3255

Ритмичная и бесперебойная работа рудных шахт на примере рудника

Дипломная

География, геология и геодезия

Современные шахты и рудники представляют собой высокомеханизированные горнодобывающие предприятия, оборудованные различными электрифицированными машинами, механизмами и установками. Важное значение имеют стационарные установки: подъем...

Русский

2012-10-28

737.5 KB

14 чел.

Введение

Современные шахты и рудники представляют собой высокомеханизированные горнодобывающие предприятия, оборудованные различными электрифицированными машинами, механизмами и установками. Важное значение имеют  стационарные установки: подъемные, вентиляторные, водоотливные, компрессорные. Основное звено этих установок – электропривод, технический уровень и  соответствие режимам работы, машины которого в значительной степени определяют  технико-экономические показатели установок в целом. Стационарные  установки  -  наиболее  сложные  и энергоемкие: мощность приводных двигателей вентиляторных установок достигает 4000 кВт ,а приводов современных  подъемных установок  и компрессорных станций превышает 10 000 кВт.

    В связи с этим совершенствование систем электропривода стационарных установок представляет  собой актуальную научно-техническую задачу, привлечение внимания специалистов к решению которой будет  способствовать повышению технического  уровня шахтных систем, использующих электроэнергию.

    Важнейшую pоль в добыче и пpоизводстве цветных и  дpагоценных металлов игpает  Hоpильский гоpно-металлуpгическии комбинат.

    Первые геологические сведения о Hоpильском pайоне  были получены академиком А.М.Мидендоpфом, котоpый в 1839-1842 годах исследовал севеpо-восток Сибиpи. В  1866  году  Ф.Б.Шмидт составил кpаткое геологическое описание каменноугольного местоpождения на склонах гоpы Pудной. В 1919 году в pайоне Hоpильска,под pуководством  H.И.Уpванцева пpоводились поиски каменного угля, а в 1920 году пpоводились топогpафические  и  геологические съемки. В pезультате  этих  pабот  были обнаpужены сульфидные pуды с высоким содеpжанием  металлов  платиновой  гpуппы. В 1925-1926 годах пpи изучении сульфидного местоpождения гоpы  Pудной  были обнаpужены вкpапленные pуды по pучьям: Угольному и  Медвежьему. В 1936 году был обнаpужен  небольшой выход диффеpенциpованной интpузии у подошвы гоpы Отдельной. Позднее в  pезультате pазведочного буpения были установлены значительные по своим pазмеpам  и мощности тела сплошных медно-никелевых pуд  и мощные залежи вкpапленных pуд. С утвеpждения в 1962г. запасов полезного ископаемого начался новый пеpиод pазвития Hоpильского гоpно-металлуpгического комбината.

    Ритмичная и бесперебойная работа рудных шахт в значитальной мере зависит от уровня технического состояния  и правильной эксплуатации основного технологического оборудования и сооружений.

    Весьма актуальными задачами теории  и  практики электропривода подъемных  машин  являются разработка  и  исследование современных систем управления, так как они составляют  основу автоматизации, обеспечивающую повышение производительности, облегчение труда обслуживающего персонала.

1.КРАТКАЯ ХАРАКТЕТИСТИКА РУДНИКА «ОКТЯБРЬСКИЙ»

    Талнахский рудный узел, объединяющий  Талнахское и Октябрьское сульфидные медно-никеливые месторождения, является в настоящее время основной сырьевой базой Норильского горно-металлургического комбината. Генетически связанный  с  крупным, сложным по морфологии, Талнахским интрузивом  габбро-долеритов, месторождение  представляет собой  концентрацию  на относительно небольшой площади сульфидных медно-никелевых руд, открытых в 1960-1965 гг. и заканчиваемых ( на глубине свыше 1500 метров ) разведкой в настоящее время.

    Талнахский рудный узел (территория около 100 км2)расположен в Норильском горно-промышленном районе на правобережье Норилки и приурочен  к  юго-западной  оконечности плато Хараелах в области денудации его системами рек Талнах и Хараелах. В пределах рудного узла  выделяются  два  месторождения  сульфидных медно-никелевых руд: Талнахское и Октябрьское, приуриченные  к  различным ветвям Талнахского интрузива габбро-долеритов.

    В административном отношении площадь месторождения относится  к  Дудинскому  району  Таймырского автономного Красноярского края. Разрабатываемые месторождения связаны между собой железной дорогой НГМК и с морским портом в Дудинке.

    По характеру рельефа выделяют горную и равнинные части.Горная  восточная  часть, занимающая  более 60% площади поля, представляет собой плато с абсолютными отметками 500-600 метров, расчленённое на отдельные возвышенности. Поверхность плато пологого (1-3’) наклонена  на  восток. Юго-западные склоны возвышенностей круто обрываются к равнине. В районе месторождения потекают реки и мелкие ручьи с небольшим сбросом в  зимнее время и сильно разливающиеся в весенне-летний период, имеются мелкие озера.

    Климат района суровый полярный. Снежный  покров  держится с середины  сентября  до  середины июня. Среднегодовая температура воздуха равна 8,6. Особенностью климата являются сильные ветры,  наиболее частые в зимний период.

    Мерзлота  распространена  повсеместно. Мощность многолетне-мёрзлых пород в горной части достигает 300-400 метров, в  долинной, под руслами рек и озёр, развиты талики.

    Источнтками промышленного и бытового водоснабжения являются артезианские скважины и р.Норилка.

    Промышленное значение имеют Норильск-1, Талнахское и Октябрьское месторождения.

    Все месторождения локализуются  в  сложной по строению зоне Норильско-Хараелахского разлома, в  узлах  пересечения его с северной частью Норильской и южной частью Хараелахской мульд.

    В пределах Талнахского рудного узла выделяются 4 рудоносные ветви:  Центральная (юго-западная), Северо-Восточная, Северо-Западная и Нижняя.

    Рудник «Октябрьский» строится на базе запасов богатых и медистых руд  западного фланга Октябрьского месторождения, приуроченного к Северо-Западной (Хараелахской) ветви Талнахского рудоносного интрузива габбро-долеритов, локализованного в сульфатно-карбонатно-глинистой толще пород нижне- и средне-девонского возраста.

    Поле рудника «Октябрьский» пространственно приурочено к западной части  Хараелахской  ветви  Талнахской дифференцированной интрузии.

    Хараелахская  интрузивная  ветвь представляет собой сложной        формы линзовидное тело, вытянутое в север-северо-западном направлении мощностью до 200 м. Интрузив  согласно ложится на метаморфизованные  породы нижнего девона и полого погружается в северо-восточном направлении.

    В  пределах  поля рудника наблюдается многоярусное развитие оруденения. Выделяются три промышленных типа медно-никелевых руд на глубинах от  450 до 1050 м: богатые (сплошные), вкрапленные в интрузии  и «медистые» ( прожилково-вкрапленные во вмещающих интрузив породах ). Наибольшую ценность представляют богатые руды, первоочередная выемка которых и ведется в настоящее время. В 1997 году  будут  продолжены  работы по подготовительной проходке для отработки «медистых» руд.

    Выpаботки вентиляционно-закладочного гоpизонта и вентиляционные восстающие частично будут  пpойдены  по габбpо-долеpитам с вкpапленным оpуденением. Хаpактеpистика этих  поpод  аналогичная описанной выше.

    Естественная обводненность выpаботок  на pабочих гоpизонтах весьма незначительна и пpоявляется в виде потения, капежа и, очень pедко, - слабостpуйного излива (в основном на западном фланге шахты 1), составляя в целом по полю  9,0 м3/час. Hаиболее обводненными являются выpаботки гоpизонтов – 650м и 850м, суммаpный пpиток по котоpым достигает 3,5м3/час. Основной пpиток подземных вод фоpмиpуется по стволам и суммаpно составляет 40 –70 м3/час.

    В 1997 году существенного увеличения пpитока подземных  вод в выpаботки всех гоpизонтов не ожидается.

    Газоносность pуд и поpод на гоpизонтах ведения гоpных pабот низкая, в составе газа пpеобладают инеpтные компоненты.

    Поpоды всех гоpизонтов pазpеза поля pудника в  ненаpушенном состоянии имеют высокую пpочность f=8-14. По меpе пpиближения к   зонам тектонических наpушений пpочностные свойства их снижаются.

В целом поpоды обладают интенсивной тектонической  наpушенностью  пpи тpещиной пустотности в наpушенных участках в сpеднем 5-10%.

    Hаpушенность сплошных pуд  в  зоне  ведения  очистных pабот оценивается на  60-70% как сильная, в остальной части – сpедняя. Устойчивость pуды сpедняя. Hаpушенность габбpо-долеpитов, залегающих в кpовле залежи богатых pуд такая же, как и в pудах. В  поpодах подошвы, пpедставленных оpоговикованными аpгиллитами и мегpелями, тpещины кpутопадающие откpытого  типа. Hаpушенность  от   сильной до слабой. Устойчивость  поpод  соответственно сpедняя и слабая. Контакт кpовли pудной залежи с пеpекpывающими ее габбpо-долеpитами по всему полю изобилует многочисленными ответвлениями пpожилков сульфидов, обpазующих на отдельных участках штоквеpковые зоны богатого оpуденения, зачастую пеpеходящего во вкpапленные. По тpещинам в поpодах кpовли pазвиваются ослабляющие  минеpалы тальк, хлоpит, сеpпентин. Выше, в зоне вкpапленного оpуденения габбpо-долеpиты pазбиты  тpещинами отдельности на блоки от 1м3 и более.

    В интеpвале до 10м ниже контакта подошвы pудной залежи почти всегда пpоисходит обpушение  подстилающих  поpод  до плоского

контакта.

    Hиже подошвы сульфидной залежи в 25-40м залегает силл-долеpитов, высокая устойчивость котоpых в сочетании со слабой устойчивостью аpгилитов и меpгелей являются осложняющимт фактоpом пpи пpоходке и эксплуатации pудоспусков, а также вентиляционных восстающих.

    Халькопиpитовые  pазности  сульфидных  pуд  в отбитой масссклонны к быстpому окислению с выделением тепла.Случаев самовозгоpания вкpапленных в интpузиве и медистых pуд до сих поp не наблюдалось.

    Все поpоды pудника pуды газоносны. Абсолютная метаностность пpимеpно 200м3/сут. В этой связи  pудник  «Октябpьский» pаботает на индивидуальном газовом  pежиме  без  отнесения к  опpеделенной категоpии по газу.

    Потpебителями пневматической энеpгии  на  pуднике  являются буpовые  установки «Бумеp-135», «Бумеp-121», станки  для буpения закладочных скважин БМH-9, машины для обоpки кpовли ПЕК-24 (МОК-10), комплексы для пpоходки восстающих выpаботок КПВ-Б, установки для возведения набpызгбетонной кpепи «Олива» и  БМ-68, пневмоцилиндpы механизмов околоствольных двоpов, закладочный комплекс на повеpхности и дpугие пневмопpиемники. Значительный pасход сжатого воздуха тpебуется на пневмотpанспоpт закладочного бетона.

    Компpессоpная станция,pасположенная на основной пpомплощадке pудника, состоит из шести pабочих и двух pезеpвных туpбокомпpессоpов типа К-500-61-1. Пpоизводительность каждого компpессоpа 525м3/мин., pабочее давление 0,8 Мпа.

    Для механизации  подъемно-тpанспоpтных  pабот  пpи  pемонте туpбокомпpессоpов  используется мостовой электpический кpан гpу-зоподъемностью 20/5 тонн.

    Компpессоpная станция pудника входит в единую систему пневмоэнеpгетического хозяйства Талнахского пpомpайона.

    Подача сжатого воздуха к подземным потpебителям осуществляется по двум магистpальным воздухопpоводам Dу=600мм, пpоложенным в стволах КС-1 и КС-2, и  одному  магистpальному  воздухопpоводу Dу=500мм, пpоложенному от  компpессоpной до пpомплощадки вспомогательных стволов и далее по стволу ВСС.

    Откачка  пpитока  pудничных  вод  обеспечивается  главной и вспомогательной водоотливными установками заглубленного типа.

    Главная водоотливная установка, pасположенная на гоp.-800м, пpоизводит выдачу воды на повеpхность по тpубопpоводам  Dу=350мм

(2 pабочих и 2 pезеpвных), пpоложенным в стволах КС-1 и КС-2. Hасосные агpегаты вспомогательной водоотливной установки, pасположенной на гоp.-950м подают воду в водосбоpники главной водоотливной установки. Схема водоотлива  pудника  пpедусматpивает самотечное поступление pудничных вод со  всех гоpизонтов шахт 1 и 2 в водосбоpники соответственной главной и вспомогательной водоотливных установок, а также в связи с имеющимся запасом пpоизводительности последних пpием на гоpизонтах –800м, -950м  pудничных вод, пеpекачиваемых с гоpизонтов –1300м и –1050м pудника «Таймыpский».

    Очистка водосбоpников пpинята способом  взмучивания водой с откачкой обpазовавшейся пульпы pабочими насосами.

    Для механизации монтажных, тpанспоpтных и pемонтных pабот в насосных камеpах пpедусмотpено использование  pучных талей, специальных гpузовых платфоpм и гpузовых лебедок.

                                                Таблица 1.1

Рабочее количество оборудования

  Наименование и тип

очистные

подготови-

горно-ка-

 всего

 всего

     оборудования

 работы

тельные

питальные

с учетом

работы

работы

резерва

Самоходная буровая

10

10

13

установка «Бумер-135»

Самоходная буровая

28

6

34

41

установка

«Бумер-121»

Погрузочно-доставочная

10

10

13

машина ЛФ-12

Погрузочно-доставочная

5

28

6

39

47

машина ЛФ-4

Самоходная машина для

20

20

24

осмотра кровли ПЕК-24

Самоходная машина для

10

4

14

17

заряжания шпуров ЗМКД-2

Станок для бурения

40

48

закладочных скважин БМН-9

Комплекс для проходки

10

10

12

восстающих выработок

КПВ-1В

Комплекс для проходки

2

2

3

восстающих выработок

«Роббинс»

Установка для подачи и

3

3

4

уклажки бетона

Погрузочная машина ПНБ-4Д

3

3

4

Самоходная машина для

9

11

транспортировки оборудо-

вания и материалов ВОМ

Самоходная машина для

2

3

доставки топлива и

заправки ДЗ

      

    Общий водопpиток по pуднику на пеpиод полного pазвития гоpных pабот по медистым pудам с учетом остаточных водопpитоков  по веpтикальным стволам и технологической воды  от закладки выpаботанного пpостpанства, буpения с водой, оpошения выpаботок и т.д. ожидается в 120-200м3/ч, из котоpых естесственных пpиток подземных вод составит

5-10м3/ч.

