SPOSÓB DOSTRAJANIA ALGORYTMU STEROWANIA
WYBRANYMI PARAMETRAMI PRACY PRZENOŚNIKA ZGRZEBŁOWEGO
Jerzy Świder
1a, Kamil Szewerda
2b, Krzysztof Herbuś
1c1Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska
2Laboratorium Metod Modelowania i Ergonomii, Instytut Techniki Górniczej KOMAG
ajerzy.swider @polsl.pl, bkszewerda@komag.eu,ckrzysztof.herbus @polsl.pl
Streszczenie
Ścianowy przenośnik zgrzebłowy jest poddawany znacznym dynamicznym obciążeniom związanym z nierówno- mierną strugą urobku. Skutkuje to występowaniem niekorzystnych stanów pracy przenośnika, takich jak napięcie lub luzowanie łańcucha, czy nierównomierne obciążenie silników napędowych. W celu poprawy warunków pracy przenośnika opracowano uogólniony algorytm sterowania wybranymi parametrami jego pracy. W algorytmie zało- żono możliwość regulacji: prędkości obrotowej obu silników napędowych oraz stopnia wysunięcia rynny teleskopo- wej na napędzie zwrotnym przenośnika. W celu zastosowania algorytmu w dowolnym przenośniku opracowano sposób jego dostrojenia. Podzielono go na trzy etapy: dostrojenie modelu obliczeniowego przenośnika, dostrojenie algorytmu sterowania oraz weryfikacja dostrojonego algorytmu sterowania.
Słowa kluczowe: górnictwo, ścianowy przenośnik zgrzebłowy, analizy numeryczne, metoda układów wieloczło- nowych, algorytm sterowania
THE METHOD OF TUNING THE CONTROL ALGORITHM OF SELECTED OPERATING PARAMETERS OF THE AFC
Summary
AFC is exposed to many unfavorable dynamic loads, which are caused by uneven stream of run-of-mine. Chain loosening or excessive tensioning and uneven load to the conveyor drives are the results of changing loads. The al- gorithm for controlling the selected operational parameters of the AFC was developed to improve the working conditions and to minimize the risk of the scraper chain loosening or its excessive tension. The algorithm controls the rotational speed of two driving motors and it controls the extension of the telescopic trough, at the AFC re- turn drive. For adjustment of the developed algorithm to the given type and configuration of the conveyor, the procedure including the steps to be followed, was developed. The adjusting process was divided into three main stages: tuning the AFC operational parameters of control algorithm, verification of correctness of its functioning by numerical simulations.
Keywords: mining, armoured face conveyors (AFCs), numerical analysis, multibody system, control algorithm
1. WSTĘP
Przenośnik zgrzebłowy, jako pierwsza maszyna w ciągu odstawy urobku w ścianowych systemach wydobyw-
czych, jest poddawany znacznym obciążeniom dyna- micznym. Są one związane z nierównomierną strugą
urobku ładowanego na przenośnik przez maszynę urabi jącą. W ich wyniku, podczas pracy przenośnika, dzi do sprężystego wydłużania łańcucha i
luzowania, nadmiernego napięcia oraz nierównomiernego obciążenia napędów przenośnika [1,3,
poprawy warunków pracy przenośnika opracowano uogólniony algorytm sterowania wybranymi
mi jego pracy. Założono w nim możliwość regulacji prędkości obrotowej obu silników napędowych oraz regulację stopnia wysunięcia rynny teleskopowej na napędzie zwrotnym przenośnika. Opracowany algorytm odwzorowuje dwie funkcje. Pierwsza z nich umo regulację prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego w zależności od bieżącego obciążenia przenośnika. Druga ma na celu minimalizację możliwości wystąpienia niek rzystnych stanów pracy przenośnika, takich jak mierne napięcie lub luzowanie łańcucha
czy niekorzystny sposób współpracy silników napęd wych. Skrócenie czasu występowania stanów luzowania łańcucha zmniejsza ryzyko jego zakleszczenia
nia. Minimalizacja czasu trwania nadmiernego napięcia łańcucha oraz regulacja prędkości ruchu
błowego umożliwia zmniejszenie zużycia poszczególnych podzespołów przenośnika. Z kolei właściwa współpraca silników napędowych pozwala uniknąć sytuacji
jeden z nich, za pośrednictwem łańcucha zgrzebłowego jest obciążany przez drugi, znajdujący się na przeci nym końcu przenośnika [2,5,8,9,10]. W artykule prze stawiono numeryczny model obliczeniowy przenośnika typu Rybnik 850, o długości 200 m, który posłużył do opracowania algorytmu sterowania jego wyb parametrami pracy. Zastosowanie opracowanego alg rytmu w innym typie przenośnika, wymaga jego dostr jenia. W tym celu opracowano sposób postępowania, opisujący czynności, jakie należy wykonać
2. MODEL OBLICZENIOWY
Model obliczeniowy przenośnika typu RYBNIK 850 składa się z trzech części (rys. 1.): modelu numerycznego przenośnika, modelu silników elektrycznych wraz z przemiennikami częstotliwości napięcia zasilania oraz z modelu układu sterowania, w którym zaimplementow no opracowany algorytm sterowania [10,
ładowanego na przenośnik przez maszynę urabia- podczas pracy przenośnika, docho- dzi do sprężystego wydłużania łańcucha i stanów jego
oraz nierównomiernego ,4,6,14]. W celu poprawy warunków pracy przenośnika opracowano algorytm sterowania wybranymi parametra-
w nim możliwość regulacji obrotowej obu silników napędowych oraz regulację stopnia wysunięcia rynny teleskopowej na Opracowany algorytm . Pierwsza z nich umożliwia łańcucha zgrzebłowego w zależności od bieżącego obciążenia przenośnika. Druga
wystąpienia nieko- takich jak: nad- cucha zgrzebłowego, czy niekorzystny sposób współpracy silników napędo- wych. Skrócenie czasu występowania stanów luzowania łańcucha zmniejsza ryzyko jego zakleszczenia lub zerwa- nia. Minimalizacja czasu trwania nadmiernego napięcia
u łańcucha zgrze- błowego umożliwia zmniejszenie zużycia poszczególnych
właściwa współpraca silników napędowych pozwala uniknąć sytuacji, w której za pośrednictwem łańcucha zgrzebłowego, znajdujący się na przeciw-
W artykule przed- stawiono numeryczny model obliczeniowy przenośnika typu Rybnik 850, o długości 200 m, który posłużył do jego wybranymi . Zastosowanie opracowanego algo-
, wymaga jego dostro- sposób postępowania, opisujący czynności, jakie należy wykonać [10].
