Partner serwisu
17 czerwca 2016

SMARTSTEROWANIE, czyli o nowoczesnych metody sterowania i badań diagnostycznych kopalnianych pomp głównego odwadniania

Kategoria: Artykuły z czasopisma

Od silników stosowanych w napędach pomp głównego odwadniania wymaga się prawie 100% niezawodności w każdych warunkach eksploatacyjnych. Dlatego w stacjach tych pomp stosowane są przeważnie napędy wielostopniowe oraz rezerwowe, gwarantujące ciągłość procesu odwadniania kopalni. Nowoczesne systemy sterowania powinny zawierać procedury smart (sztucznej inteligencji), zapewniające optymalne i energooszczędne odwadnianie wyrobisk kopalnianych.

SMARTSTEROWANIE, czyli o nowoczesnych metody sterowania i badań diagnostycznych kopalnianych pomp głównego odwadniania

 

Jednym z elementów restrukturyzacji polskiego przemysłu wydobywczego jest łączenie kopalń w jedną strukturę organizacyjną, przy ograniczaniu ilości ścian wydobywczych, oraz likwidacja nierentownych poziomów eksploatacyjnych. Wiąże się to ze zmianami struktury systemu odwadniania, zmianami parametrów odwadniania (wydajność i wysokość podnoszenia wody), oraz pojawianiem się zależnych „prądów” wodnych, które komplikują sterowanie sieciami wodnymi w podziemiach kopalń. Parametry odwadniania można zmieniać przez: zmianę prędkości obrotowej pompy, dławienie na zaworach w rurociągach wylewowych.

W napędach pomp głównego odwadniania stosowane są silniki indukcyjne, pierścieniowe lub klatkowe o mocach znamionowych od 100 kW do 1600 kW [4]. Wymaga się od nich prawie 100% niezawodności w każdych warunkach eksploatacyjnych. Dlatego, w stacjach pomp głównego odwadniania stosowane są przeważnie napędy wielostopniowe oraz napędy rezerwowe, gwarantujące ciągłość procesu odwadniania kopalni [2, 3]. Nowoczesne systemy sterowania powinny zawierać procedury smart (sztucznej inteligencji), zapewniające optymalne, energooszczędne odwadnianie wyrobisk kopalnianych. W artykule przedstawiono modele badań diagnostycznych, oraz algorytmy sterowania automatycznego kopalnianych pomp głównego odwadniania instalowanych na różnych poziomach wydobywczych, oparte na komputerach przemysłowych. W artykule zamieszczono wyniki badań przemysłowych oraz przykładowe ekrany wizualizacyjne, zapewniające bieżącą kontrolę parametrów stacji oraz sygnalizację stanów awaryjnych. Proponowane algorytmy sterowania zostały zweryfikowane w warunkach przemysłowych.

 
Kopalniane stacje pomp głównego odwadniania

Stacje pomp głównego odwadniania muszą zapewniać ciągłe odwadnianie kopalni, pomimo zatrzymania wydobycia lub wystąpienia stanów awaryjnych. Dlatego każda stacja pomp głównego odwadniania musi być wyposażona w dwa niezależne źródła zasilania, zasilające zespoły  pomp głównego odwadniania [1, 2, 3].

 

RYS.1 Schemat stacji pomp głównego odwadniania kopalni

 

Układy sterowania stacjami pomp głównego odwadniania muszą zapewniać bezzwłoczne przełączanie urządzeń rezerwowych w sposób ręczny lub automatyczny. Uproszczony schemat stacji pomp głównego odwadniania przedstawiono na rys. 1. Każda stacja pomp głównego odwadniania jest wyposażona w aparaturę kontrolno-pomiarową, która przez zespół czujników i przetworników pomiarowych umożliwia przeprowadzanie on-line pomiarów eksploatacyjnych, ich rejestrację oraz transmisję sygnałów do jednostki centralnej.

 

RYS. 2 Pompy głównego odwadniania typu OWH

 

