Электроустановка месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Михайловское месторождение относится к Курской магнитной аномалии. Его залежи служат сырьевой базой Михайловского ГОКа, продукцией которого является концентрат, аглоруда, а также железорудные окатыши. Месторождение расположено на северо-западе Курской области.

Местность представляет слабо всхолмленную равнину, разделённую речными долинами, оврагами и балками. Абсолютные отметки варьируют от +150 м в долинах рек, до + 220-230 м на водоразделах. В связи с деятельностью ГОКа сформировались техногенные формы рельефа (отвалы, а также карьер). Климат умеренно-континентальный. Среднегодовая температура воздуха в области +7 С. Среднее количество осадков около 500 мм. Почва промерзает в среднем на 0,7 метра.



1. Общая часть

1.1 Горно-геологическая характеристика

Геологическое строение месторождения

Месторождение представляет собой два структурных уровня: нижний, который сложен дислоцированными и метаморфизованными докембриемыми породами, и верхний, который сложен отложениями мезокайнозоя и палеозоя.

Фундамент Михайловского месторождения состоит из метаморфизованного терригено-осадочного образования коробковской и стойленской свиты оскольской серии нижнего протерозоя.

На подстилающих сланцах стойленской свиты залегают железистые кварциты нижней железорудной подсвиты коробковской свиты (), слагающие веретенинскую залежь, которая в настоящее время является объектом отработки железистых кварцитов. Мощность нижней подсвиты 780850 м. В ее разрезе выделяются четыре пачки.

Первая (нижняя) пачка () сложена карбонатно-магнетитовыми, магнетитовыми, гематит-магнетитовыми, содержащими карбонат, малорудные и безрудные кварциты.

Вторая пачка () представлена магнетит-гематитовыми кварцитами.

Третья пачка () сложена магнетитовыми кварцитами.

Четвертая пачка () представлена переслаиванием гематит-магнетитовых и гематитовых кварцитов.

Основными минералами железистых кварцитов являются: карбонаты, слюда, эгирин, кварц, гематит, магнетит.

На восточном фланге участка кварциты железорудной подсвиты перекрываются со стратиграфическим несогласием отложениями курбакинской свиты (). Они представлены песчаниками в которых имеются прослои сланцев и кварцевых порфиров, а в основании конгломератами.

Докембрийские образования на месторождении перекрыты породами фанерозойского осадочного чехла, мощностью от 55 м в центре месторождения до 190200 м на флангах. Чехол состоит из пород четвертичной, меловой, юрской и девонской систем.

Отложения мелового возраста развиты повсеместно. Среди них выделяются породы, относимые к неокомскому подъярусу, аптскому, альбскому и сеноманскому ярусами.

На участке проектируемых работ осадочные отложения в большинстве случаев отработаны. Фрагменты их сохранились только на западном фланге участка.

В вертикальном разрезе железистых кварцитов прослеживается следующая зональность:

I. Зона богатых руд;

II. Зона окисленных железистых кварцитов;

III. Зона не окисленных железистых кварцитов.

Осадочно-метаморфическая толща железистых кварцитов на месторождении образует выступ, на склонах которого залегают богатые железистые руды. Глубина залегания железистых кварцитов в центре около 35 м и на периферии 150-200 м. Железистые кварциты представлены гематитовыми, магнетитовыми, железистослюдково-магнетитовыми разностями.

Богатые железистые руды залегают в виде плащеобразных и карманообразных тел со сложной гипсометрией кровли и подошвы.

Мощность рудных тел изменяется от 0 до 80м. Породы докембрийского комплекса обладают сложной тектоникой, собраны в крупнопадающие складки.

В образовании богатых железных руд большое значение имела форма поверхности докембрийского рельефа.

Наиболее интенсивному процессу физико-химического выветривания подвергались участки массива, приуроченные к понижениям рельефа, а также подверженные большой трещиноватости. Участки с повышенным рельефом подвергались интенсивному рельефу, в результате чего руды сносились и откладывались на другом месте.

Богатые железистые руды Михайловского месторождения являются продуктом выветривания железистых кварцитов. Среди богатых железистых руд выделяются следующие генетические типы:

1. Остаточные;

2. Осадочные или переотложенные;

3. Гидротермальные гематит-магнетитовые.

По морфологическим особенностям рудные залежи относятся к площадному и линейно-трещиноватому типам коры выветривания. Площадной тип выветривания на месторождении распространен наиболее широко и в виде плаща покрывает крутопадающие пласты железистых кварцитов.

Линейно-трещиноватый тип коры выветривания на месторождении не имеет широкого распространения. К этому типу руд относятся остаточные руды, развитые в толще железистых кварцитов и уходящие на большую глубину (до 200м) при сравнительно небольшой мощности от 0,5 м.

