Н.М. Шаулева Автоматизация подземных горных машин и оборудования

Министерство образования Российской Федерации Кузбасский государственный технический университет Кафедра электропривода и автоматизации

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

Программа, методические указания и контрольное задание для студентов заочного обучения

специальности 170100 «Горные машины и оборудование»

Составитель Н.М. Шаулева

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 5 от 31.03.2000 г. Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 170100 Протокол № 3 от 31.03.2000 г. Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2001

2

После изучения каждой темы студент должен ответить на контрольные вопросы.

Программой предусмотрено выполнение одной контрольной работы, позволяющей выяснить, насколько хорошо проработан и усвоен материал курса.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Гаврилов П.Д. Автоматизация производственных процессов. /П.Д.Гаврилов, Л.Я. Гимельшейн, А.Е. Медведев: Учеб. для вузов -

М.: Недра, 1985.-215 с.

2.Толпежников Л.И. Автоматическое управление процессами шахт и рудников.-М.: Недра, 1985.-352 с.

3.Батицкий В.А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности/ В.А. Батицкий, В.И. Куроедов, А.А. Рыжков.-М.: Недра, 1991.-303 с.

4.Подлесный Н.И. Элементы систем автоматического управления и контроля /Н.И. Подлесный, В.Г. Рубанов: Учеб.- 3-е изд., перераб. и доп.-Киев: Выща школа, 1991.- 461 с.

5.Медведев А.Е. Системы автоматизации и управления: Учеб. пособие/ А.Е. Медведев, В.Г. Каширских/ Кузбас.гос.тех. ун-т.- Кемеро-

во, 1998.-188 с.

6.Методические указания к выполнению лабораторных работ/ Сост.: А.Е. Медведев.- Кемерово: КузГТУ, 1990-2000.

3

ПРОГРАММА КУРСА

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ

Цели и задачи курса. Этапы развития автоматизации. Роль человека в автоматизированном производстве. Состояние и перспективы развития автоматизации горных работ (АГР). Экономическая эффективность автоматизации производственных процессов в горной промышленности.

Основные понятия автоматики: технологический объект управления, процесс управления, управляемая величина, воздействия. Назначение и структура систем автоматического контроля, защиты, блокировки, сигнализации и регулирования.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Основные функции и классификация АСУ ТП. Режимы работы АСУ ТП. Виды обеспечений АСУ ТП.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В данном разделе следует усвоить роль и место автоматизации горных работ на современном этапе, знать основные направления и перспективы развития автоматизации на горных предприятиях.

Необходимо ознакомиться с вопросами экономической оценки АГР с точки зрения повышения производительности труда, снижения себестоимости продукции и т.д.

Особое внимание следует уделить принципам построения различных систем автоматики, способам их реализации, уяснить принципиальные особенности каждой системы, присущие им достоинства и недостатки.

При изучении АСУ ТП необходимо рассмотреть различные режимы работы АСУ ТП и принципы построения распределенных АСУ ТП.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Определите роль и значение автоматизации на современном этапе технического прогресса в горной промышленности и укажите основные направления и перспективы ее развития.

4

2.Назовите технико-экономические и социальные предпосылки автоматизации и укажите достоинства автоматизированных систем.

3.В чем разница между частичной, комплексной и полной автоматизацией объектов или производственных процессов?

4.Что понимают под объектом управления и системой автоматического управления (САУ)? Приведите примеры.

5.Системы автоматического контроля (САК) и сигнализации (САС): определение, функциональные схемы.

6.Системы автоматической защиты (САЗ): определение, структура, классификация. Системы автоматической блокировки.

7.Системы автоматического регулирования (САР): назначение, виды и функциональные схемы каскадной САР, САР соотношения параметров и САР с селекцией сигнала рассогласования.

8.Системы автоматического управления (САУ): определение

иструктура двухуровневых САУ с аналоговыми и цифровыми контурами регулирования.

9.Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП): определение, структура АТК, управляющие и информационные функции АСУ ТП.

10.Режимы работы АСУ ТП. Представить структурные схемы.

11.Принципы построения распределенных АСУ ТП. Структура АСУ ТП на базе комплекса технических средств ГРАСмикро.

Литература: [5, c. 4-65; 1, c. 3-11].

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ

2.1. Измерительные элементы (датчики)

Классификация элементов автоматических систем по назначению. Датчики сопротивления: потенциометрические, тензометрические, терморезисторные; индуктивные, емкостные. Сельсинные измерительные преобразователи, тахогенераторы. Унификация элементов систем автоматического управления и контроля. Мостовая и компенсационная измерительные схемы.

5

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Датчики (первичные измерительные преобразователи) являются одним из основных звеньев САУ, поэтому при их изучении необходимо уяснить назначение, принцип действия, основные рабочие и конструктивные характеристики, область применения. Необходимо обратить внимание на то, какие датчики могут работать с мостовой, а какие с компенсационной схемой.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение, принцип действия, особенности конструкции, достоинства и недостатки перечисленных выше датчиков.

2. Что такое унифицированный сигнал? Какие их виды вы знае-

те?

3.Опишите работу измерительных схем в комплекте с различными датчиками.

4.Сельсинные измерительные преобразователи: назначение, устройство, режимы работы.

Литература: [4, c. 110-174; 1, c. 32-37].

2.2. Управляющие элементы

Усилительно-преобразовательные элементы систем: назначение, классификация, основные характеристики. Магнитные, полупроводниковые усилители.

Реле: классификация, статические характеристики. Электромагнитные реле: нейтральные реле постоянного и переменного токов и поляризованное реле Полупроводниковые реле. Реле времени. Тепловые реле тока.