MODEL OBLICZENIOWY
Model obliczeniowy przenośnika typu RYBNIK 850 : modelu numerycznego przenośnika, modelu silników elektrycznych wraz
mi częstotliwości napięcia zasilania oraz z modelu układu sterowania, w którym zaimplementowa-
,11].
Rys. 1. Struktura modelu obliczeniowego przenośnika zgrzebłowego [11]
Model numeryczny składa się z brył sztywnych o zred kowanych parametrach masowych i bezwładnościowych, połączonych więzami geometrycznymi, elementami sprężysto – tłumiącymi oraz zdef
mi. Zadaniem tego modelu jest okreś
przenośnika oraz zbieranie danych o sposobie pracy łańcucha zgrzebłowego na napędzie zwrotnym oraz wysypowym. Model silników elektrycznych
z przemiennikiem częstotliwości napięcia zasilana liwia zidentyfikowanie wartości natężenia prądu w silnikach podczas pracy przenośnika
górnej nitki łańcucha zgrzebłowego. Natomiast model układu sterowania służy do przeprowadzenia regulacji częstotliwości napięcia zasilania silników napędowych oraz stopnia wysunięcia rynny teleskopowej na napędzie zwrotnym przenośnika. Regulacja taka odbywa się na podstawie sygnałów z przetworników stan
luzowania łańcucha zgrzebłowego
modelu numerycznym przenośnika. W ten sposób poprzez zastosowanie techniki symulacji równoległej pomocą wirtualnego sterownika
wirtualnym przenośnikiem [8,9,10
3. SPOSÓB DOSTRAJANIA ALGORYTMU STEROWANIA
Opracowany uogólniony algorytm sterowania wybran mi parametrami pracy przenośnika
wiednio dostrojony do pracy w konkretnym typie prz nośnika o określonej długości, wielkości łańcuc błowego, a także sposobie
w ścianie wydobywczej. Opracowan wania w celu dostrojenia algory
stawiono na rys. 2. Proces ten podzielono na trzy etapy.
Pierwszy składa się z czterech kroków
czonych numerami 1 – 4) i ma na celu dostrojenie modelu obliczeniowego przenośnika. Drugi obejmuje zadania dostrojenia algorytmu sterowania parametrami pracy przenośnika. Składa się on z
rys.2. oznaczonych numerami 5
Rys. 1. Struktura modelu obliczeniowego przenośnika
Model numeryczny składa się z brył sztywnych o zredu- kowanych parametrach masowych i bezwładnościowych, połączonych więzami geometrycznymi, elementami tłumiącymi oraz zdefiniowanymi kontakta- mi. Zadaniem tego modelu jest określenie sposobu pracy
oraz zbieranie danych o sposobie pracy łańcucha zgrzebłowego na napędzie zwrotnym oraz wysypowym. Model silników elektrycznych, wraz
napięcia zasilana, umoż- wartości natężenia prądu w silnikach podczas pracy przenośnika, z obciążeniem górnej nitki łańcucha zgrzebłowego. Natomiast model układu sterowania służy do przeprowadzenia regulacji ilania silników napędowych oraz stopnia wysunięcia rynny teleskopowej na napędzie zwrotnym przenośnika. Regulacja taka odbywa się na podstawie sygnałów z przetworników stanu napięcia lub luzowania łańcucha zgrzebłowego, które zabudowano w m przenośnika. W ten sposób, poprzez zastosowanie techniki symulacji równoległej, za , następuje sterowanie 10].
SPOSÓB DOSTRAJANIA ALGORYTMU STEROWANIA
algorytm sterowania wybrany- i parametrami pracy przenośnika może zostać odpo- wiednio dostrojony do pracy w konkretnym typie prze- nośnika o określonej długości, wielkości łańcucha zgrze- błowego, a także sposobie jego zabudowy
Opracowany schemat postępo- algorytmu sterowania przed- podzielono na trzy etapy.
kroków (na rys.2. ozna- i ma na celu dostrojenie modelu obliczeniowego przenośnika. Drugi obejmuje zadania dostrojenia algorytmu sterowania parametrami pracy przenośnika. Składa się on z sześciu kroków, na oznaczonych numerami 5 - 10. Po dostrojeniu
algorytmu należy sprawdzić poprawność jego funkcjo wania poprzez przeprowadzenie symulacji numerycznych pracy przenośnika. Stanowi to trzeci etap prac,
ny na rys.2, numerem 11. W ten sposób, poprzez zast sowanie modelu obliczeniowego oraz symulacji num rycznych, istnieje możliwość dostrojenia opracowanego algorytmu sterowania do przenośnika ścianowego dowo nego typu, o dowolnej konfiguracji,
zarówno do pracy w nienachylonych i słabo nachylonych ścianach wydobywczych, jak i do pracy na wzniosie na upadzie [10].