Остаточные богатые руды по физико-механическим свойствам минералогическому и химическому составу разделяются на пористые, слабосцементированные, почти рыхлые гематит-мартитовые руды, наиболее распространенные и плотные карбонато-мартитовые руды, менее распространенные.

Рыхлые руды обладают полосчатой и полосчато-плойчатой текстурой, унаследованной ими от железистых кварцитов. По минералогическому составу пористые руды состоят главным образом из первичного гематита (железная слюда), вторичного гематита (мартит), кварца и гидроокислов железа. Эти минералы являются основными. В качестве второстепенных минералов встречаются сидерит, арагонит, кальцит, пирит, магнетит, хлорит и каолинит. Средний химический состав богатых остаточных руд приводится в нижеследующей табл. 1.1.

Таблица 1.1

КОМПОНЕНТЫ	СОДЕРЖАНИЕ	КОМПОНЕНТЫ	СОДЕРЖАНИЕ
железо	58,48	ОКИСЬ МАРГАНЦА	0,04
ЗАКИСЬ ЖЕЛЕЗА	3,84	СЕРА	0,32
ОКИСЬ ЖЕЛЕЗА	78,45	ФОСФОР	0,026
КРЕМНЕЗЕМ	7,56	ОКИСЬ ТИТАНА	0,28
ОКИСЬ АЛЮМИНИЯ	2,51	ОКИСЬ НАТРИЯ	СЛ.
ОКИСЬ КАЛЬЦИЯ	0,81	ОКИСЬ КАЛИЯ	0,16
ОКИСЬ МАГНИЯ	0,24	П. П. П.	4
		ВОДА
		СУММА	98,52

Плотные карбонато-гематито-мартитовые руды довольно крепкие, местами трещиноватые с незначительной пористостью. Текстура плотных руд линейно-полосчатая реже встречается полосчатая и бревенчатовидная.

Структура основной рудной массы тонкозернистая. Главными породообразующими минералами плотных руд является первичный и вторичный гематит, гидроокислы железа, сидерит, кальцит, кварц, арагонит, анкерит. Из второстепенных минералов выделяются пирит, марказит, галенит, хлорит и каолинит.

Средний химический состав плотных остаточных руд приводится в табл. 1.2.

Таблица 1.2

КОМПОНЕНТЫ	СОДЕРЖАНИЕ	КОМПОНЕНТЫ	СОДЕРЖАНИЕ
ЖЕЛЕЗО	46,42	ОКИСЬ ТИТАНА	0,07
ЗАКИСЬ ЖЕЛЕЗА	11,70	ОКИСЬ КАЛИЯ	0,08
ОКИСЬ ЖЕЛЕЗА	52,61	ОКИСЬ НАТРИЯ	СЛ.
КРЕМНЕЗЕМ	8,95	СЕРА	0,90
ОКИСЬ АЛЮМИНИЯ	2,41	ФОСФОР	0.06
ОКИСЬ КАЛЬЦИЯ	7,70	П. П. П.	13,70
ОКИСЬ МАГНИЯ	0,85	ВОДА	0,24
ОКИСЬ МАРГАНЦА	0,09
		СУММА	99,35

Осадочные руды являются продуктом размыва и переотложения остаточных руд, Формирование залежей осадочных руд происходило при активном участии поверхностных и морских вод.

При этом рудный обломочный материал претерпел небольшую транспортировку, что подтверждается наличием в основном неокатанных или слабо скатанных рудных обломков.

Располагаются осадочные руды главным образом во впадинах древнего кристаллического фундамента и залегают непосредственно на остаточных богатых рудах, образуя с ними единое рудное тело.

Осадочные руды на месторождении представлены различными рудными и глинистыми брекчиями и конгломератами. По физико-механическим свойствам осадочные руды делятся на пористые (слабо сцементированные) и плотные карбонатизированные.

В осадочных рудах встречается большое количество глинистого вещества и немного кварца, слюды (мусковит) и органического вещества.

Химический состав рыхлых и плотных осадочных руд приведен в табл. 1.3.

Таблица 1.3

КОМПОНЕНТЫ	СОДЕРЖАНИЕ	КОМПОНЕНТЫ	СОДЕРЖАНИЕ
	РЫХЛЫЕ	ПЛОТНЫЕ		РЫХЛЫЕ	ПЛОТНЫЕ
железо	52,04	45	ОКИСЬ ТИТАНА	1,13	0,27
ЗАКИСЬ ЖЕЛЕЗА	5,05	14,77	ОКИСЬ КАЛИЯ	0,09	0,26
ОКИСЬ ЖЕЛЕЗА	67,7	48	ОКИСЬ НАТРИЯ	СЛ.	СЛ.
КРЕМНЕЗЕМ	9,12	10,9	СЕРА	0,24	0,69
ОКИСЬ АЛЮМИНИЯ	6,24	5,8	ФОСФОР	0,05	0,08
ОКИСЬ КАЛЬЦИЯ	1,64	4,97	П. П. П.	6,12	12,51
ОКИСЬ МАГНИЯ	0,28	0,66	ВОДА	0,55	0,55
ОКИСЬ МАРГАНЦА	0,06	0,1
			СУММА	98,25	99,56

В сравнении химических составов этих руд с химическим составом остаточных рудах содержится меньше железа, чем в рыхлых остаточных рудах.

