Nowe napędy i układ sterowania koparką SRs-1200/3 w KWB "Konin" SA

Zespół pracowników KWB "Konin" SA opracował projekt sterowania koparką wielonaczyniową typu SRs-1200. Według tego projektu zmodernizowana została koparka SRs-1200/3 (rok produkcji 1975), pracująca w Odkrywce "Jóźwin".

Podstawowymi celami wykonawców projektu było:

- zredukowanie elementów elektrycznych występujących w koparce,
- wymiana elementów elektrycznych na nowe, mniej awaryjne,
- zastosowanie sprawdzonych i nowoczesnych elementów sterowania,
- zbudowanie sieci komunikacyjnych pozwalających na szybką diagnostykę lokalnie oraz zdalnie z dowolnego punktu zakładu.

Projekt obejmował przebudowę napędu jazdy koparki, napędu obrotu nadwozia, ciągu wydobywczego, układu kontroli stanu izolacji 500 V oraz układu sterowania koparką.

Napęd jazdy koparki

Nowe elementy elektryczne:

• silniki indukcyjne jazdy 90 kW i 750 obr./min.,
• przetwornice częstotliwości VLT 5122 o mocy 110 kW,
• silnik indukcyjny napędu bębna,
• enkoderowy układ pomiaru kąta wychylenia przewodu zasilającego,
• układ sterowania w oparciu o sterownik Premium i panel Magelis XBTGT7340.

Zastosowanie silników indukcyjnych zamiast silników prądu stałego zmniejszyło koszty remontów i utrzymania. Do zasilania silników zastosowano cztery przetwornice częstotliwości (do każdego silnika osobno) ze wspólną szyną DC. Takie połączenie umożliwiło zwiększenie efektywności sterowania jazdą koparki (brak gąsienicy sterującej) podczas pracy na froncie roboczym, co spowodowało skrócenie postojów technologicznych. Układ sterowania kontroluje prędkość obrotową i obciążenie każdego z silników i tak koryguje parametry, aby uzyskać równe obciążenie każdego z nich. Przy starym rozwiązaniu było to niemożliwe.

Zastosowanie silnika indukcyjnego i przetwornicy częstotliwości do napędu bębna kablowego z bezpośrednim pomiarem kąta wychylenia ograniczyło możliwość jego uszkodzenia podczas prac technologicznych.

Napęd obrotu nadwozia

Ze względu na własności i stan magazynowy pozostawiono silnik prądu stałego.

Nowe elementy elektryczne:

• przekształtnik prądu stałego Eurotherm 590+,
• bezstykowy zadajnik prędkości,
• układ sterowania w oparciu o sterownik Premium i panel Magelis XBTGT7340.

Zastosowanie przekształtnika Eurotherm 590+ pozwoliło na ograniczenie elementów pomiarowych i kontrolnych napędu. Przekształtnik sterowany jest przez własny system mikroprocesorowy. Parametry pracy oraz stany alarmowe dostępne są poprzez magistralę komunikacyjną Profibus. Od wielu lat stosowany i testowany w KWB Konin bezstykowy zadajnik prędkości wyeliminował całkowicie awarie związane z eksploatacją dotychczasowego potencjometru.

Napęd obrotu jest ściśle powiązany ze sterownikiem ruchów manewrowych wyposażonym w funkcje wspomagające pracę operatora, dotychczas nigdzie nie stosowane, bedące wynikiem wieloletnich doświadczeń (np. zmiana czasu hamowania obrotu podczas wyłączeń poślizgu sprzęgła koła).

Ciąg wydobywczy

Nowe elementy elektryczne:

• styczniki, zabezpieczenia, czujniki siły w taśmie, czujniki poślizgu,
• układ sterowania w oparciu o sterownik Premium i panel Magelis XBTGT.

Całkowicie nowy układ sterownia taśmami i kołem urabiającym drastycznie zmniejszył ilość elementów i awarii.

Wszystkie pomiary i logika układu opracowana jest w sterowniku Premium. Kontroli podlega każdy element układu, dzięki czemu lokalizacja niesprawności jest bardzo szybka. Specjalnie opracowany program kontroli poślizgu sprzęgła Voitha koła urabiającego pozwala na precyzyjną kontrolę obciążenia i, odpowiednio do zachodzących zjawisk, szybkie wyłączenie - co nie jest bez znaczenia dla konstrukcji wysięgnika urabiającego. Zrealizowany w sterowniku Premium układ pomiarowy wielkości poślizgu posiada rozdzielczość 0,1%.

To rozwiązanie skróciło czas potrzebny do bieżącej diagnostyki napędu - skraca się czas przy określaniu ilości oleju w sprzęgle. Układ sterowania zapisuje wartości podczas wyłączenia sprzęgła (prąd, moc i wielkość poślizgu), co stanowi precyzyjny wskaźnik dla służb mechanicznych.

