MONITOROWANIE, ZABEZPIECZENIA I STEROWANIE MASZYN
W REZULTATACH REALIZACJI PROJEKTU ROZWOJOWEGO
„MECHATRONICZNY SYSTEM STEROWANIA, DIAGNOSTYKI
ZABEZPIECZEŃ W MASZYNACH GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO”
MONITORING, PROTECTION AND CONTROL OF MACHINE IN RESULTSOF DEVELOPMENT OF PROJECT „MECHATRONIC CONTROL, SECURITY AND DIAGNOSTICS SYSTEM IN SURFACE MINING MACHINES”
W latach 2010-2013 Poltegor - Instytut był koordynatorem i głównym wykonawcą projektu rozwojowego pt.: ,,Mechatro-niczny system sterowania, diagnostyki i zabezpieczeń w maszynach górnictwa odkrywkowego”. Rezultatem realizacji projektu, oprócz osiągnięć naukowych są rozwiązania będące dobrami intelektualnymi przeznaczonymi do komercjalizacji. Publikacja ma na celu prezentację wdrożonych rozwiązań.
Słowa kluczowe: maszyny górnictwa odkrywkowego, ciągły monitoring, diagnostyka techniczna, koparki wielonaczyniowe, modelowanie i symulacja, monitoring osuwisk
In the years 2010-2013 Poltegor - Institute was coordinator and main contractor in development of project “Mechatronic control, security and diagnostics system in surface mining machines”. The results of the project, in addition to the scientific achievements, are solutions being intellectual assets intended for commercialization. The publication aims to present the imple-mented solutions.
Key words: open-pit mining machine, constant monitoring, technical diagnostics, bucket wheel excavators, modelling and simulation, landslide monitoring
Marian Wygoda, Anna Nowak-Szpak, Stefan W. Szepietowski, Zbigniew Bednarczyk – Poltegor Instytut IGO, Wrocław
Witold Cioch – AGH w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poltegor - Instytut Instytut Górnictwa Odkrywkowego jest firmą z ponad 60-letnim doświadczeniem w badaniach i projektowaniu maszyn i urządzeń dedykowanych do pracy w warunkach eksploatacyjnych kopalni odkrywkowych oraz opracowywaniu strategii wydobycia technologii pracy kopalni odkrywkowych. W latach 2010-2013 Poltegor - Instytut był koordynatorem i głównym wykonawcą projektu rozwojo-wego pt.: ,,Mechatroniczny system sterowania, diagnostyki i zabezpieczeń w maszynach górnictwa odkrywkowego”. W skład konsorcjum realizującego projekt, obok Poltegoru--Instytutu wchodziła Akademia Górniczo Hutnicza oraz Poli-technika Wrocławska. Rezultatem realizacji projektu, oprócz osiągnięć naukowych, prezentowanych na wielu krajowych i zagranicznych konferencjach, są rozwiązania będące do-brami intelektualnymi przeznaczonymi do komercjalizacji. Niniejsza publikacja jest poświęcona omówieniu właśnie tych rozwiązań. Właścicielem praw autorskich i majątkowych do większości prezentowanych rozwiązań jest Poltegor-Instytut, jedynie rozwiązania pt: „Dokumentacja systemu monitoringu głównych mechanizmów maszyn podstawowych” należą do Akademii Górniczo-hutniczej w Krakowie. Wszystkie wdrożo-ne kompletwdrożo-ne rozwiązania opierają się na połączeniu inżynierii
mechanicznej i elektrycznej z systemami komputerowymi. Poszczególne wdrożone rozwiązania mają swój nadrzędny cel zwiększenie efektywności pracy maszyn i urządzeń przy zachowaniu założonego poziomu bezpieczeństwa zarówno maszyn jak i pracujących ludzi.
1. System mechatroniczny diagnostyki wytężeniowej ustroju nośnego maszyn podstawowych
Opracowany w ramach realizacji zadania system w spo-sób ciągły monitoruje stan wytężenia elementów stalowych ustroju nośnego nadwozia maszyn podstawowych w zakresie wytrzymałości zmęczeniowej i doraźnej na podstawie wyni-ków pomiarów otrzymanych z układów tensometrycznych zamontowanych w wybranych punktach pomiarowych na ustroju nośnym nadwozia koparki. System diagnostyki (rys. 1.1) składa się z czterech współpracujących sekcji: pozyskiwania, przetwarzania, gromadzenia i prezentacji danych. Pierwsza sekcja systemu, odpowiada za pomiar wielkości odkształceń konstrukcji w punktach pomiarowych i przekształcenie ich na sygnały elektryczne. Druga sekcja systemu przetwarza sygnały elektryczne w postać cyfrową. Na tej podstawie wylicza,
od-powiadające poszczególnym punktom pomiarowym, wartości naprężeń, generuje widmo obciążeń i na jego podstawie wylicza szacowaną wartość trwałości zmęczeniowej. Trzecia sekcja systemu zbiera wyliczone wartości i gromadzi je w bazie da-nych w formie dzienda-nych plików. Zgromadzone w bazie dane są udostępniane do prezentacji stanu wytężenia konstrukcji. Za prezentację wyników odpowiada czwarta sekcja systemu.
