XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Погрузочно-доставочные машины (ПДМ) получили широкое распространение при ведении добычных работ в подземных рудниках и шахтах, они предназначены для перемещения отделенной от массива горной породы от места забоя к местам выгрузки или рудоспускам. Их преимуществами являются высокие показатели производительности, маневренность, простота обслуживания, способность обслуживать множество забоев и преодолевать подъемы с уклоном до 20º.

Изменяющиеся горно-геологические условия, регулярное перемещение фронта работ и минимальные объемы горных выработок значительно ограничивают возможности применения горно-шахтного оборудования при обеспечении требований безопасности при ведении добычных работ, что сказывается на производительности рудника. Одним из способов повышения производительности добычного участка и повышения безопасности рабочего персонала является автоматизация управления ПДМ.

Разработанная нами программа управления передвижением ПДМ направлена на улучшение функционирования системы управления, включающей оператора, поскольку технических средств для полного отстранения людей от процесса управления погрузчиком в настоящее время не существует. Для управления работой одиночным погрузчиком в выработках рудника возможно использование системы AutoMine-Lite фирмы Sandvik [1], использующей запатентованную систему навигации, которая включает подсистему телеуправления машиной и подсистему контроля ее передвижения посредством ряда датчиков, устанавливаемых в горной выработке. Система передачи данных основана на беспроводной сети между погрузчиком и базовой станцией с оператором.

В процессе перемещения груза необходимо управлять электроприводами хода и поворота машины. Углы поворота стрелы погрузчика задаются оператором с помощью переключателей на пульте управления. Фактический угол поворота стрелы контролируется датчиком, установленном на редукторе поворотного механизма. При совпадении заданного и фактического углов поворота стрелы датчик замыкает цепь реле, которое отключает привод поворота и включает привод хода. Для выполнения следующего цикла операций необходимо включение привода поворота.

Контроль выполняемых операций осуществляется программируемым логическим контроллером (ПЛК), который является связующим звеном между пунктом управления и исполнительными механизмами и контролирующими датчиками. Прикладная программа написана на языке релейно-контактных схем LD (Ladder Diagram), который обеспечивает графический интерфейс логики работы программируемого контроллера.

Основными элементами языка LD являются контакты, которые образно представляют пару контактов реле или кнопки. Результатом логической цепи является целевая переменная, которую называют катушкой реле или выходом цепи.

Принцип работы системы управления приводами поворота и передвижения погрузочно-доставочной машины (при v = const) приведен на рисунке 1.

Рис. 1. Принцип управления приводами передвижения и поворота ПДМ

Прикладная программа разработана в программной среде CoDeSys (Controller Development System) и включает в себя алгоритм управления приводом поворота погрузочно-доставочной машины и приводом ее хода на участках, где v = const.

Алгоритм программы и ее графический вид приведены на рисунках 2 и 3, расшифровка используемых переменных представлена в таблице 1.

Рис. 2. Задание переменных в программной среде CoDeSys

Рис. 3. Релейная схема автоматического управления приводами передвижения и поворота ПДМ в программной среде CoDeSys

Таблица 1. Перечень используемых переменных

При прохождении электрического тока через элемент запуска системы (start) автоматически замыкаются контакты первой обмотки (motor), что приводит в действие асинхронный двигатель погрузочно-доставочной машины. Шунтирование кнопки пуска позволяет двигателю работать непрерывно.

Продвижение погрузчика контролируется навигационной системой, а также лазерными сенсорами и другими техническими приборами, установленным в выработке. При срабатывании одного из лазерных сенсоров (sensors), расположенных непосредственно вблизи забоя и пункта разгрузки, работа двигателя прерывается. Во время данной паузы оператор погрузчика переходит на ручное или дистанционное управление машиной для заполнения или опустошения ковша. Работа двигателя в этот момент может регулироваться аналогичной программой для управления скоростями погрузочно-доставочной машины (на участках v ≠ const) и приводом поднимания и опускания ковша, которая пишется отдельно и может быть объединена с разработанной нами.