Rys. 2. Schemat postępowania w celu dostrojenia algorytmu sterowania
Rys. 3. Podzespoły modelu geometrycznego przenośnika zgrzebłowego różnej wielkości przenośnika; b) zgrzebła, c) bębny napędowe
zić poprawność jego funkcjono- poprzez przeprowadzenie symulacji numerycznych pracy przenośnika. Stanowi to trzeci etap prac, oznaczo-
. W ten sposób, poprzez zasto- sowanie modelu obliczeniowego oraz symulacji nume- możliwość dostrojenia opracowanego
przenośnika ścianowego dowol- , dedykowanego zarówno do pracy w nienachylonych i słabo nachylonych jak i do pracy na wzniosie, czy
3.1. DOSTRAJANIE MODELU OBLICZENIOWEGO PRZENOŚNIKA
Dostrojenie modelu obliczeniowego przenośnika następuje w czterech krokach:
• KROK 1 – konfiguracja modelu
W pierwszym kroku następuje konfiguracja mod geometrycznego przenośnika. Definiowanie są: typ i profil rynny, parametry łańcucha zgrzebłowego, par metry i typy bębnów napędowych oraz parametry zgrzebeł (rys.3).
Schemat postępowania w celu dostrojenia algorytmu sterowania [10]
geometrycznego ścianowe-go przenośnika zgrzebłowego różnej wielkości: a) rynny
apędowe [10]
Na podstawie zdefiniowanej konfiguracji w półautom tyczny sposób budowany jest model geometryczny konkretnego przenośnika. Następnie bryły tworzące model geometryczny zostają połączone poprz
wanie: więzów geometrycznych, elementów sprężysto tłumiących oraz kontaktów pomiędzy wybranymi br łami [10].
• KROK 2 – identyfikacja parametrów zastęp modelu
W tym kroku następuje identyfikacja parametrów zastępczych modelu obliczeniowego. Paramet wprowadzono do modelu w celu zredukowania długości modelu numerycznego w odniesieniu do rzeczywistego przenośnika. Takie podejście
przeprowadzenie symulacji numerycznych oraz skraca czas niezbędny na ich przeprowadzenie. Zastosowanie zredukowanych parametrów zastępczych modelu
DOSTRAJANIE MODELU OBLICZENIOWEGO
Dostrojenie modelu obliczeniowego przenośnika
ja modelu geometrycznego W pierwszym kroku następuje konfiguracja modelu geometrycznego przenośnika. Definiowanie są: typ i profil rynny, parametry łańcucha zgrzebłowego, para- metry i typy bębnów napędowych oraz parametry
Na podstawie zdefiniowanej konfiguracji w półautoma- tyczny sposób budowany jest model geometryczny
Następnie bryły tworzące model geometryczny zostają połączone poprzez zdefinio- wanie: więzów geometrycznych, elementów sprężysto – tłumiących oraz kontaktów pomiędzy wybranymi bry-
identyfikacja parametrów zastępczych
kroku następuje identyfikacja parametrów zastępczych modelu obliczeniowego. Parametry te elu zredukowania długości modelu numerycznego w odniesieniu do rzeczywistego e znacznie ułatwia przeprowadzenie symulacji numerycznych oraz skraca czas niezbędny na ich przeprowadzenie. Zastosowanie zredukowanych parametrów zastępczych modelu
obliczeniowego umożliwia jego dostrojenie do przenośnika o dowolnej długości oraz
i typie łańcucha zgrzebłowego. Na rys.
sposób zamodelowania łańcucha zgrzebłowego jako ciągu elementów inercyjnych o zredukowanych masach oraz elementów sprężysto – tłumiących o zredukowanych parametrach.
Rys. 4. Model łańcucha zgrzebłowego
Do podstawowych parametrów zastępczych wyznaczanych w tym kroku należą:
ogniw łańcucha, zastępcza masa zgrzebeł, zastępczy współczynnik sztywności łańcucha zgrzebłowego zredukowane masowe momenty bezwładności
• KROK 3 – dostrojenie modelu silników elektrycznych
Jedną z trzech części modelu obliczeniowego jest model silników napędowych wraz z przemiennikami częstotl wości napięcia zasilania. W modelu tym uwzględniono dwa silniki. Jeden znajduje się na napędzie zwrotnym drugi na napędzie wysypowym przenośnika. Silniki zasilane są za pomocą niezależnych przemienników częstotliwości napięcia. W tym kroku następuje jenie każdego z silników. Odbywa się
danych katalogowych takich jak: znamionowa moc silnika, wartość znamionowego napięcia zasilania, liczba par biegunów.
• KROK 4 – zdefiniowanie wstępnego napięcia łańcucha zgrzebłowego
Ostatnim krokiem dostrajania modelu obliczeniowego jest przeprowadzenie symulacji numerycznych, podczas których nie występuje obciążenie górnej nitki łańcucha zgrzebłowego, ani regulacja parametrów pracy przenośnika. Podczas tych symulacji, w celu uniknięcia stanu permanentnego luzowania lub nadmiernego napięcia łąńcucha (rys. 5), jest definiowane
obliczeniowego umożliwia jego dostrojenie do różnej wielkości
4 przedstawiono sposób zamodelowania łańcucha zgrzebłowego jako ciągu elementów inercyjnych o zredukowanych masach oraz tłumiących o zredukowanych
grzebłowego [10]
Do podstawowych parametrów zastępczych wyznaczanych w tym kroku należą: zastępcze masy ogniw łańcucha, zastępcza masa zgrzebeł, zastępczy współczynnik sztywności łańcucha zgrzebłowego oraz zredukowane masowe momenty bezwładności [10].