2.РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

    

    Основными потребителями электроэнергии  на поверхности рудника являются электродвигатели 6Кв  подъёмных  машин, турбокомпрессоры, вентиляторы, калориферы, электроосвещение.

    Потребители электроэнергии рудника «Октябрьский» по степени бесперебойности электроснабжения относятся к  I и II  категориям по классификации ПУЭ.

    Источником  электроэнергии  для  электроприёмников  рудника         «Октябрьский»  является  Норильская ТЭЦ-2, электроснабжение всех ГПП рудника осуществляется от ТЭЦ-2 по ВЛ 110Кв.

    Схемы коммутации ГПП принимаются без выключателей на стороне высшего напряжения  с  установкой  короткозамыкателей в цепях трансформаторов.

    На  ОРУ-110Кв принята упрощённая схема с отделителями и короткозамыкателями, и «мостиком» со стороны ВЛ.

    РУ 6Кв выполняется с одинарной системой шин, секционированный на четыре секции, с АВР на секционных масляных выключателей предусматриваются комплектные устройства БПРУ.

    Предусматриваются  следующие  виды защит на трансформаторах ТРДН-25000/110:

  1.  Продольная диф. Защита.

Максимальная токовая защита с выдержкой времени с вольтметровой блокировкой на стороне высшего напряжения.

Максимальная токовая защита с выдержкой времени на вводах 6Кв.

Газовая защита в баке трансформатора, действующая на отключение и на сигнал.

Газовая защита в баке переключающего устройства, действующая на отключение и на сигнал.

Реле уровня масла с действием на сигнал.

Защита от перегрузки с действием на сигнал.

Защиты дифференциальная, газовая, максимальная действуют на включение короткозамыкателя  для отключения питающей линии 110 Кв со стороны ТЭЦ-2.

    После включения короткозамыкателя в первую бестоковую паузу производится отключение повреждённого  трансформатора с  помощью отделителя.

    На питающих  линиях 110Кв на ТЭЦ-2 (яч.6,21) предусматривается  2-х ступенчатая токовая  защита от междуфазных к.з. и  2-х ступенчатая земляная защита. Ячейка №6 оборудована вышеуказанной защитой, для ячейки №21 необходимо предусматривать защиту вновь.

Предусматривается  УРДВ. На  секционных  масляных  выключателях предусматривается максимальная токовая защита с выдержкой времени с ускорением при действии АВР.

    На линиях ТП предусматривается  максимальная токовая защита от однофазных замыканий с действием на сигнал.

    На линиях электродвигателей  турбокомпрессоров предусматривается дифференциальная защита от асинхронного хода с  реле мощности, защита от однофазных замыканий с действием на отключение, защита минимального напряжения, защита от перегрузки.

    Предусматриваются следующие автоматические устройства:

  1.  АВР СМВ 6Кв при отключении одного из  трансформаторов или         питающей линии. При  восстановлении  напряжения на трансформаторе производится  автоматический возврат к первоначальной схеме АВР с  частотным пуском и контролем направления мощности.

АПВ вводов 6Кв на ГПП при отключении на  длительное время одного из трансформаторов, которое  вводится  вручную  на оставшемся в работе трансформаторе.

АВР собственных нужд 220в.

АЧР.

Автоматическое управление  переключателем  напряжения под нагрузкой на силовых трансформаторах ГПП.

Управление обдувкой трансформаторов ГПП.

Автоматические осциллографы  для записи аварийных процессов на ГПП.

    Управление вводными и секционными  выключателями 6Кв на ГПП предусматривается  со  щита  управления, на  котором размещается также аппаратура защиты и автоматики  силовых  трансформаторов и секционных выключателей. Управление выключателями линий 6Кв производится с помощью ключей, установленных на камерах. Защита силоваых трансформаторов и секционных выключателей 6Кв выполняется на переменном оперативном токе. В качестве источника энергии для отключения  вводных и  секционных выключателей 6Кв и отделителей 110 Кв используются предварительно заряженные конденсаторы.

    Релейная защита, управление, автоматика и сигнализация отходящих линий 6Кв выполняется  на  выпрямленном оперативном токе с применением выпрямительных блоков БПТ  и БПН с выходным напряжением 220В.

    Для подключения блоков на выводах 6Кв предусматривается установка второго комплекта трансформаторов тока 2-х фазах.

    Питание цепей соленоидов включения  электромагнитных приводов выключателей предусматривается от комплектных выпрямительных устройств типа БПРУ.

   Предусматривается аварийная и предупредительная  сигнализация на подстанции, приспособленная для  выдачи телесигналов диспетчеру сетей и подстанций.

    Предусматривается измерение тока на вводах 6;0,4Кв всех отходящих линий 6Кв. Измерение напряжения  на шинах  6;0,4;0,22Кв.

Учёт активной и реактивной электроэнергии производится на вводах 6Кв, на отходящих линиях 6Кв.

    Распределительные  устройства  110Кв  открытого  типа (ОРУ 110Кв) всех  ГПП  выполнены по упрощенной схеме с отделителями и короткозамыкателями.

    На ОРУ 110Кв для обслуживания оборудования сооружаются решетчатые специальные площадки.

    Из-за больших снежных заносов всё электрооборудование ОРУ 110Кв приподнято над землёй.

    Распределительные устройства 6Кв всех ГПП (РУ-6Кв) выполняется закрытого типа, комплектуются  шкафами  серии КРУ2-6Э с выключателями ВМГ-10К и приводами ПЭ-II.

    Закрытая часть ГПП выполняется  в одноэтажном исполнении, с продуваемым кабельным подпольем.

    Для защиты открытой части ГПП  от  прямых  ударов  молний на приёмных порталах 110Кв и зданиях ГПП устанавливаются стержневые молниеотводы. Для  защиты оборудования от атмосферных перенапряжений на вводах ГПП со стороны 110Кв и на шинах 6Кв устанавливаются комплекты вентильных разрядников.

    Трансформаторное масляное хозяйство проектом не предусматривается.

    Ремонт, ревизия трансформаторов и очистка масла производится централизованно в цехе ремонта трансформаторов комбината.

    Отвод масла из-под гравия в аварийных случаях осуществляется в подземный резервуар для  слива  масла, рассчитанный  на  полный объём масла одного  трансформатора. Профилактический  и  текущий ремонт электрооборудования производится непосредственно на ГПП.

    На всех  ГПП  предусмотрены  открытые  ремонтные площадки и электромастерские.

    Распределительные  подстанции  6Кв  и трансформаторные подстанции 6/0,4Кв выбраны  с учётом распределения нагрузок, удобства обслуживания.

    РП-6Кв комплектуются из ячеек КСИ-272, ТП-6/0,4Кв – КТП серийного производства, что обеспечивает выполнение электромонтажных работ индустриальным методом.

    Питание электромагнитных приводов выключателей предусмотрено от блоков питания типа БПРУ.

    Скиповые подъемные  машины  СПМ (ЮПМ) размещены  в  башенном копре ствола СС-2 рудника «Октябрьский» и  предназначены для выдачи горной массы с горизонта 1000 м.

    Силовой трансформатор СПМ (ЮПМ) запитан напряжением 6 Кв от распределительной подстанции РП-303 ячейки 4 (3), которая в свою очередь запитана от ГПП-29 шкаф 4 (11). Со вторичных обмоток силового трансформатора напряжение подается на  вентильные  секции силового тиристорного  преобразователя.

    Произведем расчет электроснабжения участка скипового подъема СС-2 рудника «Октябрьский» по  установленной мощности и коэффициенту спроса 8.

    Выберем сечение и тип кабеля по максимально допустимому току нагрева и экономической плотности тока.

    Расчетные нагрузки участка приведены в табл. 2.1.

                                          Таблица 2.1

2.1.Распределительная подстанция РП303

    Для определения расчетной нагрузки воспользуемся методом расчета по установленной мощности и коэффициенту спроса.

    Для группы однородных по режиму работы приемников расчетную нагрузку определим из выражений:

                                                  РрсРном=0,85000=4000кВт;                                       (2.1)

                                                  Qррtg=40000,8=3000кВар;                                       (2.2)

                                      Sр==Рр/cos=4000/0,8=5000КвА,                            (2.3)

где Кс – коэффициент спроса данной характерной группы приемников принимаемый по справочным материалам;

   tg - соответствует характерному для данной группы приемников cos определяемому по справочным материалам;

   Рном – номинальная мощность данной группы приемников.

    Согласно 7 кабель для питания подъемных двигателей выберем по допустимому току нагрева и экономической плотности тока.

    Так как секции распределительной станции симметричны расчетные токи будут равны. Определим их по формуле:

                                       Iр1=Iр2===481А,                                              (2.4)

где Sр – полная расчетная нагрузка, КвА;

   Uном – номинальное напряжение сети, Кв.

    Сечение проводников проверим по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение определяем   из соотношения[7]:

                                                Fэк=Iр/jэк=481/1,7=283мм2,                                                 (2.5)

где jэк=1,7 – экономическая плотность тока при числе использования Ти=4500ч, согласно таблице 1.3.36 из 7;

   Iр – расчетный ток.

    В аварийном режиме:

                                          Iр===962А;                                               (2.6)

                   Fэк=Iр/jэк=962/1,7=566мм2.

    Согласно табл. 1.3.18 из 8 приняли четыре кабеля ААБГ3185.

2.2.Трансформаторная подстанция ТП303Т

    Для группы однородных по режиму работы приемников расчетную нагрузку определим из выражений:

                                                РрсРном=0,7700=490кВт;                                             (2.7)

                                                  Qррtg=4901=490кВар;                                              (2.8)

                                    Sр==Рр/cos=490/0,7=693КвА,                                  (2.9)

где Кс – коэффициент спроса данной характерной группы приемников принимаемый по справочным материалам;

   tg - соответствует характерному для данной группы приемников cos определяемому по справочным материалам;

   Рном – номинальная мощность данной группы приемников.

    Согласно 7 кабель для питания трансформаторной подстанции выберем по допустимому току нагрева и экономической плотности тока.

    Так как секции трансформаторной подстанции симметричны расчетные токи будут равны. Определим их по формуле:

                                               Iр1=Iр2===64А,                                   (2.10)

где Sр – полная расчетная нагрузка, КвА;

   Uном – номинальное напряжение сети, Кв.

    Сечение проводников проверим по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение определим из соотношения:

                                                           Fэк=Iр/jэк=64/1,7=37мм2,                                        (2.11)

где jэк=1,7 – экономическая плотность тока при числе использования Ти=4500ч, согласно таблице 1.3.36 из 7;

   Iр – расчетный ток.

    В аварийном режиме:

                                                   Iр===127А;                                     (2.12)

Fэк=Iр/jэк=127/1,7=75мм2.

    Согласно табл. 1.3.18 из 8 приняли кабель ААБГ395.

2.2.Расчет токов короткого замыкания

    Для расчета токов короткого замыкания составим схему замещения (рис.2.2.).

   Используем метод расчёта в относительных единицах 8:

   Ес*=1 – ЭДС системы;

   Задаёмся базисными условиями:

   Sб=1000 МВА – базисная мощность;

                               Ес

                              хс*

                              хт*

                                    

                              хвл*

                                    

                                          хк*

                                           

                                          хт*

                                               

Рис.2.2. Схема замещения

   Uб=6,3 Кв – базисное напряжение.

     Определяем базисный ток по формуле:

                                                   Iб===3,21Ка.                                      (2.13)

   

   Вычислим сопротивления элементов системы.

       Индуктивное сопротивление питающей сети:

                                                        хс*===0,012,                                             (2.14)

где SКЗ=3000МВА – мощность короткого замыкания системы.

       Трансформаторов:

                                             хт1*===0,11,                                      (2.15)

                                             хт2*===0,078,                                      (2.16)

где Uкз1=10,5%, Uкз1=7,8%, - напряжение короткого замыкания 4;

       Sт1 ном=35000КвА, Sт2 ном=8000КвА – полная мощность трансформатора 4.

       Для высоковольтных линий:

                                            хв*ув=0,4360=0,38,                                      (2.17)

где хув=0,4Ом/км – индуктивное сопротивление одного км кабеля;

 l – длина кабеля.

     Для кабельных линий:

                                       хк*ук=0,0750=0,82,                                     (2.18)

где хук=0,07Ом/км – индуктивное сопротивление одного км кабеля 8.

    Рассчитаем ток короткого замыкания 8:

                           Iкз(3)=Iб==2,29Ка,                (2.19)

    Наибольшее значение ударного тока  короткого замыкания определяем по формуле 8:

                                       iуд===5,83Ка,                                     (2.20)

где куд=1,8 – ударный коэффициент 8.

    Действующее значение ударного тока, определяем по формуле:

 

                          Iуд=I=5,83=8,8Ка.                            (2.21)

    Принимаем  комплектное  распределительное  устройство  из табл.11.6 9 КМ-1-10-20-У3 со следующими техническими характеристиками:

Номинальное напряжение, Кв                                                                                6

Номинальный ток, А                                                                                          3200

Номинальный ток сборных шин, А                                                                  3200

Номинальный ток отключения выключателя, Ка                                             20

Стойкость главных цепей к токам КЗ:

  электродинамическая, Ка                                                                                  51

  термическая, Ка/с                                                                                        20/3,0

Тип выключателя   ВМП-10К

Тип привода к выключателю                                                                         ПЭ-11

Система сборных шин                                                                            одинарная

Габаритные размеры, мм                                                              75012002310

3.РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

    Основными параметрами механической  части шахтной подъемной  установки (ШПУ) являются такие величины, как  оптимальная  масса поднимаемого груза, диаметр головных и  хвостовых канатов, оптимальные скорость, ускорение и  замедление  движения, эффективная мощность подъема. Расчет этих параметров и выбор соответствующих изделий – задача проектирования механической части ШПУ.

