,9	5,8	2
Ускорение, м/с2	+0,3	0	+0,75	0	-0,75	0	-0,3
Скорость, м/с	00,6	0,6	0,611,78	11,78	11,780,6	0,6	0,60
Расстояние, м	0,6	3,5	83,3	1080,2	83,3	3,5	0,6

7.6 Динамика подъема

Приведение масс.

Под приведением масс понимается сведение всех подвижных масс системы к массе материальной точки, расположенной наперед заданном месте этой системы, энергия которой равна кинетической энергии реальной системы.

.(2.21)

К поступательно движущимся элементам в системе относятся: груз, подъемные сосуды, канаты. К вращательно движущимся элементам относятся: ротор двигателя, подъемный сосуд, отклоняющие шкивы.

Для поступательно движущихся элементов системы:

.(2.22)

Разделив (2.22) на V2 / 2получим:

. (2.23)

Для вращательно движущихся элементов системы:

. (2.24)

Так как =V/R, то:

, (2.25)

. (2.26)

Приведенная масса, кг:



, (2.27)

кг.

Расчет диаграммы движущих усилий:

Период 1 кН.

Период 2 кН.

Период 3 кН.

Период 4 кН.

Период 5 кН.

Период 6 кН.

Период 7 кН.

Данные диаграммы движущих усилий табл.19

Таблица 19

Период	Время, t,c	Путь,h, м	Скорость,V, м/с	Ускорение,a, м/с2	Усилие,кН
1	2	0,6	0,6	+0,3	358,2
2	7,8	4,1	0,6	0	298,66
3	22,7	87,4	11,78	+0,75	447,7
4	114,4	1167,6	11,78	0	298,66
5	129,3	1250,9	0,6	-0,75	149,8
6	135,1	1254,4	0,6	0	298,66
7	137,1	1255	0	-0,3	239,1

Диаграмма усилий



Рис. 4 Диаграмма усилий

1.7 Проверка двигателя по эффективному усилию

Для n-периодной тахограммы эффективное усилие определяется по формуле:

,кН(2.28)

гдеn - число периодов в тахограмме,

Fi - усилие на i-ом периоде,

ti - длительность i-ого периода.

для периодов с неустановившимся движением определяется:

.кН(2.29)

для периодов с установившимся движением определяется:

.кН (2.30)

Эффективное время для двигателей с принудительным охлаждением равно времени цикла подъема:

.с (2.31)

с.

Для расчетной нагрузочной диаграммы по ф. (2.30) и (2.31):

Эквивалентное усилие, кН:

кН.

Мощность двигателя (окончательно), кВт:

. кВт (2.32)

кВт.

Проверка двигателя по перегрузке:

,(2.34)

гдеk = 1,0 для двигателя постоянного тока,

- перегрузочная способность выбранного двигателя.

.



8. Электропривод подъемной машины

8.1 Техническое задание на дипломный проект “Модернизация системы управления электроприводом и автоматики скипового подъема в условиях шахты «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь»”

1. Назначение и область применения:

Электропривод предназначен для скиповой подъемной установки со следующими параметрами

1.1. Общие данные подъемной установки:

1.2. Характеристика оборудования подъемной установки:

Подъемный сосуд Тип подъемного сосуда……………………………………... Полезная емкость подъемного сосуда……………………... Грузоподъемность…………………………………………… Масса подъемного сосуда…………………………………... Время загрузки / разгрузки…………...……………………. Канаты Количество подъемных канатов……………………………. Количество уравновешивающих канатов……………….…. Статическое уравновешение………………………………... Параметры подъемного каната: тип каната…………………………………………….. ГОСТ………………………………………………......	скип 2СН35-2 35 м3 30000 кг 30300 кг 18 с 4 2 равновесный хвостовой канат ЛК-РО 7668-80 46,5 мм 8,4 кг/м
диаметр каната………………………………………… линейная масса каната………………………………... суммарное разрывное усилие………………..……… Параметры уравновешивающего каната:	1330 плоский 2688-80 181 х 30 мм 16,8 кг/м
тип каната………………………..……………………. ГОСТ…………………………………………….. ширина X толщина…………………………………… линейная масса………………..……………………….…… Шахтное оборудование Число площадок: наверху…………………………………………….…
внизу………………………………….……………………. Тип проводников………………………………………….. Расположение проводников……………………………………………… Направляющие…………………………………………….
Характеристики машины Тип машины………………………….……………………. Диаметр канатоведущего шкива…………………………. Диаметр отклоняющего шкива……………...…………… Расстояние между осями сосудов………………………... Коэффициент трения канатов о футеровку……………… Место установки машины………………………………...	ЦШ-5x4 5 м 3 м
	4320 кВт 45 об/мин 1 930 В 6 кВ, 220/380 В - 220 В 50 Гц
	не лимитируется 1150 МВА влажная, не опасная по пыли и газу сухая, не опасная по пыли и газу автоматический ручной
Подъемный двигатель Тип двигателя……………………………………………… Мощность электродвигателя………………………………... Номинальная частота вращения……………………………. Количество рабочих электродвигателей…………………… Напряжение: двигателя……………………………………………….	1 (+18,6 м) 1(-995,5 м) канатные (52 мм, ГОСТ 7669) двухстороннее скольжения
Сети…………………………………………………. цепи защиты…………… Частота сети переменного тока……………………………... Допустимая величина пускового тока (исходя из возможностей энергосистемы)…………………………… Мощность к. з. от энергосистемы на шинах питающей подстанции……….……………………………………………... Среда, которой работает аппаратура на приемных площадках……………………………………………………….	2680 мм 0,3 на башенном копре П2Ш-800-265-7КУХЛ4
Среда, в которой работают электрические машины…………. Вид управления: подъем груза……………………….……………………. ревизия ствола…………………………………...

1.3. Технические параметры подъемной установки:

Время цикла подъема…………………………………………... Время движения в цикле подъема………………………………. Число циклов в час……………………….……………………. Максимальная скорость подъема….………………………….. Скорость при ревизии…………………….……………………. Скорость дотягивания...………………………………………... Основное ускорение……….………………………………… Основное замедление…………………………………………… Ускорение трогания (замедления)…………….……………….	171,5 с 151,5 с 21 11,35 м/с 0,2 м/с 0,6 м/с 0,75 м / с2 0,75 м / с2 0,30 м / с2

1.4 Технические параметры электропривода

Тип электропривода…………………………………… Диапазон регулирования скорости…………………… Тип двигателя……………………………….…………………… Преобразовательный агрегат.……………………… Напряжение питания: преобразователя цепи якоря…………………… преобразователя цепи возбуждения………………. цепей управления…………………………………...	постоянного тока по системе ТП-Д 1:100 П2Ш-800-265-7КУХЛ4 SIMOREG DC-MASTER 6RA70 950 В 220 В -220В

2. Основание для проведения разработки

Проектируемая система электропривода и автоматизации предназначена для замены существующей системы электропривода и автоматизации скипового подъема шахты «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь», при этом:

а) Проектируемый электропривод по системе ТП-Д обеспечивает задание программы изменения скорости подъема, что обеспечивает точное соответствие скорости подъема расчетной тахограмме в каждый момент времени, независимо от загрузки скипов, что при ручном управлении не достижимо. За счет чего увеличивается производительность подъема (уменьшается время цикла подъема по сравнению с работой при ручном управлении) и сокращается расход электроэнергии (диаграмма скорости и мощности всегда соответствуют расчетным).

б) Система автоматизации обеспечивает подачу сигнала на начало нового цикла подъема по истечению заданного промежутка времени при условии, что операции загрузки/разгрузки скипов завершены, при этом обеспечивается синхронизация работы механизмов и сокращается время паузы в цикле подъема.

в) Осуществляется автоматический контроль и запись параметров работы подъемной установки и комплексов загрузки и разгрузки, что позволяет исключить работу системы в аварийном режиме и упрощает поиск и ликвидацию неисправностей.

3. Цель и назначение разработки

Цель разработки - улучшение технико-экономических показателей работы подъемной установки за счет применения современных методов управления технологическими процессами, а также использования новейших технических средств автоматизации.