W celu minimalizacji ilości układów pomiarowych celowo opracowane zostały wytyczne doboru punktów pomiarowych monitoringu wytężenia ustroju nośnego maszyn podstawowych [5], określające kolejne kroki postępowania w zależności od ilości informacji oczekiwanych od systemu. Od ilości układów pomiaro-wych zależny jest dobór urządzeń, a co za tym idzie koszt budowy systemu. W efekcie realizacji zadania i budowy systemu
doświad-czalnego opracowano metodę określenia wymagań technicznych aparatury pomiarowej (prędkości odczytu, mocy obliczeniowej, zapewnienia niezbędnej pamięci) dla doboru gotowych urządzeń do realizacji założonych celów [6].
Oprogramowanie systemu monitorowania konstrukcji składa się z oprogramowania skrzynek instalacyjnych (kontrolerów cRIO-9022 i cRIO9012 i komputera przemysłowego ARK3360) oraz
oprogramowania użytkownika (oprogramowanie serwera danych i komputerów poszczególnych użytkowników) (rys. 1.2).
Opisywane rozwiązanie zainstalowano na koparce SchRs4000-37.5, nr K-45, pracującej w KWB Bełchatów na Odkrywce Szczerców.
Przykładowy interfejs użytkownika pokazano na rysunku 1.3. Rys. 1.1. Schemat systemu monitorowania konstrukcji nośnej
Fig. 1.1. Schematic of the monitoring system of the superstructure
Rys. 1.2. Schemat ideowy przekazywania danych systemu monitoringu Fig 1.2. Schematic diagram of monitoring system’s data transmission
Rys. 1.3. Przykładowy interfejs użytkownika (program Klient PC) Widok maszyny z przekrojami pomiarowymi
Fig. 1.3. An example of the user’s interface. A view of the machine with measuring cross-sections
Na schematycznym widoku maszyny umieszczone są wskaźniki monitorowych przekrojów zespołów ustroju nośnego zmieniające barwę w zależności od zarejestrowanego przekro-czenia ustalonych poziomów naprężeń:
brak ostrzeżenia, normalna praca (zielony),
informacja o wystąpieniu przekroczenia poziomu ostrze-gawczego (żółty),
ostrzeżenie o wystąpieniu przekroczenia poziomu alar-mowego (czerwony).
Po wybraniu przekroju na ekranie pojawi się schemat mo-nitorowego przekroju wraz ze wskaźnikami poszczególnych punktów pomiarowych (rys.1.4). Wybranie któregokolwiek z oznaczonych punktów pomiarowych daje dostęp do graficznego okna z zarejestrowanym przebiegiem (rys. 1.5).
Wyniki generowane przez system w przedziałach czaso-wych 150 s, udostępniane są w formie graficznej; wykresów średniej, maksymalnej i minimalnej wartości naprężeń oraz aktualne prognozy przewidzianego czasu do wystąpienia moż-liwego uszkodzenia zmęczeniowego.
2. System monitoringu głównych mechanizmów maszyn podstawowych
System monitoringu ukierunkowany jest przede wszystkim na diagnostykę stanu technicznego przekładni, będącej najbar-dziej awaryjnym podzespołem każdego mechanicznego układu napędowego. Niemniej obejmuje on monitorowanie wszystkich istotnych elementów napędu. Jego budowa umożliwia dołącze-nie w dowolnym czasie dodatkowych punktów pomiarowych bez konieczności zmian całego systemu. Obecnie, w głównych napędach maszyn podstawowych stosuje się przekładnie pla-netarne. Dlatego wszystkie rozwiązania techniczne systemu dostosowane są do monitorowania tego typu przekładni. System realizuje akwizycję sygnałów wibroakustycznych z czujników umieszczonych w węzłach łożyskowych przekładni oraz archi-wizuje dane pomiarowe w celu wyznaczenia trendów parame-trów diagnostycznych. Archiwizowane są również parametry pobrane z systemu automatyki koparki, takie jak: temperatura oleju, ciśnienie oleju w przekładni, prędkość obrotowa wału wejściowego, poślizg sprzęgła, pobór mocy przez napęd koła czerpakowego. Pracę systemu można nadzorować z poziomu administracji kopalni oraz z dowolnego komputera PC mają-cego uprawnienia nadane przez kopalnię.