Такое разубоживание связано с привносом глинозема и кремнезема. Вследствие меньшей пористости осадочных пород в них отложилось несколько меньшее количество карбонатов.

Характеристика вмещающих пород и полезного ископаемого

Неокисленные железистые кварциты и их окисленные разновидности характеризуются следующими особенностями минерального состава (табл. 1.4). Их физические свойства отображены в табл. 1.5.

Таблица 1.4

Рудные минералы	Неокисленные железистые кварциты, %	Окисленные железистые кварциты, %
МАГНЕТИТЫ	28,30	7,10
ГЕМАТИТЫ	17,97	41,54
ПИРИТЫ	0,09	0,2
КВАРЦЫ	31,76	34,24
АМФИБОЛЫ	2,31	-
ПИРОКСЕНЫ	2.54	1,78
СЛЮДА	11,33	3,24
ПРОЧИЕ	3,17	3,64

Таблица 1.5

ТИП	р, кг	р, Мпа	сж, Мпа	Vпр, км\с
МАГНЕТИТЫ	3750	160-350	131-294	5.3
МАГНЕТИТ-ГЕМАТИТЫ	3530	100-290	155-175	5.7
ГЕМАТИТ-МАГНЕТИТЫ.	3740	190-370	137-177	5.4
СРЕДНЕЕ	3720	100-360	130-293	5.1

Богатая руда должна соответствовать нормам, отображенным в табл. 1.6

Таблица 1.6

Показатели	Норма	Методы испытаний
	на аглоруду	на смесь
1. Массовая доля железа за месяц, средняя, %	по месячной программе	ГОСТ 23581.18-81
2. Допустимое min значение Fе общ. за смену, % - без обогащения - при обогащении	51.2 49.7	53,63 52,0
3. Допустимое maх значение Fе общ. за смену, % - летом - зимой	53.7 54.2
4. Массовая доля влаги за месяц, средняя, %	по месячн. Программе		ГОСТ 12764-73
5. Допустимый предел по массовой доле влаги за смену, %, не более	8,0
6. Массовая доля SiO2 за смену, %, не более - при обогащении - без обогащения	по аглоруде 17,8		ГОСТ 23581.15-81 (Ст.СЭВ-958-78)
6. Крупность руды, мм, не более	850		Инструкция

1.2 Исходные данные

Для составления проекта принимаем следующие исходные данные:

1. Объем добычи полезного ископаемого - 15 млн. т/год.

2. Мощность вскрыши - 30 м.

3. Коэффициент вскрыши, Кв = 0,7.

4. Высота уступа, Н = 15 м.

5. Крепость по Протодьяконову, f = 18.

6. Физико-механические свойства полезного ископаемого:

- = 180 МПа;

- = 30 МПа;

- = 60 МПа.

7. Дальность транспортирования горной массы:

- Lвскр. = 12 км;

- Lдоб. = 14 км;

- Lавто = 1,2 км.

1.3 Обоснование схем механизации основных производственных процессов

Под комплексной механизацией понимается качественное и количественное соответствие входящих в комплекс средств механизации по основным и вспомогательным процессам.

Вскрышные породы месторождения осадочного происхождения не требуют специальной подготовки перед их выемкой и отгрузкой.

Скальные породы залежи полезного ископаемого требуют специальной подготовки перед их выемкой и отгрузкой. Поэтому для скальных пород залежи необходимо определить относительный показатель трудности разработки породы Птр.

Показатель Птр., предложенный академиком В.В.Ржевским, характеризует породу в естественном состоянии (в массиве) и вместе с тем учитывает последующие изменения горно-технических характеристик после выполнения. процессов подготовки к выемке.

,



где, Пб, Пв, Пэ - соответственно показатели трудности бурения, взрывания и экскавации горных пород.

Относительные показатели Пб, Пв, Пэ определяем по формулам, предложенным М.И.Щадовым и И.М.Ялтанец.

.

,

где, усж - предел прочности пород на сжатие, 180 МПа;

усд - предел прочности пород на сдвиг, 30 МПа;

ураст - предел прочности пород на растяжение, 60 МПа;

г - объемный вес, 3,4 т/м3;

kтр - коэффициент трещиноватости породы, 0,7.

.

.

.

,

где, dср - диаметр среднего куска, 150 мм.

,

где, kр - коэффициент разрыхления пород, 1,1.

.

.

Исходя из полученных данных, добываемые горные породы можно отнести 14 категории буримости; по классификации, предложенной академиком В.В.Ржевским, породы залежи отнесены к III классу - трудноразрабатываемых.