4. Технические требования

4.1. Требования к системе автоматического управления:

Диапазон регулирования скорости…………………………. Допустимое отклонение скорости: при максимальной скорости………………….……………… при дотягивании……………………………….……………... Допустимое отклонение положения подъемного сосуда при остановке………………………………………………………... Время переходного процесса………..…..……………………..	1:100 2 % 10 % 300мм не более 1 с



4.2. Посты управления:

4.2.1. Станция оператора подъема.

4.2.2. Пост управления узла загрузки

4.2.3. Пост управления узла разгрузки

4.2.5. Пост управления на крыше скипа (используется при ревизии ствола)

4.2.6. Выносные пульты управления на верхней и нижней приемной площадках.

4.3. Режимы работы

4.3.1. Автоматический режим 1 (автоматическое задание скорости системой управления, сигнал начала нового цикла формируется системой управления).

4.3.2. Автоматический режим 2 (автоматическое задание скорости системой управления, сигнал начала нового цикла подается оператором).

4.3.3. Ручное управление (задание скорости осуществляется оператором).

4.3.4. Режим ревизии ствола (скорость равна 0,3 м/с)

4.3.5. Режим тестирования (используется при проверке и настройке систем автоматизации).

4.4. Основные функции системы автоматизации.

4.4.1. Выбор режима работы.

4.4.2. Контроль готовности к пуску, с выдачей сообщении о блокировках, препятствующих пуску.

4.4.3. Автоматическое задание программы изменения скорости (режим «Автоматического управление 1,2»).

4.4.4. Автоматическое начало нового цикла подъема (режим «Автоматическое управление 1»).

4.4.5. Предпусковая сигнализация.

4.4.6. Проверка соответствия скорости движения сосудов по заданию и остановка при выявлении несоответствия.

4.4.7. Контроль положения скипов с выдачей информации на пульт оператора.

4.4.8. Нормальная остановка скипов на заданных уровнях с заданной точностью.

4.4.9. Остановка системы с контролируемым торможением и запрет нового цикла с выдачей информации оператору при нарушениях в работе.

4.4.10. Контроль состояния каната с выдачей соответствующего сообщения при недопустимом износе.

4.4.11. Автоматическое включение предохранительного тормоза при появлении сигнала о срабатывании одной из защит.

4.5. Основные функции стволовой сигнализации:

4.5.1. Предварительная обработка и передача дискретной и аналоговой информации в виде кода о контролируемых параметрах от датчиков к системам управления, контроля и регистрации.

4.5.2. Передача информации между отдельными подсистемами автоматизации.

4.5.3. Передача сообщение между постами управления и связи (кодовая сигнализация) и дистанционное управление механизмами.

4.5.4. Передача информации системам высшего уровня шахты.

4.6. Виды защит:

4.6.1. Защита двигателей и преобразовательных агрегатов.

4.6.2. Неисправность в системах рабочего или предохранительного торможения.

4.6.3. недопустимый износ тормозных колодок.

4.6.4. Защита от отклонения скорости скипов более чем на 15% от заданной.

4.6.5. Защита от подъема сосуда на 0,5 м выше уровня приемной площадки.

4.6.6. Защита от провисания струны и напуска каната.

4.6.7. Защита от зависания скипа в любом месте ствола.

4.7. Виды блокировок:

4.7.1. Наличие аварийного останова на предыдущем цикле подъема.

4.7.2. Срабатывание защиты двигателя или преобразовательных агрегатов.

4.7.3. Срабатывание защиты загрузочных или разгрузочных механизмов, или отсутствие сигнала разрешающего пуск (операции загрузки/разгрузки не завершены)

4.7.4. Затвор одного из скипов не закрыт.

4.7.5. При аварийной остановке - снятие предохранительного тормоза, если рукоятка рабочего тормоза не находится в положении «Заторможено», а рукоятка управления - в нулевом положении.

4.7.6. Неисправность систем рабочего или предохранительного торможения.

4.7.7. Нажата кнопка «Запрещение подъема» на любом из постов управления.