System składa się z następujących części (rys. 2.1): zespołu czujników pomiarowych, jednostki obliczeniowej z systemem czasu rzeczywistego oraz urządzeń wizualizacji i archiwizacji danych.
Przyjęto zasadę, że czujniki przyśpieszeń umieszczane są na węzłach łożyskowych każdej pary kinematycznej. Jednostka obliczeniowa z systemem czasu rzeczywistego składa się z Rys. 1.4. Przykładowy interfejs użytkownika (program Klient PC).
Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych
Fig. 1.4. An example of user’s interface. Schematic layout of measuring points
Rys 1.5. Przykładowy ekran prezentacji wyników Fig. 1.5. Exemplary screen of results’ presentation
Rys. 2.1 Schemat monitoringu głównych mechanizmów maszyn podstawowych [3] Fig. 2.1. Diagram for monitoring of the main mechanisms of basic machines.
trzech podstawowych części: przemysłowego modułu wejść i wyjść, przemysłowej matrycy bramek i kontrolera czasu rzeczy-wistego. Moduły wejść i wyjść podłączone są bezpośrednio do programowalnej matrycy FPGA. Układ umożliwia równocze-sną akwizycję wszystkich kanałów pomiarowych. Następnie, dane przesyłane są, za pośrednictwem wysoko przepustowej magistrali, do kontrolera czasu rzeczywistego. Preferowaną jednostką obliczeniową jest urządzenie NI cRIO-9022. Jednost-ka obliczeniowa komunikuje się za pośrednictwem protokółu TCP/IP z urządzeniem wizualizacji i archiwizacji danych po-miarowych oraz wyników analiz diagnostycznych. Służy ono również do komunikacji z komputerem, podłączonym do sieci internetowej kopalni. Preferowanym urządzeniem jest komputer z panelem dotykowym typu Advantech IPPC-6192A.
Aplikacja systemu monitoringu, funkcjonująca na jedno-stce obliczeniowej, składa się z dwóch podstawowych części: aplikacji programowalnej matrycy bramek i aplikacji funkcjo-nującej na kontrolerze czasu rzeczywistego. Wielowątkowa struktura pozwala na rozbudowę systemu o kolejne wątki ana-lizy, akwizycji czy też komunikacji bez konieczności ingerencji w istniejący już kod programu.
Aplikacja funkcjonująca na urządzeniu wizualizacji i ar-chiwizacji zbudowana jest również w oparciu o wielowątkową
strukturę z trzema podstawowymi wątkami: komunikacja, zapis do pliku oraz komunikacja z siecią internetową kopalni. Wątek komunikacji odbiera dane z jednostki obliczeniowej i przesyła do wątku zapisu do pliku. Dane są równocześnie wyświetlane na interfejsie użytkownika. Przykładowy interfejs użytkownika pokazany jest na rysunku 2.2. Niebieskie strzałki pokazują rozmieszczenie i kierunek działania czujników. Przy każdym czujniku znajduje się wyświetlacz, na którym prezentowana jest wartość skuteczna przyspieszenia drgań oraz dwa przyciski. Po naciśnięciu pierwszego na ekranie pojawia się okno analizy drgań (rys. 2.3), po naciśnięciu drugiego okno historii.
Aplikacja systemu monitoringu przekładni planetarno--kątowej napędu koła czerpakowego została zainstalowania na koparce KWK 1500s w Kopalni Węgla Brunatnego Konin.
Aby zainstalować oprogramowanie Systemu Monitoringu należy uprzednio zainstalować na komputerze typu PC (urzą-dzenie do wizualizacji i archiwizacji) następujące oprogra-mowanie [3]: środowisko programistyczne –LabVIEW 2011, LabVIEW Real-Time, LabVIEW FPGA oraz pakiety narzędzi –Sound and Vibration Toolkit, Advsnced Signal Processing Toolkit.
Rys. 2.2. Przykładowy interfejs użytkownika [3] Fig. 2.2. Exemplary user’s interface [3]
Rys. 2.3. Okno analizy danych [4]
Rys. 2.3. Okno analizy danych [4]
najmniejszą ingerencję w oprogramowanie zasadnicze. Dane pomiarowe sczytywane są bezpośrednio z modułu wejściowego i przeliczane na odpowiednie wartości ciśnienia w tłokach i pochylenia platformy.
Dla wizualizacji procedury wykonano program na panel dotykowy. Do istniejącej wizualizacji dodano nowy ekran „XoYoZo” (rys. 3.2) oraz na ekranie „Transporter” wprowadzo-no informacje o czasie pracy silnika obliczanego narastająco, przez cały okres eksploatacji maszyny.
