NOWE MOŻLIWOŚCI ANALIZY PRACY KOMPLEKSU ŚCIANOWEGO

 

 

 

 

 

 

 

STRESZCZENIE

 

 

W artykule przedstawiono ogólny opis wdrażanego obecnie systemu monitorowania kompleksu ścianowego. Dane uzyskiwane z systemu monitorowania są źródłem informacji o pracy poszczególnych maszyn. Dla kombajnu ścianowego, przenośnika ścianowego i przenośnika podścianowego przedstawiono wykresy typowych parametrów elektrycznych wraz z komentarzem do ich przebiegów.

 

 

 

 

SPIS TREŚCI

 

 

1.      Wstęp

2.      Opis ogólny systemu monitorowania kompleksu ścianowego

3.      Analiza pracy kombajnu ścianowego

4.      Analiza pracy przenośnika ścianowego

5.      Analiza pracy przenośnika podścianowego

6.      Wizualizacja pracy ściany

7.      Podsumowanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.      WSTĘP

 

Kompleksy ścianowe stanowią wyposażenie typowych ścian wydobywczych stosowanych w górnictwie węglowym. Składają się one z obudowy zmechanizowanej, kombajnu ścianowego, przenośnika ścianowego, przenośnika podścianowego oraz kruszarki. Ze względu na złożoność procesu eksploatacji i duże niebezpieczeństwo dla załogi, wynikające z zagrożeń naturalnych, od kilku lat coraz mocniej akcentowana jest potrzeba monitorowania pracy ww. maszyn. Postępująca restrukturyzacja górnictwa, ograniczająca koszty eksploatacji i powodująca redukcje stanu osobowego załogi, jeszcze bardziej wzmaga potrzebę monitorowania.

Na przykładzie wybranych fragmentów z bogatego zbioru danych, zostaną przedstawione interesujące przypadki, przedstawiające nowe możliwości prowadzenia analizy pracy maszyn kompleksu ścianowego.

 

 

2.      OPIS OGÓLNY SYSTEMU MONITOROWANIA KOMPLEKSU ŚCIANOWEGO

 

Na system SMoK-1 do monitorowania kompleksu ścianowego składają się zestawy urządzeń, które są zamontowane w maszynach, urządzeniach i powierzchni kopalni. Urządzenia te są zamontowane odpowiednio:

-         w skrzyni aparatury elektrycznej kombajnu ścianowego;

-         w wyłączniku wieloodpływowym (stacji kompaktowej);

-         na pociągu aparaturowym w chodniku przy ścianie;

-         w centrali telefonicznej;

-         na stanowisku operatorskim w Dziale Głównego Elektryka.

 

Budowę typowego systemu przedstawiono na rys.1. W nowoczesnym kombajnie ścianowym, znajduje się komputerowy system sterowania i kontroli, który do współpracy z systemem monitorowania powinien zostać dodatkowo wyposażony w zestaw modułów do transmisji danych, która w obecnych rozwiązaniach odbywa się poprzez przewód zasilający kombajn. Przesyłane z kombajnu dane odbierane są w wyłączniku wieloodpływowym (stacji kompaktowej). Poprzez stację kompaktową steruje się zasilaniem poszczególnych maszyn kompleksu ścianowego. Dostosowanie stacji kompaktowej do współpracy z systemem monitorowania, wymaga zamontowania w niej zestawu modułów do pomiaru prądów obciążenia poszczególnych odpływów i pobierania informacji o stanie przekaźników zabezpieczających każdy odpływ.

Ze stacji kompaktowej wyprowadzone są zatem sumaryczne dane o stanie kombajnu ścianowego i stanów charakterystycznych dla każdego odpływu.

Strumień danych ze stacji kompaktowej przesyłany jest do stacji lokalnej systemu monitorowania, zamontowanej na pociągu aparaturowym kompleksu ścianowego. W ten sposób pracownik dozoru może w chodniku, na jednym monitorze, obserwować parametry pracy wielu maszyn.

