Реєстрація Логін: Пароль: Запам'ятати меня Забули пароль?

 

Презентація про підприємство

Наша адреса:
вул. Новобудов, 5
Запоріжжя
69076, Україна

Телефон:
+38(061) 220-4811
+38(061) 220-4813

Факс:
+38(061) 220-4812

Адміністративно-виробнича будівля ЗАТ Плутон

Карта проїзду (1,23 МБ)

Партнери:



Курсы валют

Курсы валют

Курсы валют

 



МОДЕРНІЗАЦІЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ  
БУРИЛЬНОЇ УСТАНОВКИ УБШ-501АК

Автори:
Сечин С.І.; Міщенко О.В.; Алексеєв А.Г., к.т.н., доц.; Беліцький А.Г. 
(ЗАТ «Плутон», Запоріжжя)

Тел/факс: /0612/ 62-20-37, E-mail:
avm@pluton.zp.ua

Опубліковано:
журнал ММ Деньги и Технологии. – 2004р. - №11. – С.28

Анотація.
У статті розглянутий пристрій комплектний для управління електроприводами (ПКУП) бурильної установки УБШ501-АК (Зав.№2), призначеної для оббурювання гіпсових забоїв. Описуються структурна схема ПКУП, алгоритм його функціонування, розглянуті шляхи рішення виниклих завдань, описані особливості конструктивного виконання.

Ключові слова.
Комплектний електропривод, частотне регулювання, бурильна установка, керівний контролер.


Введение.

Все більше число керівників підприємств усвідомлюють необхідність технічного переозброєння існуючого технологічного устаткування. Таке переозброєння дозволяє підвищити продуктивність праці, забезпечити зниження собівартості продукції, знизити простої устаткування, спростити його управління, підвищити культуру виробництва. При цьому, помітний ефект спостерігається не тільки для крупних виробництв, але і для окремих невеликих об'єктів..

Збільшення об'ємів видобутку гіпсового каменя, використовуваного при виробництві гіпсокартонних панелей і цементу, вимагало від добувної організації додаткової закупівлі бурильної установки типу УБШ, використовуваної при розробці гіпсових родовищ. Замовлення було розміщене на ВАТ «Кріворожгормаш». Замовник вимагав виготовити установку на існуючій базі з максимальними можливостями по автоматизації процесу буріння.
Електроустаткування і засоби автоматизації для бурильної установки УБШ501-АК виконувало ЗАТ «Плутон» за договором з ВАТ «Кріворожгормаш».  

Загальний опис об’єкту модернізації.

Бурильна установка є пересувною, на гумовому ході, і складається з тягача і напівпричепа, сполучених шарніром (мал. 1). На тягачі розташовуються шафа з силовим електроустаткуванням, дизельний двигун, екструдер, маслобак, електроприводи маслостанцій, робоче місце водія і акумулятор. До напівпричепа кріпляться пульт операторів, гідробаки і маніпулятори із закріпленими на них електродвигунами. Оббурювання забою проводиться шнековими або циліндровими штангами, які закріплюються на осі електродвигуна. На іншому кінці штанги, власне яким проводиться буріння, закріплюється ріжуча коронка з твердосплавного матеріалу. В результаті буріння виходить отвір (шпур) діаметром до 40 мм і завглибшки до 4,5 м.

Пересувна бурильна установка 
 Малюнок 1.
Пересувна бурильна установка

 Досвід експлуатації попередньої моделі бурильної установки дозволив сформулювати її недоліки, що погіршують продуктивність праці, експлуатаційні характеристики і надійність машини:

  • нерегульований електропривод бурового стану, що робило неможливим точно підібрати оптимальну частоту обертання коронки, а отже, не дозволяло проводити буріння шпурів з найбільшою продуктивністю;
  • ручне управління силою тиску коронки на поверхню буріння (зусиллям подачі);
  • незадовільна робота системи позиціонування бурового ставу;
  • повна відсутність автоматики, що вимагало постійної напруженої уваги оператора, позначалося на його втомі і підвищеній вірогідності виникнення аварійних ситуацій;
  • необхідність роботи за пультом відразу двох операторів. Для безперервної роботи, враховуючи її напружений темп, був потрібний третій змінний оператор;
  • незадовільна робота системи управління зарядом акумулятора, особливо при його значній розрядці і за умов коливання напруги мережі в широких діапазонах;
  • незадовільна конструкція шаф з електроустаткуванням, що приводила до проникнення в них пилу і систематичному порушенню працездатності установки;
    великі габаритні розміри пульта управління, що погіршувало можливість огляду при бурінні вертикальних шпурів. 

