Н.С. Купченко Автоматизация карьерного оборудования
.pdfМинистерство образования российской федерации Государственное учреждение
Кузбасский государственный технический университет Кафедра электропривода и автоматизации
АВТОМАТИЗАЦИЯ КАРЬЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Программа, методические указания и контрольное задание для студентов заочного обучения
специальности 170100 «Горные машины и оборудование» специализации
«Горные машины и электрооборудование открытых разработок»
Составитель Н. С. Купченко Утверждены на заседании кафедры Протокол № 6 от 27.06.01 Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 170100 Протокол № 1 от 3.09.01 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2001
1
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время эффективность работы горнодобывающих и угольных предприятий во многом зависит от уровня автоматизации оборудования, используемого в технологических процессах. Основной задачей управления горным предприятием является обеспечение добычи и переработки полезного ископаемого в требуемом количестве, необходимого качества и с минимальными затратами. Применение современных технических средств автоматизации, автоматических и автоматизированных систем управления технологическим оборудованием и процессами с использованием микропроцессорной техники позволяет обеспечить максимальное повышение труда, снижение себестоимости продукции.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСУ
Целю преподавания дисциплины «Автоматизация карьерного оборудования» формирование знаний по принципам построения и практическому использованию устройств и систем автоматизации горных машин, установок и комплексов.
В результате изучения данного курса студент должен знать методические основы построения, характеристики основных технических средств и систем автоматизации горных машин и комплексов; уметь произвести правильный выбор и компоновку необходимой аппаратуры; приобрести навыки чтения схем автоматизации.
Курс рассчитан на 108 часов. Работа над курсом состоит из следующих этапов:
1.Самостоятельная работа по изучению теоретического материала по учебной литературе - 50 часов и выполнению контрольной работы - 40 часов.
2.Прослушивание краткого курса лекций в период сессии -12 ча-
сов.
3.Выполнение и защита лабораторных работ - 6 часов.
4.Подготовка к сдаче экзамена.
Содержание теоретического материала с указанием часов на каждую тему представлено в таблице.
2
|
Наименование темы |
Кол-во |
|
|
часов |
|
|
|
1. |
Общие положения автоматизации |
3 |
2. |
Технические средства автоматики |
3 |
3. |
Автоматизация карьерного оборудования |
6 |
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.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
1.Медведев А.Е. Системы автоматизации и управления: Учеб. пособие/ А.Е. Медведев, В.Г. Каширских.-Кемерово: КузГТУ, 1998.-188с.
2.Каширских В.Г. Автоматизация технологических процессов: Учеб. пособие/ В.Г. Каширских, А.Е. Медведев.-Кемерово: КузГТУ, 1998.-131 с.
Дополнительная литература
3.Ломакин М.С. Автоматическое управление технологическими процессами карьеров: Учеб. для вузов.-М.:Недра, 1978.-280 с.
4.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.
5.Подлесный Н.И. Элементы систем автоматического управления
иконтроля /Н.И. Подлесный, В.Г. Рубанов: Учеб.- 3-е изд., перераб. и доп.-Киев: Выщашкола, 1991.-461 с.
6.Гаврилов П.Д. Автоматизация производственных процессов./П.Д. Гаврилов, П.Д. Гимельштейн, А.Е. Медведев: Учеб. для вузов
- М.: Недра, 1985.-215С.
7.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 обеспечении 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.Что такое автоматизация?
2.Определите понятие «система автоматизации». Дайте классификацию систем автоматизации.
3.Структура и функции одно- и многоканальных систем автоматического контроля.
4
4.Структура и функции системы автоматического регулирования (САР) каскадной, соотношения параметров с селекцией сигнала рассогласования.
5.Структура и функции систем автоматической защиты.
6.Многоканальные и многоуровневые САУ.
7.Структура и функции систем управления технологическими процессами.
8.Назначение АСУ ТП, их классификация.
9.Информационные и управляющие функции АСУ ТП.
10.Структура и принципы построения распределенных АСУ ТП. Литература: [1, с. 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.
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 знаете?
3.Опишите работу измерительных схем в комплекте с различными датчиками.
5
4. Сельсинные измерительные преобразователи: назначение, устройство, режимы работы.
Литература: [5, с. 110-174; 6, с. 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 мини-ЭВМ. Управляющие вычислительные комплексы и сети.
Задающие элементы систем.
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.
6
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
иопишите его работу.
8.Каково назначение микропроцессора в схеме автоматизации и в чем 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 интеграторах, а также потенциометрических и дискретных.
Литература: [1, с. 117-141; 5, с. 176-248, 390-397; 6, с. 37-45].
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.
7
2.Опишите работу гидравлических и пневматических исполнительных устройств.