3. Oprogramowanie i instrukcja wyznaczania współrzędnych środka masy ładunku podnoszonego transportem gąsienicowym
Program funkcji wyznaczania współrzędnych środka masy podnoszonego ładunku (rys. 3.1) opracowano dla sterownika Simatic s7. Wykonano go w sposób nie naruszający struktury zasadniczego programu sterującego maszyną. Użyto zasobów niewykorzystywanych w programie zasadniczym posługując się zmiennymi lokalnymi oraz blokami. Ma to na celu jak
Rys. 2.4. Schemat blokowy systemu monitoringu zabudowanego na koparce KWK 1500s w Kopalni Konin [4] Fig. 2.4. Block diagram of the monitoring system built on the excavator KWK 1500s in Konin Mine [4]
Rys. 3.1. Wyznaczanie współrzędnych środka masy stacji przenośnikowej B87 Fig. 3.1. Determination of the coordinates of center of mass of transfer station B87
Rys. 3.2. Ekran Z0, X0, Y0 początku procedury wyznaczania współrzędnych środka masy
1. Pasek przycisków głównych: RESET, ZAPISZ, KONIEC; 2. Pole graficzne przedstawiające położenie platformy podczas pomiaru;
3. Przyciski pomiarowe; 4. Pole informacji o wartości parametrów, przy których wykonywany jest pomiar; 5. Pole wyników pomiaru współrzędnych [4] Fig. 3.2. Beginning screen Z0, X0, Y0 of procedure for determining the center of mass coordinates.
1 Main button bar: RESET, SAVE, END; 2 The graphic field presenting position of platform during the measurement; 3 Measurement buttons; 4 Information field of the parameter values at which the measurement is made; 5 Field coordinate measurement results
Przed przystąpieniem do procedury wyznaczenia współ-rzędnych środka masy ładunku należy wyważyć go według standardowej procedury podnoszenia. Procedurę wyznaczenia współrzędnych środka masy zaleca się przeprowadzić w stanie, w którym transporter ustawiony jest przodem w kierunku osi wzdłużnej transportowanej stacji. W przypadku gdy nie jest to możliwe, można wykonać procedurę w ustawieniu prostopa-dłym transportera do osi wzdłużnej stacji. Procedura przewi-duje przeprowadzenie pomiarów przy czterech pochyleniach platformy: do przodu, do tyłu, w lewo, w prawo. W wyniku realizacji procedury otrzymuje się oczekiwane wartości współ-rzędnych środka masy ładunku oraz ich niepewność rozszerzo-ną. Możliwości pochylenia platformy są mocno ograniczone (rys. 3.1), dlatego niepewność pomiaru współrzędnych środka masy zależy prawie wyłącznie od dokładności inklinometrów. W przypadku transportera TUR 600 niepewność pomiaru współrzędnej z0 określa zależność:
(1) gdzie: uwp, uwα – niepewność całkowita odpowiednio po-miaru ciśnienia i popo-miaru kąta pochylenia platformy.
Do oprogramowania dołączona jest instrukcja, prowadząca krok po kroku operatora podczas realizacji procedury. Instrukcja podaje które przyciski i w jakiej kolejności należy nacisnąć na poszczególnych ekranach panelu realizacji procedury oraz sposób postępowania w przypadku zakłócenia przebiegu procedury. Oprogramowanie zostało wprowadzone do
sys-temu sterowania transportera (wdrożone) TUR 600 w KWB Bełchatów. Autorami badań i algorytm funkcji wyznaczania współrzędnych są Krzysztof Poterała i Stefan W. Szepietowski (Poltegor-Instytut), a oprogramowania sterownika i panelu operatorskiego Roman Wojtkiewicz i Wojciech Radziszewski (Fugo-Projekt Sp. z o.o.).
Znajomość środka masy ładunku służy do wielu celów. Między innymi umożliwia operatorowi takie ustawienie trans-portera pod stacją przenośnikową, które jeśli nie eliminuje cał-kowicie, to minimalizuje (zależnie od pionowej współrzędnej) konieczność zmian położenia platformy podczas przejazdu po terenie o różnym nachyleniu. Przykładowo rysunek 3.3 przedstawia granice przedziału współrzędnej x0 ładunku dla transportera TUR 600, dla którego nie będzie wymagana ko-rekta pochylenia platformy.
4. Kompleksowy system monitorowania i sygnalizacji zagrożeń pożarowych dla maszyn podstawowych
W wyniku realizacji zadania opracowany został kom-pleksowy system monitorowania i sygnalizacji zagrożeń po-żarowych dla maszyn podstawowych (rys. 4.1) obejmujący automatyczną kontrolę zagrożeń pożarowych pomieszczeń stacji elektrycznych, kabin operatorów, pomieszczeń szatni i warsztatów. Dodatkowo obejmuje on kontrolą obszary dotych-czas niechronione tj. ruchome elementy przenośników taśmo-wych oraz pomieszczenia technologiczne do których dostęp w czasie pracy maszyny jest na ogół niemożliwy.