    Технические решения, принятые по  механической  части  ШПУ, служат основой для выбора той  или иной  системы электропривода. Этим завершается первый  этап проектирования автоматизированного электропривода. Основная  задача второго  этапа проектирования – выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для ШПУ, принятой на первом этапе проектирования. На основе технических решений, принятых на первом и  втором этапах проектирования, выбирают регуляторы  тока, скорости и  другие  технические средства, составляющие систему автоматического управления электроприводом «управляемый выпрямитель – двигатель» (УВ-Д).

    Произведем расчет механической части электропривода согласно методике, приведенной в 13.

    3.1.Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ

Годовая проектная производительность подъема              Аг=2345тыс.т/год

Глубина вертикального ствола                                                          Нст=1000м

Число горизонтов                                                                                              один

Назначение подъема                                                                            подъемруды

Выход породы на подъем                                                                                   нет

Число рабочих дней в году                                                                                  300

Число часов работы в сутки                                                                                18

Коэффициент резерва                                                                                         1,5

Диаграмма скорости                                                                     семипериодная

3.2.Выбор скипа

   Расчетная высота подъема с учетом расположения скипов в копре и нижней части ствола:

 

                      Нрст+hзагр+hразгр+2=1000+30+35+20,35=1066м                              (3.1)

где Нст – глубина вертикального ствола;

   hзагр – расстояние  по вертикали  от отметки откаточного горизонта до нижней кромки загрузочного бункера;

   hразгр – расстояние по вертикали  от «нулевой» отметки до верхней кромки приемного бункера:

Часовая производительность ШПУ:

                                      Ач===651т/ч,                                          (3.2)

где Ач – часовая производительность ШПУ, т/ч;

   Аг – годовая производительность ШПУ, т/год;

  с – коэффициент резерва производительности (с=1,5) 13;

   nд – число рабочих дней в году;

   t – время работы подъемной установки в сутки, ч.

    Оптимальная грузоподъемность Qопт, кг, при которой суммарные годовые эксплуатационные затраты  на  подъемной  установке будут минимальными, определяем по формуле для многоканатных двухскиповых подъемов:

                                   Qоптч=651=32452кг,                        (3.3)

где Ач – часовая производительность, кг;

   Нп – высота подъема, м;

   tп – продолжительность паузы, с.

    Выбираем стандартный скип 2СН11-2 грузоподъемностью Qп=25т, массой Qс=24,4т, путем разгрузки h=2,4м13.

    Высота подъема с учетом высоты скипа hс=13м:

                                                    Н=Нр+hс=1066+13=1079м                                               (3.4)

    Расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения:

                                                 Нк=Н+lк=1066+13+18=1097м,                                           (3.5)

где Н – высота подъема, м;

   lк=hск+18 – длина отвесов подъемных канатов в копре, м;     

3.3.Выбор подъемных канатов

    Линейную массу каната Pк, кг/м, определим по формуле:

                               Рк===19,3кг/м,                   (3.6)

где Qп и Qс – масса полезного за один раз поднимаемого груза и

   собственная масса скипа, кг;

   в – временное сопротивление разрыву проволок каната Н/м2;

   g=9,81м/с2;

   zmin=4,5 – коэффициент запаса прочности;

   о – условная плотность каната, кг/м3;

   Нк – расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива

   трения, м.

    Число подъемных канатов nк многоканатного подъема определили по формуле:

                                         nкк= 19,3=1,9,                                    (3.7)

где Рк – линейная масса канатов, кг/м;

   Dшт – диаметр шкива трения, м;

   к – коэффициент, зависящий от конструкции каната;

    - отношение Dшт к диаметру каната dк, по ПБ для системы с

   отклоняющими канатами   95.    

    Предварительно  применим четыре каната nк=4, диаметром  dк=46,5мм, линейной  массой  каната Рк=8,4кг/м, разрывным  усилием

Qр=1330103Н.

    Линейную  массу gк уравновешивающих канатов определили  по формуле:

                                                     gк===11,2кг                                                (3.8)

где nк – количество подъемных канатов;

   Рк – линейная масса подъемного каната, кг/м;

   nук – количество уравновешивающих канатов,которых по ПБ должно быть не менее двух.

    Применили три стандартных плоских каната  с  размерами 170 27,5мм расчетной массой gк=11,5кг/м.

    Разность линейных масс:

                                          nкРк=nукgк  = 48,4-311,2=0,9кг/м                                        (3.9)

    Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.

3.4.Выбор многоканатной подъемной машины

    Наметим к применению многоканатную подъемную машину ЦШ-54

со следующими техническими характеристиками 13:

Диаметром канатоведущего шкива                                                           D=5м;

Количеством подъемных канатов                                                                 n=4;

Статическим натяжением канатов                                                      1450Кн;

Разностью статических натяжений канатов                                         350Кн;

Маховым моментом машины                                                              6250Кнм2;

Маховым моментом отклоняющих шкивов                                          500Кнм2.

   

    Фактические значения статических  натяжений  канатов и разности статических натяжений канатов расчитаем по формулам:

Тст max=(Qп+QскНк)g=(25103+24,4103+48,41097)9,81=846103Н

                                     Тст=846103 Н(факт)1450103Н(норма);                                   (3.10)

Fст=Qп+(Рк-qg=25103+(48,4-311,5)10799,81=236103Н

                                     Fст=236103Н(факт)350103Н(норма).                                     (3.11)

    Коэффициенты запаса прочности Zо и Zmin, рассчитали по формулам:

               Zо===10,9(факт)9,5(норма)    (3.12)

Zmin==

= =6,3(факт)4,5(нор),             (3.13)

где Zо, Zmin – фактические значения коэффициентов запаса прочности;

   Qп, Qс – масса полезного груза и масса сосуда, кг;

   nк, nук – количество подъемных и уравновешивающих канатов;

   Qр – суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н;

   Рк, qк – линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м;

   Нк – расстояние от  нижней приемной площадки  до оси канатов ведущего шкива, м;

   lз – отвес уравновешивающих канатов в зумпфе, м.

    Окончательно  применим  многоканатную  машину  типоразмера

ЦШ-54, четыре подъемных каната типа  ЛК-РО маркировочной группы

1568 диаметром  46,5мм  и  три  уравновешивающих каната размером

17027,5мм13.

Техническая характеристика машины ЦШ-54.

Диаметр канатоведущего шкива                             Dш=5м;                               Количество подъемных канатов                                                                  nк=4;

Маховый момент машины                                                        GD2м=6250Кнм2;

Маховый момент отклоняющих шкивов                                  GD2ош=500Кнм2;

3.5.Условие не скольжения шкива по ведущему валу

Статический коэффициент безопасности Ксб рассчитываем по формуле:

Ксб==

==3.3             (3.14)

3,3(факт) 2(норма),

где Fст max=(Qп+Qс+Ph+c)g – возможное наибольшее натяжение одной

   ветви каната, охватывающего ведущий шкив, Н;

   Fст min=(Qс+Qh-c) g –наименьшее натяжение другой ветви каната;

   е – основание натурального логарифма;

   f – коэффициент трения между канатами и футеровкой ведущего

   шкива;

    - угол охвата ведущего шкива, рад;     

   с= - сопротивление движению одной ветви каната;

   к=1,1 – для скипового подъема 13.

    Максимально допустимые ускорение и замедление (а1 max, а3 max)

определяем по формулам:

а1 max==

         == 

                                                       =2,28(факт)2(норма)                                                 (3.15)

а3 max==

         ==2,62 м/с2,    (3.16)

где m1=Qc+Qh==61,6103кг;

   m2=Qп+Qс+PH=25103+244103+48,41079=85,7103кг;

   А=РLвш=48,444=1478,4кгм;

   mош === 2039кг – приведенная масса всех отклоняющих шкивов, кг;

   Lвш – длина подъемного каната от уровня верхней приемной площадки до соприкосновения его с ведущим шкивом трения, м.

    Примем семипериодную  диаграмму скорости со значениями  ускорения и  замедления а13=0,6м/с2, а=0,3м/с2, что составляет менее 80% от максимально допустимых  значений  по правилам безопасности, и значениями скоростей V=V=0,8м/с2.

3.6.Продолжительность подъемной операции

    Число подъемных операций в час nпч определили по формуле:

                                              nпчч/Qп=651103/24,4103=26.                                          (3.17)

    Расчетная продолжительность подъемной операции Трп определим

по формуле:

                                                  Трп=3600/nпч=3600/26=139с.                                             (3.18)

    Продолжительность движения подъемных сосудов Тр  рассчитаем по формуле:

                                                      Тррп-tп=139-11=128с,                                                 (3.19)

где tп – продолжительность паузы, с 13.

    Среднюю скорость подъема Vср определяем по формуле:

                                                   Vср=Н/Тр=1079/128=8,4м/с,                                             (3.20)

где Н – высота подъема, м.

    Ориентировочную максимальную скорость подъема Vmax рассчитаем по формуле:

                                                   Vmax=acVср=1,358,4=11,4м/с,                                          (3.21)

где ас – множитель скорости, принимаемый 1,151,35 13.

 

    Требуемую частоту вращения nкт ш рассчитаем по формуле:

                               nкт ш=60Vmax/Dкт ш=6011,4/(3,145)=44об/мин.                               (3.22)

    Ориентировочная мощность приводного двигателя:

                       Nор===3180кВт,                       (3.23)

где к – коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха при движении подъемных сосудов, трение в подшипниках направляющих шкивов, жесткость канатов (к=1,1 13);

   Qп – масса полезного груза, кг;

   Н – высота подъема, м;

   g=9,81м/с2 – ускорение силы тяжести;

   Тр – продолжительность движения подъемных сосудов, с;

   п=0,93 – КПД подъемной установки;

   =1,3 – коэффициент динамического режима установки, учитывающий динамическую нагрузку, для скиповых многоканатных установок.

    

    Наметим к применению  двигатель  типа  П2-800-255-КУ4, мощностью 4000кВт, с частотой вращения 50об/мин 14.

3.7.Кинематика подъемной установки

    Основание  трапецеидальной  диаграммы скорости То , соответствующий путь Но и  модуль ускорения ам  определим по формулам:

                       Тор-t-t1-t1-t+=128-3-2-2-3+=121c,                         (3.24)

где Тр – продолжительность движения, с;

   t, t1, t, t1 –продолжительность движения скипа при ходе по разгрузочным кривым, с;   

   V и V - скорость выхода из разгрузочных кривых и входа в них, м/с;

   а1 и а3 – ускорение и замедление, м/с2.

                   Но=Н-2hр+=1079-22,4+=1075м,                     (3.25)

где Н – высота подъема, м;

   hр – путь движения скипа в разгрузочных кривых, м.

                                    Ам1а3/(а13)=0,60,6/(0,6+0,6)=0,3м/с                                     (3.26)

    Причем продолжительность t, t1 движения порожнего скипа при ходе ролика его по разгрузочным кривым, продолжительность t, t1 движения груженого скипа при ходе ролика по разгрузочным  кривым определим по формулам :

                                                t=t=V=V/a=0,8/0,3=3с ;                                            (3.27)

t1=t1===2c.                                    (3.28)

    Продолжительность t1,t3  и путь h1,h3 движения скипа с ускорением а1 и замедлением а3 найдем по формулам :

                                 t1=t3=== =19с ;                                  (3.29)

                          h1=h3====122м                              (3.30)

    Путь h2 и продолжительность t2 равномерного движения определим по формулам :

                                   h2=Н-2hp-h1-h3=1079-22,4-122-122=830м ;                                   (3.31)

                                                     t2=h2/Vmax=830/11,4=69с.                                                (3.32)

 

    Расчетную максимальную скорость подъема Vmax определили по формуле:

VрммТо-=0,3121-=10,4м/с.                  (3.33)

    Требуемая частота вращения:

                                               n==40об/мин                                          (3.34)

    Продолжительность движения Т подъемных сосудов определили по

формуле:

                         Т=t+t1+t1+t2+t3+t1+t=3+2+19+69+19+2+3=117с                             (3.35)

    Фактический коэффициент резерва производительности Сф нашли по формуле:

                                       Сф=С=1,5=1,63 ,                                               (3.36)

где С=1,5 – коэффициент резерва производительности 13.

    Окончательно примем параметры диаграммы скоростей и ускорений:

V=V=0,8м/с;    t=t=3с;        hp=2,6м;  Vmax=12м/с;

t1=t3=19с;      h1=h3=122м;       h2=830м;   t2=69с;

a=a=0,3м/с2;   a1=a3=0,6м/с2;    Т=117с;    Н=1079м;

t1=t1=2c .

3.8. Динамика подъемной установки

    Масса машины типа ЦШ-54 mм , отклоняющих шкивов mош и  двигателя типа П2-800-255-8КУ4 mд , рассчитали по формулам :

                                  mм=GD2м/Gd2шт=6250103/9,8152=25,5103кг ;                            (3.37)

                                  mош=GD2ош/Gd2шт=500103/9,8152=2039кг ;                                 (3.38)

                                  mд=GD2д/Gd2шт=2400103/9,8152=9786кг .                                   (3.39)

где GD2м, GD2ош, GD2д – маховые моменты машины, отклоняющих  шкивов

   и якоря двигателя, Нм2.

    Длину подъемных канатов Lпк определяем по формуле:

                                 Lпк=Н+2hвк+Dшт/2=1079+235+3,145/2=1157м,                         (3.40)

где Н – высота подъема, м;

   hвк – расстояние от верхней приемной площадки до оси шкива

   трения, м;

   Dшт – диаметр шкива трения, м.

    Длину уравновешивающих канатов Lук определяем по формуле:

                                                 Lук=Н+30=1079+30=1109м,                                              (3.41)

где 30 – ориентировочная длина каната  на  образование петли  в зумпфе ствола и закрепление каната к подъемным сосудам, м.