Усунення вказаних недоліків і було основною метою автоматизації.

Для цього потрібно було вирішувати наступні задачі:

  • зробити електроприводи бурильної установки частотно-регульованими, для можливості вибору оптимальної швидкості буріння;
  • забезпечити електронне управління зусиллям подачі – силою тиску коронки на поверхню буріння;
  • автоматизувати процес буріння, шляхом оптимізації завдань на частоту обертання і на силу тиску бурової коронки залежно від умов буріння;
  • автоматизувати процес заряду акумуляторної батареї і забезпечити його номінальні режими;
  • ввести часткову автоматизацію в процес позиціонування бурового ставу;
  • усунути недоліки електричного устаткування і конструкції, виявлені на попередній моделі.
    Кінцевим продуктом автоматизації був пристрій комплектний для управління електроприводами бурильної установки (ПКУП).

Апаратні засоби системи.

При побудові ПКУП обиралося електроустаткування та комплектуючі провідних зарубіжних виробників. В розробці були застосовані:

  • силова комутаційна апаратура АВВ (контактори, автоматичні вимикачі),
  • перетворювачі частоти “transresch Antriebssysteme Berlin GmbH”;
  • низьковольтна комутаційна апаратура RELPOL (реле);
  • установчі вироби Weidmueller (роз'єми, клемники, маркування);
  • кабельно-провідникова продукція Belden (сполучний кабель);
  • світлосигнальна і комутаційна апаратура Schneider Electric (кнопки, сигнальні лампи, перемикачі);
  • несні і конструктиви Rittal (монтажні панелі, шафи).
    ЗАТ «Плутон» має більш ніж 10-річний досвід застосування цієї продукції, який говорить про те, що її застосування дозволяє добитися високих технічних характеристик і експлуатаційної надійності виробу.

Склад ПКУП.

Після аналізу поставлених завдань, було ухвалено рішення, що ПКУП конструктивно повинно складатися з пульта управління ПУ, малюнок 2 (розташований і закріплений на напівпричепі на стійці маніпуляторів) і шафи управління ШУ, малюнок 3 (розташований і закріплений на крилі тягача), сполучених між собою електрокомунікаціями.

 Пульт управління ПУ Шафа управління ШУ 

 Малюнок 2
Пульт управління ПУ

Малюнок 3
Шафа управління ШУ

 

До складу ПКУП були включені наступні функціональні системи:

  • електроживлення, захисту і комутації силової частини;
  • управління електроприводами;
  • управління маніпуляторами;
  • управління домкратами і аутригерами;
  • автоматичного і ручного управління процесом буріння;
  • заряду і контролю акумуляторів; 
  • контролю і управління зовнішніми елементами;
  • системи електроживлення власних потреб ПКУП.

Основні вузли, що входять у вищеперелічені системи, і взаємозв'язки між ними приведені на структурній схемі, мал. 4.

Рис.4 Структурная схема УКУП

Силова схема забезпечувала автоматичне фазування напруги, необхідне для нормальної роботи ПКУП, роботу електроприводів компресора і закачування масла від живильної мережі, а також роботу електроприводів насосів і бурових голівок від перетворювачів частоти.

Вузли управління маніпуляторами призначалися для забезпечення управління гідравлічними циліндрами стріли, подавача, телескопу, обертача, насувача та довороту.

Вузли управління домкратами та аутригерами призначалися для забезпечення управління гідравлічними циліндрами домкратів тягача, напівпричепа, козирка і аутригерів.