W opracowanym systemie sygnalizacji przeciwpożarowej
Rys. 3.3. Granice przedziału dla współrzędnej x0, środka masy ładunku, nie wymagające korekty położenia platformy w zależności od wysokości jego
położenia (z położenia (z
położenia (0) i pochylenia poziomu jezdnego dla transportera TUR 600 [5]
Fig. 3.3. The limits of range for the coordinate x0 of the center of load mass which does not require adjustment of position of platform, depending
on the height of its position (z on the height of its position (z
on the height of its position (0) and tilt levels for transporter TUR 600 [5]
Rys.4.1. Kompleksowy system monitorowania i sygnalizacji zagrożeń pożarowych maszyn górnictwa węgla brunatnego Fig.4.1. Complex system of monitoring and fire alarm equipment in lignite mining
maszyn podstawowych górnictwa odkrywkowego szczególną uwagę poświęcono na dotychczas niechronione pomieszczenia i mechanizmy maszyny. Ochronę pomieszczeń technologicz-nych, tras przenośnikowych i ruchomych elementów maszyn wykonano za pomocą dodatkowych podsystemów monitoringu zagrożenia pożarowego z układami wykorzystującym liniowe czujki ciepła i bezprzewodowe czujki ciepła (rys. 4.2) o pa-rametrach technicznych odpowiadających warunkom eksplo-atacyjnym i atmosferycznym w miejscu ich zabudowy. Układ monitorowania temperatury ruchomych części maszyn (w tym bębnów przenośników taśmowych) przedstawiony na rys. 4.2 jest zbudowany w oparciu o sieć bezprzewodowych czujników temperatury (1) współpracujących z siecią stacjonarnych stacji bazowych (2) połączonych przewodowo z jednostką sterującą (3). Bezprzewodowe czujniki temperatury i stacje bazowe są przystosowane do pracy w przestrzeni otwartej, przy dużym za-pyleniu i narażeniu na ciągłe oddziaływanie drgań i wibracji. Do ochrony pomieszczeń technologicznych maszyn górniczych w tym pomieszczenia przewijaków kablowych wybrano system detekcji pożaru LiST. Jest on przeznaczony do wykrywania zagrożenia pożarowego w rozległych obsza-rach w surowych oraz zmiennych warunkach środowiskowych (atmosfera zewnętrzna) i eksploatacyjnych. Główne elementy
układu LiST stanowią kabel sensoryczny ze specjalnymi zin-tegrowanymi półprzewodnikowymi czujnikami temperatury typu SEC 15 oraz centralna jednostka sterująca czujnikami typu SCU – 800 (rys. 4.3).
Nowe podsystemy sygnalizacji pożarowej zamontowa-ne zostały na koparce SRs2000 nr 36 w KWB Bełchatów. Ochronę przeciwpożarową na koparce realizuje się w dwóch pętlowych liniach dozorowych z bocznymi odejściami do ręcznych ostrzegaczy pożarowych zabudowanych na zewnątrz pomieszczeń (przejścia i pomosty maszyny). Pierwsza linia dozorowa obejmuje pomieszczenia podwozia maszyny druga nadwozia maszyny.
5. Mechatroniczny system sterowania koparką kołową
W ramach realizacji zadania nr 5 opracowano i skomer-cjalizowano dwie technologie przyczyniające się do poprawy efektywność wykorzystania koparek kołowych oraz poprawy bezpieczeństwa ich pracy, tj.:
technologię urabiania zabierek dla opracowywania strate-gii rozwoju frontów wydobywczych na przykładzie Pola Szczerców,
Rys. 4.2. Schemat ideowy zabudowy podsystemu bezprzewodowych czujników temperatury na przenośniku II koparki 1. bezprzewodowy czujnik temperatury BCT
2. stacja bazowa SB 3. pulpit operatorski POp-1
Fig. 4.2. Scheme of construction of subsystem of wireless temperature sensors located on conveyor II of SRs 2000 excavator 1. Wireless temperature sensor BCT
2. Base station SB 3. Operator’s panel POp-1
Rys. 4. 3. Instalacja doświadczalna systemu sygnalizacji pożarowej, schemat ideowy, elementy układu Fig. 4.3. Experimental installation of fire alarm system, schematic diagram, system’s components
technologię wyznaczania parametrów pracy koparek ko-łowych w zmiennych warunkach geologicznych i geome-trycznych zabierki.