Так как при отработке рудной залежи из-за ее малых объемов применение выемочного-погрузочного оборудования не является возможным принимаем экскаваторно-транспортно-разгрузочный комплекс, который характеризуется применением при погрузке и выемке- экскаваторами, а для перемещения пород -автомобильным и ЖД транспортом.

Рисунок 1.1. Схема ЭТРК

Структурная классификация звеньев механизации

Все комплексы оборудования состоят из отдельных звеньев. Число линий звеньев больше 1, отдельные линии звеньев пересекаются. По структуре звенья механизации параллельны.

Принятая структурная классификация комплексов оборудования следующая:



Рисунок 1.3. План карьера



2. Автоматизированный электропривод

2.1 Общие сведения

Станок СБШ-250МНА имеет консольное расположение рабочих органов и верхнее расположение вращательно-подающего механизма. Он создан на базе ранее разработанного станка П-25 с учетом эксплуатационных данных опытной партии этих станков. Станок смонтирован на гусеницах.

На поперечных балках гусеничного хода установлена рама станка, выполненная зацело с машинным отделением. К раме шарнирно подвешен привод гусеничного хода. Крутящий момент от электродвигателя на ведущую звездочку гусеницы передается через цилиндрический редуктор и цепную передачу.

В кабине установлены пульты управления бурением и гусеничным ходом, а также кресло оператора. Управлять гусеничным ходом можно и с выносного пульта. Конструкция кабины сварная цельнометаллическая со звукоизоляционными стенами и потолком.

Станок выполнен с консольным расположением рабочего органа. На выступах машинного отделения установлены опоры, на которых с помощью цапф установлена мачта.

Крутящий момент от электродвигателя вращателя на буровой став передается через редуктор и шинно-зубчатую муфту, предохраняющую электродвигатель вращателя от вибраций.

Кинематическая схема вращателя СБШ-250МНА приведена на рис. 2.1.



Рисунок 2.1

Создание осевой нагрузки на долото и спускоподъемные операции осуществляются механизмом подачи, состоящим из гидроцилиндров и четырехкратной канатно-талевой системы.

Рабочий орган устанавливается в рабочее и транспортное положения гидроцилиндрами. Установка станка в горизонтальное положение производится с помощью гидродомкратов.

Для питания электродвигателя вращателя и для продувки скважины воздушно-водяной смесью к вращателю подведена гирлянда с электрическим кабелем, воздушным и водяными шлангами. Провисание и повреждение гирлянды при спуске и подъеме вращателя устраняется специальным натяжным механизмом, кинематически связанном с механизмом подачи.

Питание станка осуществляется сети переменного тока напряжением 380 В.

2.2 Определение мощности и выбор электродвигателя вращателя станка шарошечного бурения СБШ-250МНА

Определяем усилие подачи:



Глубина внедрения зубьев:

Полное сопротивление, преодолеваемое механизмом вращателя:

Эпюра усилий, имеет форму треугольника. Поэтому при определении вращающего момента долота силу рассматривают как приложенную на расстоянии от оси вращения долота. Тогда момент, необходимый для вращения бурового става и долота определяем по формуле:

где - коэффициент, учитывающий трение в подшипнике шарашек и бурового става о стенки скважины, принимают 1,12.

Нагрузочная диаграмма станка СБШ-250МНА представлена на рис. 2.2.

Рисунок 2.2



Мощность двигателя для привода вращателя

После подстановки в равенство предыдущих выражений получаем:

Принимаем кинематическую схему с диаметром долота 25см и общим передаточным числом редуктора Получаем что заданной частоте вращения =81 об/мин частота вращения двигателя будет определяется следующим образом:

Принимаем к установке двигатель марки АИР280S6, со следующими паспортными данными: =75 кВт; =380 В; =990 об/мин (=1000 об/мин); л=/=2,3; =3; =94,5%; Jдв = 2,6 кг·м2; =0,85.

2.3 Проверка двигателя по условиям пуска

Время пуска определяем по формуле:



Время торможения:

Проверка двигателя по условию пуска:

2.4 Выбор преобразователя частоты

Для электропривода вращателя бурового станка СБШ-250МНА выбираем частотный преобразователь фирмы PumpMaster серии РМ-Р540-75-RUS с номинальной присоединяемой мощностью 75 кВт. В табл. 2.1 сведены технические данные преобразователя РМ-Р540-75к-RUS.

Таблица 2.1

Мощность двигателя, кВт	75
Выходные параметры	Мощность кВА	121,1
	Номинальный ток, А	155
	Частота, Гц	0~120 Гц
	Напряжение, В	380-480В
Параметры питающей сети	Напряжение, В	3 фазы 380-480В (-15%~+10%)3
	Частота, Гц	50-60 Hz (+5%)
Вес	кг	42

1 - Значение соответствует максимальной мощности двигателя, при применении стандартного 4-х полюсного двигателя.