5. Условия эксплуатации:

Диапазон температур…..……………………….……………… Относительная влажность.…………………………….……… Уровень запыленности (для помещения станции управления)………………………………………..……………. Категория помещения…………………………………………. Исполнение оборудования…………………………………….. Степень защиты оборудования (помещение станции управления) Степень защиты оборудования (оборудование в подземной части шахты)……	(-45, +55) 0С 80% при 250С 2 мг/м2 3 УХЛ IP 22 IP 54

6. Требования к надежности:

Коэффициент готовности………………………………………. Гарантийный срок эксплуатации……………………………… Среднее время между капитальными ремонтами……………..	0,98 26280 ч 65700 ч



7. Гарантии изготовителя:

Гарантийный срок службы………………………………………. Назначенный срок службы………………………………………. Минимальное время между капитальными ремонтами…………	4 год 20 лет 10-15

8.2 Выбор системы электропривода

На шахтных подъемных машинах (ШПМ) мощностью свыше 2500 кВт в настоящее время используют электропривод постоянного тока. В течение длительного времени наиболее совершенной системой электропривода постоянного тока для ШПМ являлся привод по системе Г-Д (генератор-двигатель). Система Г-Д обладает рядом достоинств, среди которых: хорошие регулировочные свойства, жесткость характеристик, возможность применения безредукторного привода с его технико-экономическими преимуществами, простота в эксплуатации, возможность рекуперации энергии в сеть при торможении, высокий коэффициент мощности при использовании синхронного сетевого двигателя.

Однако, систем Г-Д не лишена недостатков: суммарная мощность устанавливаемых машин в три раза превосходит мощность двигателя, требуемую для ШПМ; электромашинный агрегат имеет к. п. д. не более 80%, что снижает к. п. д. системы в целом.

Привод по системе ТП-Д (тиристорный преобразователь - двигатель) имеет существенные преимущества: унификация элементов схемы, малые габариты, более высокая надежность по сравнению с системой Г-Д, меньшее количество потребляемой энергии, высокое быстродействие систем управления и защиты.

В данном проекте рассматривается электропривод по системе ТП-Д с цифро-аналоговой системой автоматического регулирования, в которой контур тока реализован на аналоговых элементах, что обеспечивает необходимое быстродействие и динамические характеристики, а контур скорости - на базе микропроцессорных средств, что обеспечивает максимальную точность регулирования скорости. Дискретная часть системы управления: система защиты электропривода и блокировок, система выбора режима работы и система сигнализации также построены на базе средств микроэлектроники и микропроцессорной техники.

Функциональная схема проектируемого электропривода приведена на рис. 5 Силовая часть электропривода включает: двигатель постоянного тока Д, управляемый нереверсивный тиристорный преобразователь ТП1 в цепи якоря, , трансформаторы Тр1 и Тр2 и силовые выключатели А1, А2 и А3.

Рис. 5 Функциональная схема электропривода по системе ТП-Д

Д- двигатель постоянного тока

ОВ- обмотка возбуждения

ТП- тиристорный преобразователь

Тр1- питающий трансформатор

А1,А2- выключатели

ДС- датчик скорости вращения вала двигателя

ДТЯ- датчик скорости в цепи якоря

ПДС- преобразователь сигналов датчика скорости

РТЯ- регулятор тока в цепи якоря

РС- регулятор скорости

ЗИ- задатчик интенсивности

UЗС- сигнал задания скорости



8.3 Расчет силовой части электропривода и выбор оборудования

Выбор двигателя.

В главе Специальной части данного проекта в п. 1.3 был предварительно произведен выбор двигателя, а пункте 1.7 произведена проверка двигателя по эквивалентному усилию. Окончательно принимаем двигатель со следующими паспортными данными табл.20:

Таблица 20 - Номинальные параметры двигателя

Параметр	Значение	Единица измерения
Тип Номинальная мощность Номинальная скорость Напряжение якоря Ток якоря Напряжение возбуждения Ток возбуждения Номинальный момент Перегрузочная способность Момент инерции ротора КПД Ra La Rв Lв	П2Ш-800-256-7КУХЛ4 4320 45 930 5130 220 230 915 2 65750 0,90 0,02 0,0029 0,96 0,21	- кВт об / мин В А В А кН м кг м2 Ом Гн Ом Гн

Выбор тиристорных преобразователей.

Согласно схеме приведенной на рис. 5 в комплект электропривода входят тиристорный преобразователь ТП1.