dostrojenie modelu silników
części modelu obliczeniowego jest model silników napędowych wraz z przemiennikami częstotli- wości napięcia zasilania. W modelu tym uwzględniono
się na napędzie zwrotnym, a drugi na napędzie wysypowym przenośnika. Silniki są za pomocą niezależnych przemienników częstotliwości napięcia. W tym kroku następuje dostro-
dbywa się to na podstawie danych katalogowych takich jak: znamionowa moc silnika, wartość znamionowego napięcia zasilania, liczba
wstępnego napięcia
Ostatnim krokiem dostrajania modelu obliczeniowego symulacji numerycznych, podczas których nie występuje obciążenie górnej nitki łańcucha acja parametrów pracy w celu uniknięcia rmanentnego luzowania lub nadmiernego definiowane wstępne
napięcie łańcucha zgrzebłowego.
wstępne łańcucha osiągane
wysunięcia rynny teleskopowej na napędzie zwrotnym przenośnika. Przez stan permanentnego luzowania łańcucha uznano sytuację, w której przez ponad 60%
czasu trwania symulacji występuje stan na obu napędach przenośnika, lub
dochodzi do splątania łańcucha na jednym z napędów.
Rys. 5. Stan napięcia łańcucha na napędzie zwrotnym (po lewej stronie) i wysypowym
przenośnika: a) stan nadmiernego napięcia optymalnego napięcia; c) stan luzowania Przez stan permanentnego,
łańcucha uznano sytuację, w której przez ponad 60%
czasu trwania symulacji rejestrowany jest stan nadmiernego napięcia łańcucha na o
przenośnika. Stan nadmiernego napięcia lub luzowania łańcucha rejestrowany jest przez zabudowane w przenośniku przetworniki detekcji stanu napięcia łańcucha [10].
3.2. DOSTRAJANIE ALGORYTMU STEROWANIA
Dostrojenie algorytmu sterowania składa się z sześciu kroków (nr 5-10 na rys.2). Podczas procesu dostrajania istnieje możliwość: zmiany domyślnej liczby
poziomów prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego, uwzględnienia sposobu zabudowy przenośnika (stopnia i kierunku nachylenia), modyfikacji wartości granicznych wybranych parametrów, wpływających na sposób dzi łania algorytmu.
• KROK 5 – zdefiniowanie liczby zadanych poziomów prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego
Dostrajanie algorytmu sterowania rozpoczyna się o zdefiniowania liczby zadanych poziomów
ruchu łańcucha zgrzebłowego. Sposób regulacji prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego, polega na dostosowaniu prędkości ruchu łańcucha do bieżącego obciążenia prz nośnika. W sytuacji, gdy przenośnik nie jest obciążony
. Odpowiednie napięcie wstępne łańcucha osiągane jest poprzez zmianę wysunięcia rynny teleskopowej na napędzie zwrotnym Przez stan permanentnego luzowania łańcucha uznano sytuację, w której przez ponad 60%
czasu trwania symulacji występuje stan jego luzowania na obu napędach przenośnika, lub sytuację, w której dochodzi do splątania łańcucha na jednym z napędów.
Stan napięcia łańcucha na napędzie zwrotnym (po lewej stronie) i wysypowym (po prawej stronie) nadmiernego napięcia; b) stan c) stan luzowania [7,10]
nadmiernego napięcia w której przez ponad 60%
czasu trwania symulacji rejestrowany jest stan ńcucha na obu napędach ika. Stan nadmiernego napięcia lub luzowania łańcucha rejestrowany jest przez zabudowane
przenośniku przetworniki detekcji stanu napięcia
DOSTRAJANIE ALGORYTMU
Dostrojenie algorytmu sterowania składa się z sześciu Podczas procesu dostrajania istnieje możliwość: zmiany domyślnej liczby zadanych poziomów prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego, uwzględnienia sposobu zabudowy przenośnika (stopnia i kierunku nachylenia), modyfikacji wartości granicznych ybranych parametrów, wpływających na sposób dzia-
zdefiniowanie liczby zadanych poziomów prędkości ruchu łańcucha
Dostrajanie algorytmu sterowania rozpoczyna się od zdefiniowania liczby zadanych poziomów prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego. Sposób regulacji prędkości polega na dostosowaniu prędkości ruchu łańcucha do bieżącego obciążenia prze-
gdy przenośnik nie jest obciążony
lub obciążenie przenośnika jest niewielkie
mała prędkość ruchu łańcucha zgrzebłowego. W wzrostem obciążenia zadana wartość prędkości ulega zwiększeniu. Wielkość obciążenia przenośnika szacowana jest na podstawie sumy wartości natężenia prądów silników napędowych. Zasadę regulacji prędkości ruchu łańcucha przedstawiono na rys. 6. W opracowanym algorytmie sterowania domyślnie przyjęto trzy prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego: mała prędkość ruchu przy której wartość częstotliwości napięcia
wynosi 25 Hz, średnia prędkość ruchu
wartość częstotliwości napięcia zasilania wynosi 35 Hz oraz duża prędkość ruchu, przy której wartość częstotl wości napięcia zasilania wynosi 50 Hz [8,
Rys. 6. Sposób regulacji prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego [8]
Podczas dostrajania algorytmu sterowania istnieje możliwość zdefiniowania dowolnej liczby zadanych poziomów prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego W tym celu należy określić wartości często napięcia zasilania w odniesieniu do każdego z
•
KROK 6 i 7 - identyfikacja wpływu zmiany wartości częstotliwości napięcia zasilania na wartości natężenia prądu w silnikachRegulacja prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego wymaga zidentyfikowania wpływu zmiany wartości częstotliwości napięcia zasilania na wartość natężenia prądu w silnikach. Dokonuje się
przeprowadzenie symulacji numerycznych
których nie ulega zmianie obciążenie górnej nitki łańcucha zgrzebłowego i nie następuje regulacja st niewielkie, ustawiana jest łańcucha zgrzebłowego. Wraz ze wzrostem obciążenia zadana wartość prędkości ulega Wielkość obciążenia przenośnika szacowana natężenia prądów regulacji prędkości ruchu W opracowanym algorytmie sterowania domyślnie przyjęto trzy prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego: mała prędkość ruchu, przy której wartość częstotliwości napięcia zasilania prędkość ruchu, przy której zasilania wynosi 35 Hz przy której wartość częstotli-
,10].