2 - Номинальная выходная мощность () соответствует 440В для 400-вольтового класса.

3 - Максимальное выходное напряжение не может быть больше входного напряжения. Выходное напряжение можно уменьшать с помощью перепрограммирования параметров.

Принципиальная схема электропривода системы преобразователь частоты - двигатель представлена на листе 2.

2.5 Расчет характеристик асинхронного двигателя с ПЧ

Номинальный ток фазы статора:

=.

Линейный номинальный ток статора:

==1,73

Номинальное скольжение двигателя:

= = =0,007.

Активное сопротивление фазы статора:

===0,03 Ом.



Угловая скорость магнитного поля статора двигателя:

= = =104,7 .

Номинальный и критический моменты двигателя:

= = =721,6 Н

= л=2,3 721,6=1659,7 Н

/30=3,14103,94 -номинальная угловая скорость вала двигателя.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

= = =1,2 Ом.

Индуктивные сопротивления статора и приведенное ротора:

== = =0,6 Ом.

Приведенное активное сопротивление фазы ротора:

=()+ = 0,077 Ом.

Номинальный приведенный ток ротора:

= = =47,7 А.



Номинальный коэффициент мощности роторной цепи:

= = = 0,277.

===0,96.

Номинальный ток намагничивающего контура:

=-=

-= 42 А.

Номинальная ЭДС фазы статора:

=(0,985-0,00375) = 380(0,985-0,00375

Индуктивное сопротивление намагничивающей цепи:

===8,8 Ом.

Коэффициенты рассеяния статора и ротора:

== = = 0,068.

Общий коэффициент рассеяния:

ф =++=0,068+0,068+0,068

Определение величин b, c, d, e:

b =(1+)=0,03 (1+0,068) = 0,032 Ом;

c=ф =8,81,241 Ом;

d =/=0,068/8,8=0,008;

e=1+=1+0,068=1,068.

При этом:

== 0,001024 ;

==1,54 ;

== 0,000064;

== 1,14.

Определим коэффициенты необходимые для расчета электромеханических и механических характеристик:

В(;

С(

Для получения семейства характеристик задаемся относительной частотой н: 1,2; 1,0; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2. Для этих относительных частот задаемся параметром абсолютного скольжения от 0 до 1,0, включая величины номинального и критических скольжений. Расчет коэффициентов сводим в табл. 2.2.

Таблица 2.2

	0	0,02	0,0424	0,075	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
В(	0,005929	0,006073	0,006576	0,007954	0,02	0,063	0,13	0,236	0,366
С(	0,0000766	0,0005328	0,0021	0,006	0,045	0,181	0,411	0,731	1,14
А	42,05	111,6	210,4	554,7	554,7	554,7	554,7	554,7	554,7
М, Нм	0	1028	1941	2838	2962	1487	988	556	354
	125,64	123,546	121,201	117,788	104,7	83,76	62,82	41,88	20,94
	104,7	102,606	100,261	96,8475	83,76	62,82	41,88	20,94	-
	83,76	81,666	79,3207	75,9075	62,82	41,88	20,94	-	-
	62,82	60,726	58,3807	54,9675	41,88	20,94	-	-	-
	41,88	39,786	37,4407	34,0275	20,94	-	-	-	-
	20,94	18,846	16,5007	13,0875	-	-	-	-	-

Максимальная величина тока статора:

=2=2

Абсолютное критическое скольжение:

===0,086.

Угловая скорость вала двигателя:

щ=(н-в)=104,7(н-в).

Уравнения электромеханической и механической характеристик:

= =370 ;

M= = .



Рисунок 2.3. Электромеханические характеристики

Рисунок 2.4. Механические характеристики



2.6 Расчет замкнутой системы по схеме с общим сумматором

Структурная схема замкнутой системы приведена на рис. 2.5.

Рисунок 2.5

Определим параметры жесткой ОС по скорости для системы стабилизации скорости в электроприводе ПЧ-АД, который обеспечивает погрешность регулирования 3% в диапазоне D=7.

В качестве датчика скорости используем тахогенератор ПТ типа: СТ-22, с параметрами:

- номинальное напряжение 230В;

- номинальный ток якоря 0,2А;

- номинальная скорость 1000 об/мин;

- ток возбуждения 0,35 А;

- Rя=42,3 Ом;

- Rов=127 Ом.

Тахогенератор выбираем с учетом:

.

с/рад.



Требуемый коэффициент усиления замкнутой системы:

А.

Коэффициент делителя напряжения:

.

Так как коэффициент делителя напряжения меньше единицы, то на входе тиристорного преобразователя электронный усилитель не требуется. Сопротивление делителя напряжения:

Ом.

В качестве датчика напряжения принимаем проволочный резистор с сопротивлением R=1,2 кОм. Тогда:

Ом.

