Ирклиевский В.Д. Автоматизация горно-технологических процессов

Подождите немного. Документ загружается.

мощности шахт и глубины разработки месторождений, вводом в эксплуатацию

многих новых шахт и реконструкцией действующих. Расширяется область

применения автоматизации на шахтах. Разрабатываются типовые комплексы

аппаратуры. Ведутся работы по повышению надежности, долговечности и

безопасности действия систем автоматизации в специфических шахтных

условиях.

Четвертый период – с 1991г. – реструктуризация шахт и переход на

рыночную экономику – развитие шахт по спросу заказчика на уголь.

Организация ГХК и ОАО (открытых акционерных обществ).

В настоящее время количество автоматизированных установок в

процентах от действующих составляет свыше: по конвейерным линиям – 95;

участковым стационарным и полустационарным погрузочным пунктам – 75;

главным водоотливным установкам – 100; вентиляторным установкам главного

проветривания – 95; скиповые подъемным установкам; погрузка угля в ж/д

вагоны – 60 и т.д.

Более чем на 130 (90%) шахтах проведена комплексная механизация и

автоматизация производственных процессов. В результате среднесуточная

добыча на одну комплексно-механизированную шахту в 1,7 раза выше, чем в

среднем на всех шахтах отрасли, а среднемесячная производительность труда

рабочего в 1,3 раза. Себестоимость добычи 1т угля соответственно ниже на

18%. Темп прироста производительности труда на комплексно

механизированных и автоматизированных шахтах в 2,4 раза выше, чем на

остальных шахтах.

Автоматизация шахты дает существенную эффективность и обеспечивает

окупаемость затрат в сроки, не превышающие 2-2,5 лет. Источником

эффективности является высвобождение персонала (неавтоматизированная

установка 4,6 чел., на автоматизированной 3,1 чел. в среднем по шахтам), а

также ряд факторов, специфических для отдельных установок.

Так автоматизация конвейерных линий позволяет сократить расход

материалов и запасных частей до 15%, снизить расход электроэнергии на 5-

10%, увеличить пропускную способность до 5%. Повышается пропускная

способность погрузочных пунктов в 1,5-2 раза, комплексов обмена и разгрузки

вагонеток и скиповых подъемов на 10%,погрузки угля в ж/д вагоны на 5-15%.

Автоматизация водоотливных установок позволяет увеличить межремонтные

сроки для насосов в 2 раза, сократить расход материалов и запасных частей на

30%, а электроэнергии до 5%, электроэнергии на подъемных установках на 10-

15%, на техническом комплексе на 5-10% и т.д.

1. Увеличение производственной мощности шахт, концентрация и

интенсификация работ, повышение нагрузок; внедрение поточной технологии,

внедрение комплексной механизации основных и вспомогательных процессов,

вытеснение ручных и неуправляемых операций, применение

высокопроизводительных машин повышенной надежности и долговечности с

резервом мощности при одноточной технологической схеме.

2. Усиление темпов комплексной механизации и концентрации очистных

работ с применением узкозахватных комбайнов, стругов, комплексов забойных

машин и агрегатов.

3. Оставление породы в шахте с целью облегчения автоматизации

очистных и подготовительных работ, а также упрощения технологии

подземного транспорта.

4. Применение непрерывных видов транспорта.

5. Усовершенствование схем поверхности с целью упрощения

технологии, формирования крупных грузопотоков, централизация объектами

управления ручной выборки породы.

6. Внедрение централизации складского и ремонтного хозяйства в

масштабе группы шахт, введение самообслуживания в административно

бытовых комбинатах и ламповых; комплексная механизация вспомогательных

работ: по содержанию и ремонту горных выработок и рельсовых путей.

Автоматизация комплекса шахтного подъема позволяет высвободить не

менее 25% рабочих.

Автоматизация процессов будет производиться на базе применения

автоматических машин и систем автоматического управления, объединяющих

эти машины в единое технологическое ценное. Важной частью этой проблемы

является внедрение регулируемого электропривода.

Различают три этапа работ по автоматизации технологических процессов

на горных предприятиях: частичную, комплексную и полную автоматизацию.

1. Частичная автоматизация. При этом на дистанционное или

автоматическое управление переводятся отдельные машины, механизмы и

установки, не участвующие в едином технологическом и не имеющие внешних

связей и блокировок с другим производственными процессами. Примером

частичной автоматизации является автоматизация конвейеров, подстанций,

лебедок, погрузочных пунктов, обмена вагонеток и др. Частичная

автоматизация не испозволяет пользовать все преимущества автоматизации, так

как в технологической цели остаются процессы, недостаточно

механизированные и неавтоматизированные. Поэтому частичная

автоматизация, как первый этап является временной мерой.

