You are currently viewing Диагностика многоприводных ленточных конвейеров

Диагностика многоприводных ленточных конвейеров

Содержание

Анализ работы угледобывающих предприятий, как в России, так и за рубежом, показывает увеличение доли угледобычи подземным способом с преобладанием длинных очистных забоев над камерно-столбовыми системами разработки.

В Кузбассе эта тенденция выражается в применении новой технологии разработки полезных ископаемых «шахта-лава»:

  • Шахта «Южная».
  • Шахта «Котинская».

Применение данной технологии обусловлено непрерывным совершенствованием очистных механизированных комплексов.

Применение методологии Model Based Fault Detection для мониторинга и диагностики

Актуальный уровень энерговооруженности современного очистного забоя находится около отметки 2 МВт, при этом суточная производительность забоя достигает 10000 тонн.

Для работы забоя с такой производительностью необходима мощная транспортная система. Наиболее обоснованным решением этой задачи является применение многоприводных ленточных конвейеров (МШС).

Использование МШС позволяет:

  • Избежать перегрузки породы.
  • Увеличить удельную массу ленты.
  • Увеличить размеры приводных станций.
  • Отпадает необходимость в подземных камерах большого размера, которые необходимы для размещения перегрузочного комплекса.

Однако внедрение МШС связано с целым рядом технических проблем, таких как:

  • Обеспечение требуемого уровня надежности конвейерной установки.
  • Необходимость обеспечения оптимального распределения нагрузки между приводными станциями и других факторов.

Увеличение длины конвейеров приводит к росту затрат на обслуживание и ремонт.

Уменьшить эти затраты можно благодаря использованию следующих средств:

  • Диагностики системы.
  • Мониторинга системы.

Одним из перспективных направлений в данной области является использование методов диагностики на основе моделей Model Based Fault Detection (MBFD).

На основании данного метода анализируется поведение исправной системы моделируется на основе измеренных данных, а вывод о неисправности делается из несоответствия между моделируемыми и реально протекающими процессами. Данный метод описан в работе [1].

Распространены также подходы, в которых сравниваются как величины, доступные для прямого измерения, так и величины, требующие предварительного оценивания параметров объекта, или переменных состояния. Данный подход описан в работе [2].

На рисунке 1 представлена структурная схема данного решения:

Рисунок 1 – Диагностика на основе модели
Рисунок 1 – Диагностика на основе модели

где

  • U- вектор входных величин.
  • Y — вектор выходных величин.
  • Р̂ — вектор оценок параметров.
  • X̂ — вектор оценок переменных состояния.
  • r — вектор расхождения измеряемых параметров.

Ключевым элементом метода MBFD является модель объекта или процесса, подвергающегося диагностике с последующим определением измеряемых наблюдаемых переменных состояния.

Шахтный ленточный конвейер представляет собой сложную электромеханическую систему, находящуюся под воздействием разнообразных технологических факторов.

Основными факторами, определяющими его специфику, являются:

  • Фрикционное взаимодействие приводной станции с тяговым органом.
  • Присутствует неравномерное распределение сил сопротивления вдоль става.
  • Наличие большого количества распределённых вращающихся элементов в системе.
  • Присутствуют существенные упругие деформации ленты в нестационарных режимах.

Достаточно полно учесть данные факторы позволяет модель, полученная на основе дискретной схемы замещения ленточного конвейера рисунок 2:

Рисунок 2 – Расчетная схема ленточного конвейера
Рисунок 2 – Расчетная схема ленточного конвейера

Представленная расчётная схема дополняется соответствующими подсистемами.

Механическая подсистема, состоящая из:

  • Муфты.
  • Редукторы.

Электрическая подсистема, состоящая из:

  • Электродвигателей.
  • Преобразователей энергии.

Получение и адаптация модели для анализа работы ленточных конвейеров

Уравнения для 7-го элемента ленты получается на основе общей схемы Лагранжа.

При этом учитываются механические свойства ленты и потери энергии при движении ее по роликоопорам:

Для дальнейшей работы с моделью удобно привести механические координаты электродвигателя к приводным барабанам, и считать при этом, что валы и шестерни имеют бесконечную жесткость и не имеют зазоров.

На основании данных допущений, тогда уравнения движения приводной станции примет вид:

Общая размерность дискретной модели определяется на основании сравнения результатов моделирования с процессами в реальном конвейере.

На рисунке 3 представлены результаты пуска конвейера, полученные на модели, состоящей из 20 дискретных элементов:

Рисунок 3 – Результаты моделирования пуска МЛК
Рисунок 3 – Результаты моделирования пуска МЛК

где

  • 1 — линейная скорость элементов ленты.
  • 2 — угловая скорость приводных барабанов.
  • 3 — угловая скорость натяжного барабана.

На рисунке 4 представлены результаты пуска конвейера с фиксированием трендов по моментам:

Рисунок 4 - Результаты моделирования пуска МЛК
Рисунок 4 - Результаты моделирования пуска МЛК

где

  • М1 — электромагнитный момент головного двигателя.
  • М2 — электромагнитный момент промежуточного двигателя.

Для использования представленной модели конвейера в схеме диагностики MBFD целесообразно в дополнении к измерению электрических и механических переменных на приводных станциях.

Электрические переменные системы:

  • Сила тока.
  • Напряжение.
  • Частота вращения приводных электродвигателей.

Механические переменные системы:

  • Натяжения грузовой ветви конвейера.
  • Распределение массы породы по длине конвейера.
  • Скорости движения отдельных участков ленты конвейера.

Решение этой задачи возможно с помощью распределенной измерительной системы, включающей в себя:

  • Датчики.
  • Измерительные преобразователи, подключаемые к измерительным модулям.
  • Управляющий компьютер с подсистемой динамической идентификации и анализа.
  • Промышленная сеть на основе Industrial Ethernet, объединяющую компоненты системы.

Список литературы

  1. С. Angeli, On-Line Fault Detection Techniques for Technical Systems: A Survey // International Journal of Computer Science & Applications Vol 1, №1, pp. 12 — 30.
  2. Isermann, Trends in the application of model based fault detection and diagnosis of technical processes / Control Engineering Practice Vol. 5, №5, pp 709 — 719.
  3. Система мониторинга динамического состояния электроприводов карьерных экскаваторов.
  4. К вопросу формирования математической модели для исследования эффективности способов управления пуском горных и транспортных машин.
  5. Компьютерная система управления конвейерной линией.

Источник: Диагностика многоприводных ленточных конвейеров / В.Г. Каширских, А.В. Нестеровский, А.П. Носков // Вестник КузГТУ. — 2012. — №4. — C. 141-143.

Статья в редактируемом формате для читателей

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org