Упрощенная структурная схема замкнутой системы представлена на рис. 2.6.

Рисунок 2.6



Передаточная функция по управляющему воздействию:

<0.

Так определитель <0, то система неустойчива.

Разделим характерическое уравнение системы на а0:

;

b1=363,158, b2=33834,586, b3=18437593,98;

Коэффициентом передаточной функции по управляющему воздействию при р3 пренебрегаем и разделим её числитель со знаменателем на свободный член знаменателя:



=0,00002;

=0,0018.

Частота ожидаемых колебаний:

Гц.

Структурная схема замкнутой системы по схеме с общим сумматором представлена на рис. 2.7.

Рисунок 2.7

Переходные процессы в замкнутой системе по схеме с общим сумматором имеют следующий вид:

Рисунок 2.8. Переходной процесс по скорости в замкнутой системе по схеме с общим сумматором



Рисунок 2.9. Переходной процесс по току в замкнутой системе по схеме с общим сумматором



3. Электроснабжение

3.1 Общие сведения

Для питания установок карьера применяется глубокий ввод напряжения 35 кВ, по радиально-кольцевой схеме.

Распределение электроэнергии в карьере выполняется воздушными и кабельными сетями 6 и 0,4 кВ.

Принятые решения по электроснабжению обеспечивают нормальную работу потребителей, возможность выполнения реконструкции и замены устаревшего оборудования на более новое прогрессивное, способствующее повышению производительности труда и коэффициента использования оборудования.

Электроснабжение железнодорожного транспорта. Питание электрифицированного железнодорожного транспорта осуществляется от тяговых подстанций 110/10 кВ ТПС, 110/10-6 кВ, СПТС и ПС 35/10 кВ, на переменном однофазном токе напряжением 10 кВ.

Для подстанций, расположенных в зонах с промышленным загрязнением атмосферы II класса (по СН 245-71) оборудование распределительных устройств 110, 35 и выводы, открыто устанавливаемых, трансформаторов принимаются с усиленной изоляцией.

Распределительные устройства 6-10 кВ выполняются секционированными из шкафов КРУ и камер КСО заводов электропромышленности.

Подстанции 6/0,4 кВ приняты комплектными (КТП). Вся выбранная высоковольтная аппаратура подстанций устойчива к воздействию токов короткого замыкания.

На подстанции 330/220/110 кВ «Железногорская» для ВЛ 110 кВ, предусмотрены защиты: дистанционная защита и мгновенная токовая отсечка от междуфазных коротких замыканий и ступенчатая токовая защита от замыканий на землю.

Питание цепей собственного расхода подстанций осуществляется от трансформаторов собственных нужд. Питание цепей защиты и управления осуществляется выпрямленным оперативным током от блоков питания.

Выполняется учет активной и реактивной энергии на вводах 6-10 кВ и на отходящих линиях с фиксацией получасового максимума в часы максимума энергосистемы, а также учет собственного расхода.

Счетчики активной и реактивной энергии имеют импульсный выход для передачи показателей оперативного учета электроэнергии по каналам телемеханики.

Защита ГПП и ПС от прямых ударов молний выполняется с помощью стержневых молниеотводов: от волн перенапряжения, набегающих с воздушных линий электропередачи, с помощью вентильных разрядников, устанавливаемых на ГПП и ПС и грозозащитных тросов, подвешиваемых на ВЛ 110, 35 кВ.

Заземляющие устройства для сетей 110, 35 и 6-10 кВ, приняты общими с сопротивлением заземляющего контура не более 0,5 Ом.

Рисунок 3.1. Структурная схема электроснабжения участка карьера



3.2 Исходные данные для расчета электрических нагрузок

Для расчета электрических нагрузок принимаем исходные данные из табл. 3.1.

Технические характеристики токоприемников представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.1

Оборудование	Количество
I. Добыча:
Экскаваторы: ЭКГ-8И	5
Буровые станки: СБШ-250МН	8
II. Технологический комплекс (0,4 кВ):
Водоотливные насосы	3
Промплощадка
Шахтные потребители
Сварка Механические мастерские

Размеры карьера: длина - 2 км, ширина - 1,5 км.

Таблица 3.2

Наименование потребителей	Тип электро приёмников	Мощность	Напряжение, В	cos
Потребители 0,4 кВ
I. Буровые станки:
СБШ-250МН		322 кВт	380	0,7
II. Технол. комплекс (0,4 кВ):
Водоотливные насосы		200 кВт	380	0,88
Промплощадка		1000 кВт	380	0,87
Шахтные потребители		200 кВт	380	0,85
Центральные мех. мастерские		140 кВт	380	0,6
Сварка		20 кВт	380	0,45
III. Освещение:
Карьерные светильники с лампами	ДКсТ - 20000	20 кВт	380	0,9
Потребители 6 кВ
IV. Экскаваторы:
ЭКГ-8И
сетевой двигатель	СДЭУ	630 кВт	6000	0,8
ТСН	ТМЭ	100 кВА	6000	0,7

3.3 Расчёт общего освещения

Для освещения карьера выбираем светильники СКсН1-20000 с лампой ДКсТ-20000.