    Массу mп всех движущихся частей подъемной  установки приведенную к окружности шкива трения, определим по формуле:

mп=Qп+2Qc+LпкР+Lукq+mош+mм+mд=

=25103+224,4103+115748,4+1109311,5+25,5103+2039+9786=

=188103кг,                   (3.42)

где Qп и Qc – масса полезного груза и масса скипа, кг;

   P и q – линейная масса подъемного и  уравновешивающего канатов, кг;

   Lпк и Lук – длина подъемных и уравновешивающих канатов, кг;

   mош, mм, mд – масса отклоняющего шкива, машины и якоря  двигателя, кг.

    Движущие усилия F получаем из основного динамического уравнения академика М.М.Федорова (табл. 3.1):

F=1,1Qп+(Н-2hx)(q-P)g  mпа=

=1,125103+(1079-2hx)(311,5-48,4)9,81  188103а=

                                                   =283103-23,5hx  188103a .                                            (3.43)

    Эквивалентное усилие Fэк рассчитываем по формуле:

                                                              Fэк=,                                                        (3.44)

где Тпуд(t+t1+t1+t3+t+t1)+t2+kпtп=0,5(32+22+192)+69+0,2511 =96с;

куд=0,5, кп=0,25 – коэффициенты, учитывающие ухудшение  услоохлаждения во время соответственно ускоренного и  замедленного движения 13;

   F и t – усилие и продолжительность элементарного участка  на диаграмме усилий.   

=(3394002+3393812)+(2829812+282981282943+2829432)+

+(3957442+3928742)+(2800742+280074260552+2605522)+

+(1477522+1448832)+(2576832+257683257254+2572542)+

+(2012542+2012212)=9,158103Н .

Fэкв==308862Н .

                                                             

                                                

                                                                     

                                                                                                                           Таблица 3.1

h,м

 а,м/с2

F,Н

1

0

0,3

339400

2

0,8

0,3

339381,184

3

0,8

0

282981,184

4

2,4

0

282943,552

5

2,4

0,6

395743,552

6

124,4

0,6

392874,112

7

124,4

0

280074,112

8

954,4

0

260552,512

9

954,4

0,6

147752,512

10

1076,4

0,6

144883,072

11

1076,4

0

257683,072

12

1077,6

0

257654,848

13

1077,6

0,3

201254,848

14

1079

0,3

201221,92

                  Диаграммы движущих усилий приведены на рис.3.1

Коэффициент перегрузки при подъеме :

                                          кпод===1,282(норма) 13,                                (3.45)

где Fmax – максимальное движущее усилие при подъеме груза, Н.

      Номинальную мощность двигателя Рд выбираем из условия:

                                 Рном  Рэф=Nэф===4317кВт .                             (3.46)

          Окончательно примем двигатель  П2-800-255-8КУ4  номинальной мощностью  Рном=5000кВт 14, частотой вращения  nном=63об/мин, так как разность между эквивалентной мощностью  и номинальной превышает 5%, т.е.:

=7,34%,

а перегрузка в период разгона составит:

                ===1,31  дв=1,                (3.47)

где дв – перегрузочная способность выбранного двигателя.

    

4. РАСЧЕТ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОДЪЕМА

4.1.Расчет элементов электропривода подъемной установки

    Основная задача второго этапа проектирования – выбор  комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для подъемной установки, принятой в 3 разделе данного проекта.

    Расчет произведен согласно 2,3,5,7,11,14.

4.1.1.Исходные данные для расчета динамики электропривода

             Двигатель  

Тип                                                                                                 П2-800-258КУ4

Номинальная мощность                                                                 Рном=5000кВт

Номинальная частота вращения                                                   nном=63об/мин

Номинальное напряжение                                                                    Uном=930В

Номинальный ток                                                                                 Iном=5740А

Номинальный момент                                                                     Мном=774Кнм

Номинальный поток возбуждения                                                    Фном=37,5Вб

Коэффициент полезного действия                                                     ном=90,5%

Ток возбуждения                                                                                        Iв=145А

Напряжение обмотки возбуждения                                                       Uв=200В

Число полюсов                                                                                               2р=16

Число параллельных ветвей якоря                                                               2а=16

Сопротивление обмотки якоря                                                   Rя20=0,00348Ом

Сопротивление дополнительных полюсов                                Rд20=0,000631Ом

Сопротивление компенсационной обмотки                               Rк20=0,00235Ом

Сопротивление обмотки возбуждения                                             Rв20=0,87Ом

Перегрузочная способность (рабочая)                                                       р=1,6

Перегрузочная способность (выключающая)                                             в=1,8

Число витков якоря                                                                            Wяд=1080/16

Число витков главного полюса                                                                   Wпд=84

Число витков добавочного полюса                                                              Wдд=2

Число витков компенсационной обмотки на полюс                                   Wкд=3

   Питающая сеть

Номинальное напряжение                                                                     Uс=6000В

Частота                                                                                                     fс=50Гц

Мощность короткого замыкания                                                 Sк=15000МВА

   

Подъемная машина

Тип                                                                                                               ЦШ54

Эффективная мощность подъема                                                  Рэф=4317кВт

Максимальная скорость подъема                                                        Vmax=16м/с

Средняя скорость                                                                                  Vср=8,4м/с

Множитель скорости                                                                                 =1,35

Радиус шкива трения                                                                                Dшт=5м

Максимальное усилие                                                                      Fmax=395743Н

4.1.2.Выбор тиристорного преобразователя

    Наметим к применению силовую 12-пульсную схему  тиристорного электропривода с реверсом в  цепи возбуждения двигателя и последовательным  соединением  выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.

    Активное сопротивление якорной цепи Rяц определяем по формуле:

Rяц1к2(Rя20+Rд20+Rк20+Rщ)=1,151,1(0,00348+0,000631+0,00235+0,0005)=0,00880566Ом,                 (4.1)

где к1=1,15 – коэффициент приведения к рабочей температуре 60С;

   к2=1,1 – коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных проводов;

   Rя20, Rд20, Rк20, Rщ – сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом

    Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью определим по формуле:

             кu===55,                                       (4.2)

где Uном и Iном – номинальные напряжение и ток двигателя, В, А;

   Rяц – сопротивление якорной цепи, Ом;

   Vmax – максимальная скорость подъема, м/с.

    Коммутационное снижение выпрямленного напряжения определяем по формуле:

               Uк ср=0,5eккuVmax=0,50,065516=26,4В,                                                        (4.3)

где ек – напряжение короткого замыкания трансформатора, отн.ед..

   

    Эффективный ток за цикл работы подъемной установки определяем по формуле:

               Iэфэф/(VmaxкU)=4317103/(1655)=4906А,                                                        (4.4)

где Рэф – эффективная мощность подъема, Вт.

    Выбор тиристорного преобразователя произведем по двум параметрам – выпрямленному току Id ном и выпрямленному напряжению Ud ном при соблюдении условий:

 

Id ном  Iэф     и    Ud ном  Uном.

    Применим комплектный  тиристорный  электропривод КТЭУ-6300/1050-1249314-200Т-УХЛ4. Тиристорный агрегат типа ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 с последовательным соединением мостов 4.

    КПД тиристорного преобразователя, рассчитываем по формуле:

                                  тп===0,97,                         (4.5)

где Udo – максимальное выпрямленное напряжение (угол управления=0), В;

 Uк ср – коммутационное снижение выпрямленного напряжения, В;

 Uт=0,96В – среднестатистическое падение напряжения на тиристоре 3.

    Передаточный коэффициент ктп тиристорного преобразователя определим по формуле:

                                               ктп=Ud ном/Uвх тп=1050/8=131,25В,                                       (4.6)

 

где Ud ном – номинальное выпрямленное напряжение, В;

   Uвх тп=8В – входное напряжение управления, В 3.

4.1.3.Выбор силового трансформатора

    Полную мощность силового трансформатора Sт определим по формуле :

Sт=1,05=1,05=7500кВт,                                          (4.7)

где км ср вз – средневзвешенный коэффициент мощности.

   Рном – номинальная мощность двигателя, кВт.

    Линейное напряжение вторичной обмотки, необходимое для выбора трансформатора, определим по формуле:

U2=(кзсх)(Vmaxкu+Uк ср+IэфRяц)=(1,1/1,35)(1655+26,4+49060,00881)=773В,              (4.8)

где кз=1,1 – коэффициент запаса 3;

   ксх=1,35 – коэффициент схемы выпрямления 3;

   кu – коэффициент пропорциональности, В/(м/с);

   Uк ср – коммутационное снижение напряжения, В;

   Iэф – эффективный ток, А;

   Rяц – сопротивление якорной цепи, Ом;

   Vmax – максимальная скорость, м/с.

    Выбор трансформатора производится по двум параметрам – полной мощности Sт ном и напряжению на вторичной обмотке U2ном при соблюдении условий:

Sт нои  Sт          и        U2ном  U2 .

    Для комплектной поставки в составе преобразовательного агрегата типа ТП3-6300/1050-10/ОУ4 применим масляный двухобмоточный  с  двумя  активными частями в одном баке трансформатор типа ТДПД-8000/10У2 4.

4.1.4.Расчет сглаживающего реактора

    Сглаживающую индуктивность определяем  из  условия непрерывности выпрямленного тока. При этом  принимается, что при угле отпирания тиристоров =80 и токе нагрузки  10% от  номинального (0,1Id ном) режим прерывистого тока должен быть исключен.

    

    Суммарное сопротивление цепи выпрямленного тока Rs рассчитываем по формуле:

                   R=Rяц+=0,00880566+=0,01438Ом,                 (4.9)

    Индуктивность якоря двигателя Lд определяем по формуле Лиумвиля-Уманского:

                   Lд10,1=0,3110-3 Гн,                         (4.10)

где с1=0,1 – коэффициент для компенсированных электродвигателей;

   2р=16 – число пар полюсов;

   nдв ном – номинальная частота вращения двигателя, об/мин;

   Uном – номинальное напряжение двигателя, В;

   Iном – номинальный ток двигателя, А.

   Индуктивность трансформатора Lт определим по формуле:

                    Lт=Lт1+Lт2=22=0,03610-3Гн,                               (4.11) 

  где ек – напряжение короткого замыкания, отн.ед.;

   U2 ном – фазное напряжение вентильной обмотки, В;

   I2 ном – ток вентильной обмотки, А;

   f – частота питающей сети, Гц.

    Индуктивность сглаживающего реактора определяем по формуле:

Lр=-Аlт-Lд=10-3-20,03610-3-0,3110-3=0,33мГн;

                                                           (4.12)

где Uном – номинальное напряжение двигателя, В;

   Iном – номинальный ток двигателя, А.

    Применим реактор типа СРОС3-3200МУХЛ4 на номинальный ток 3200А и с индуктивностью 0,5мГн 4.

    Сопротивление реактора определяем по формуле:

                            Rр===1,2110-4Ом;                                                        (4.13)

где Рр – потери при номинальном выпрямленном токе  , Вт;

   Iр ном – номинальный ток, А.

    Эквивалентное сопротивление цепи выпрямленного тока определим по формуле:

     Rэ=Rяц+Rр+Rт+Rш=0,00880566+0,000121+20,000454+0,00047=0,011Ом             (4.14)

где Rяц – сопротивление якорной цепи, Ом;

   Rр – сопротивление сглаживающего реактора, Ом;

   Rт – сопротивление фазы трансформатора, Ом;

   Rш – сопротивление шинопровода, Ом.

    Эквивалентная индуктивность якорной цепи двигателя:

                   Lэ=Lт+Lр+Lд=0,04210-3+0,510-3+0,3110-3=0,852мГн,                            (4.15)

где Lт – индуктивность трансформатора, Гн;

   Lр – индуктивность сглаживающего дросселя, Гн;

   Lд – индуктивность двигателя, Гн.

    Электромагнитная постоянная времени якорной цепи рассчитаем по формуле:

                                     Tэ=Lэ/Rэ=0,85210-3/0,011=0,077с.                                              (4.16)

4.1.5.Расчет автоматического выключателя в якорной цепи

    Коэффициент пропорциональности между движущим усилием и током якоря двигателя кf определим по формуле:

                                      кf===52Н/А,                                                (4.17)

    Электромеханическую постоянную времени электропривода определим по формуле 3:

                          Тм=Mr/(KUKF)=1881030,01438/(5552)=0,95с,                                 (4.18)

где КU – коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью;

   КF – коэффициент пропорциональности между движущим усилием и

током якоря двигателя;

    Максимальный ток двигателя Imax рассчитаем по формуле:

                                            Imax===7610А.                                                 (4.19)

    Ток уставки Iуст срабатывания реле максимальной защиты определим по формуле:

                                            IустнImax=1,17610=8371 А,                                               (4.20)

где кн=1,1 – коэффициент надежности 3.

    Применим автоматический выключатель ВАТ-42-6300/10-Л-У4 с реле защиты РДШ-6000 и диапазоном тока уставки 8000-12000А 4.

4.1.6.Выбор тиристорного возбудителя

    Индуктивность обмотки возбуждения двигателя определим по формуле:          Lов=L+Lр=2Рwв2=16842 =3,1Гн,                   (4.21)

где L – индуктивность, обусловленная полезным потоком, Гн;

   Lр – индуктивность от полей рассеивания, Гн;

   2р – число пар полюсов;

   Wв=84 – число витков нв полюс;

   ном=1.1 – коэффициент рассеивания при номинальном потоке;

   Ф – изменение потока, вызванное соответствующим изменением

   ампер-витков (IвWв), рис.  Вб.

Рис.4.1 Кривая намагничивания электродвигателя

    Постоянную времени цепи возбуждения Тв определим по формуле:

                                               Тв===3,06с,                                        (4.22)

где Lов - индуктивность обмотки возбуждения, Гн;

   Rов - сопротивление обмотки возбуждения, Ом.

    Время рывка tр при высоте подъема Н=1079м согласно графику 3:

tр=2с.

    Требуемое значение коэффициента форсировки кф определим формуле:  

                       Тв=tр/ln0,5кфtр, кфв/(0,5tр)=3,06/(0,52)=3,06                       (4.23)

где Тв - постоянная времени возбуждения, с.

    Максимальное значение выпрямленного напряжения Umax определим по формуле:

                                          Ud maxфUв ном=3,06145=443,7В,                                          (4.24)

где Uв ном - номинальное напряжение возбуждения, В.