Система управління процесом буріння включала в себе плату контролера, а також групу органів управління і датчиків, пов'язаних з нею. В цю групу входять: задавач зусилля подачі в ручному режимі буріння (задавач робочого струму в автоматичному режимі буріння), кнопки управління напрямом подачі, перемикач вибору глибини буріння, перемикач режиму буріння, вимикач алгоритму протизаклинювання штанги і коронки в шпурі.

Автоматичний зарядний пристрій забезпечує двоконтурне регулювання вихідних параметрів зарядного випрямляча. Зовнішній контур призначений для регулювання вихідної напруги на рівні 28 В, внутрішній контур – для обмеження струму заряду акумулятора на рівні 25 А. Забезпечується також контроль мінімального рівня напруги на акумуляторі з видачею світлового сигналу на пульт оператора.

Рішення завдань автоматизації.

Завдання автоматизації вирішувалися програмним і апаратним шляхом.

Вибір правильного чергування фаз силового кола, створення принципово нової системи управління процесом заряду акумуляторної батареї, а також усунення існуючих недоліків – ці задачі були вирішені на основі оригінальних схемних і конструкторських рішень.

Всі функції з автоматизації процесу буріння були покладені на плату контролера (див. мал. 4). При цьому контролером вирішувалися наступні основні завдання:

  • управління котушками електромагнітів гідророзподілювачів маніпуляторів, і розвантажувальним гідророзподілювачем, відповідно до керівних впливів;
  • управління процесом буріння;
  • перетворювання і масштабування інформаційних сигналів для їх відображення на стрілочних індикаторах.


Модернізований процес управління маніпуляторами бурильної установки. На попередній моделі оператори управляли гідророзподілювачами шляхом ручного впливу на клапани гідророзподілювачів. В розробленому ПКУП для завдання керівних впливів на пульті оператора були розміщені 4 ручних маніпулятори типу «джойстик». Сигнали від блок-контактів джойстиків поступали на плату контролера, для подальшої обробки. Комутація котушок електромагнітів гідророзподілювачів здійснювалася реле, розташованими на платі контролера, одночасно включалася в роботу автоматична система протирозгойдування, яка забезпечувала плавність старту і зупинки задіяних маніпуляторів. Таким чином, управління гідроапаратурою стало інтуїтивно зрозумілішим, легким, а найголовніше – значно точнішим. Тривалість процесу позиціонування знизилася у декілька разів. 

При бурінні контролер вирішує ряд завдань по вибору режиму буріння, управління напрямом і зусиллям подачі, обробці сигналів від датчиків глибини буріння і датчиків струму.

У загальному випадку, процес буріння передбачає наступне. Буріння проводиться до досягнення заданої глибини шпуру. Після надходження сигналу від датчика глибини шпуру проводиться реверс зусилля подачі, штанга автоматично висувається з шпуру в початкове положення, і про це видається відповідний світловий сигнал на пульт оператора. Якщо протягом деякого часу після цього з боку оператора не послідує ніяких дій, то відбувається відключення електроприводів бурової головки і маслостанції.

Автоматизація процесу буріння передбачала адекватну обробку двох основних режимів: режим нормального буріння і режим заклинювання штанги і коронки в шпурі. При нормальному бурінні функції автоматики полягають в забезпеченні максимальної продуктивності при підтримці номінального режиму роботи устаткування. При другій ситуації значний час йде на розклинювання, при цьому часто в шпурі залишається ріжуча коронка. Коли операції по розклинюванню не приносять результатів, то в шпурі залишається і сама штанга, а оператор продовжує роботу із запасною штангою. Таким чином, ситуація заклинювання супроводжується як матеріальними витратами, так і погіршенням продуктивності праці операторів.

Процес створення алгоритмів коректної обробки двох вищезгаданих ситуацій був достатньо тривалим. Складність полягала у виборі найбільш раціональної структури алгоритму, а також в емпіричному підборі його параметрів. Остаточний варіант алгоритму був сформований вже безпосередньо на місці, в забої шахти і дозволяв максимально імітувати дії оператора в штатних і особливих ситуаціях.