Регулирующие устройства: структура и классификация. Регуляторы непрерывного действия, позиционные и импульсные регуляторы.

Логические элементы: И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Основные законы алгебры логики.

Микропроцессорная техника в системах управления. Микропроцессорный программируемый контроллер: структурная схема, отличия от миниЭВМ. Управляющие вычислительные комплексы и сети.

Задающие элементы систем.

6

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении усилителей и реле основное внимание следует обратить на конструктивное использование, принцип действия и область применения. Необходимо ознакомиться с обобщенной структурой регулятора и принципами действия позиционных, импульсных регуляторов и регуляторов непрерывного действия.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните принципы действия усилителей постоянного и переменного тока.

2.Объясните принцип действия магнитного усилителя, опишите его работу со смещением и обратными связями. Приведите необходимые графики.

3.Опишите работу изученных типов реле с рассмотрением физических процессов в них.

4.Проведите сравнительный анализ различных электромагнитных реле по основным характеристикам и конструктивному исполнению.

5.Запишите основные законы алгебры логики и объясните их применение при проектировании дискретных систем.

6.Изобразите схемы изученных логических элементов и объясните их работу.

7.Изобразите структурную схему программируемого контроллера и опишите его работу.

8.Каково назначение микропроцессора в схеме автоматизации и

вчем заключается преимущество микропроцессорных схем автоматизации перед обычными?

9.Поясните принцип действия регуляторов непрерывного действия: позиционных и импульсных. Приведите статические характеристики двухпозиционного регулятора, обобщенную структуру регулятора.

10.Проведите сравнительный анализ задающих элементов на ин-

теграторах, а также потенциометрических и дискретных.

Литература: [1, c. 37-45; 4, c. 176-248, 390-397; 5, c. 117-141].

7

2.3. Исполнительные устройства

Исполнительные устройства: назначение, классификация и требования к характеристикам. Электрические, гидравлические и пневматические исполнительные механизмы: конструкция и принципы действия.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Исполнительные устройства являются завершающим звеном в цепи управления или контроля. Например, в системах автоматического регулирования исполнительные устройства используют для управления регулирующими органами (задвижками и т.д.). Поэтому необходимо рассмотреть различные виды исполнительных механизмов, обращая внимание на условия их применения, исходя из требований, предъявляемых к проектируемой системе управления.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните принцип действия исполнительных электродвигателей постоянного и переменного тока.

2.Опишите работу гидравлических и пневматических исполнительных устройств.

3.Объясните принцип действия электромагнитного исполнительного механизма.

4.Рассмотрите конструкцию и принцип действия электромагнитных муфт.

Литература: [1, c. 46; 4, c. 240-257, 265-272].

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Автоматизация выемочных машин и угледобывающих комплексов. Способы и системы автоматизированного управления. Механизированные крепи как объект автоматизации.

Автоматизация проходческих машин, задачи и особенности. Автоматизация ориентации проходческих комбайнов. Регулирование нагрузки и программное управление движением режущего органа комбайна.

8

Автоматизация буровых машин.

Автоматизация подземного транспорта. Дистанционное автоматизированное управление конвейерными линиями.

Автоматизация процесса проветривания. Автоматизация вентиляторных установок главного проветривания.

Автоматизация вентиляторов местного проветривания. Автоматическая газовая защита.

Автоматизация процесса водоотлива. Типовые схемы управления водоотливными установками. Автоматическое регулирование режима работы водоотливных установок.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В данном разделе предстоит познакомиться с системами автоматизации горных машин и оборудования. Необходимо изучить задачи и особенности автоматизации горных машин, варианты автоматизации, методы их реализации.

Основное внимание следует уделить специфике эксплуатации САУ на шахтах, принципу действия систем, их технической реализации, достоинствам и недостаткам. При изучении данных вопросов необходимо сопоставление с аппаратурой, используемой на предприятии, где трудится студент.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Кратко охарактеризовать известные системы автоматизированного управления машинами добычных и закладочных комплексов.

2.Каким образом осуществляется регулирование нагрузки и программное управление движением режущего органа комбайна?

3.Как осуществляется автоматическое управление направленным движением проходческого комбайна?

4.Какие средства контроля и защиты автоматизированных конвейерных установок вы знаете? Кратко охарактеризуйте их.

5.Каким образом осуществляется автоматическая газовая защита? Представьте блок-схему комплекса «Метан». Приведите структурные схемы автоматизации вентиляторов главного и местного проветривания.

9

6. Каким образом осуществляется автоматическое управление водоотливными установками? Описать применяемую для этих целей аппаратуру.

Литература: [1, c. 48-145; 2, c. 6-12, 135-168, 288-334; 3, c. 150-154].

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторные работы выполняются в университете в соответствии с методическими указаниями.

1. Датчики.

2.Магнитные усилители.

3.Исследование электромагнитных реле.

4.Комплекс «Метан».

5.Аппаратура ВАВ.

6.Устройство УКПС.

7.Регулятор нагрузки УРАН.

8.Аппаратура АУК.1М.

9.Аппаратура АУС.

10. УКИ.

11. Азот (Ветер).

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Контрольная работа выполняется в виде письменных ответов на следующие вопросы:

1. Автоматизация очистных и проходческих работ.

2.Автоматизация конвейерного и рельсового транспорта.

3.Автоматизация главных вентиляторной и водоотливной уста-

новок.

При выполнении контрольной работы необходимо представить аппаратуру автоматики и структурные схемы систем управления соответствующими объектами, применяемыми на предприятии, где трудится студент.

Пояснительная записка пишется от руки, грамотно, разборчиво на страницах обычной ученической тетради. В записке следует строго выдерживать разделение материала на разделы, перед каждым из которых должно быть выделено наименование.