    Применим тиристорный возбудитель  ТПР9-320/460Р-31У4 с номинальным током 320А и номинальным напряжением 460В 4.

    Передаточный коэффициент ктв тиристорного возбудителя определим по формуле:

                                                 ктв=Ud ном/Uвх тв=460/8=57,5                                             (4.25)

где Ud ном - номинальное выпрямленное напряжение, В;

   Uвх тв=8В - выходное напряжение управления.

4.1.7.Выбор тахогенератора в цепи ОС по скорости

    Применяем тахогенератор типа ПТ-42 с номинальной частотой вращения nтг ном=100об/мин и номинальным напряжением Uтг ном=230В 4.

    Максимальное напряжение на выходе тахогенератора Uтг max определим по формуле:

                                 Uтг=Uтг ном(nдв ном/nтг ном)=230(63/100)=145В,                                 (4.26)

где Uтг ном - номинальное напряжение тахогенератора, В;

   nдв ном - номинальная частота вращения двигателя, об/мин;

   nтг ном - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин.

    Передаточный коэффициент ктг рассчитаем по формуле:

                                   ктг=Uтг max/nдв ном=145/63=2,3В/(об/мин).                                      (4.27)

    Рассчитанные данные сведем в таблицу 4.1:

                                               Таблица 4.1

         Двигатель

Номинальная мощность                                                                 Рном=5000кВт

Номинальная частота вращения                                                   nном=63об/мин

Номинальное напряжение                                                                    Uном=930В

Номинальный ток                                                                                 Iном=5740А

Эффективный ток                                                                                 Iэф=4906А

Максимальный ток                                                                               Imax=7610А

Номинальный момент                                                                    Мном=774кНм

Номинальный поток возбуждения                                                    Фном=37.5Вб

Ток возбуждения                                                                                        Iв=145А

Напряжение обмотки возбуждения                                                       Uв=200В

Число полюсов                                                                                               2р=16

Число параллельных ветвей якоря                                                               2а=16

Суммарное сопротивление цепи якоря                                          Rя=0.00348Ом

Суммарная индуктивность цепи якоря                                          Lя=0.01438Гн

Индуктивность сглаживающего реактора                                      Lр=0.02мГн

Сопротивление обмотки возбуждения                       Rв=0.87Ом

    Питающая сеть

Номинальное напряжение                                                                     Uс=6000В

Частота                                                                                                     fс=50Гц

Мощность короткого замыкания                                                 Sк=15000МВА

    Подъемная машина

Нормальное ускорение                                                                           а1=0,6м/с2

Нормальное замедление                                                                         а3=0,6м/с2

Максимальная скорость подъема                                                        Vmax=16м/с

Радиус шкива трения                                                                                Dшт=5м

    Тиристорный преобразователь

Постоянная времени                                                                                Т=0,02с

Максимальное выпрямленное напряжение                                       Udmax=1050А

Коэффициент передачи                                                                    Ктп=131,25В

    Тиристорный возбудитель

Постоянная времени                                                                               Тв=3,06с

Максимальное выпрямленное напряжение                                         Udmax=460В

Коэффициент передачи                                                                           Ктв=57,5

Коэффициент форсировки                                                                       Кф=3,06

Номинальный ток шунта                                                                      Iном=200А

    Система электропривода

Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя

и линейной скоростью                                                                       Кv=55В/(м/с)

Коэффициент пропорциональности между движущим усилием

и током якоря                                                                                         Кf=52Н/А

Суммарная приведенная масса                                                         m=188103кг

4.2. Расчет системы подчиненного регулирования

координат электропривода

    На основе технических решений, принятых в главе 2 и главе 3 данного проекта, выбираем регуляторы тока, скорости и другие технические средства, составляющие систему автоматического управления (САУ) электроприводом  «управляемый выпрямитель - двигатель» (УВ-Д).

    Рассчитаем параметры САУ на основе элементов УБСР-АИ, входящих в состав комплектного электропривода КТЭУ.

    Система построена  по принципу подчиненного регулирования с зависимым регулированием  тока  возбуждения от тока якорной цепи при значениях тока якорной цепи менее 0,5Iдв ном .

    Расчет  конкретных  параметров  САУ  произведем, используя структурную схему (рис.4.2), построенную по математическому описанию электромеханических процессов в абсолютных единицах.

    При расчете принимаем следующие допущения:

- механическая система представляется в виде одно-массовой системы;

- демпфирующее действие вихревых токов в шихтованной станине электродвигателя не учитывается.

4.2.1.Расчет контура регулирования тока возбуждения

    Структурная и функциональная схемы контура регулирования тока возбуждения представлены на рис.4.3.

    Постоянная времени фильтра Тфв рассчитывается по формуле:

                                       Тфв===0,0025с,                                   (4.28)

где к=56 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций

   m=6 - пульсация сигнала за период для мостовой схемы;

   f=50Гц - частота питающей сети.

    Постоянная времени контура тока возбуждения Т в:

                                         Т в вфв=0,02+0,0025=0,0225с,                                   (4.29)

где Т в - постоянная времени тиристорного возбудителя, с;

   Тфв - постоянная времени фильтра, с.

    Параметры фильтра (Rф ф ):

                                           Сффв/Rф=0,0025/100=2510-6 Ф,                                        (4.30)

где Rф=10100Ом - сопротивление фильтра;

   Сф - емкость фильтра.

   

   Uзв                  Uртв    Udв    Uв max       Iв     Ф

                                                                                                                                                                             а)   

                                

                                                            Rотв         Сотв

                                                              

                                 

                  Uзв             Rотв

                                                                           РТВ        к ТВ

                                      Rтв  

             Uдтв                   Rф       Rф 

                                                                 ДТВ         

                                                                                                                        Сф          К шунту

                                                                                                                                                                               б)

Рис.4.3. Структурная (а) и функциональная (б) схемы

контура регулирования тока

           Передаточный коэффициент цепи обратной связи Кв:

                                                Кв==1=0,069В/А,                                      (4.31)

где Rзтв и Rтв - входные сопротивления регулятора (Rзтв=Rтв);

   Uдтв=10В - напряжение выхода датчика тока при номинальном токе Iв ном.

    Статическую ошибку Iв для пропорционального регулятора определим по формуле:

 Iв=Iв ном=145=2,1А  0,05145=7,25А           (4.32)

где Iв ном - номинальный ток возбуждения, А;

   Тв - постоянная времени обмотки возбуждения, с;

   атв=2 - коэффициент настройки контура, принимаемый по условию модульного оптимума;

   Тв - постоянная времени контура тока возбуждения, с.

    Реализовать условие Uдв=Uдтв и выбрать значение входных сопротивление регулятора тока возбуждения:

Rзтв=Rтв=10кОм

    Требуемый коэффициент датчика тока Кдтв определим по формуле:

                                        Кдтв===254,                                   (4.33)

где Iш ном - номинальный ток шунта, А;

   Iв ном - номинальный ток возбуждения, А;

   Кв - передаточный коэффициент цепи обратной связи;

   Кшв=Uш ном /Iш ном - коэффициент шунта.

    Предварительно  применим  ячейку  датчика  тока типа ДТ-3АИ (УБСР-АИ), коэффициент передачи которого регулируется в пределах 53,3133,3. Для уменьшения требуемого коэффициента датчика  тока применить два шунта типа 75ШСМ 200А,соединенных параллельно друг другу 4.

   Сопротивление обратной связи регулятора тока возбуждения Rотв вычислим по формуле:

           Rотв=Rзтв=10103=65кОм,                  (4.34)

где Rзтв - входное сопротивление регулятора тока возбуждения, Ом;

   Тв - постоянная времени обмотки возбуждения, с;

   rв - сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

   атв - коэффициент настройки контура на модульный оптимум;

   Тв - постоянная времени контура тока возбуждения, с;

   Ктв - передаточный коэффициент тиристорного возбудителя;

   Кв - передаточный коэффициент обратной связи.

    Установившиеся уровни выходного напряжения регулятора тока возбуждения для номинального и форсированного режимов Uртв ном Uртв ф рассчитаем по формулам:

Uртв ном===1,1В;    (4.35)       Uртв ф===3,4В  15В,    (4.36)

                                                                         

где Uв ном - номинальное напряжение обмотки возбуждения, В;

   Ктв - передаточный коэффициент обмотки возбуждения;

   Кф - коэффициент форсировки.

    Окончательно выберем ячейку датчика тока ДТ-3АИ (УБСР-АИ).

4.2.2.Расчет контура регулирования тока якорной цепи

    Структурная и функциональная схемы контура регулирования тока якорной цепи представлена на рис.4.4.

    Постоянную времени фильтра Тфт на входе датчика тока рассчитываем по формуле:

                                     Тфт===0,00125с,                                 (4.37)

где к=56 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций

   m=12 - пульсация сигнала за период для двойной трехфазной мостовой схемы;                        

   f=50Гц - частота питающей сети.

    Емкость Т-образного фильтра  рассчитаем по формуле:

                                         Сффт/Rф=0,00125/100=12,5мкФ,                                         (4.38)

где Rф - сопротивление, принимаемое в пределах 10100Ом.

    Эквивалентную не компенсируемую  постоянную времени контура тока вычислим по формуле:

                                     Тттфт=0,02+0,00125=0,02125с,                                      (4.39)

где Тт=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя.

    Примем согласованное управление током якоря Iя и током возбуждения Iв в  функции  напряжения на выходе регулятора скорости Uрс. Характеристика  согласованного  управления  представлена на рис.

    Применим условие начала реверсирования Iв/Iя=0,5I, т.е. уровень тока якоря, с которого начинается  изменение тока возбуждения, составляет

iя рев=0,5.

  

    Допустимое значение скорости изменения тока якоря рассчитывается по формуле:

      ===0,48с-1, или =0,485740=2764А/с,    (4.40)

где Кп=2 - коэффициент, учитывающий перегрузку по току якоря;

   Тв - постоянная времени обмотки возбуждения двигателя, с;

   Кф - коэффициент форсировки;

   iя рев - относительное значение тока якоря, при котором начинается изменение тока возбуждения (реверс).

Uзт               Iз max     Uя                Uрт       Еп        Iя          

                                                                                         Uдт

       

                                                                            а)                                              

      

        

    Uогр     VD1     VD2

                                                                                              C1                      Cот                               

                        R3                                     Rот                   

   Uзт   R1                   R4                 Rзт  

                  У1                 У2                 РТ      

             R2                                    Rт                к ТП

                          Uдт                Rф       Rф             

                                                                                                 ДТ             

                                                           Сф  к шунту

                                                                           б)

Рис.4.4. Структурная схема (а) и реализация (б)

контура регулирования тока якорной цепи

      Максимальное значение параметра настройки регулятора тока ат определяется из условия:

                                         ат  ==19,6.                                 (4.43)

    Параметр  настройки  регулятора тока принять по условию модульного оптимума, т.е. ат=2.

 

    Передаточный коэффициент обратной связи контура  тока определяются по формуле:

                                         Кт==1=0,0015В/А,                                      (4.44)

где Rзт и Rт - входные сопротивления регулятора тока, отношение которых принимается равным единице;

   Uдт max - не должно превышать 15В (напряжение питания УБСР-АИ)

    Коэффициент шунта определяется по паспортным данным:

                                    Кш=Uш ном /Iш ном=0,075/10000=7510-6В/А,                                  (4.45)

где Uш ном=75мВ для шунта 75ШСМ 3;

   Iш ном - номинальный ток шунта.

    Коэффициент датчика тока определяется по формуле:

                                         Кдт===26.                                    (4.46)

    Параметры регулятора тока вычисляем по формуле:

                    Rзт=Rт====290кОм;        (4.47)

                           Rотяот=6,4510-6/(210-60,01438)=224Ом,                                  (4.48)

где Тит - постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора, с;

   Сот=23мкФ - емкость обратной связи регулятора тока;

   Тя=Lя/Rя - постоянная времени якорной цепи, с;

   Ктп, Rя, Lz - заданные величины.

    Постоянная времени интегратора:

                                                          Тип===3с,                                               (4.49)

        Где          iя max=Iя max /Iя ном=7610/5740=1,33.

   

    Коэффициент усиления нелинейного элемента в линейной зоне:

                                                   Кнэ===35,3.                                    (4.50)

    Сопротивление обратной связи R3 при R1=10кОм:

                                              R3=Rнэ=10Кнэ=1035,3=353Ом.                                   (4.51)

    Входное сопротивление R4 для усилителя У2 при С1=3мкФ:

                                               R4=Тип/С1=3/(310-6)=100кОм.                                        (4.52)

    Напряжение ограничения усилителя У1:

                                          Uогр===8,6В.                                    (4.53)

    Входное сопротивление R2 для усилителя У1:

R2=R1=10кОм.

4.2.3.Расчет контура регулирования скорости

    Максимальное значение приращения движущего усилия Fст m определяют из условия:

 Fст max  0,1F1=0,1339400=33,94кН,

где F1 - движущее усилие, равное статическому в начальный момент

   времени, Н.

Примем максимальное  значение  движущего усилия при котором

в замкнутой системе регулирования  скорость  не должна изменится

более, чем на 1%:

Vmax=0,0116=0,16м/с.

    Абсолютное значение статической ошибки в замкнутой системе управления Vа определим по формуле:

                     Vа=Fст max=33,94103=0,054м/с                   (4.54)

где ас=2 - параметр настройки регулятора скорости;

   Тс2тфт)+Тфс=4(0,02+0,0125)+0,02=0,15с - эквивалентная не компенсируемая постоянная времени контура скорости, с;

   ат=2 - параметр настройки регулятора тока;

   Т=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя;

   Тфт - постоянная времени фильтра на входе датчика тока, с;

   Тфс===0,02с - постоянная времени фильтра на

   входе датчика скорости,с;

   К=3 - кратность уменьшения пульсации напряжения тахогенератора;

   

 f===6,7Гц - частота  полюсных пульсаций тахогенератора, Гц;  

   КК, КV - заданные величины;

   Тм - электромеханическая постоянная времени электропривода ,с;         

   m, R - ранее рассчитанные величины.