Przedmiotowa technologia urabiania zabierki, rozszerza zakres tworzenia przez projektanta planów pracy koparki o istotne wcześniej nie występujące elementy. Użytkownik dostarcza pełniejszą informację o parametrach geometrycz-nych, które mogą stanowić dokumentację dla danej koparki w ściśle określonych warunkach geologiczno-górniczych i zakładanych przez projektanta parametrach urabiania zabierki. Oprócz części dokumentacyjnej, otrzymane informacje mogą również spełniać funkcje wytycznych dla operatora maszyny o granicznych trajektoriach ruchów koparek, gwarantujących uzyskanie założonych przez projektanta parametrów zabierki. Podstawą technologii jest aplikacja użytkowa ,,Identyfikacja struktury frontu roboczego”.
Opracowana technologia wyznaczania parametrów pracy koparek kołowych w zmiennych warunkach geologicznych i geometrycznych zabierki polega na przetwarzaniu zbiorów parametrów opisujących założenia i warunki realizacji procesu urabiania, na zbiory wielkości opisujących wyniki zrealizowa-nego procesu w założonym obszarze badawczym. Procedura ,,przetwarzania” ma charakter deterministyczny i opiera się na tworzeniu sekwencji stanów technologicznych koparki z uwzględnieniem czasów ich trwania przy realizacji
poszczegól-nych operacji objętych procesem pracy ustabilizowanej koparki. Proponowana technologia wyznaczania parametrów pracy koparki pozwala na szczegółowe określenie czasu potrzeb-nego do urobienia zabierki, tym samym pozwala na dokładne zaplanowanie koniecznych do wykonania prac pomocniczych. Podstawą tworzonej technologii jest program użytkowy ,,Symu-lacja procesu urabiania zabierki – wyznaczanie podstawowych parametrów pracy koparki”, w którym sparametryzowano model technologiczny pracy koparki w zabierce. Na podsta-wie zależności funkcyjnych opisujących stany technologiczne oraz występujących relacji i ograniczeń brzegowych, możliwe jest obliczenie podstawowych parametrów pracy koparki jako efektów charakteryzujących jej pracę w zabierce.
Podstawową cechą użytkową proponowanych programów jest ich wzorcowy charakter, wynikający z uwzględnienia w obliczeniach tylko czynników występujących w procesie pracy ustabilizowanej, z wyeliminowaniem deformującego wpływu czynników losowych i niezidentyfikowanego subiektywizmu sterowania koparką przez operatora.
Proponowane programy użytkowe pozwalają na opraco-wanie technologii pracy koparki w zabierce, które mogą być wykorzystane jako:
dokumenty o charakterze technicznym i formalnoprawnym, określające zatwierdzony przez nadzór kopalni sposób eks-ploatacji koparki w warunkach jej piętra eksploatacyjnego,
Rys. 5.1. Ekran programu Identyfikacja struktury frontu roboczego z zabierką nadpoziomową, [8]
Pole 1-4 Zakładki danych wejściowych: 1. Okno parametrów koparki kołowej (wczytane z bazy), 2. Wprowadzone ograniczenia technologiczne właściwe dla kopalni, 3. Zakładane wartości parametrów zabierki, 4. Komunikowane przez program wartości graniczne dobieranych parametrów, Pole 5. Wybór sposobu prezentacji wyników, Pole 6. Wybrana opcja prezentacji wyników
Fig. 5.1. Screen of identification of working front structure with underlevel block [8]
Field 1-4 input data bookmarks: 1 Parameters window of bucket wheel excavator (loaded from the database), 2 Introduced technological limitations applicable to the mine, 3 The assumed parameter values of block, 4 Communicated by the program limits of chosen parameters,
parametrami struktur geometrycznych frontu roboczego, zasię-gami i kinematyką zespołów roboczych koparki oraz ograni-czeniami geotechnicznymi, a także eksploatacyjnymi.
Pozwala na identyfikację i kontrolę struktur pięter eksplo-atacyjnych koparek dla pracy zabierką nadpoziomową. Program ma charakter interaktywny tzn. w trakcie dobierania kolejnych parametrów komunikuje o przekroczeniu dopuszczalnych pa-rametrów pracy koparki w zabierce, a także wskazuje wartości graniczne poszczególnych parametrów.
W efekcie pracy w programie użytkownik otrzymuje ogól-ny i szczegółowy model piętra określający wzajemogól-ny układ koparki, zabierki i przenośnika poziomego. Wyniki programu prezentowane są w formie numerycznej, także w formie gra-ficznej z poglądowymi rysunkami w trzech rzutach wspomaga-jącymi interpretację dobranych parametrów (rys 5.1).
Prognozowanie podstawowych parametrów pracy koparki
Aplikacja użytkowa pozwalająca na prognozowanie pod-stawowych parametrów pracy koparki jako efektów charak-teryzujących jej pracę w zabierce.