Для цепи якоря Uн = 930 В, Iн = 5130 А, принимаем тиристорный преобразователь: со следующими параметрами табл21:



Таблица 21 - Параметры тиристорного преобразователя в цепи якоря ТП1

Тип агрегата	Напряжение якоря, В	Напряжение обмотки возбуждения, В	Номинальный ток, А
SIMOREG DC-MASTER 6RA70	950	220	2000

SIMOREG 6RA70 являются полностью цифровыми компактными преобразователями для подключения к сети переменного тока и служат для питания якоря и возбуждения приводов постоянного тока с изменяемой скоростью вращения. Диапазон номинального постоянного тока преобразователей простирается от 15 до 2000 А и может быть увеличен за счет параллельного включения преобразователей.

В данном проекте необходимо использовать три параллельно включенных тиристорных преобразователя. Силовая часть схемы подключения представлена на рис. 6.

Схема подключения

Рис. 6. Схема параллельного включения преобразователей SIMOREG

Схема управления представлена на рис.7



Рис. 7 Схема управления

Описание схемы.

Схема управления включает следующие цепи:

к клемме Х171 подключена кнопка пуск SB1. При нажатии на кнопку пуск, при наличие разрешающего сигнала от контроллера технологической защиты Siemens Simatic S7-300, напряжение 24В с клеммы 34 поступает на клемму 37 и происходит запуск привода.

К клемме Х174 подключается инкрементальный инкодер PSI503-67 используемый в качестве датчика скорости двигателя.

К клемме Х174 подключается датчик температуры двигателя.

От Х171 из контактов 46-47, при возникновении неисправности преобразователя, формируется сигнал низкого уровня, который поступает на дискретный вход контроллера Siemens Simatic S7-300 в модуль SM 321-1.

Для интеграции тиристорного преобразователя с контроллером технологических защит предусмотрено оснащение преобразователя коммуникационным модулем CBP2, который реализует интерфейс передачи данных Profibus-dp, при этом контроллер является ведущим , а преобразователь ведомым.

Для подключения к преобразователю сигналов, о положении скипа в стволе, поступающих от концевых выключателей предусмотрена плата расширения COD2. Концевые выключатели подключаются к клеммам 40-42 разъема Х163. При срабатывании концевого выключателя соответствующий контакт замыкается и напряжение питания с контакта 44 поступает на соответствующий дискретный вход преобразователя.

Переход между ступенями скорости производится автоматически при достижении скипа соответствующего положения.

Выбор преобразовательных трансформаторов.

Для питания тиристорных преобразователей принимаем трансформаторы табл22:

для ТП1: UВН = 6 кВ, UНН = 1050 В, Sн = 6300 кВА.

Таблица 22 - Параметры преобразовательного трансформатора ТР1

Тип	SН, кВА	UВН, В	UНН, В
ТСЗП-6300/6	6300	6000	1050

Выбор быстродействующего выключателя.

Принимаем быстродействующий выключатель постоянного тока (А2 на рис. 7.) со следующими параметрами 23:

Таблица 23 - Параметры быстродействующего выключателя

Тип	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А	Отключаемый ток, А	Время отключения, с
ВАБ-28-6000/30-ЛУ4	1650	6000	27000	0,02

Приведение момента нагрузки к валу двигателя

Так как применяется безредукторный привод, то приведение момента нагрузки к валу двигателя осуществляется :

.(2.60)

Для i-го периода диаграммы усилий:

.

Таблица 24 - Приведение момента нагрузки к валу двигателя табл.24

Период	1	2	3	4	5	6	7	пауза
t, c	0 2	2 7,8	7,8 22,7	22,7 114,4	114,4 129,3	129,3 135,1	135,1 137,1	137,1 156,5
M, кН м	895,5	746,8	1119,3	746,8	347,5	746,8	597,8	0

Диаграмма изменения момента нагрузки на валу двигателя рис. 8

Рис. 8 Диаграмма изменения момента нагрузки на валу двигателя

Приведение момента инерции системы к валу двигателя.