3.Объясните принцип действия электромагнитного исполнительного механизма.
4.Рассмотрите конструкцию и принцип действия электромагнитных муфт.
Литература: [6, с. 46; 5, с. 240-257, 265-272].
3.АВТОМАТИЗАЦИЯ КАРЬЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Основные направления и эффективность автоматизации экскаваторов. САУ процессом копания мехлопат и драглайнов. Автоматическое программное управление переносом ковша драглайна. АСУ циклом работы одноковшового экскаватора. Автоматическое управление процессом экскавации многоковшовых экскаваторов. Принципы автоматического программного управления роторными экскаваторами.
Основные направления и эффективность автоматизации процессов бурения. Системы автоматического управления процессом бурения шарошечными станками.
Автоматизация управления поточно-транспортными системами. Задачи автоматизации промышленного железнодорожного транспорта. Системы дистанционного и автоматического управления локомотивосоставами. Автоматизация управления стрелками и сигнальными огнями.
Основные направления и эффективность автоматизации конвейерного транспорта сырья и материалов.
Задачи и эффективность автоматизации процессов механической обработки материалов. Автоматическое регулирование производительности щековых дробилок. Автоматическое управление работой виброгрохотов.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Автоматизация управления одноковшовыми экскаваторами включает в себя, прежде всего, автоматизацию основных операций цикла - копание (черпание) и транспортирование ковша (перенос его из забоя в точку разгрузки и обратно). Изучите принципы построения и структуру САУ копанием для мехлопат и драглайнов, программную САУ переносом ковша драглайна, АСУ циклом мехлопаты.
8
Автоматизация многоковшовых экскаваторов заключается, прежде всего, в применении САУ процессом копания и программных САУ установочных операций. Сравните способы и системы автоматического управления процессом копания роторных экскаваторов (РЭ), изучите принципы построения программных систем управления РЭ.
Важнейшую функцию в системах автоматизации шарошечных бурстанков выполняют САУ процессом бурения, они обеспечивают минимизацию затрат на бурение и заданную производительность.
Автоматизация промышленного железнодорожного транспорта решает такие задачи, как: а) управление локомотивами (автоматическое поддержание заданной скорости движения на перегонах, дистанционное управление в местах погрузки и разгрузки состава); б) управление сигнальными огнями и стрелками; в) автоматизированное управление движением поездов.
Дробление, сортировка и транспортировка угля. Из множества задач автоматизации указанных процессов рассмотрите важнейшие из них: автоматическое регулирование процесса дробления, оптимальное управление процессом сортировки (виброгрохотами), оптимальное управление дробильно-сортировочным процессом.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Назовите основные направления и источники эффективности автоматизации карьерных экскаваторов.
2.Структурные схемы САУ копанием мехлопат и драглайнов.
3.Варианты САУ копанием роторных экскаваторов.
4.Структурная схема программной САУ прямым переносом ковша драглайна.
5.САУ процессом бурения «Режим-2НМ».
6.САУ процессом бурения «Режим-СВ».
7.Способы и системы автоматической стабилизации погонной загрузки ленты конвейера.
8.Способы и системы автоматического регулирования натяжения ленты конвейера.
9.Радиоуправление внутрикарьерными стрелками.
10.Системы автоматической блокировки стрелок и сигналов на станциях и перегонах.
11.АСУ движением поездов на карьерах.
9
12. Автоматическое регулирование процесса дробления щековой дробилки.
Литература: [3, с. 29-42; 53-124; 135-169; 4, с. 71-100; 167-190; 2, с. 46-66; 75-95].
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторные работы выполняются в университете в соответствии с методическими указаниями [7].
1.Датчики.
2.Магнитные усилители.
3.Технологические реле.
4.Устройство УКПС.
5.УКИ.
6.Системы автоматизации дробилок и цементных мельниц.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Контрольная работа выполняется в виде письменных ответов на следующие вопросы:
1.Автоматизация экскаваторов и буровых станков.
2.Автоматизация конвейерного и ж/д транспорта.
3.Автоматизация автомобильного транспорта.
При выполнении контрольной работы необходимо описать аппаратуру автоматики и структурные схемы систем управления соответствующими объектами, применяемые на предприятии, где трудится студент.
Пояснительную записку писать 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.
Пояснительную записку иллюстрировать необходимыми схемами, графиками, вычерченными карандашом, четко, в удобном масштабе с соблюдением всех требований ЕСКД и действующих ГОСТов. Нумеровать иллюстрации последовательно и размещать сразу после ссылки на них в тексте. Каждый рисунок сопровождать подписью, расположенной под изображением.
Ссылка на литературные источники обязательна и выполняется в виде номера источника, заключенного в квадратные скобки и поме-