При прохождении электрического тока через элемент повторного запуска системы (start2) автоматически замыкаются контакты первой обмотки (motor), благодаря чему асинхронный двигатель снова приходит в действие, его непрерывную работу обеспечивает шунтирование кнопки повторного пуска.

В последней цепи показана работа системы поворота, состоящей из датчика поворота, включающего логический оператор LT, реле времени (timer) и системы гидроцилиндров (pump), осуществляющих поворот машины на максимально возможный угол. При нажатии на кнопку повторного пуска одновременно с контактами первой обмотки замыкаются контакты второй, отвечающей за механизм поворота, шунтирование кнопки также обеспечивает непрерывную работу поворотного механизма. Пока выполняется условие в логическом операторе LT, на выход подается истинное значение, минуя оператор TOF, то есть гидросистема поворота продолжит осуществлять свою функцию. Как только угол поворота превысит заданный, подача тока на вход оператора TOF прервется, что спровоцирует установленный в нем отсчет времени, по истечении которого остановится подача тока и к механизму поворота. Двигатель при этом продолжит функционировать, благодаря чему погрузчик продолжит движение по прямой до следующей остановки. Время задержки необходимо для успешного разворота машины в противоположном направлении, оно зависит от скорости погрузчика и устанавливается оператором. При прохождении электрического тока через элемент остановки системы (stop) все элементы системы управления прекращают свою работу.

Данная программа совместима с системой AutoMine-Lite, может быть загружается в контроллер для управления технологическим процессом транспортирования горной массы погрузочно-доставочной машиной фирмы Sandvik и использована для управления приводами трансмиссий и поворотных механизмов другого самоходного оборудования на производстве при незначительной корректировке алгоритма.

Список литературы:

1. Семенов А.С., Пак А.Л., Шипулин В.С. Моделирование режима пуска электродвигателя погрузочно-доставочных машин применительно к рудникам по добыче алмазосодержащих пород // Приволжский научный вестник. 2012. № 11 (15). С. 17-23.

2. Семёнов А.С. Разработка системы электроснабжения добычного участка подземного рудника // Мир современной науки. 2013. № 1 (16). С. 12-15.

3. Шипулин В.С., Семёнов А.С. Моделирование режимов работы системы электроснабжения добычного участка подземного рудника // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8 (часть 2). С. 344-347.

4. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы частотно-регулируемого электропривода вентиляторной установки главного проветривания применительно к подземному руднику по добыче алмазосодержащих пород // Фундаментальные исследования. 2013. № 8 (часть 5). С. 1066-1070.

5. Рушкин Е.И., Бондарев В.А., Семёнов А.С. Применение автоматической газовой защиты на подземном руднике по добыче алмазосодержащих пород // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5 (часть 1). С. 229-231.

6. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Федоров О.В., Харитонов Я.С. Анализ энергоэффективности главной вентиляторной установки рудника по добыче алмазосодержащих пород // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. Т. 10. № 2 (38). С. 60-72.

7. Кузнецов Н.М., Семёнов А.С., Бебихов Ю.В., Самсонов А.В., Егоров А.Н., Шипулин В.С., Рушкин Е.И. Разработка и внедрение системы мониторинга показателей качества электрической энергии для снижения энергоемкости производства и повышения эффективности работы электрооборудования // Отчет по проекту № 96.4830.3 ВКГОКП «Создание комплексной инновационной экологически безопасной технологии добычи и переработки алмазоносных руд в условиях Крайнего Севера (2010-2012 г.)». – Мирный, 2012. – 122 с.

8. Egorov A.N., Semenov A.S., Bebikhov Yu.V., Sigaenko A.A. Assessment of energy efficiency of the modernized main fan unit for an underground mine // International Journal of Energy for a Clean Environment. 2019. V. 20. Is. 2. P. 153-165. https://doi.org/10.1615/InterJEnerCleanEnv.2019026505