    Относительное значение статической ошибки при установившемся режиме в замкнутой системе определим по формуле:

                               %=(Va/Vmax)100%=(0,054/16)100=0,34  1%.                              (4.55) 

    Время регулирования определили по формуле:

                                              tрег=5=50,03=3с,                                               (4.56)

где =0,03 - допустимая динамическая ошибка по скорости 3;

   Vmax - максимальная скорость движения подъемных сосудов, м/с;

   аmax - максимальное ускорение в период разгона и замедления,  м/с2.

    Масштаб времени Z определили по формуле:

                                                       Z=tрег/tнор=3/6=0,5с,.                                                   (4.57)

где tнор=6с - нормированное время переходного процесса.

Принимаем график переходного процесса для параметров Z=0,5, т=0,15 3.

    Параметры настройки  двухкратноинтегрирующего  контура скорости определяем из условия равенства выражений:

всас2ат22=2,5Z2; всасат=2,5Z.

    Отсюда      вс=2,5;   ас=Z/(ат)=0,5/(20,15)=1,7.                                   (4.58)

    Приняли структурную и функциональную  схемы контура регулирования скорости (рис.4.5)

    Коэффициент обратной связи по скорости рассчитали  по формуле:

                                                    Кс==1В/(м/с);                                                   (4.59)

где Rзс=Rс;

   Uдс - напряжение, В, снимаемое с датчика скорости при скорости подъема Vmax , м/с.

    Используем  ячейку датчика напряжения  ДН-2АИ (УБСР-АИ), и присоединим его вход к выходу тахогенератора с помощью делителя напряжения Rд и Rд. Принять Uдс=Vmax 4.

    Напряжение, снимаемое с тахогенератора, определили     по формуле:

                                     Uтг=Uтг ном=230=149,5В,                                           (4.60)

где Uтг ном - номинальное напряжение тахогенератора, В;

   nтг ном - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин;

   nдв ном - номинальная частота вращения двигателя, об/мин.

    Полное сопротивление делителя напряжения определим   по формуле:

                                         Rд=Uтг/Iтг ном=149,5/0,1=1,5кОм,                                            (4.61)

где Iтг ном - номинальный ток тахогенератора, А.

    Параметры делителя напряжения:

Pд=UтгIтг ном=149,50,1=14,95Вт.

 Uзс               Uф                       Uрс        Iя       V

                      Uдс

                                                           а)

             Сфс      Rос           Сос

                                                              

                                 

   Uзс    Rзс/2           Rзс/2                    Uрс

       

                                                                            РC        

                                             Rс  

                                             Rд          

             Uдтв                 Rф       Rф 

                                                     Uтг    BR 

                                                                 ДС                                                      

                                                                                                                        Сф       Rд          

                                                           б)

Рис.4.5. Упрощенная структурная схема (а) и реализация

контура регулирования скорости (б)

                                           Rд===160Ом.                                            (4.62)

    Условие согласования:       Rд=2400/10=240Ом,

где Rвх д=2,4кОм - входное сопротивление датчика ДН-2АИ (УБСР-АИ)

                                             Rд=Rд-Rд=1500-160=1340Ом.                                           (4.63)

     Передаточная функция ПИ-регулятора скорости имеет вид:

               Wрс(р)==+=Кпс+;

    Параметры ПИ-регулятора скорости:

                                   Кпс===21,4.                              (4.64)

    Условие жесткости подъемных канатов:

    так как Кпс10 необходимо принять демпфирующий коэффициент

                                 ас===1,7,                                (4.65)

где Кпс=10.

    Постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора скорости:

          

                   Тис==2,51,720,152=0,03с.                 (4.66)

    Применим ячейку регулятора скорости РС-1АИ (УБСР-АИ).

    Входные сопротивления регулятора скорости (Сос=2мкФ):

                                       Rзс=Rсисос=0,03/(210-6)=15кОм.                                       (4.67)

    Сопротивление обратной связи регулятора скорости:

                                         Rос=RзсКпс=1500021,4=321кОм.                                            (4.68)

    Параметры фильтра на входе регулятора скорости:

                                          ТфсасТс=2,51,70,15=0,64с;                                            (4.69)

                              Сфсф/(0,5Rзс)=0,64/(0,515000)=0,85мкФ.                                    (4.70)

5  АППАРАТУРА АВТОМАТИЗАЦИИ

 

51 Назначение КП-2

КП-2 предназначен для построения автоматизированных систем логического управления электроприводом поточно-механизированных линий и работотехнологических комплексов для автоматизации управления экспериментом на испытательных стендах и в агропромышленных комплексах КП-2 заменяет системы с жесткой логикой и представляет собой наращиваемую блочную конструкцию в защитном кожухе со степенью защиты IP51 по ГОСТ 14254-80

52 Технические данные КП-2

КП-2 представляет собой программируемый контроллер переменного состава основные параметры которого определяются набором конструктивно электрически и логически совместимых блоков и модулей

521 В состав КП-2 входят:

  1.  БВВ - блок ввода - вывода с модулями источника питания МИП и центрального процессора МЦПВ
  2.  БД - блок доступа к линии связи 
  3.  БЗП - блок загрузки программ 
  4.  МВВ - модули ввода-вывода устанавливаемые в БВВ

522 КП - 2 выполняет следующие функции:

  1.  управление работой технологического оборудования (манипуляторами поточно-механизированными линиями и тд.) в соответствии с программой пользователя реализующей алгоритм управления
  2.  диагностирование состояния объекта в соответствии с программой пользователя
  3.  организация обмена данными между блоками ввода-вывода (БВВ) по двухпроводной линии связи
  4.  осуществление связи с ЭВМ верхнего уровня
  5.  копирование программы пользователя на магнитную ленту 
  6.  получение распечатанного текста программы

523 Масса блока БВВ без модулей ввода-вывода не более 265 кг габариты блока БВВ 485 270 240

524 Максимальное количество блоков БВВ в КП-2 равно восьми

525 Максимальная длина двухпроводной линии связи между блоками - 1000 м

526 Напряжение питания КП-2 ~220 В при допустимом отклонении от минус15 до плюс10% с частотой 50 Гц

527 Мощность потребления блока БВВ не более 140 Вт

528 Число мест в блоке БВВ для установки модулей МВВ-16

( максимальное количество входов-выходов в блоке БВВ до 256 )

529 Язык программирования КП-2 представляет собой язык релейно-контактной символики ( ЯРКС ) дополненный операциями с кодами накапливающими узлами и операциями переходов

5210 Вычислитель КП-2 выполнен на базе однокристальной микро-ЭВМ К1816ВЕ31

5211 Объем памяти программ блока БВВ-2Кбайт (КП-2 в максимальной конфигурации обладает памятью в 16 Кбайт )

5212 Память программ энергонезависимая время сохранения информации при отключении МИП составляет не менее шести месяцев

5213 Время выполнения одной команды ЯРКС из основного набора не более 3 мкс

время выполнения одной команды ЯРКС из расширенного набора не более 25 мкс

время рабочего цикла выполнения 1 Кбайт команд из основного набора не более 5 мс

53 Устройство и работа КП-2

В состав основного оборудования КП-2 входит до восьми блоков ввода-вывода и блок загрузки программ

Конструктивно блок ввода-вывода выполнен на основе стандартной кассеты БУК-бм и имеет защитный металлический кожух обеспечивающий степень защиты 1Р51 Кожух может быть установлен в шкафу или автономно подвешен на стене помещения Для визуального контроля за состоянием индикаторов на лицевой панели БВВ и кожухе имеется окно закрытое стеклом Связь с объектом подвод питающего напряжения а также соединение с загрузчиком производится через разъемы типа ОНЦ установленные в нижней части кожуха Со стороны БВВ подвод жгутов к разъемам выполнен через уплотняющие сальники БВВ имеет принудительную вентиляцию Для этого в кожухе установлены вентиляторы и фильтры для очистки поступающего воздуха

Доступ к лицевой панели БВВ открывается после снятия передней защитной крышки На лицевой панели размещены индикаторы и органы управления:

  1.  выключатель питающего напряжения
  2.  колодки предохранителей
  3.  индикаторы наличия питания
  4.  переключатель режима работы ПУСК - СТОП
  5.  индикатор режима РАБОТА
  6.  индикатор ОШИБКА
  7.  кнопка контроля батареи
  8.  индикатор заряда батарей БАТ НОРМ

На лицевой панели БВВ расположены также крышка «кармана» для установки батарей резервного питания и соединительный разъем для подсоединения блока загрузки программ

Кроме того на лицевую сторону БВВ выходят индикаторы всех установленных в данном БВВ модулей ввода-вывода

В каждом БВВ имеется источник питания и собственный вычислительВ качестве базового элемента вычислителя использована однокристальная микро-ЭВМ К1816ВЕ31 Объем памяти вычислителя предназначенный для размещения программы пользователя на языке релейно-контактной символикив каждом БВВ равен 2 Кбайт Для установки модулей ввода-вывода в БВВ имеется 16 интегральных мест С учетом того что отдельные модули ввода-вывода могут иметь до 16 входов или выходов общее число точек связи с объектом в одном БВВ может достигнуть 256

В том случае когда этого числа входов и выходов недостаточно или КП-2 предназначен для управления территориально протяженным объектом устанавливается несколько БВВ

Связь между блоками осуществляется по двухпроводной многоточечной магистрали При этом если расстояние между БВВ не превышает 10 м ( например при установке в одном шкафу) подключение блоков ввода-вывода к межблочной магистрали осуществляется непосредственно При расстоянии свыше 10 м подсоединение блоков к линии связи производится через специальные блоки доступа

Максимальное удаление БВВ друг от друга может составлять 1000 м

Блок загрузки программы (БЗП) представляет собой интеллектуальный терминал оснащенный дисплеем и клавиатурой С помощью БЗП производится генерация таблиц используемых модулей ввода-вывода загрузка и редактирование рабочей программы выявление неисправностей блоков отладка и слежение за исполнением программ Все перечисленные функции выполняются в диалоговой удобной для пользователя форме Для сохранения программ к БЗП может быть подключен накопитель на магнитной ленте а для получения документированного текста программ - устройство печати

Для ввода программ используется блок клавиатуры с псевдосенсорными замыкателями

В качестве основы языка программирования КП-2 используется язык релейно-контактной символики дополненный операциями над кодами и накапливающими узлами и операциями перехода Помимо набора программы с помощью БЗП можно осуществлять смену режимов БВВ вести отладку анализировать ошибочные ситуации копировать и распечатывать программы

Полный объем программы на языке релейно-контактной символики загружаемой в восемь БВВ составляет 16 КбайтПрограмма может обрабатывать по числу точек связи с объектом в общей сложности до 1920 аналоговых или булевых переменных или до 256 кодовых переменных Кроме того пользователь в каждом БВВ может завести до 128 булевых и 128 кодовых внутренних переменных Для обмена информацией между БВВ в распоряжении пользователя имеется 128 сетевых булевых переменных

Для совместной работы нескольких удаленных друг от друга блоков ввода-вывода организуется локальная сеть КП-2 Для этого БВВ подключаются к проложенной по объекту линии связи через блоки доступа

В качестве линии связи может быть использован радиочастотный коаксиальный кабель или витая пара телефонного кабеля В крайних БД для предотвращения отражения сигнала устанавливаются согласующие резисторы

Каждый из блоков БВВ может находиться в одном из трех режимов: «Загрузка» «Отладка» «Работа»

В режиме «Загрузка» может выполняться ввод вывод и редактирование программы Процесс управления при этом остановлен те рабочая программа не выполняется

Из режима «Загрузка» БВВ может по команде с загрузчика быть переведен в режим «Отладка»

При переводе в режим «Отладка» происходит трансляция рабочей программы с языка релейно-контактной символики в машинный код Исполнение программы в режиме «Отладка» идет без выдачи результата на объектДопускается корректировка программы и принудительное присвоение значений переменным При переводе ключа на лицевой панели в положение ПУСК БВВ переключается в режим «Работа»

В режиме «Работа» идет управление объектом по странслированной рабочей программе О том что КП-2 находится в рабочем режиме свидетельствует включенный индикатор РАБОТА на лицевой панели БВВ Никакие команды загрузчика кроме команд чтения страницы и слова состояния не выполняются Выполнение первой из этих команд обеспечивает слежение за исполнением рабочей программы вторая команда служит для целей контроля состояния и диагностики При переводе ключа в положение СТОП БВВ возвращается в режим «Отладка»

Обнаружение неисправности в работе аппаратуры БВВ приводит к фиксации кода ошибки в слове состояния БВВ При этом на лицевой панели загорается индикатор ОШИБКА а БВВ переходит в режим «Загрузка»

54 Назначение и технические данные модулей ввода - вывода

541 Модули ввода ЦВФ11 ЦВФ12 предназначены для ввода дискретных сигналов постоянного и переменного тока в программируемый контроллер КП-2 или МСУВТ В10 Модули выполняют функции гальванической развязки сигналов внутренней магистрали устройства в состав которого входят модули и сигналов объекта

Значение основных параметров модулей ввода ЦВФ11 ЦВФ12 приведено в табл. 51

                                                                                                  Таблица 51

Значение основных параметров модулей ввода

Наименование параметров

Значение параметра

ЦВФ11

ЦВФ12

Количество каналов ввода шт

16

16

Напряжение входного сигнала В

12110

220

Частота тока входного сигнала Гц

50**

50

Напряжение гальванической развязки кВ не

более

15

15

Ток потребления по цепи +5 В А не более

04

04

Напряжение питания В

+5

+5

Ширина лицевой панели мм

195

195

**В модуле ЦВФ11 предусмотрен ввод сигналов переменного тока (частота 50 Гц) и постоянного тока

Модули ввода выполнены с применением микросхем серии К555 оптопар транзисторных АОТ127 операционных усилителей К1501УД1 диодных мостов КЦ407 и дискретных компонентов В модулях используется однослойный печатный монтаж Связь с внутриконтроллерной магистралью осуществляется через разъем Х2 На лицевых панелях модулей размещены 16 светодиодов для визуального контроля состояния входных каналов Модули ввода имеют 16 независимых каналов а полярность объектовых сигналов поступающих на их вход (разъем Х2 модулей) не имеет значения