Podstawowym zadaniem modułu jest prognostyczne usta-lenie wartości parametrów charakteryzujących efektywność dokumentacje techniczne kształtowanej przez koparkę
przestrzennej struktury frontu roboczego,
dokumentacje techniczne podające wytyczne dla progra-mu sterowania mechanizmami roboczymi koparki w cza-sie urabiania zabierki,
podstawy do opracowywanych studiów przedprojekto-wych i projektów udostępniania i eksploatacji złoża w za-kresie doboru koparek i układów frontu wydobywczego, narzędzia służące do analiz technologicznych wymaga-nych przy opracowywaniu różwymaga-nych faz eksploatacji złoża, począwszy od koncepcji wstępnych i projektów udostęp-niania i eksploatacji złoża, do operatywnych planów pra-cy koparki w zmieniająpra-cych się dynamicznie warunkach jej stosowania.
Identyfikacja struktury frontu roboczego koparek
Podstawowym zadaniem aplikacji jest dobór parametrów struktur przestrzennych pięter eksploatacyjnych tworzących front wydobywczy kopalni oraz kontrola tworzonych struktur, pod kątem zarówno efektywności procesu roboczego i wykorzy-stania potencjału koparek jak również zachowania wymaganych warunków bezpieczeństwa.
Program ma charakter ściśle deterministyczny, opiera się bowiem na zależnościach funkcyjnych występujących między
Rys. 5.2. Ekran programu Symulacja procesu urabiania zabierki – wyznaczanie podstawowych parametrów pracy koparki [9]
Pole 1-4 Zakładki danych wejściowych odniesione do pojedynczego zabioru: 1. Okno parametrów koparki kołowej (wczytane z bazy), 2. Wyznaczone parametry zabierki, 3. Parametry urabialności skał (wybrane z bazy), 4. Zakładane parametry realizacji procesu, Pole 5. Wariantowe założone czasy pracy efektywnej,
Pole 6. Wybór metody prezentacji wyników, Pole 7 Obliczone podstawowe parametry pracy w zabierce odniesione do pojedynczego zabioru, 8. Obliczona wielkość wydobycia i postęp frontu dla założonych wariantowych czasów pracy efektywnej
Fig. 5.2. Screen of simulation of working block processes – setting the basic parameters of excavators [9]
Box 1-4 Bookmarks of the input data related to a single block: 1 Parameters window of bucket wheel excavator (loaded from the database), 2 Designated block’s parameters, 3 Workability parameters of rocks (selected from the database), 4 The assumed parameters of the process, Field 5 Variant established effective working times, Box 6 The choice of method of presentation of results, Box 7 Calculated basic parameters related to a single block, 8 The calculated extraction and front development for the assumed variant effective working times
pracy ustabilizowanej koparki, przy założonych parametrach zabierki tj.
zestawienie wydajności: teoretycznej, technicznej i efek-tywnej oraz wskaźników efektywności,
wyznaczenie objętości zabioru i czasu potrzebnego do jego urobienia,
długości czasów stanów urabiających, stanów manewro-wych i czynności sterujących,
Wyznaczone parametry dla pojedynczego zabioru są pod-stawą określenia efektów produkcyjnych koparki, tj. wielkości wydobycia i postępu frontu roboczego w założonym okresie czasu kalendarzowego.
Dodatkowo, w zakładce wyniki, dostępne są dane uzu-pełniające, zawierające informacje o przyjętych w programie
przebiegach poszczególnych faz, w tym zakresy kątowe stanów oraz czas ich realizacji.
Dodatkowo, dla kontroli otrzymanych wyników dostępne jest również okno wyników szczegółowych, w którym są informacje o:
szczegółowej strukturze geometrii zabierki,
układzie granicznych kątów poszczególnych stanów procesu, strukturze czasów trwania poszczególnych stanów
pro-duktywnych procesu,
strukturze czasów stanów operacji manewrowych w wyko-naniu podstawowym, technologicznym i eksploatacyjnym. Stacja on-line sytemu ciągłych inklinometrów
Station on-line of continuous inclinometers system Stacja on-line inklinometrów „in-place”Station of on-line inclinometers „in-place”
Wyniki pomiarów przemieszczeń 3D
The results of the 3D displacement measurements Stacja meteorologiczna on-lineOnline weather station
System ciągłych inklinometrów The continuous inclinometers’ system
System mechatroniczny monitorowania i ostrzegania przed osuwiskami
Opracowany system jest pierwszym automatycznym systemem monitoringu i ostrzegania w czasie rzeczywistym o zagrożeniu osuwiskowym zainstalowanym w Polsce i jednym z kilkunastu na świecie. Cztery stacje polowe monitoringu on-line zostały sprawdzone w Karpatach i działają w sposób ciągły od maja 2010 roku przesyłając dane osuwiskowe i meteorologicz-ne do Intermeteorologicz-netu umożliwiając ciągłą obserwację parametrów osuwiskowych oraz generację alarmów.