Технические характеристики лампы:

Лампа ДКсТ-20000

Мощность, кВт 20

Напряжение, В 380

Ток, А 56

Световой поток, лм 600000

Расчет выполним по методу изолюкс. Светильник установим на высоту H=20 м, угол наклона светового потока И = 15 ?, минимальная норма освещенности равна Еmin =5 лк. При расчете и построении изолюксы воспользуемся кривыми относительной освещенности.

Величина отностительной освещенности:

,

где .

Зная значение о и е по кривым относительной освещенности определяем в з. По значениям з, с, H вычисляем координату Y:

.

Таблица 3.3. Характеристика и расчетные величины светильника СКсН1-20 000

H, м	Расчетная величина	X/H
		2	3	4	4,5	5	5,2	5,5	6
20	с	2.19	3.16	4.12	4.61	5.09	5.28	5.57	6,05
	о	0,21	0,06	-0,017	-0,043	-0.064	-0.072	-0.082	-0,097
	е	7,1	21.23	47,29	65,94	88,93	99,45	116,74	149,8
	з	0,9	0,85	1,03	0,95	0,88	0,65	0,52	0,1
	Y	59,15	80,49	127,39	131,26	134,34	102,99	86,91	18,16

По данным табл. 3.3. строим изолюксу (рис. 3.2).

Рисунок 3.2. Изолюкса светильника СКсН1-20 000

С помощью этой линии определим площадь, которую будет освещать выбранный светильник:

Принимаем для освещения карьера 16 светильников с лампами ДКсТ-20 000.

Мощность ламп составит: 

320 кВт.

Для освещения дорог выбираем светильники СГО-300, кВт.

Протяженность дорог внутри карьера равна 17 км, расстояние между светильниками 25 м. Определяем число светильников:

шт.

Общая потребляемая мощность светильников:

Общая потребляемая мощность на освещение равна 524 кВт.

Лампы получают питание от 6 кВ при помощи трансформаторов ТМ-25-6/0,4 кВ.

3.4. Определение расчетных нагрузок

Расчетная нагрузка предприятия определяется суммированием расчетных нагрузок отдельных групп электропотребителей с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузки:

3.5 Выбор силовых трансформаторов

Выбор типа, числа и мощности трансформатора происходит в следующей последовательности:

1. Определяем число трансформаторов, находящихся на подстанции учитывая категорийность предприятия, а также учитываем обеспечение надежности питания. Поскольку горные предприятия являются потребителем I категории на ГПП устанавливаем два трансформатора.

2. Исходя из общей расчетной нагрузки предприятия, принимаем установленную мощность трансформатора. При этом допустимая систематическая перегрузка должна быть не более 30 %.

Так как на ГПП устанавливаем два трансформатора, то мощность каждого из них определяется по условию:

.

Принимаем к установке на ГПП два трансформатора ТМН-6300-35/6,3

Тип	Мощность, кВА	Напряжение, кВ	Потери, кВт	Uкз, %	Ixx, %
		ВН	НН	ДPxx	ДPм
ТМН	6300	35	6,3	8,0	46,5	7,5	0,8

(Т - трехфазный; М - масляное охлаждение; Н - регулирование напряжения под нагрузкой).

В случае возникновения аварийной ситуации, в результате которой один трансформатор вышел из строя, необходимо проверить другой трансформатор на допустимую перегрузку:

1.4 · Sном> Sр.

1.4 · 6300 = 8820 кВА> 5150 кВА.

Следовательно, выбранные трансформаторы (ТМН-6300-35/6,3) обеспечивают электроснабжение карьера, как в нормальном, так и в аварийном режимах.

Определим коэффициент загрузки трансформатора:

Таблица 3.4. Расчётные данные потребителей нагрузок

Наименование потребителей	Количество потребителей	Номинальная мощность	, кВт	Коэффициент спроса,	cosц	tgц	Число часов работы в сутки	кВт	, кВар	, кВт·ч	, кВар·ч	Число дней работы в году	, тыс. кВт·ч
Экскаватор ЭКГ-8И	5	630	3150	0,6	0,8	-0,75	21	1890	-1416	39690	-29636	303	12026,1
ТСН	5	100	500	0,6	0,7	1,0	21	300	300	6300	6300	303	1908,9
Потребители 0,4 кВ
СБШ-250МН	8	322	2576	0,6	0,7	1,0	21	1545,6	1545,6	32457,6	32457,6	303	9834,6
Промплощадка	--	1000	1000	0,6	0,75	0,88	14	600	528	8400	7392	303	2545,2
Центральные мастерские	--	140	140	0,3	0,6	1,33	8	42	55,86	336	446,88	303	101,808
Электросварка	5	20	100	0,3	0,45	1,98	7	30	60	210	420	303	63,6
Освещение	-	524	524	0,9	0,95	0,33	10	471,6	155,6	4716	1566	365	1721,3
Подъем и др.	--	200	200	0,45	0,7	1	20	90	90	1800	1800	303	545
Насосы водоотливные	3	200	600	0,8	0,88	0,54	18,1	480	259,2	8688	4691,52	365	3171,12
Вентилятор главного проветривания	1	55	55	0,75	0,8	0,75	24	41	31	990	743	365	362
Всего по ГПП								5490,4	1609,2	103527,6	26180,8		32279,71