Вказані вище два основні режими буріння не є повним описом завдань, що вирішуються контролером. В процесі пуско-налагоджувальних робіт доводилося неодноразово доповнювати алгоритм новими блоками. При цьому, система управління ставала все більш зручною і інтуїтивно зрозумілою для операторів. І навпаки, існували ділянки алгоритмів, розроблені спеціально за наполегливими вимогами замовників, але після дослідного відпрацювання показали недоцільність їх включення в основну програму.

Було встановлено, що повністю автоматизувати процес буріння не є можливим, із-за істотної неоднорідності структури гіпсового каменя в забої. Автоматизація забурювання (початок буріння) ускладнюється можливістю зісковзування упору стріли маніпулятора з поверхні грудей забою. Груди забою є істотно нерівними після проведення вибухових робіт і відвала породи.

Для подальшої автоматизації процесу буріння, потрібно аналізувати достатньо багато параметрів: кут нахилу стріли, коефіцієнти тертя спокою і ковзання санчат з електродвигуном по рамі стріли, ступінь затуплення бурової коронки, швидкість буріння у теперішній момент часу, рівень вібрації і багато інших.

В цілому, робота зі створення алгоритму роботи системи управління була найцікавішим, але й найбільш напруженим етапом в процесі створення ПКУП.

Електропривод.

Для управління електродвигунами бурильної установки були застосовані перетворювачі частоти (ПЧ) VSI-7,5 CX4A2N0 німецької фірми “Transresch Antriebssysteme Berlin GmbH”. Ці ПЧ володіють всіма якостями найсучасніших перетворювальних пристроїв: можливістю програмної і апаратної конфігурації, повною діагностикою всіх систем, запам'ятовуванням нештатних ситуацій, наявністю всіх необхідних для перетворювача і двигуна захистів.

Як наголошувалося, до складу ПКУП входить два напівкомплекти устаткування для здійснення процесу буріння: права та ліва частини (див. мал. 4). До складу кожного напівкомплекту входить один ПЧ, причому є можливість його підключення з пульту управління до електродвигунів маслостанції або бурової головки. Таким чином, передбачається можливість роботи одного двигуна напівкомплекту від ПЧ, іншого двигуна цього ж напівкомплекту від мережі, або обох від мережі.

Стабілізація швидкості обертання електродвигунів, при їх підключенні до виходу ПЧ, забезпечується без зворотного зв'язку по частоті обертання. При ручному режимі буріння, управління частотою обертання електродвигуна забезпечується від 10-позиційного командного апарату обертального типу з вихідним сигналом, пропорційним куту повороту його рукоятки.

Вибір апаратної реалізації керівного контролера.

При уважному розгляді алгоритмів роботи бурильної установки, викладених в технічних вимогах, стало очевидно, що до складу ПКУП потрібно ввести керівний контролер. Були розглянуті три можливі варіанти апаратної реалізації контролера:

  • одноплатний контролер на базі виробів у форматі MicroPC (Advantech, Fastwell, Octagon Systems, Lippert);
  • програмований логічний контролер модульної конфігурації (B&R, Simatic, Adam);
  • контролер самостійної розробки, на базі однокристального мікроконтролера (ОМК) одного з провідних виробників (Atmel, Microchip, Motorola, Scenix, Holtek).

При розгляді варіантів приймалися до уваги технічні характеристики контролерів, терміни їх постачання, перспектива розвитку сімейств, наявність кваліфікованої технічної підтримки, простота конструкції і обслуговування, вартість. Вирішальними чинниками при виборі контролера були:

  • розробка припускала невисоку собівартість устаткування. Ця умова була практично нездійсненною при використанні купованого контролера;
  • потрібно було забезпечити температуру зберігання мінус 40°С, що не допустимо для більшості з даних купованих контролерів.
  • ЗАТ «Плутон» має значний досвід в розробці та експлуатації контролерів, виконаних на базі ОМК серії AVR фірми Atmel.