Sposób regulacji prędkości ruchu łańcucha
Podczas dostrajania algorytmu sterowania istnieje możliwość zdefiniowania dowolnej liczby zadanych poziomów prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego.
tym celu należy określić wartości częstotliwości napięcia zasilania w odniesieniu do każdego z nich [8,10].
identyfikacja wpływu zmiany wartości częstotliwości napięcia zasilania na wartości natężenia prądu w silnikach
egulacja prędkości ruchu łańcucha zgrzebłowego wpływu zmiany wartości wartość natężenia okonuje się to poprzez przeprowadzenie symulacji numerycznych, podczas których nie ulega zmianie obciążenie górnej nitki łańcucha zgrzebłowego i nie następuje regulacja
parametrów pracy przenośnika
rejestrowany jest przebieg wartości natężenia prądu w obu silnikach napędowych (rys.
wykonuje się przy różnym poziomie obciążenia odniesieniu do każdego, zdefiniowanego w kroku 5 poziomu zadanej prędkości ruchu łańcucha.
Rys. 7. Wartość natężenia prądu w silniku w funkcji obciążenia przenośnika, z uwzględnieniem wartości częstotliwości napięcia zasilania [10
Na podstawie analizy wyników otrzymanych podczas symulacji wyznacza się średni
natężenia prądów, wynikające ze zmiany wartości częstotliwości napięcia zasilania. Wartości
niezbędne do oszacowania poziomu obciążenia zewnętrznego przenośnika, przy różnej wartości częstotliwości napięcia zasilania silników napędowych [10,13].
• KROK 8 – zdefiniowanie wartości granicznych siły nacisku zgrzebłą na rynnę przenośnika Stan napięcia łańcucha zgrzebłowego oceniany jest na podstawie analizy sygnałów z czterech przetworników, z których dwa zabudowano na napędize zwrotnym a dwa na napędzie wysypowym.
zabudowane na napędzie wysypowym
detekcji stanu luzowania i nadmiernego napięcia łańcucha, oraz przetwornik,
luzowania łańcucha na napędzie zwrotnym
sygnały dwustanowe, informując o wystąpieniu lub braku danego stanu łańcucha. Czwarty przetwornik, zabudowany na napędzie zwrotnym, służy do rejestracji wartości siły nacisku zgrzebła na rynnę przenośnika (rys. 8). Znajomość tej siły oraz kąt
łańcucha umożliwia obliczenie siły napięcia łańcucha zgrzebłowego na zejściu z bębna napędowego na napędzie zwrotnym przenośnika [10
przenośnika. Podczas symulacji przebieg wartości natężenia prądu w rys. 7). Symulacje takie wykonuje się przy różnym poziomie obciążenia, w zdefiniowanego w kroku 5., zadanej prędkości ruchu łańcucha.
Wartość natężenia prądu w silniku w funkcji uwzględnieniem wartości
10,13]
Na podstawie analizy wyników otrzymanych podczas średnie różnice wartości wynikające ze zmiany wartości częstotliwości napięcia zasilania. Wartości te są niezbędne do oszacowania poziomu obciążenia przy różnej wartości częstotliwości napięcia zasilania silników napędowych
zdefiniowanie wartości granicznych siły nacisku zgrzebłą na rynnę przenośnika Stan napięcia łańcucha zgrzebłowego oceniany jest na podstawie analizy sygnałów z czterech przetworników, z których dwa zabudowano na napędize zwrotnym, a dwa na napędzie wysypowym. Przetworniki
abudowane na napędzie wysypowym, służące do luzowania i nadmiernego napięcia identyfikujący stan luzowania łańcucha na napędzie zwrotnym, generują , informując o wystąpieniu lub braku danego stanu łańcucha. Czwarty przetwornik, zwrotnym, służy do rejestracji ebła na rynnę przenośnika siły oraz kąta nachylenia trasy łańcucha umożliwia obliczenie siły napięcia łańcucha zgrzebłowego na zejściu z bębna napędowego na
10,12,13].
Rys. 8. Sposób zabudowy przetworników wysypowym przenośnika [10]
W celu interpretacji sygnału zmierzonego przez przetwornik nacisku zgrzebła na rynnę przenośnika zdefiniowano trzy progi mierzonej siły (F0, F1 i F2) Na podstawie danych katalogowych łańcucha zgrzebłowego, o określonej wielkości, oraz analiz wytrzymałościowych jego ogniw (rys. 9)
wartości sił progowych.
Rys. 9. Wyniki obliczeń wytrzymałościowych ogniwa łańcucha – mapa przemieszczeń [10]
Na ich podstawie szacowany jest poziom napięcia łańcucha, decydujący o podjętych krokach regulacji parametrów pracy przenośnika.