Zastosowanie przetwornicy częstotliwości do napędu pomocniczego koła urabiającego umożliwiło przyśpieszenie wykonania prac związanych z wymianą wiader. Możliwość regulacji prędkości obrotowej koła przy tych pracach wpływa na bezpieczeństwo ich wykonywania. Specjalny algorytm umożliwia łatwiejsze przełączenie między pracą na napędzie pomocniczym i głównym.

Kontrola poślizgu sprzęgła Voitha.

Układ kontroli stanu izolacji 500 V

Nowe układy elektryczne:

• układ kontroli stanu izolacji Bender IRDH 575.

Zastosowany układ precyzyjnie wskazuje obwód, w którym nastąpiło doziemienie. Sterownik PLC zatrzymuje napęd, w którym nastąpiło doziemienie, a jeśli nadal się ono utrzymuje - wyłącza 500 V.

Układ sterowania koparką

Koparka sterowana jest za pomocą czterech sterowników PLC Premium z procesorami o największej dostępnej na rynku mocy przetwarzania.

Sterowniki obsługują:

• ciąg wydobywczy (koło urabiające, taśmy),
• obrót nadwozia ze sterownikiem ruchów manewrowych,
• pojazd,
• kabinę.

Jak widać, przyjęto "modułową" strukturę sterowania. Niesprawność jednego ze sterowników nie blokuje całkowicie systemu sterowania. Takie ryzyko wzrasta w instalacjach z jednym lub dwoma dużymi sterownikami. Dołożenie następnego "modułu" (napędu) np. wciągarki sprowadzi się tylko do uwzględnienia sygnałów na magistrali komunikacyjnej.

Dla wykonania funkcji sterowania wykorzystano magistralę Fipway, o stałym czasie wymiany danych. Dla połączenia przetwornic częstotliwości, przekształtnika tyrystorowego i enkoderów zastosowano magistralę Profibus, również o stałym czasie wymiany danych. Dla wizualizacji i połączeń zdalnych wykorzystano magistralę Ethernet. Wzajemne przenikanie się magistrali z pomocą procesorów komunikacyjnych, pozwala na nieograniczoną co do ilości i szybką diagnostykę napędów.

Ekran podstawowy terminala.

Ekran układu kontroli pochylenia koparki.

Terminale graficzne z ekranem dotykowym umieszczono w kabinie operatora, w rozdzielni górnej i w rozdzielni pojazdowej. Terminale posiadają identyczne oprogramowanie, co umożliwia diagnostykę dowolnego napędu z każdego z nich. Jednakowe oprogramowanie pozwala również na przenoszenie terminali między stanowiskami w razie awarii jednego z nich. Uprawnienia do poziomów obsługi terminali uzyskuje się przez logowanie. Precyzyjnie określone uprawnienia wykluczają niekontrolowane zmiany parametrów.

Dane udostępniane przez zainstalowane sterowniki dostępne są służbom elektrycznym, mechanicznym, automatyki i górniczym. Zestawienia czasów pracy na zmianach oraz wykresy umożliwiają określenie jakości prowadzonej przez operatora zabierki.

Wykres obciążenia koła i wydajności koparki.

Podsumowanie

Znaczącą korzyścią dla zakładu jest to, że projekt i oprogramowanie wykonali pracownicy kopalni "Konin", wykorzystując najnowocześniejsze elementy automatyki. Dalsza rozbudowa układu oraz zmiany w algorytmach sterowania są możliwe przy ominięciu skomplikowanych procedur z firmami zewnętrznymi i są do wykonania niemal natychmiast.

Koparka SRs-1200/3 w Odkrywce "Jóźwin".

Modernizację koparki SRs-1200/3 przeprowadzono w czerwcu 2006 roku, obecnie zakończona jest już instalacja w drugiej koparce SRs-1200/1. Wdrażamy również system zbierania danych z maszyn podstawowych za pomocą bezprzewodowej sieci Ethernet z wykorzystaniem urządzeń Scalance W - firmy Siemens. Jest to proces skomplikowany i długotrwały, ze względu na różne typy maszyn i różny stopień ich wyposażenia w sterowniki PLC.

Napęd urabiający koparki SRs-1200/3.

Projekt Nowe napędy i układy sterowania koparką SRs-1200/3 został zgłoszony do konkursu na najlepsze nowatorskie rozwiązanie techniczne wdrożone w latach 2005-2007. Konkurs ogłosiła konińska Rada Federacji Stowarzyszeń Naukowo-Technicznych NOT z okazji 30-lecia swojej działalności. Górniczy projekt zwyciężył w kategorii "konstrukcje obiektów, maszyn, urządzeń, sprzętu oraz materiałów", a kopalnia otrzymała tytuł MISTRZA TECHNIKI NOT 2007. Autorzy rozwiązania odebrali nagrodę 4 października br., podczas jubileuszowej uroczystości Rady FSNT NOT.

Hieronim Jabłoński
Nadsztygar Elektryczny
KWB "Konin" SA

Przedstawiciele autorów projektu - inż. inż. Andrzej Nawrocki, Hieronim Jabłoński i Jarosław Klimek - odebrali nagrodę podczas jubileuszowej uroczystości konińskiej Rady FSNT NOT.