Після докладного аналізу переліку функцій, що покладаються на керівний контролер, а також з урахуванням вищесказаного, було ухвалено рішення виконати цей вузол на базі ОМК серії AVR фірми Atmel (AT90S8515-8PI). Контролери цього сімейства є економічними 8-бітовими КМОП мікроконтролерами, побудованими з використанням розширеної RISC архітектури AVR. Виконуючи по одній команді за період тактової частоти, контролери мають продуктивність біля 1MIPS на МГц, забезпечуючи десятиразовий виграш в ефективності коду в порівнянні з традиційними CISC мікроконтролерами.

Особливості конструктивного виконання.

Загальновідомо, що конструкція виробу визначає не тільки зручність експлуатації виробу, але і надійність його роботи. Ця розробка не була виключенням.

При розробці конструкції необхідно було враховувати вимоги ГОСТ 24754-81 «Электрооборудование рудничное, нормальное», ГОСТ 24719-81 «Электрооборудование рудничное. Изоляция, пути утечки, зазоры», а також дія механічних зовнішніх чинників за ГОСТ 17516.1-90 для групи механічного виконання М18. Крім того, потрібно було враховувати підвищену запиленість і можливість попадання вологи на шафи з електроустаткуванням.

Стійкість ПКУП до підвищеної вібрації була забезпечена ретельним відбором комплектуючих, а також особливими рішеннями несних конструктивів. В цьому напрямку конструкторський відділ ЗАТ «Плутон» має великий досвід: більшість співробітників брали участь в розробках конструкції різних ПЧ для рухомого складу.

Опрацьовувалися рішення по оснащенню ПКУП стрілочними приладами, стійкими до вібрації, виробництва провідних зарубіжних фірм. На жаль, довелося констатувати, що до України в даний час такі прилади не поставляються. Ця думка затвердилася після бесід з представниками фірм на стендах виставки «Електротехніка-2003» (Виставковий комплекс «КиївЕкспоПлаза»). Тому, було ухвалено рішення використовувати прилади виробництва країн СНД, традиційно вживані в автотракторній апаратурі та електрорухомих складах (див. мал.2).

Підвищена запиленість і можливість попадання рясної вологи потребували введення кожного кабелю в шафи крізь гермоввід, а також особливої уваги до конструкції шаф і пультів.

Процес розробки конструкції ускладнювався надзвичайною насиченістю пульта управління органами управління, сигналізації та індикації (див. мал. 2). Розміщення органів управління потрібно було здійснити з урахуванням їх логічного взаємозв'язку. Щоб задовольнити вимоги замовника – витримати ширину пульта не більше 500 мм - довелося винести частину перемикачів на торцеву панель пульта. Як показав досвід експлуатації, таке рішення виявилося дуже зручним та зрозумілим для операторів. Крім того, воно дозволило зменшити ширину пульту до 350 мм, що в 1,42 рази перевершує вимоги замовника.

Висновок.

Постачання ПКУП було проведене в стислі терміни – від моменту підписання контракту до постачання розробленого і виготовленого УКУП пройшло менше 4 місяців. Напружений темп роботи посилювався внесенням значних змін і уточнень до технічного завдання і технічних вимог на етапі проектування.

Не дивлячись на вказані складнощі, цілі автоматизації бурильної установки УБШ-501АК були досягнуті. Завдяки автоматизації, з управлінням двома бурами успішно може справлятися один оператор замість двох на неавтоматизованій установці, при цьому загальне вироблення на установку збільшилося більш ніж на 25 %, інтенсивність і напруженість праці оператора істотно зменшилася. В значній мірі зменшився знос робочого устаткування бурильної установки.

Від запуску в експлуатацію автоматизованої бурильної установки пройшли 22 місяці, за цей час по електроприводу і автоматизації відмов не було, що свідчить про їх надійність в роботі, простоті в експлуатації і обслуговуванні.

Найкращим свідоцтвом цього є повторний запит замовника з аналогічною пропозицією – по створенню ще однієї установки. В даний час із замовником проводяться переговори, для уточнення технічних характеристик цієї машини. Ми збираємося зробити її ще більш «інтелектуальною», автоматизувавши додаткові вузли і механізми.  


Опубліковано: журнал ММ Деньги и Технологии. – 2004р. - №11. – С.28
Документи Контакти © Всi права застережено ПЛУТОН 2008-2016