Sposób zabudowy przetworników rejestrujących stan napięcia łańcucha zgrzebłowego na napędzie zwrotnym
W celu interpretacji sygnału zmierzonego przez przetwornik nacisku zgrzebła na rynnę przenośnika
progi mierzonej siły (F0, F1 i F2).
danych katalogowych łańcucha o określonej wielkości, oraz analiz ch jego ogniw (rys. 9), wyznacza się
ałościowych ogniwa
szacowany jest poziom napięcia ych krokach regulacji
• KROK 9 – korekta granicznych
parametrów opisujących sposób współpracy silników napędowych
Jednym z zadań regulacji parametrów pracy jest zapewnienie właściwej współpracy silników napędowych przenośnika. Ma to na celu ograniczenie ryzyka wystąpienia sytuacji, w której jeden z
napędowych, za pośrednictwem łańcucha zgrzebłowego obciąża drugi silnik. Sposób współ
jest poprzez analizę stosunku wartości natężenia prądu w silniku zlokalizowanym na napędzie wysypowym do wartości natężenia prądu w silniku
napędzie zwrotnym. Poprzez zdefiniowanie minimalnej i maksymalnej wartości dopuszczalnej
zdefiniować trzy sposoby współpracy siln napędowych (tablica 1) [10].
napięcia łańcucha zgrzebłowego na napędzie zwrotnym i
korekta granicznych wartości parametrów opisujących sposób współpracy
Jednym z zadań regulacji parametrów pracy jest zapewnienie właściwej współpracy silników napędowych przenośnika. Ma to na celu ograniczenie ryzyka w której jeden z silników za pośrednictwem łańcucha zgrzebłowego, ciąża drugi silnik. Sposób współpracy identyfikowany jest poprzez analizę stosunku wartości natężenia prądu w silniku zlokalizowanym na napędzie wysypowym do wartości natężenia prądu w silniku zlokalizowanym na napędzie zwrotnym. Poprzez zdefiniowanie minimalnej i maksymalnej wartości dopuszczalnej ww. ilorazu można zdefiniować trzy sposoby współpracy silników
Tablica 1. Sposób współpracy silników napędowych
W opracowanym algorytmie domyślne wartości minimalne i maksymalne iloraz
prądu w silnikach napędowych, w odniesieniu do przenośnika pracującego w poziomie, na upadzie oraz na wzniosie. Wartości te przyjęto na podstawie anal przeprowadzonych symulacji
i przedstawiono je w tablicy 2 [10]
Tablica. 2. Graniczne wartości współczynników opisujące sposób współpracy silników napędowych
Przenośnik nienachylony Przenośnik pracujący na wzniosie
Przenośnik pracujący na upadzie
Podczas procesu dostrajania algorytmu sterowania istnieje możliwość korekty przyjętych domyślnie wartości parametrów, określających sposób współpra
napędowych.
Sposób współpracy silników napędowych [10]
p
zbyt duże obciążenie silnika na napędzie zwrotnym w odniesieniu do silnika na
napędzie wysypowym
p
stan poprawnej współpracy
p
zbyt duże obciążenie silnika na napędzie wysypowym w odniesieniu do silnika na
napędzie zwrotnym
domyślne zdefiniowano wartości minimalne i maksymalne ilorazu natężenia w odniesieniu do przenośnika pracującego w poziomie, na upadzie oraz na wzniosie. Wartości te przyjęto na podstawie analizy numerycznych
Graniczne wartości współczynników sposób współpracy silników napędowych [10]
pmin pmax
0,8 1,2 0,85 1,5 0,55 1,15
Podczas procesu dostrajania algorytmu sterowania istnieje możliwość korekty przyjętych domyślnie wartości określających sposób współpracy silników
• KROK 10 – dobór wersji aglorytmu W ostatnim kroku, związanym z dostrajaniem
wybór wersji algorytmu, jaka będzie zastosowana.
Domyślnie ustawiona jest pierwsza wersja, przeznaczona do pracy przenośnika bez nachylenia lub
nachyleniu. W sytuacji, w której przenośnik ma transportować urobek po wzniosie, należy dokonać zmiany wersji algorytmu.
postępować w sytuacji pracy przenośnika na upadzie.
Zmiany wariantu z poziomego na wariant przeznaczon do pracy przy nachyleniu należy
nachyleniach podłużnych przenośnika, większych od 15°
[1,6,10]. Jednakże, w razie potrzeby,
zastosowanie algorytmu przeznaczonego do pracy na nachyleniu przy mniejszym stopniu nachylenia
p
zbyt duże obciążenie silnika na napędzie zwrotnym w odniesieniu do silnika na
napędzie wysypowym
p
tan poprawnej współpracy
p
zbyt duże obciążenie silnika na napędzie wysypowym w odniesieniu do silnika na
napędzie zwrotnym
dobór wersji aglorytmu
związanym z dostrajaniem, następuje jaka będzie zastosowana.
jest pierwsza wersja, przeznaczona do pracy przenośnika bez nachylenia lub o niewielkim nachyleniu. W sytuacji, w której przenośnik ma transportować urobek po wzniosie, należy dokonać Analogicznie należy postępować w sytuacji pracy przenośnika na upadzie.
wariantu z poziomego na wariant przeznaczony należy dokonać przy nachyleniach podłużnych przenośnika, większych od 15°
. Jednakże, w razie potrzeby, możliwe jest przeznaczonego do pracy na chyleniu przy mniejszym stopniu nachylenia [7,10].
a)
c)
Rys. 10. Przykładowy sposób obciążenia górnej nitki łańcucha
ków stanu napięcia łańcucha otrzymanych podczas symulacji z i bez regulacji parametrów pracy zgrzebła na rynnę przenośnika, c) sygnał z przetwornika stanu luzowania łańcucha na napędzie zwrotnym z przetwornika stanu luzowania łańcucha
3.3. WERYFIKACJA
DOSTROJONEGO ALGORYTMU STEROWANIA
Po etapie dostrajania algorytmu ste
zweryfikować poprawność jego funkcjonowania. W tym celu przeprowadza się symulację pracy przenośnika ze zmiennym obciążeniem górnej nitki łańcucha zgrzebłowego. Pierwszą z symulacji przeprowadza się bez regulacji parametrów pracy przenośnika, natomiast w drugiej wybrane parametry pracy przenośnika regulowane są zgodnie z regułami zapisanymi w algorytmie sterowania. Przykładowy sposób obciążenia górnej nitki łańcucha podczas weryfikacji poprawności funkcjonowania dostrojonego alg sterowania przedstawiono na rys. 10 a.