W stacji pomp głównego odwadniania przeprowadza się pomiary m.in.: wydajności, wysokości podnoszenia, temperatury wody oraz stanu jej zanieczyszczenia, temperatury łożysk pompy oraz silnika napędowego, ciśnienia oleju w obiegu smarowniczym, napięcia zasilania, prądu zasilania silnika [3, 4]. W zależności od wskazań urządzeń kontrolno-pomiarowych przeprowadza się regulację odpowiednich parametrów pompy oraz diagnozuje ewentualne stany awaryjne. Stacja pomp głównego odwadniania umożliwia także sekwencyjną pracę zespołu pomp, czyli zmiany ilości pomp aktualnie eksploatowanych. Stacja może także pracować w układzie automatycznym. Wszystkie informacje o pracy pomp głównego odwadniania oraz sygnalizacja stanów pracy awaryjnej powinny być przekazywane do dyspozytora. kopalni. Jako pompy głównego odwadniania wykorzystuje się przeważnie pompy typu: OW lub OWH napędzane silnikami indukcyjnymi o mocach znamionowych dochodzących do 1800 k W, o wydajności dochodzącej do 700m3/h, oraz wysokościach podnoszenia (600-1000) m [2]. Na rys. 2 przedstawiono wymiary geometryczne pompy głównego odwadniania typu OWH, natomiast w Tab. 1 zestawienia parametrów eksploatacyjnych pomp typu OWH produkcji Kopex Powen [1, 4].

 

TAB. 1 Zestawienia parametrów eksploatacyjnych pomp typu OWH

 

Metodyka badań diagnostycznych zespołu pomp głównego odwadniania

Niezawodność pracy górniczych maszyn przepływowych zależy w znacznym stopniu od prawidłowej oceny stanu technicznego obwodów: elektrycznych, elektromechanicznych oraz mechanicznych. Ocenę można zrealizować w sposób globalny lub w ograniczonym zakresie – wykorzystując elementy diagnostyczne zainstalowane w maszynie. Diagnostykę globalną powinno się przeprowadzać w sposób okresowy.[1, 2, 4,]. Ocena lokalna powinna być realizowana przed każdym uruchomieniem maszyny. W ramach diagnostyki lokalnej sprawdza się stan techniczny: silnika napędowego, układu zasilania, obwodów sterowania i zabezpieczeń, parametry i stan techniczny elementów wirujących: wirnik, kosz ssawny, zawory zwrotne i wylewowe.

Dla uzyskania możliwie pełnej automatyki badań diagnostycznych maszyny przepływowej muszą być wprowadzone odpowiednie zmiany w wyposażeniu i w budowie zespołu napędowego: wydzielenie obwodów pomiarowych z obwodów zasilania, wydzielenie obwodów sterowniczych oraz obwodów zabezpieczeń; wyprowadzenie obwodów kontrolno-pomiarowych do złącza diagnostycznego. Wszystkie wyniki pomiarów są archiwizowane w pamięci komputera nadrzędnego. Oryginalny program komputerowy Diagnopomp (opracowany przez autora), oraz odpowiednie czujniki i przetworniki pomiarowe, umożliwiają realizację pomiarów w sposób automatyczny. Wyniki obliczeń uzyskane na podstawie modeli matematycznych i fizycznych systemu hydraulicznego mogą być prezentowane w sposób tabelaryczny i graficzny na ekranie monitora oraz drukowane w postaci protokołu badań diagnostycznych. Ocenę stanu technicznego silnika napędowego można przeprowadzić przy wykorzystaniu: wyników analizy harmonicznych prądu stojana przy zasilaniu trójfazowym i dwufazowym [4, 5], analizę sygnału napięciowego indukowanego w dodatkowym uzwojeniu umieszczonym w żłobkach stojana [4] lub stosując metody wibromechaniczne albo akustyczne [5]. Metody te gwarantują dokładną diagnostykę silnika, ale ich zastosowanie wymaga jednak złożonych układów pomiarowych, dlatego stosowane są przede wszystkim przy diagnostyce globalnej [4, 5].

 

Cały artykuł został opubikowany w numerze 1/2016 magazynu "Pompy Pompownie"

 

Literatura
 [1] Guziel A.: Wybrane działy górnictwa. Oficyna Wydawnicza  Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997.
[2] Matysik A.: Odwadnianie kopalń podziemnych. Uczelniane wydawnictwo Naukowo Dydaktyczne AGH, Kraków 2002.

[3] Osowski S. modelowanie układów dynamicznych z  zastosowaniem języka Simulink. Oficyna Wydawnicza  Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.
[4] Szymański Z.: Nowoczesne metody sterowania i automatyzacji pracy kopalnianych stacji wentylatorowych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa  Katowice, nr 12, 2004.
[5] Szymański Z.: Diagnostyka i monitoring górniczych maszyn przepływowych. Materiały Międzynarodowej Konferencji TEMAG’05. Ustroń, listopad, 2005.

[6] Wilk  S. Górnicze pompy wirowe Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice 1994.
[7] Simatic S7 300 Dokumentacja techniczna firmy Siemens, Erlangen 1997.

 

ZAMKNIJ X
Strona używa plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. OK, AKCEPTUJĘ