Ze stacji lokalnej, poprzez iskrobezpieczne łącze modemowe, dane są przesyłane na powierzchnię. W centrali telefonicznej, w zespole separacji telefonicznej, następuje oddzielenie dołowych, iskrobezpiecznych obwodów telefonicznych od powierzchniowych, nieiskrobezpiecznych.

Komputer stanowiska operatorskiego, poprzez modem telefoniczny, odbiera przesyłane z dołu kopalni dane, archiwizuje je i wizualizuje. Zbierane dane są niezbędne do prowadzenia bieżącego nadzoru nad pracą kompleksu ścianowego, a zarchiwizowane dane służą do tworzenia okresowych raportów i do analizy pracy maszyn w dłuższym przedziale czasu.

Komputer stanowiska operatorskiego jest również źródłem informacji dla systemu dyspozytorskiego tj. ZEFIR lub SD-2000.

 

 

     

3.      ANALIZA PRACY KOMBAJNU ŚCIANOWEGO

 

Każdy nowoczesny kombajn ścianowy wyposażony jest w system sterowania i kontroli. W zdecydowanej większości polskich kopalń zastosowany jest system MAKS-. W systemie tym dostępne są następujące parametry kombajnu:

 

-         położenie kombajnu w ścianie;

-         prędkość kombajnu;

-         prąd obciążenia silnika lewego organu urabiającego;

-         prąd obciążenia silnika prawego organu urabiającego;

-         ciśnienie w hydraulicznym układzie napędowym;

-         ciśnienie w hydraulicznym układzie sterowania;

-         temperatura pompy w hydraulicznym układzie napędowym;

-         temperatura lewego ramienia kombajnu;

-         temperatura prawego ramienia kombajnu;

-         inne dwustanowe sygnały sterownicze

 

Podczas normalnej pracy ściany, najbardziej oczekiwanymi na powierzchni informacjami są;

 

-         aktualne położenie kombajnu w ścianie;

-         natężenie strugi urobku;

-         przyczyna wyłączenia kombajnu;

-         ilość zużytej energii elektrycznej przez kompleks ścianowy.

 

Na koniec zmiany roboczej lub doby, będzie to odpowiednio:

 

-         przebieg drogi przebytej przez kombajn;

-         sumaryczna masa urobku wydobyta z danej ściany;

-         rejestr pracy kombajnu;

-         sumaryczna ilość zużytej energii elektrycznej przez kompleks ścianowy.

 

Z powyższego wynika, dlaczego z takim naciskiem stawia się wymaganie wyposażania systemu monitorowania kombajnu ścianowego w funkcję podawania aktualnego położenia w ścianie.

Z wielu względów praktycznych, nie znalazły jeszcze szerszego zastosowania wagi technologiczne, instalowane na ciągu odstawy taśmowej oraz liczniki energii elektrycznej instalowane w stacji kompaktowej.

 

Na rys.2 przedstawiono wybrane przebiegi chwilowych położeń kombajnu za okres kilku zmian roboczych. Na rysunku podano przebieg drogi przebytej przez kombajn, bezwzględną wartość prędkości kombajnu oraz sumaryczny prąd obciążenia. Z rysunku wynika, że długość ściany wynosi ok. 170 sekcji, kombajn porusza się z prędkością do ok. 5m/min, a sumaryczny prąd obciążenia sięga prądu znamionowego. Czas jednego przejazdu wzdłuż ściany wynosi nieco ponad 3h. Z analiz sposobu przejazdu kombajnu wzdłuż ściany wynika, że praca ta charakteryzuje się bardzo zmiennym stopniem obciążenia i dużą liczbą przestojów. Każdemu takiemu przestojowi towarzyszy wcześniej zatrzymanie, a często i wyłączenie a później kolejny rozruch. Zagadnienie to lepiej można przeanalizować na rys.3, zawierającym wykresy z jednokrotnego przejazdu kombajnu wzdłuż ściany. Widać wyraźnie, że w analizowanym okresie dochodziło kilkakrotnie do przekroczenia znamionowego prądu obciążenia. W okresie tym doszło do około 30 zatrzymań i 4 wyłączeń kombajnu.