przeprowadzonych symulacjach, następuje zestawienie otrzymanych wyników. Na rys. 10 b –
przykładowe wyniki symulacji, opisujące
łańcucha zgrzebłowoego podczas pracy bez regulacji i z regulacją wybranych parametrów pracy.
wyników symulacji numerycznych można wyznaczyć sumaryczny czas występowania stanu luzowania, na miernego napięcia łańcucha zgrzebłowego
dach przenośnika, a także stanu pracy uznanego
Artykuł jest wynikiem prac realizowanych w ramach grantu doktoranckiego finansowanego przez Instytut Techniki Górniczej KOMAG.
Obliczenia wykonano na komputerach Centrum Informatycznego Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej b)
d)
rzykładowy sposób obciążenia górnej nitki łańcucha - a), oraz zestawienie wartości sygnału z przetworn łańcucha otrzymanych podczas symulacji z i bez regulacji parametrów pracy
sygnał z przetwornika stanu luzowania łańcucha na napędzie zwrotnym z przetwornika stanu luzowania łańcucha na napędzie wysypowym [9,10]
DOSTROJONEGO ALGORYTMU
algorytmu sterowania należy zweryfikować poprawność jego funkcjonowania. W tym celu przeprowadza się symulację pracy przenośnika ze zmiennym obciążeniem górnej nitki łańcucha zgrzebłowego. Pierwszą z symulacji przeprowadza się y przenośnika, natomiast w drugiej wybrane parametry pracy przenośnika regulowane są zgodnie z regułami zapisanymi w algorytmie sterowania. Przykładowy sposób obciążenia górnej nitki łańcucha podczas weryfikacji poprawności funkcjonowania dostrojonego algorytmu ono na rys. 10 a. Następnie, po następuje zestawienie d przedstawiono opisujące stan napięcia łańcucha zgrzebłowoego podczas pracy bez regulacji i z regulacją wybranych parametrów pracy. Na podstawie wyników symulacji numerycznych można wyznaczyć sumaryczny czas występowania stanu luzowania, nad- miernego napięcia łańcucha zgrzebłowego na obu napę- dach przenośnika, a także stanu pracy uznanego za
prawidłowy. Zestawienie takich czasów
podczas symulacji bez i z regulacją parametrów pracy przenośnika pozwala na ocenę poprawności funkcjon wania dostrojonego algorytmu [9,
4. PODSUMOWANIE
W celu poprawy pracy przenośnika zgrzebłowego opracowano algorytm sterowania
regulację częstotliwości napięcia zasilania obu silników napędowych oraz wielkości wysunięcia rynny teleskopowej na napędzie zwrotnym przenośnika.
Ponieważ przenośniki zgrzebłowe mogą być różnego typu, różnej długości, z łańcuchami o różnej wielkości wymagają dostrojenia uogólnionego algorytmu sterowania. W artykule przedstawiono opracowany sposób dostrajania algorytmu z zastosowaniem
symulacji równoległej, co umoż symulacji numerycznych pracy
służą zarówno do identyfikacji i oszacowania parametrów granicznych zastosowanych w algorytmie sterowania, jak i do weryfikacji
funkcjonowania. Dostrojony algorytm sterowania może zostać zastosowany w przenośniku dow
dowolnej konfiguracji, zarówno do pracy w poziomie i na dowolnym nachyleniu.
Artykuł jest wynikiem prac realizowanych w ramach grantu doktoranckiego finansowanego przez Instytut Techniki
Obliczenia wykonano na komputerach Centrum Informatycznego Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej zestawienie wartości sygnału z przetworni- łańcucha otrzymanych podczas symulacji z i bez regulacji parametrów pracy: b) siła nacisku
sygnał z przetwornika stanu luzowania łańcucha na napędzie zwrotnym, d) sygnał
prawidłowy. Zestawienie takich czasów uzyskanych podczas symulacji bez i z regulacją parametrów pracy przenośnika pozwala na ocenę poprawności funkcjono-
,10].
PODSUMOWANIE
W celu poprawy pracy przenośnika zgrzebłowego rowania umożliwiający częstotliwości napięcia zasilania obu silników napędowych oraz wielkości wysunięcia rynny teleskopowej na napędzie zwrotnym przenośnika.
rzenośniki zgrzebłowe mogą być różnego ańcuchami o różnej wielkości, gólnionego algorytmu rzedstawiono opracowany z zastosowaniem technik umożliwia przeprowadzenie przenośnika. Symulacje służą zarówno do identyfikacji i oszacowania parametrów granicznych zastosowanych w algorytmie jak i do weryfikacji jego poprawności algorytm sterowania może zostać zastosowany w przenośniku dowolnego typu i dowolnej konfiguracji, zarówno do pracy w poziomie, jak
Artykuł jest wynikiem prac realizowanych w ramach grantu doktoranckiego finansowanego przez Instytut Techniki
Obliczenia wykonano na komputerach Centrum Informatycznego Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
Literatura
1. Dolipski M.: Dynamika przenośników łańcuchowych.
2. Kandzia R., Philipp G., Pytlik A., Szot M.: Increasing using tensile impact tests. “Mining Reporter
3. Kotwica K., Furmanik K., Scherf B.: Wpływ warunków pracy na zużycie i trwałość cięgien łańcuchowych zgrz błowych przenośników ścianowych w wybranych kopalniach węgla kamiennego.
nr 11, s. 74-81.