Зная приведенную массу системы (см. п. 1.6) суммарный момент инерции системы можно определить по формуле:

. (2.61)

кгм2



9. Система автоматического управления электроприводом подъемной машины

Структурная схема САР

Структурная схема системы автоматического управления электроприводом постоянного тока по системе ТП-Д с последовательной коррекцией приведена на рис. 9

Рис. 9 Структурная схема САУ электроприводом по системе ТП-Д

Система управления имеет три контура регулирования: контур регулирования тока якоря, контур регулирования скорости и контур регулирования тока возбуждения. Контуры регулирования тока якоря и скорости построены по принципу последовательной коррекции, то есть каждый контур отрабатывает одну крупную постоянную времени. Все регуляторы - пропорционально интегральные, с настройкой на технический оптимум.

Контуры регулирования токов якоря и возбуждения построены на аналоговых элементах (операционных усилителях), что обеспечивает быстродействие системы и необходимые динамические характеристики. Контур регулирования скорости, как и дискретная часть системы управления (система защиты, блокировок и выбора режима), построен на базе микропроцессорной техники, что обеспечивает:

точность задания скорости;

при необходимости, возможность изменения тахограммы движения программным путем;

реализацию режима автоматического управления подъемом без прямого участия оператора (при отсутствии аварийных ситуаций);

возможность непрерывного контроля всех параметров работы электропривода и ведения статистики их изменения;

интеграция с другими подсистемами автоматизации.

9.1 Расчет контура регулирования тока якорной цепи

Контур регулирования тока якоря содержит ПИ-регулятор, настроенный по принципу последовательной коррекцией, настройка контура тока осуществляется в режиме короткого замыкания. Структурная схема контура регулирования тока якорной цепи имеет вид рис 10:

Рис. 10 Структурная схема контура регулирования тока якорной цепи

Как видно из рис 10, в этом контуре регулирования тока имеется одна крупная постоянная времени - постоянная времени цепи якоря Та. При настройке контура на технический оптимум передаточная функция регулятора тока будет иметь вид:

(2.62)

где с.- постоянная времени якорной цепи;

;

- коэффициент усиления тиристорного преобразователя цепи якоря

с- постоянная времени тиристорного преобразователя;

- коэффициент усиления датчика тока;

Подставляя коэффициенты в формулу, получаем передаточную функцию регулятора тока якоря:

,

.

9.2 Расчет контура регулирования скорости

Контур регулирования скорости двигателя является внешним по отношению к контуру регулирования тока. Для его расчета внутренний контур регулирования тока заменяется эквивалентной передаточной функцией вида:

.

Контур регулирования скорости настраивается в режиме холостого тока, при этом структурная схема контура имеет вид рис.11:

Рис 11 Структурная схема контура регулирования скорости

Как видно из рис. 11, в контуре регулирования скорости имеется одна крупная постоянная времени - механическая постоянная времени привода ТМ. Контур регулирования тока настраивается по условиям технического оптимума. При этом передаточная функция ПИ-регулятора скорости имеет вид:

,

где;

с-механическая постоянная времени;

- коэффициент усиления датчика скорости;

Окончательно, передаточная функция для регулятора скорости примет вид:

.

Для устранения перерегулирования скорости привода, обусловленного наличием форсирующего члена в числителе передаточной функции, на вход включается фильтр первого порядка со следующей функцией:

.

9.3 Расчет контура регулирования тока цепи обмотки возбуждения

Контур регулирования тока возбуждения предназначен для стабилизации тока в обмотке возбуждения, а, следовательно, и потока возбуждения двигателя. Настройка контура тока возбуждения выполняется аналогично настройке контура тока якоря.

Структурная схема контура регулирования тока обмотки возбуждения рис.12



Рис. 12 Структурная схема контура регулирования тока обмотки возбуждения

Как видно из рис. 12., в контуре регулирования тока возбуждения имеется одна крупная постоянная времени - постоянная времени цепи возбуждения Тв. Контур регулирования тока настраивается по условиям технического оптимума. При этом передаточная функция регулятора тока имеет вид:

,

где с - постоянная времени цепи возбуждения;

;

- коэффициент усиления тиристорного преобразователя цепи возбуждения;

с- постоянная времени тиристорного преобразователя;

- коэффициент усиления датчика тока возбуждения;

Подставляя коэффициенты в формулу, получаем передаточную функцию регулятора тока возбуждения:

,

9.4 Расчет переходных процессов

Для расчета переходных процессов построим математическую модель проектируемого электропривода и системы управления с помощью пакета

Matlab 5.2 с надстройкой Simulink 2.2. Модель привода приведена на рис. 13.