542 Модули вывода ВЦФ01...ВЦФ04 предназначены для подключения дискретных нагрузок к программируемому логическому контроллеру КПБ21-02-8-51УХЛ4(КП-2) или микросредств МСУВТ В10 Модули осуществляют гальваническую развязку приемников сигналов (нагрузки) от цепей внутренней магистрали КП-2 или МСУВТ В10 и обеспечивают коммутацию на нагрузке тока максимальная величина которого определяется типом коммутирующего элемента модуляа конкретная величина зависит от приложенного напряжения и нагрузки

Значения основных параметров модулей вывода ВЦФ01...ВЦФ04 приведены в табл 52

Таблица 52

Значения основных параметров модулей вывода

Наименование параметра

Значение параметра

ВЦФ01

ВЦФ02

ВЦФ03

ВЦФ04

Количество каналов вывода шт

16

16

16

16

Ток коммутации А не более

25

25

25*

80*

Выходное напряжение В не более

1280

190230

180*

250*

Частота тока выходного сигнала Гц

-

50

50**

50**

Напряжение гальванической развяз-

ки кВ не более

15

15

15

15

Ток потребления модуля по цепи +5

В А не более

05

05

05

05

Напряжение питания В

+5

+5

+5

+5

Ширина лицевой панели мм

195

195

195

395

*При подключении емкостной или индуктивной нагрузки выходное напряжение и ток коммутации определяются в соответствии с режимами коммутации по техническим условиям на коммутирующие элементы РПГ-8 и РПГ-2

**В модулях ВЦФ03 и ВЦФ04 предусмотрена выдача сигналов переменного тока (частота 50 Гц) и постоянного тока

В качестве коммутирующих элементов в модулях вывода используются:

  1.  квазикомплементарная пара транзисторов КТ814 и КТ819 - в модуле ВЦФ01
  2.   симистор ТС-106-10 - в модуле ВЦФ02 
  3.   реле РПГ-2- в модуле ВЦФ03
  4.   реле РПГ-8- в модуле ВЦФ04

В модулях используется однослойный печатный монтаж Связь с внутриконтроллерной магистралью осуществляется через разъем Х1 Вывод сигналов производится через разъем Х2 На лицевых панелях модулей размещены 16 светодиодов для визуального контроля состояния выходных каналов Ширина лицевой панели ВЦФ01...ВЦФ03 - 195 мм панели ВЦФ04 - 395 мм Модули вывода ВЦФ03 и ВЦФ04 имеют 16 независимых каналов а у модулей ВЦФ01 и ВЦФ02 выходные сигналы объединены в группы по четыре (1-4 5-8 9-12 13-16) Полярность выходных сигналов имеет значения у модуля ВЦФ02 где сигналы объединенные на контактах разъема Х2 имеют положительную полярность (+) а 16 индивидуальных сигналов - отрицательную (-)

5.4.3. Модули ввода аналоговых сигналов и напряжения - МАВ20 тока - МАВ21 и температуры - МАВ24 - 27 предназначены для ввода и предварительной обработки аналоговых сигналов поступающих от объектов управляемых программируемым контроллером КП-2. Модули ввода входят в состав комплекса модулей УСО и обеспечивают гальваническую развязку аналоговых сигналов объекта и сигналов внутренней магистрали контроллера. Технические данные модулей МАВ20 МАВ21 и МАВ24...МАВ27 приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Значение основных параметров модулей ввода.

Наименование параметра

МАВ20

МАВ21

МАВ24

МАВ25

МАВ26

МАВ27

Вид измеряемого сигнала

напря-жение

ток

темпе-

ратура

темпе-

ратура

темпе-

ратура

темпе-

ратура

Число каналов шт.

8

8

8

8

8

8

Диапазон входных напряжений В

0...10

24

Диапазон входных токов В

02...5

Тип используемого термометра сопротивления

ГР21

ГР23

ТСМ

50М

ТСП

50П

Диапазон измеряемых температур С

-90...

+750

-100...

+200

-100...

+200

-100...

+750

Ток потребления по цепи +5 В А

1

1

1

1

1

1

Ширина лицевой панели мм.

195

195

195

195

195

195

5.4.4. Модули вывода аналоговых сигналов МАВ30 и МАВ31 предназначены для использования в составе программируемого контроллера КП-2 и обеспечивают преобразование двоичных кодов в пропорциональные уровни напряжения (МАВ30) и тока (МАВ31).

Двоичный код поступает на данные модули от модуля центрального процессора по межмодульной магистрали. Модуль МАВ30 имеет также дополнительный вход для приема кода от устанавливаемого рядом модуля позиционирования. Выходные цепи модулей гальванически изолированы от программируемого контроллера и друг от друга.

Основные технические данные модулей сведены в табл. 5.4.

  Таблица 5.4

Значение основных параметров модулей вывода.

Наименование параметра

МАВ30

МАВ31

Представление выходного сигнала

напряжение

ток

Число каналов шт.

2

8

Число двоичных разрядов выходного кода шт.

12

8

Диапазон выходного напряжения В

-10...+10

-

Диапазон выходного тока мА

-

0...5

Допустимая нагрузка кОм.

1

2

Ток потребления по цепи +5 В А

02

02

Тип гальванической развязки

АОД130А

К293ЛП1

Ширина лицевой панели мм.

195

195

55 Устройство и работа блока задания программы (БЗП)

551 Модуль центрального процессора загрузчика

В состав модуля центрального процессора (МЦПЗ) входят следующие узлы:

  1.  однокристальная микро ЭВМ (ОЭВМ)
  2.  схема формирования сигнала сброса (ССБР)
  3.  постоянное запоминающее устройство системных программ (РПЗУСП)
  4.  оперативное запоминающее устройство программ пользователя и данных (ОЗУПД)
  5.  схема контроля оперативного ЗУ (СКПД)
  6.  контроллер связи с блоком клавиатуры (КСКЛ)
  7.  внешний таймер (ВТМ)
  8.  контроллер прерываний (КПР)
  9.  схема выборки режима загрузчика (СРЗ)
  10.  дешифратор адреса внешнего устройства (ДШВУ)
  11.  задающий генератор эталонной частоты (ЗГ)
  12.  адаптер связи с блоками ввода-вывода (АДПБВВ)
  13.  схема звуковой сигнализации (ЗС)

ОЭВМ управляет работой узлов модуля выполняет обработку информации необходимую для реализации функций загрузчика

ССБР предназначена для формирования сигнала установки всех узлов центрального процессора в исходное состояние при включении питания или по инициативе пользователя

РПЗУСП используется для хранения всех системных программ МЦПЗ

ОЗУПД служит для хранения программ пользователя загружаемых в БВВ таблиц конфигурации КП-2 а также для текущих переменных самого загрузчика

СКПД предназначена для обеспечения контроля содержимого ОЗПД по четности

КСКЛ обеспечивает сопряжение выносной клавиатуры с ПЦПЗ и выполняет преобразование последовательного кода передаваемого клавиатурой в параллельный

ВТМ служит для получения серии импульсов опорной частоты необходимой для приема данных из блока клавиатуры и ведение абсолютного таймера

КПР предназначен для формирования сигналов прерывания по запросам узлов МЦПЗ

СРЗ выполняет кодирование заданного режима работы загрузчика

ДШВУ предназначен для формирования сигналов выборки одного из внешних устройств ОЭВМ: «ВЫБ ВТМ» «ВЫБ КПР» и сигнала выборки модуля отображения «ВЫБ АЦД»

ЗГ выполняет роль задающего генератора для внешнего таймера

АДПНМЛ предназначен для согласования уровня сигналавыдаваемого ОЭВМ с микрофонным входом магнитофона а также для преобразования аналогового сигнала снимаемого с линейного входа магнитофона в цифровой последовательный код

АДПБВВ предназначен для согласования последовательного порта ОЭВМ с линией связи идущей к БВВ

Схема ЗС предназначена для формирования кратковременного звукового сигнала оповещения пользователя При включении питания загрузчика или при нажатии на кнопку СБРОС схема ССБР вырабатывает сигнал сброса переводящий ОЭВМ ВТМ КСКЛ и КПР в исходное состояние По окончании сигнала сброса ОЭВМ производит самодиагностику затем последовательно проверяет РПЗУСП и ОЗУПД на наличие ошибок В случае успешного завершения тестирования устройств памяти ОЭВМ переходит к программной настройке ВТМ КПР и КСКЛ на необходимый режим работы одновременно проводится проверка работоспособности указанных узлов По окончании диагностирования и настройки внешних устройств ОЭВМ выдает на экран ЭЛТ сообщение о готовности устройства к работе Если в процессе тестирования узлов МЦПЗ будет обнаружена ошибка производится попытка локализации и определения типа ошибки

Сообщение об ошибке ее источнике и возможные методы устранения выдается на экран БЭЛТ

5.5.2. Модуль отображения

В состав модуля отображения (МО) входят следующие узлы:

  1.  задающий тактовый генератор (ТГ) 
  2.  порт ввода -вывода (ПВВ) 
  3.  буферное запоминающее устройство (БЗУ) 
  4.  счетчик адреса (СА) 
  5.  мультиплексор адреса (МА)
  6.  схема управления режимом (СУР)
  7.  регистр знакогенератора (РГЗГ)
  8.  знакогенератор (ЗГ)
  9.  мультиплексор сигнала яркости МПЯ)
  10.  схема гашения луча (СГЛ)
  11.  схема формирования сигналов синхронизации (ФСС)
  12.  смеситель видеосигнала (СВС)

ТГ представляет собой автоколебательный генератор тактовых импульсов с частотой следования 14 МГц и служит для синхронизации работы всех узлов МО

ПВВ обеспечивает связь МО с МЦПВ по магистрали МВО С узлами МО он связан шиной данных (ШД) шиной адреса (ША) управляющими сигналами (ШУ)

БЗУ предназначено для хранения кодов символов отображаемых на экране ЭЛТ При этом каждая ячейка БЗУ привязана к определенному знакоместу Считывание информации из БЗУ происходит синхронно с процессом регенерации изображения на экране50 раз в секунду так что код отображаемого символа на вход знакогенератора в заданный момент времени

Для подсчета и адресации точек на экране используется счетчик СА модуль перерасчета которого равен полному числу точек растра с учетом фиктивных областей изображения Адрес точки получаемой в СА делится на группы поступающие к различным узлам МО Ряд выходов СА образует адрес знака который по шине АЗН поступает на МА Мультиплексор МА служит для коммутации адреса обращения к БЗУ При записи новой информации или при чтении из БЗУ адрес обращения поступает по ША из ПВВ в процессе отображения адресации БЗУ происходит с входов СА Сменой режимов обращения к БЗУ управляет СУР

РГЗГ служит для хранения кода отображаемого символа на время получения строки матрицы знака С выхода РГЗГ код символа поступает на вход знакогенератора На другой вход знакогенератора по шине АСТР со счетчика СА поступает адрес строки в знаке Знакогенератор ЗГпредставляющий собой ПЗУ в котором «прошиты» контуры всех используемых символов преобразует поступающие данные в код яркости КЯ строки изображаемого в данный момент знака 

Для формирования строки знаков их коды должны поступать на вход ЗГ не менее 8 раз ( семь знаков плюс одна строка пропуска между строками) Это обеспечивается циклическим опросом одних и тех же адресов буферной памяти

Параллельный код яркости преобразуется в последовательный сигнал яркости точки в мультиплексоре МПЯ Выбор точки в МПЯ происходит в зависимости от адреса столбца знака поступающего из СА по шине АСТБ Для выделения точек растра сигнал яркости СЯ в МПЯ стробируется серией от тактового генератора

СГ предназначена для выделения видимой части изображения

Вместе со схемой ФСС которая формирует сигналы СГЛ используется для формирования полного видеосигнала в смесителе СВС

При необходимости отображаемые данные могут быть прочитаны из МО Для этого шина ШД объединяющая БЗУ и ПВВ выполнена как двунаправленная

       55.3. Блок клавиатуры

На лицевой стороне БК расположено 77 клавиш которые по своему назначению могут быть разбиты на следующие группы:

1) клавиши символов ЯРКС

2) клавиши ввода цифр

3) клавиши построения релейной схемы 

4) клавиши управления курсором

5) клавиши редактирования программ

6) клавиши задания режима работы

  1.  функциональные клавиши общего назначения
  2.  клавиши управления НМЛ

В состав БК входят следующие узлы:

  1.  однокристальная микроЭВМ (ОЭВМ)
  2.  регистр строк (РГСТБ)
  3.  регистр столбцов (РГСТБ)
  4.  память программ (ПП)
  5.  усилитель линии связи(УЛС)
  6.  усилитель звуковой сигнализации (УЗ)
  7.  матрица замыкателей (МЗ)
  8.  источник питания (ИП)

СФСБР предназначена для формирования сигнала сброса и блокировки УЛС при включении питания

Однокристальная микроЭВМ выполняет опрос матрицы замыкателей формирование кода нажатой клавишипреобразование параллельного кода в последовательный

РГСТР служит для буферного хранения адреса и формирования сигнала активного уровня на строках МЗ при опросе матрицы

На РГСТБ фиксируется код считанный из матрицы

ПП предназначена для хранения программ однокристальной микроЭВМ и таблиц генерации кодов клавиш

УЛС выполняет согласование последовательного порта ОЭВМ с ЛСЗ

УЗ предназначен для формирования звукового сигнала

МЗ представляет собой матрицу однополюсных замыкателей выполненных способом печатного монтажа на гибкой пленке

ИП предназначен для формирования напряжений питания схемы БК +

5 В и -15 В из входного напряжения (+8 В...+15 В)

56 Язык программирования

561 Символы языка

Программа предназначенная для ввода в БВВ составляется на языке релейно-контактной символики (ЯРКС)Программанаписанная на ЯРКС состоит из символов сгруппированных в операторы

При написании программы используются следующие символы:

  1.  цифры 0 1...9
  2.  символы релейно-контактной логики
  3.  символы KOD Вотображающие связь с аппаратурой для снятия и выдачи значений тока и напряжения
  4.  символы ТМ О1 ТМ 10 ТМ 100 СЧ РС идентичные элементам задержки счетчику и шаговому искателю
  5.  символ перехода  П 
  6.  знаки арифметических действий +   - 
  7.  знаки сравнения =                
  8.  специальные символы         используемые для булевских операций
  9.  символы обозначающие тип переменной или контакты О А С В К