4. Paschedag U.: Next generation longwall face conveyor system.
Aachen, June 3rd and 4th , 2009 p. 327 5. Paschedag U.: The intelligence factor 6. Suchoń J.: Górnicze przenośniki zgrzebłowe
KOMAG, 2012.
7. Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Analysis of impact of dynamical phenomena during operation.
Solutions in Manufacturing Engineering 2016
8. Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Koncepcja algorytmu sterowania wydajnością przenośnika ścianowego.
„Masz. Gór.” 2016 nr 4, s. 93-103.
9. Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Wpływ regulacji wybranych parametrów przenośnika zgrzebłowego na stan jego pracy. „Masz. Gór.” 2017, nr 4,
10. Szewerda K.: Metoda parametryzacji i doboru algorytmów sterowania przenośników zgrzebłowych. Rozprawa doktorska. Gliwice: Pol. Śl., 2017.
11. Szewerda K.: Wirtualne prototypowanie w tworzeniu algorytmu sterowania przenośnikiem zgrzebłowym.
KOMTECH 2014, Innowacyjne techniki i technologie dla górnictwa. Bezpieczeństwo ność, Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice 2014
12. Świder J., Herbuś K., Szewerda K.: Analysis of load unevenness of chain conveyor's driving motors on the basis of numerical simulations. “J. Achiev. Mater. Manuf. Eng.
13. Świder J., Herbuś K., Szewerda K.: Dynamic analysis of scraper conveyor operation with external loads.
In: CoSME '16, The 4th International Conference on Computing and Manufacturing Engineering 2016. Brasov, Romania,
14. Twardoch K., Zimroz R., Czernik G.: Analiza pracy górniczych przenośników zgr XXIV Międzynarodowa Konferencja Naukowo
i Węzłów Konstrukcyjnych Maszyn Górniczych", Ustroń
Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska.
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl
Dolipski M.: Dynamika przenośników łańcuchowych. Gliwice: Wyd. Pol. Śl., 1997.
Kandzia R., Philipp G., Pytlik A., Szot M.: Increasing operational reliability by selecting suitable mining chains Mining Reporter” 2009, 2, p. 409 – 423.
Kotwica K., Furmanik K., Scherf B.: Wpływ warunków pracy na zużycie i trwałość cięgien łańcuchowych zgrz ścianowych w wybranych kopalniach węgla kamiennego. „Przegląd Górniczy
Paschedag U.: Next generation longwall face conveyor system. W: Conf. "High Performance Mining", RWTH 4th , 2009 p. 327 – 336.
intelligence factor. “World Coal” 2009, Vol. 18 No. 6, p.14-20.
Suchoń J.: Górnicze przenośniki zgrzebłowe: budowa i zastosowanie. Gliwice: Instytut Techniki Górniczej
Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Analysis of impact of longitudinal inclination of a chain conveyor on dynamical phenomena during operation. In: CoSME '16, The 4th International Conference on Computing and Solutions in Manufacturing Engineering 2016. Brasov, Romania, 2016, November 3-4, p. 1
Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Koncepcja algorytmu sterowania wydajnością przenośnika ścianowego.
Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Wpływ regulacji wybranych parametrów przenośnika zgrzebłowego na stan , s. 30-4010.
Szewerda K.: Metoda parametryzacji i doboru algorytmów sterowania przenośników zgrzebłowych. Rozprawa
Szewerda K.: Wirtualne prototypowanie w tworzeniu algorytmu sterowania przenośnikiem zgrzebłowym.
KOMTECH 2014, Innowacyjne techniki i technologie dla górnictwa. Bezpieczeństwo - Efektywność iczej KOMAG, Gliwice 2014, s. 195-206.
Świder J., Herbuś K., Szewerda K.: Analysis of load unevenness of chain conveyor's driving motors on the basis J. Achiev. Mater. Manuf. Eng.” 2015 No. 73/2, p. 165-175. .
K., Szewerda K.: Dynamic analysis of scraper conveyor operation with external loads.
oSME '16, The 4th International Conference on Computing and Brasov, Romania,2016 November 3-4, p. 1-6.
oz R., Czernik G.: Analiza pracy górniczych przenośników zgrzebłowych.
XXIV Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna "Trwałość Elementów i Węzłów Konstrukcyjnych Maszyn Górniczych", Ustroń 2016, s. 305 – 316.
Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska.
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl
operational reliability by selecting suitable mining chains
Kotwica K., Furmanik K., Scherf B.: Wpływ warunków pracy na zużycie i trwałość cięgien łańcuchowych zgrze- Przegląd Górniczy”” 2011, t.67,
"High Performance Mining", RWTH
Instytut Techniki Górniczej
longitudinal inclination of a chain conveyor on CoSME '16, The 4th International Conference on Computing and
1-7.
Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Koncepcja algorytmu sterowania wydajnością przenośnika ścianowego.
Szewerda K., Świder J., Herbuś K.: Wpływ regulacji wybranych parametrów przenośnika zgrzebłowego na stan
Szewerda K.: Metoda parametryzacji i doboru algorytmów sterowania przenośników zgrzebłowych. Rozprawa
Szewerda K.: Wirtualne prototypowanie w tworzeniu algorytmu sterowania przenośnikiem zgrzebłowym.
Efektywność - Niezawod-
Świder J., Herbuś K., Szewerda K.: Analysis of load unevenness of chain conveyor's driving motors on the basis
K., Szewerda K.: Dynamic analysis of scraper conveyor operation with external loads.
oSME '16, The 4th International Conference on Computing and Solutions in
zebłowych. W: TEMAG 2016, Techniczna "Trwałość Elementów
Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska.