2. Комплексная автоматизация – этап автоматизации, при котором весь

комплекс операций по добыче полезного ископаемого, его транспортировка, а

также вспомогательные операции осуществляется системой автоматических

машин и агрегатов по заранее разработанным программам и режимам о помощи

различных автоматических устройств, объединяемых общей системой

управления. При этом функции человека сводятся к наблюдению за ходом

процесса, анализу его показателей и выбору режимов работы оборудования, как

совокупности заданий автоматическим регулятором и программным

устройством, при котором в данных условиях достигаются наилучшие

результаты. Комплексная автоматизация является ступенью для перехода к

полной автоматизации, завершающейся созданием цехов и заводов-автоматов.

3. Полная автоматизация – завершающийся этап автоматизации

производства, при котором система автоматических машин выполняет без

непосредственного участия человека весь комплекс операций

производственного процесса, включая выбор и установление режимов работы,

обеспечивающих наилучшие показатели в данных условиях. Для горного

производства, где технологический процесс сильно зависит от ряда высших

причин, основным отличием полной автоматизации является передача функций

выбора и согласования режимов работы отдельных машин и агрегатов (в том

числе и в аварийных ситуациях) от человека – системе автоматического

управления.

1.4 Основные технические направления автоматизированного

управления горно-технологическими процессами. Понятие о шахте

будущего

Основными направлениями развития угольной промышленности

предусматривается: повышение эффективности производства и обеспечение

роста добычи, повышение качества угля без увеличения численности рабочих;

техническое перевооружение угольной промышленности на базе новой,

высокопроизводительной техники, прогрессивной технологии добычи угля,

реконструкции и модернизации угольных предприятий, повышение

производительности труда, улучшение условий труда и техники безопасности.

Выбор объема и технического уровня автоматизации процессов должен

определяться перспективой:

а) полного вывода людей из забоя, рабочих зон, нахождение в которых

связано с опасностью для жизни или здоровья, и максимального вывода с

подземных работ;

б) полное освобождение людей от тяжелых трудоемких работ,

максимального сокращения ручного труда всех видов;

в) обеспечение полной безопасности и комфортных условий труда;

г) экономической целесообразности в конкретных условиях.

Предусмотрено в будущем завершить автоматизацию отдельных

установок на подземном транспорте, поверхности, а также стационарных

участков и перейти к комплексной автоматизации прочих процессов.

Для улучшения выполнения поставленных задач необходимо:

1. Повышение уровня применения систем и переход к

полуавтоматическому и автоматическому управлению и регулированию, а в

более отдаленной перспективе к программному автоматическому

регулированию и автоматическому подержанию заданных оптимальных

параметров.

2. Максимальное использование типовых технических схем,

унифицированного оборудования, типовых систем автоматизации.

3. Создание и внедрение унифицированной аппаратуры автоматизации.

4. Конструирование аппаратуры автоматизации с использованием

прогрессивной тенденции (искробезопасные цепи, высокая надежность и

ремонтопригодность, блочно-модульная подготовка, печатный монтаж,

надежная защита ответственных элементов от влияния окружающей среды,

повышенная виброустойчивость).

5. Систематическое совершенствование электронной базы аппаратуры –

использование бесконтактных или микроэлектронных элементов.

Созданием аппаратуры шахтной автоматики занимаются организации

ГУА. ВФГУА, Автоматуглерудпром, Донниплавоматемаш, ДЗША, завод

«Красный металлист» г. Конотоп, «Углеавтоматика», Луганск.

Шахта будущего должна представлять собой римично работающее

предприятие, управляемое централизованно и имеющее в своей основе

автоматизированные поточные системы. На таком предприятии добыча угля,

подземный транспорт, выдача угля на поверхность и отправка его потребителю

будут представлять собой единую технологическую автоматизированную

поточную линию, действующую по заданной программе.

На шахтах будущего будут внедрены прогрессивные режимы в

подъемном транспорте. Там, где будет осуществлена сплошная конвейеризация

или внедрен гидротранспорт возникнет возможность создания системы с

высокопроизводительными агрегатами и комплексами. На тех шахтах, где

после реконструкции будет сохранен электровозный транспорт с применением

большегрузных вагонеток и электровозов с большим сцепным весом, найдут

применение новые автоматизированные комплексы оборудования,

обеспечивающие автоматическое выполнение всех операций по

маневрированию и загрузке вагонеток на стационарных переносных

перегрузочных пунктах, по разгрузке вагонеток и загрузке спинов подъемных

установок, по обмену вагонеток в клетях на нижних и верхних приемных

площадях.

Новые агрегаты и машины для всех технологических процессов будут

создаваться только по техническим требованиям комплексно-

автоматизированного процесса, оснащаться средствами автоматики и

телемеханики, счетно-решающими и управляющими устройствами средствами

автоматического контроля.

1.5 Классификация автоматических устройств шахтной аппаратуры

Устройства, применяемые на шахте, могут быть классифицированы

следующим образом:

1. Устройства автоматического управления, с помощью которых

осуществляют включение, отключение, реверсирование и другие операции по

управлению оборудованием без участия человека. Элементами таких устройств

являются различные датчики, реле счетно-решающие устройства, которые при

определенных значениях контролируемого параметра автоматически посылают

командные импульсы соответствующим аппаратом управления.