Na rys.4 przedstawiono, dla analizowanego jednokrotnego przejazdu kombajnu, prądy silników obu organów urabiających, co pozwala na ocenę różnic ich stopnia obciążenia.

Z rysunku wynika, że organ lewy jest bardziej obciążony i wielokrotnie przekraczany jest prąd znamionowy silnika. Interesujący jest wycinek z tego okresu, przed godz. 21.30,  charakteryzujący się intensywnym urabianiem i znacznym obciążeniem lewego organu urabiającego. Sytuację tę bardziej szczegółowo przedstawiono na rys.5. W okresie tym kombajn przemieszczał się w górę ściany i urabiał za pomocą lewego organu urabiającego. Organ prawy służył wtedy głównie do czyszczenia ścieżki za kombajnem.

Zmieniające się obciążenie sieci zasilającej kombajn, powodowane jego charakterystyczną pracą, znajduje odzwierciedlenie w przebiegu napięcia mierzonego na odpływie stacji kompaktowej, co przedstawiono na rys.6. Zaznaczyć jednak trzeba, że pojawiające się chwilowe spadki napięcia nie powodowały zakłóceń w pracy kompleksu ścianowego. Napięcie podczas postoju kombajnu wynosiło 1100V, a w czasie intensywnej pracy około 1000V. Szczegółowo sytuację tę przedstawiono na rys.7. W tym miejscu zwraca się uwagę na sprawę dokładności przedstawiania niektórych przebiegów. Ze względu na fakt, że dane są uśrednione i pobierane co 1s, szczegółowa analiza przebiegów w krótkich przedziałach czasu, obciążona jest w zakresie amplitudy pewnym błędem.

Z rys.7 wynika, że rozruch kombajnu powoduje chwilowy spadek napięcia o prawie 150V.

 

 

4.      ANALIZA PRACY  PRZENOŚNIKA ŚCIANOWEGO

 

Przenośnik ścianowy służy do odstawy urobku z eksploatowanej ściany. W analizowanym przypadku zainstalowany był przenośnik ścianowy  napędzany  przez dwa silniki o mocy 105/315kW każdy. Na rysunkach oznaczono je jako M1 i M2. Dla ułatwienia rozruchu obciążonego przenośnika,  zastosowano silniki dwubiegowe.

Dla analizowanego, jednokrotnego przejazdu kombajnu wzdłuż ściany, na rys.8 przedstawiono charakterystyczne przebiegi pracy silników M1 i M2. Z rysunku tego wynika, że w okresie przykładowego jednego przejazdu kombajnu, przenośnik był załączany około 45 razy. Interesujący jest przedział czasu około godz. 22°°, charakteryzujący się dużą częstością załączania i występowaniem znacznych przeciążeń. Sytuacja ta przedstawiona jest bardziej szczegółowo na rys.9. Zaznaczyć jednak trzeba w tym miejscu, że w tym okresie kombajn był wyłączony. W ścianie prowadzone były prace nie związane z normalna eksploatacją przenośnika ścianowego i to było przyczyną jego częstych rozruchów i zatrzymań.

Rozruch obciążonego przenośnika ścianowego ma znaczący wpływ na przebieg napięcia zasilającego. Widoczne jest to bardzo wyraźnie na rys.10. Dla bardziej szczegółowego rozpoznania, na rys.11 przedstawiono tylko wycinek czasu, około godz. 22°°, na którym wyraźnie widać znaczne chwilowe spadki napięcia, sięgające nawet 300V.