System obejmuje urządzenia do automatycznego monitoringu osuwisk i warunków meteorologicznych takich jak: system ciągłych inklinometrów z czujnikami
przemiesz-czeń 3D co 0,5 m, zakres pomiaru: ± 45 stopni maksy-malna głębokość instalacji do 90 m (możliwe instalacje pionowe i poziome),
system inklinometrów typu „in-place” umieszczany w rurach inklinometrycznych, na określonej głębokości, za-kres pomiaru ± 10 stopni, czujniki jednoosiowe, co 1 m,
system monitoringu ciśnienia porowego i poziomu wód gruntowych wraz z pomiarem temperatury wód – czujni-ki piezoelektryczne, zakres pomiarowy 1,5 bara, korekcja temperatury,
system monitoringu parametrów meteorologicznych np. wysokość opadów atmosferycznych, temperatura i wil-gotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne, spełnia wy-magania WMO.
Umożliwia on w zależności od potrzeb transmisję danych GPRS do Internetu poprzez sieć GSM lub przesyłanie danych do komputera PC poprzez port USB. Dane mogą być eks-portowane jako pliki tekstowe lub interpretowane za pomocą specjalistycznego oprogramowania.
W ramach komercjalizacji projektu proponujemy opraco-wanie projektu systemu dostosowanego do lokalnych warun-ków geologicznych i potrzeb zamawiającego.
Program interpretujący dane osuwiskowe on-line The on-line interpreting program of landslide data
Program interpretujący dane z inklinometrów systemu ciągłych inklinometrów „in-place” i piezometryczne on-line
The on-line interpreting program of data from the continuous inclinometers „In-place” and piezometers’
Literatura
[1] Onichimiuk M., Wygoda M., Alenowicz J.: Dokumentacja powykonawcza systemu ciągłego monitorowania stanu wytęże-nia ustroju nośnego maszyn podstawowych górnictwa odkrywkowego, Opracowanie IGO Poltegor nr arch. 6525/IGO, [2] Wygoda M., Alenowicz J.: Wytyczne doboru punktów pomiarowych monitoringu wytężenia ustroju nośnego maszyn
podstawowych, Opracowanie IGO Poltegor nr arch. 6298/IGO,
[3] Onichimiuk M., Alenowicz J.: Wytyczne doboru aparatury i materiałów specjalistycznych do budowy systemu monito-ringu wytężenia ustroju nośnego maszyn podstawowych, Oprac. IGO Poltegor nr arch.6320/IGO,
[4] Poterała K.: Opracowanie instrukcji postępowania dla operatora przy wyznaczaniu współrzędnych środka masy pod-noszonego ładunku, Praca niepubl. Opracowanie Poltegor-Instytut nr arch. 6460/IGO, Wrocław 2012
[5] Szepietowski W. S.: Uporządkowane podstawy matematyczne nowych funkcji w systemie sterowania transportera gą-sienicowego, Praca niepubl. Opracowanie Poltegor-Instytut nr arch. 64534/IGO, Wrocław 2012
[6] Cioch W., Pawlik P., Dąbrowski D., Frączak J.: Dokumentacja techniczna systemu monitorowania głównych mechani-zmów maszyn podstawowych, Praca niepubl. AGH, nr arch. Poltegoru-Instytutu 6587/IGO Kraków 2012
[7] Batko W., Cioch W., Pawlik P., Dąbrowsko D.: System monitoringu przekładni stożkowo-planetarnej koparki kołowej KWK 1500s, Praca niepubl. AGH, nr arch. Poltegoru-Instytutu 6587/IGO Kraków 2012
[8] Nowak-Szpak A., Wygoda M.: Technologia urabiania zabierek dla opracowania strategii rozwoju frontów wydobywczych na przykładzie Pola Szczerców, Praca niepubl. Opracowanie Poltegor-Instytut nr arch. 6611/IGO, Wrocław 2013 [9] Nowak-Szpak A., Wygoda M.: Technologia wyznaczania parametrów pracy koparek kołowych w zmiennych warunkach
geologicznych i geometrycznych zabierki, Praca niepubl. Opracowanie Poltegor-Instytut nr arch. 6611/IGO, Wrocław 2013
[10] Kołkiewicz W.: Opracowanie kompleksowego i kompatybilnego zbioru programów symulacyjno - identyfikacyjnych w języku Mathcad 14, stanowiących podstawowy człon procesora „Mechatronicznego Systemu Sterowania Koparkami”, Praca niepubl. Opracowanie Poltegor-Instytut nr arch. 6405/IGO, Wrocław 2012