Рис. 13 Модель системы управления электроприводом в программе Matlab 5.2, Simulink 2.2

Пользуясь приведенной выше моделью построим графики переходных процессов для основных параметров работы двигателя при: пуске двигателя (единичное воздействие по управляющему каналу - каналу задания скорости), наброске нагрузки (единичное воздействие по возмущающему каналу - каналу момента), а также графики изменения основных параметров при работе привода по заданной тахограмме.

Переходные процессы при пуске двигателя рис. 14-15

Рис. 14. Скорость двигателя при пуске

Рис. 15 Ток в обмотке якоря при пуске

Переходные процессы при работе привода по заданной тахограмме 16-17



Рис. 16 Тахограмма движения сосудов

Рис. 17 Момент двигателя при работе по заданной тахограмме

Как видно из полученных графиков, система удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям.



10. Экономическое сравнение базового варианта привода, выполненного по системе г-д, и проектируемого электропривода по системе тп-д

10.1 Расход электроэнергии и КПД подъёмной установки

Расход электроэнергии за цикл подъёма:

Полезная энергия за один цикл:

;

;

;

Удельный расход электроэнергии:

;

;

Расход электроэнергии:

;

;

Стоимость электроэнергии:

CТП-Д=Wгода=5815384,50.3=1744615,35 руб/год

CГД=Wгода=6582692,20.3=1974807,66 руб/год

Фактическая годовая производительность:

10.2 Расчёт капитальных затрат

Базовый вариант:

N	Наименование оборудования	Стоимость единицы, тыс.руб.	Количество единиц	Монтаж, тыс.руб,	Балансовая стоимость, тыс.руб	Коэффициент резерва	Суммарные плановые затраты, тыс.руб.
1	Подъёмная машина	800	1	40	840	1,2	1008
2	Машинное здание	1000	1	100	1100	1,3	1430
3	Башенный копер	5000	1	300	5300	1,3	6890
4	Скип	150	2	6	306	1,3	398
5	система ГД	3200	2	2	6402	1,2	7682
6	Неучтенное оборудование						4500
	Итого						22890

Капитальные затраты на I тонну угля:

Проектируемый вариант:

N	Наименование оборудования	Стоимость единицы, тыс.руб.	Количество единиц	Монтаж, тыс.руб,	Балансовая стоимость, тыс.руб	Коэффициент резерва	Суммарные плановые затраты, тыс.руб.
1	Подъемная машина	800	1	40	840	1,2	1008
2	Машинное здание	700	1	90	790	1,3	1027
3	Башенный копер	5000	1	300	5300	1,3	6890
4	Скип	150	2	6	306	1,3	398
5	Двигатель постоянного тока	8000	1	1,5	8001,5	1,2	9601
6	Тиристорный преобразователь	1900	1	1	1901	1,2	2281
7	Тиристорный возбудитель»	35	1	0,5	35,5	1,2	42,6
	Итого						21247

Затраты на одну тонну угля:

10.3 Расчет фонда заработной платы

Фонд заработной платы для ИТР:



N	Должность	Численность штата	Должностной оклад, тыс.руб.	Коэффициент доплат	Месячный Ф.З.П., тыс. руб.	Годовой Ф.З.П., тыс.руб.
1	Начальник	1	1.125	4	4.5	54
2	Механик	1	0.85	4	3.4	40.8
3	Энергетик	1	0.85	4	3.4	40.8
4	Мастер смены	3	O.8	4	9.6	115.2
	Итого	6				250.8

Фонд заработной платы для рабочих:

N	Профессия	n	Kc.c.	nсп	Раз- ряд	Тариф, руб.	Коэффициент доплат	Годовой Ф.З.П, тыс.руб.
t	Крепильщик(осмоторщик ствола)	3	1.7	5	5	6.5	5.51	283.6
2	Электрослесарь дежурный по ремонту оборудования	6	1.7	10	3	6	4.88	463.8
3	Машинист	6	1.7	10	4	5	5	396
4	Стволовой	3	1.7	5	3	6	5.2	247.1
	Итого	18	1.7	30				1390.5

Начисление на социальное страхование по МУП России составляет 39 % от Ф-З.П. и равняется 640.3 тыс, руб.