 

 

5.      ANALIZA PRACY  PRZENOŚNIKA PODŚCIANOWEGO

 

Przenośnik podścianowy odbiera urobek z przenośnika ścianowego i dostarcza go na pierwszy przenośnik taśmowy głównego ciągu transportowego. W analizowanym przypadku był to przenośnik podścianowy napędzany jednym silnikiem dwubiegowym, oznaczonym na rysunkach jako M3 i mocy 105/315kW.

Sposób pracy przenośnika podścianowego, dla jednokrotnego przejazdu kombajnu wzdłuż ściany, obrazuje rys.12.

W analizowanym okresie jednego przejazdu kombajnu, przenośnik uruchamiany był 34 razy, ale stopień obciążenia tego przenośnika nie był tak duży jak przenośnika ścianowego.

Przykładowy rozruch tego przenośnika oraz wpływ rozruchu na napięcie zasilające przedstawiono na rys.13.

 

 

6.      WIZUALIZACJA PRACY ŚCIANY

 

Komputer powierzchniowy systemu monitorowania kompleksu ścianowego umieszczony jest w Dziale Energomechanicznym Kopalni. Oprogramowanie systemu zostało opracowane specjalnie na potrzeby monitorowania pracy ściany. Na potrzeby bieżącego nadzoru stosuje się tę część oprogramowania, która rejestruje i wizualizuje zaistniałe zdarzenia.

 

Tablica zdarzeń

 

Wszystkie zdarzenia, jakie mogą mieć miejsce podczas pracy kompleksu ścianowego zostały ujęte w postaci tablicy zdarzeń. Takie porządkujące działanie pozwala na dokonanie selekcji poszczególnych zdarzeń na sterownicze, ostrzegawcze i wyłączające.

Każde zdarzenie ujęte w tablicy, opisane jest za pomocą towarzyszących mu charakterystycznych cech przesyłanych sygnałów zwanych symptomami tego zdarzenia.

 

Rejestr zdarzeń

 

Napływające na bieżąco dane o pracy kombajnu ścianowego, są przez program komputerowy przez cały czas porównywane z symptomami zdarzeń zdefiniowanych w tablicy. W przypadku wykrycia zgodności, na ekranie monitora pojawi się tekst, charakteryzujący dane zdarzenie i pobrany z tablicy zdarzeń.

Przykładowo, dla wybranego odcinka czasu, pokazanego na rys.14, pojawiają się na ekranie monitora opisy kolejnych zdarzeń. Dotyczy to wycinka pracy ciągu transportowego ściany, pokazanego na rys.15.

Tak przedstawione dane o pracy kombajnu ścianowego, pozwalają na bieżąco śledzić przebieg obserwowanego procesu.

Zliczając, w zadanym przedziale czasu np. w okresie zmiany roboczej liczbę wystąpień danego zdarzenia, łatwo można sporządzić statystykę pracy ściany.

Prezentowane na monitorze dane pozwalają pogłębiać wiedzę dozoru o przebiegu pracy ściany oraz dają podstawę do racjonalnego nadzoru i właściwego prowadzenia gospodarki maszynami.

 

   

7.      PODSUMOWANIE

 

 

W artykule przedstawiono dla przykładowych aplikacji, przebiegi charakterystycznych parametrów pracy kompleksu ścianowego. Na podstawie zebranego, bardzo bogatego zbioru danych, można prowadzić analizę pracy poszczególnych maszyn, oceniając ich stopień obciążenia, wykorzystanie możliwości technicznych oraz trafność doboru do danych warunków eksploatacyjnych. W stosunkowo krótkim czasie na podstawie przeprowadzonej analizy można zdobyć znaczną wiedzę o pracy analizowanego kompleksu ścianowego, co pozwala optymalnie dobierać maszyny do kolejnych kompleksów ścianowych.

Dane bieżąco napływające z systemu monitorowania, stanowią cenną pomoc dla dozoru, dając podstawy do racjonalnego prowadzenia procesu eksploatacji.