2. Устройства автоматического регулирования, предназначенные для

изменения процесса по определенному закону. При этом производственный

процесс может характеризоваться несколькими параметрами, которые в

процессе поддерживаются постоянными (мощность угледобывающей машины,

давление воздуха пневматической сети) или изменяются по определенному

закону. (скорость движения подъемных сосудов и т.д.).

3. Устройства автоматического контроля, предназначенные для

наблюдения за ходом производственных процессов и учета работы установок

(температуры, давления и т.д.).

4. Устройства производственной сигнализации, служащие для

автоматического оповещения персонала о выполнении соответствующих

операций по управлению оборудованием о возникновении опасных изменений

режимов производственного процесса и аварийном отключении оборудования.

5. Устройства автоматической защиты, предохраняющие оборудование от

повреждений и отключающие аварийные участки производственного процесса

(защита от коротких замыканий в электросетях, от переподъема подъемных

сосудов).

6. Устройства автоматической блокировки, предохраняющие

оборудование и людей от неправильных действий обслуживающего персонала

вследствии невнимательности или неправильно понятой команды

(блокировочные устройства для последовательного пуска и остановки

конвейеров, централизованного управления электровозного транспорта).

В зависимости от особенностей производственного процесса на шахтах

применяются те или иные виды автоматических устройств. В настоящее время

возникает необходимость применения большого количества сложных

технических средств, что увеличивает вероятность повреждений систем

автоматики. Поэтому при автоматизации производственных процессов очень

важное значение приобретает проблема повышения надежности средств и схем

автоматики. Для повышения надежности работы автоматизированных

установок разрабатываются и внедряются все более совершенные средства.

1.6 Классификация систем автоматического управления

Классификация систем автоматического управления ведется по

следующим основным признакам:

а) цель управления – закон изменения управляющих величин объекта или

характер изменения его состояния;

б) способ управления;

в) принципы формирования сигналов и характер взаимной зависимости

между ними.

Простейшей и в тоже время наиболее распространенной целью

управления является поддержание заранее заданных законов изменения во

времени управляемых величин.

Существуют 3 вида систем управления с такой целью: системы

стабилизации, программные и следящие системы. Все эти системы

объединяются под названием «системы автоматического регудирования».

Система стабилизации предназначена для поддержания постоянного

значения одной или нескольких регулируемых величин при произвольно

изменяющихся внешних возмущениях.

Программной называется система автоматического регулирования, у

которой регулируемые величины должны изменяться по определенным

законам, заданных в виде функций времени или других каких-либо параметров,

характеризующих работу системы. В отличии от обычных систем

регулирования в системах программного регулирования должна содержаться

программа изменения регулируемой величины.

Следящей называется система автоматического регулирования, в которой

выходная величина с определенной точностью воспроизводит изменяющуюся с

заранее неизвестным образом входную величину при помощи обратной связи.

Наиболее важной характеристикой работы следящей системы является

точность ее действия слежения. Следящая система работает таким образом,

чтобы сводить к нулю рассогласование (ошибки), возникшую в заданном

соотношении между выходной и входной величинами.

В процессе выполнения технологического процесса могут изменяться

различные условия его протекания, изменяться требования к качеству продукта,

изменяться качество сырья; кроме того могут изменяться параметры и

характеристики агрегата вследствие износа элементов и т.д. В этих

изменяющихся условиях старые параметры настройки регулятора или старая

программа могут не удовлетворить требованиям наилучшего протекания

процесса. Становится необходимым изменить программу или настройку

регулятора. Эту задачу может выполнить оператор, а без участия человека эту

сложную задачу могут выполнить лишь так называемые

самоприспосабливающиеся системы.

Самоприспосабливающейся называется система автоматического

управления (замкнутая кибернетическая система), у которой автоматически

изменяется способ функционирования (алгоритмы) управляющей части с целью

осуществления наилучшего управления. При этом характеристики

управляемого объекта или воздействия внешней среды могут изменяться

непредвиденным образом, следовательно и изменения алгоритма

управляющего устройства также происходит непредвиденным образом.

Разновидностями самоприспосабливающихся систем являются следящие

системы: самонастраивающиеся, самообучающиеся, самоорганизующиеся и др.

Все эти системы являются системами кибернетическими, основная задача

которых заключается в поддержании в допустимых пределах оптимального

значения регулируемой величины, которая в свою очередь меняется, с

изменением внешних возмущений или характеристик объекта.

Например, в самообучающейся системе оптический режим работы

управляемого объекта определяется при помощи управляющего устройства,

алгоритм которого автоматически совершенствуется в процессе обучения

путем автоматического поиска при помощи второго управляющего устройства.

Таким образом, самообучающаяся система приобретает алгоритм, не вносимый

в нее конструктором.

Экстремальной называется САУ, обеспечивающая отыскание и

поддержание таких наивыгоднейших значений входных величин управляемого

объекта, при которых его входная величина достигает наибольшего или

наименьшего значения. Поскольку характер экстремальной системы заранее

неизвестен, экстремальные системы действуют по принципу поиска.