Расчет экономического эффекта от сравнения вариантов

	Элементы себестоимости	Суммарные эксплуатационные затраты, тыс.руб.	Затраты на 1 тонну угля, руб./т.
		Проектируемый вариант	Базовый вариант	Проектируемый вариант	Базовый вариант
1	Заработная плата с начислениями	2281.6	2281.6	0.91	0.91
2	Электроэнергия	1744.6	1974.8	0.29	0.35
	Итого	4026.2	4256.4	1.2	1.26

Сравнение удельных годовых эксплуатационных затрат базовой и проектируемой подъемной установки:

ДС = 1,26-1,2= 0,06 .

Годовой экономический эффект от экономии в издержках:

,

где Е - бановская ставка по кредитам 0,2%,

.

.

10.4 Технико-экономические показатели

Таблица 25

Наименование	ед.	Базовый вариант	Проект
Капитальные затраты		10,9	10,1
Расход электроэнергии
Затраты на электроэнергию		1974807,66	1744615,35
Экономический эффект		133750
Срок окупаемости	лет	1,5



Заключение

В данном проекте произведена замена существующего электропривода по системе Г-Д на электропривод по системе ТП-Д, , построена техническая реализация системы управления электроприводом и систем автоматизации и технологических защит на базе современных средств промышленной автоматики и микропроцессорной техники. Автоматическое управление подъемной машиной позволяет увеличить производительность подъема без увеличения капитальных и эксплуатационных затрат, что увеличивает эффективность всей транспортной системы шахты. Произведены необходимые технико-экономические расчеты, основываясь на которых можно сделать вывод, что основной экономический эффект достигается за счет экономии электроэнергии.



Список использованной литературы

1. Батицкий А.А., Куроедов В.И., Рыжков А.А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности. - М, Недра,1991.

2. Вершинин В.И., Козярук А.Е., Соловьев А.С. Выбор электроприводов типовых производственных машин и механизмов: Учебное пособие. - С.Пб, СПГГИ, 2000.

3. Гаврилов П.Д., Гимельшейн Л.Я., Медведев А.Е. Автоматизация производственных процессов. Учебник для вузов. -М, Недра, 1985.

4. Кабанов В.А. Расчет и конструирование шахтных подъемных машин многоканатного подъема. Учебное пособие. -СПб, СПГГИ, 1979.

5. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. /Клюев А.С., Глазов В.Б., Дубровский А.Х., Клюев А.А; Под ред. Клюева А.С., -М, Энергоатомиздат, 1990.

6. Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП: Учебное пособие для вузов. -М, Высш. шк., 1989.

7. Методика определения экономической эффективности использования угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. -М, ЦНИЭИ уголь, 1979.

8. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М, Недра, 1986.

9. Песвеанидзе А.А. Расчет шахтных подъемных установок: Учеб. пособие для вузов. - М, Недра, 1992.

10. Рудаков В.В. Электроприводы с программным управлением и последовательной коррекцией: Учеб. пособие. -СПб, СПГГИ, 1990.

11. Системы и устройства автоматики для горных предприятий на основе микроэлектроники и микропроцессорной техники / Мелькумов Л.Г и др., -М, Недра, 1992.

11. Скорняков Ю.Г. Системы разработки и комплексы самоходных машин при подземной добыче руд. -М, Недра, 1978.

12. Справочник по преобразовательной технике. /Под ред. Чиженко М.М.,-К, Технiка, 1978.

13. Справочник по проектированию электроснабжения. /Под ред. Круповича В.И. и др., -М, Энергия, 1980.

14. Лобанов Н.Я., Торцев В.Г. Экономика, организация и планирование производства на шахтном предприятии. Учеб. пособие. -М, Недра, 1986.

15. Электрификация горных работ: Учеб. для вузов. /Белый М.М., Заика В.Т., Пивняк Г.Г. и др.; Под ред. Пивняка Г.Г.. - М, Недра, 1992.

16. Электрификация стационарных установок шахт: Справочное пособие./ Волотковский С.А., Крюков Д.К., Разумный Ю.Т. и др. Под ред. Пивняка Г.Г. -М, Недра, 1990

Размещено на Allbest.ru