Язык релейно-контактной символики позволяет выполнять следующие операции:

  1.  операции релейно-контактной логики
  2.  операции с кодами
  3.  операции перехода
  4.  операции с накапливающими узлами

562Операции релейно-контактной логики

К операциям релейно-контактной логики относятся:

  1.  нормально- открытый контакт в последовательной цепи       
  2.  нормально-открытый контакт открывающий параллельную

ветвь  

  1.  нормально открытый контакт замыкающий параллельную

ветвь       

  1.  нормально -отрытый контакт открывающий и замыкающий параллельную ветвь       
  2.  нормально-закрытый контакт в последовательной цепи       
  3.  нормально-закрытый контакт открывающий параллельную

ветвь       

  1.  нормально-закрытый контакт закрывающий параллельную

ветвь       

  1.  нормально-закрытый контакт открывающий и закрывающий параллельную ветвь       
  2.  выход   
  3.  выход с удержанием   

Каждому оператору релейно-контактной логики ставится в соответствие переменная идентификатор которой принимает значение от 0 до 240 в зависимости от типа переменной

переменные разделяются на три типа:

  1.  объективная переменная
  2.  внутренняя переменная 
  3.  сетевая переменная

Объективные переменные соответствуют реальным входам и выходам объекта

Внутренние переменные применяются для хранения промежуточных результатов при вычислении функций управления

Сетевые переменные доступны для обмена БВВ входящих в сеть между собой

Объектовая переменная обозначается символом  Ои ее идентификатор (адрес) может принимать значения от 0 до 240

Сетевая переменная обозначается символом С и ее идентификатор может принимать значения от 0 до 128

Внутренняя переменная обозначается символом В и ее идентификатор может принимать значения от 0 до 128 

563 Операции с кодами

К операциям с кодами относятся следующие:

  1.  засылка кода  код 
  2.  выдача кода   

Операция Засылка кода   Выдача кода ставится в соответствие переменная одного из следующих пяти типов:

  1.  объективная переменная релейная 
  2.  объективная переменная аналоговая
  3.  сетевая переменная 
  4.  внутренняя переменная
  5.  константа 

Аналоговая переменная обозначается символом А и ее адрес (идентификатор) может принимать значения от 0 до 240 и должен быть кратен восьми

Константы обозначаются символом К и их значения могут меняться от 0 до 255

564 Арифметические операции

К арифметическим операциям относятся:

сложение + 

вычитание   .

Допускается соединять знаками арифметических действий только операторы  код 

565 операции сравнения

К операциям сравнения относятся:

- больше    

- больше или равно   

- меньше   

- меньше или равно   

- равенство =  

- неравенство   

Допускается соединять знаками сравнения только операторы  

 код 

566 Логические операции

К логическим операциям относятся:

- сложение по mod 2   

- дизъюнкция    

- конъюнкция   

- инверсия   

Допускается применять логические операции только к операторам

 код 

Сочетание     код  соответствует инверсии значения переменной

Перед операторами     код  допускается применение логических операций и не допускаются знаки арифметических действий и операторы сравнения

567Операции перехода

С помощью операции перехода передается управление в часть программы заканчивающуюся терминатором логической линии ( Выход Выход с удержанием Выдача кода) 

Мнемоническое обозначение операции перехода -  П 

Оператор Перехода включает указание номера страницы программы на которую производится переход Номер страницы может изменяться от 0 до 255 Страница - часть программы на ЯРКС содержащая релейную цепь заканчивающуюся терминатором логической линии 

568 Операции с накапливающими узлами

К операциям с накапливающими узлами относятся:

  1.  таймер с уставкой 01 с -ТМ 01
  2.  таймер с уставкой 1 с - ТМ 10 
  3.  таймер с уставкой 10 с ТМ 100 
  4.  счетчик СЧ 
  5.  распределитель РС

При определении операций с накапливающими узлами задаются значения уставки которые могут изменяться от 0 до 255

57 Программное обеспечение контроллера

Наиболее важной частью автоматизированной системы управления на базе программируемого контроллера КП-2 является программное обеспечение. В данном проекте рассмотрен вопрос применения контроллера для замены релейно-контакторной схемы автоматизации дозаторной скипового подъема ствола СС-2 рудника Октябрьский. Программа составлена на применяемом в КП-2 языке релейно-контактной символики (ЯРКС). Описание языка приведено в разделе 5.6.

В качестве примера поясняющего принцип построения программы взята цепь пуска транспортера (см. рис. 5.1).

Для упрощения обработки исходной информации и переоформления ее в виде программы наиболее сложные логические цепи (параллельно-последовательные участки) разбиваются на более простые и понятные для восприятия узлы. В нашем примере цепь пуска транспортера разбита на 4 узла и последний - 5-й является выходным сигналом используемый контроллером как итоговый по данной цепи.

Составление программы начинаем с узла В12. Словесное описание этого логического узла будет звучать так: цепь узла В12 замкнута если нажата кнопка «1SB» (замыкающий контакт кнопки замкнут) либо реле запуска транспортера уже включено (реле становится на самоподхват) кнопка «2SB» не нажата (размыкающий контакт не разомкнут) контакт реле К12 (режим работы дозаторной в режиме Ручной) замкнут. Программу (этой части цепи) строим по описанной логической схеме. Вместо контактов релейно-контакторных аппаратов подставляем графические символы языка ЯРКС. В результате получается логическая программа с конечным результатом в виде внутренней переменной В12 (см. рис. 5.2). Для узлов В14 В15 и В16 принцип построения программы тот же что и для узла В12.

При составлении программы используются не только физические (объектовые) переменные но и виртуальные (внутренние). Алгоритм например для узла В13 (по цепи управления транспортером в режиме Ручной) будет звучать так: цепь узла В13 будет замкнута если внутренняя переменная В12 замкнуты (соблюдаются все условия на их включение как в примере с внутренней переменной В12 и замкнуты физические контакты промежуточных реле К10 (затвор восточного дозатора закрыт) К9 (затвор западного дозатора закрыт) и К25 (отсутствие аварийного сигнала).

И наконец выводим последнее логическое заключение: чтобы запустить в работу ленточный транспортер необходимо чтобы были замкнуты внутренние переменные В16 В14 и В15 (цепь пуска в автоматическом режиме) или замкнуты внутренние переменные В12 и В15 (цепь пуска в ручном режиме). В этом случае внутренняя переменная В13 будет так же замкнута т.е. цепь пуска транспортера собрана (см. рис. 5.2).

При дальнейшем составлении программы в цепях где это необходимо мы будем пользоваться не физическими контактами реле К28 а переменной В13. Для включения в работу силовых аппаратов (в нашем случае это электромагниты пневматических клапанов управления затворами дозаторов) используются выходные объектовые переменные - О73 и О74 (модуль вывода) включаемая одной внутренней переменной В21. Обращение к одной и той же переменной (как входной объектовой так и внутренней) возможно при составлении любого числа логических строк программы.

Написание программы для других аппаратов схемы управления аппаратурой дозаторной на основе программируемого контроллера выполнено аналогично.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

6.1. Эксплуатационные расходы  по старому варианту

Капитальные затраты по старому варианту.

Для определения капитальных затрат стоимость используемого оборудования сведём в таб.6.1.

                                                                                      Таблица 6.1

Наименование

Количество

Стоимость

единицы, руб.

Общие

затраты, руб.

Дозатор

Конвейер

Питатель

Релейная аппаратура

Всего на оборуд:

Монтаж:

Капит. Затраты:

2

2

2

100000

120000

75000

6000

200000

240000

150000

6000

596000

178800

774800

Амортизационные отчисления и нормы амортизации

                                                                                            (6.1)

где а=6 % - нормы амортизации

     К=774800 руб.- капитальные затраты по старому варианту;

 

S=0,06774800=46488руб.

Затраты на текущий ремонт и прочие расходы

                                                                                            (6.2)

где S- амортизационные отчисления;

S=0,446488=18595 руб.

                                               (S+S)                                           (6.3)

где S - затраты на текущий ремонт

S=0,15(46488+18595)=9762 руб.

Стоимость годового расхода электроэнергии

                                                                                                  (6.4)

где Е – годовой расход электроэнергии, тыс.кВт ч/год

      Ц-стоимость 1 тыс.кВт ч потребленной электроэнергии;

Е=40260=10400 руб.

Расходы на заработную плату, обслуживающему персоналу

      Обслуживающий персонал подъемной установки состоит из следующих специалистов:

Таблица 6.2

Наименование

Разряд

Группа

ставок

Часовая

тарифная

ставка

Кол-во

Ночная

ставка

Электрослесарь

5

5

27

2

Машинистка

2

5

18

6

23,4

Электрослесарь

4

5

20

2

Слесарь

4

5

22

2

Заработная плата дневной смены в году

                                                                                                    (6.5)

где N- количество часов дневных смен в году, шт;

      q- дневная часовая тарифная ставка, руб;

=1814,427=48988,8 руб.

=1814,418=32659,2 руб.

=1814,420=36288 руб.

=1814,422=39916 руб.

Заработная плата ночной смены в году

                                                                                             (6.6)

где N- количество часов ночных смен в году, шт;

      q- ночная часовая тарифная ставка, руб;

А=73523,4=17199 руб.

      Размеры премиальных определяются как 43 % на протяжении девяти месяцев года

                                                      А                                         (6.7)

=руб.

=руб.

=руб.

=руб.

                                                                                                   (6.8)

1755,49=15798,6 руб.

1170,39=10532,7 руб.

1300,39=11702,7 руб.

1430,39=12872,7 руб.

Отсюда определяем общую заработную плату в год

                                                                                        (6.9)

где А- заработная плата дневных смен в году, руб;

     А- заработная плата ночных смен в году, руб;

     А- размеры премиальных, руб;

=48988,8+15798,6=64787,4 руб.

=32659,2+17199+10532,7=60391 руб.

=36288+11702,7=47990,7 руб.

=39916+12872,7=52788,7 руб.

      Учитывая явочную численность персонала, определяем общие расходы на заработную плату:

                                                                           (6.10)

где Ч,Ч,Ч - явочная численность электрослесарей, чел;

      Ч - явочная численность машинистов подъема, чел;

264787,4+660391+247990,7+252788,7=693479,6 руб.

Эксплуатационные расходы по старому варианту

                                                                          (6.11)

где Е- стоимость годового расхода электроэнергии, руб;

      S- амортизационные отчисления, руб;

      S- затраты на текущий ремонт, руб;

      S- прочие расходы, руб;

     А- расходы на заработную плату;

Э=10400+46488+18595+9762+693479,6=778721,6  руб.

6.2. Эксплуатационные расходы по новому варианту

Капитальные затраты по новому варианту.

Для определения капитальных затрат стоимость используемого оборудования сведём в таб.6.3.

                                                                                                       Таблиц6.3

Наименование

Количество

Стоимость

единицы, руб.

Общие

затраты, руб.

Дозатор

Конвейер

Питатель

Контроллер

Всего на оборуд:

Монтаж:

Капит. Затраты:

2

2

2

1

100000

120000

75000

4000

200000

240000

150000

4000

594000

178200

772200

Амортизационные отчисления и нормы амортизации

                                                                                           (6.12)

где а=6 % - нормы амортизации

     К=772200 руб.- капитальные затраты по старому варианту;

 

S=0,06772200=46332 руб.

Затраты на текущий ремонт и прочие расходы

                                                                                          (6.13)

где S- амортизационные отчисления;

S=0,446332=18533 руб.

                                               (S+S)                                         (6.14)

где S - затраты на текущий ремонт

S=0,15(46332+18533)=9729,7  руб.

Стоимость годового расхода электроэнергии

                                                                                                (6.15)

где Е – годовой расход электроэнергии, тыс.кВт ч/год

      Ц-стоимость 1 тыс.кВт ч потребленной электроэнергии;

Е=40260=10400 руб.

Расходы на заработную плату, обслуживающему персоналу по новому варианту

      Обслуживающий персонал подъемной установки состоит из следующих специалистов:

Таблица 6.4

Наименование

Разряд

Группа

ставок

Часовая

тарифная

ставка

Кол-во

Ночная

ставка

Электрослесарь

5

5

27

1

Машинистка

2

5

18

6

23,4

Электрослесарь

4

5

20

1

Слесарь

4

5

22

2

      Используя для расчета формулы (6.5) и (6.6) получаем годовую заработную плату:

  =1814,427=48988,8 руб.

  =1814,418=32659,2 руб.

=1814,420=36288 руб.

=1814,422=39916 руб.

Используя для расчета формулы (6.7) и (6.8) получаем данные о премии в год (9 месяцев):

1755,49=15798,6 руб.

1170,39=10532,7 руб.

1300,39=11702,7 руб.

1430,39=12872,7 руб.

Используя для расчета формулу (6.9) и (6.10) получаем заработную плату персонала по новому варианту:

=48988,8+15798,6=64787,4 руб.

=32659,2+17199+10532,7=60391 руб.

=36288+11702,7=47990,7 руб.

=39916+12872,7=52788,7 руб.

64787,4+660391+47990,7+252788,7=580701,5 руб.

     Из полученных данных определяем эксплуатационные расходы по новому варианту:

                                                                          (6.16)

Э=10400+46332+18533+9729,7+580701,5=665696,2 руб.

6.3. Определение экономической эффективности проекта

                                         (-) - (-)                                    (6.17)

где - эксплуатационные расходы по старому варианту, руб;

      Э - эксплуатационные расходы по новому  варианту, руб;

      =0,12- нормативный коэффициент;

      К-  капитальные затраты по новому варианту, руб;

      К- капитальные затраты по новому варианту, руб;

=(778721,6 – 665696,2) – 0,12(774800 – 772200)=112713,4 руб.

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

    Вопросы охраны труда на  руднике «Октябрьский»  решаются  в соответствии  с требованиями  ВСН-08-83  «Инструкция о составе и порядке разработки  мероприятий по охране труда в проектах цветной металлургии», «Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных  и россыпных  месторождений  подземным способом» и других нормативных и руководящих документов применительно к горному производству.

   7.1.  Требования по электробезопасности