3.6 Расчет типа трансформатора для потребителей карьера, напряжением до 1000 В

Низковольтные карьерные установки запитываем от РУ-6 кВ ГПП, за исключением буровых станков поскольку те подключаются к внутренним ЛЭП 6 кВ.

Расчёт проводим по формуле:

.

Берем данные из табл. 3.4.

ѕ Для СБШ-250 МН:

.

Устанавливаем трансформатор ТМ-400/6-0,4.

ѕ Насосная установка -- это потребитель I категории. Поэтому устанавливаем два трансформатора:

.

Принимаем два трансформатора ТМ-1000/6-0,4.

Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме:

.

При потере одного из трансформаторов, коэффициент загрузки другого будет равен:

.

Коэффициент загрузки соответствует допустимой перегрузке трансформатора.

ѕ Подъем и др:

.

Принимаем трансформатор ТМ-250/6-0,4.

ѕ Для мастерских:

.

Принимаем трансформатор ТМ-100/6-0,4.

ѕ Промышленная площадка:

.

Принимаем трансформатор ТМ-1000/6-0,4.

Коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме:

.

При выходе из строя одного из трансформаторов, коэффициент загрузки другого составит:

.

Эти значения соответствуют допускаемой ПУЭ нагрузке трансформатора.

3.7 Устройство и расчет ЛЭП

Устройство и расчет линий электропередач, питающей ГПП

Для питания ГПП предусматриваем ЛЭП 35 кВ.

Провода выбираем сталеалюминевые. Провода выбираются по потере напряжения и экономической плотности тока.



где Sрасч. - расчетная мощность на шинах подстанции, кВА.

где - средневзвешенный коэффициент мощности, исходя из расходов активной и реактивной энергии за сутки:

Проведем проверку по экономической плотности тока:

Принимаем экономическую плотность тока равную jэ =1,0 А/мм2.

мм2.

Для воздушных линий 35 кВ принимаем, по условиям нагрева, провода АС-150 с Iдл. доп.=450 А.

Проверяем соблюдается ли условие:

Iрасч. л.=97,3 А Iдл. доп.=450 А. Условие соблюдается.

Проверяем сечение провода на потерю напряжения по формуле:



где L - длина линии, км;

r0 и x0 -удельные активное и индуктивное сопротивления линии, Ом/км;

cos=0,93- расчетный коэффициент мощности по карьеру.

Принимаем r0=0,21 Ом/км, x0=0,363 Ом/км.

.

Провод АС-150 полностью подходит для питания главной понизительной подстанции, поскольку потеря напряжения ниже допускаемой. (5%).

Устройство и расчет ЛЭП для питания КРП-1, КРП-2 и КРП-3

Для питания КРП предусматриваем ЛЭП 6 кВ. Для питания потребителей карьера предусматриваем установку трех КРП.

Два экскаватора ЭКГ-8И и два станка СБШ-250МН питаются от КРП-1, два экскаватора ЭКГ-8И, и два станка СБШ-250МН -- от КРП-2, один экскаватор ЭКГ-8И, и три станка СБШ-250МН -- от КРП-3.

Мощность составляет:

КРП-1: Sр1=1714,01 кВА.

КРП-2: Sр2=1714,01 кВА.

КРП-3: Sр3=1436,85 кВА.

Определим ток в линиях, питающих КРП:

.

.

.

Для питания КРП от ГПП выбираем двухцепные линии, расчетный ток на каждую цепь составит:

.

.

.

Для питания КРП-1, КРП-2 и КРП-3 принимаем двухцепные линии со сталеалюминиевыми проводами марок АС-120. Проверяем сечение проводов на потерю напряжения:

;

;

.

Т.к. потери напряжения в проводах меньше 5%, провода подходят по данному критерию.

Устройство и расчет ЛЭП для питания трансформаторов 6/0,4 кВ

Насосы водоотлива:

.

A.

Принимаем провод АС-16.

Потребители шахты:

A.

Принимаем провод АС-16.

Мастерские:

Принимаем провод АС-16.

Промплощадка:

Принимаем провод АС-25.

3.8 Расчет кабелей для питания потребителей 0,4 кВ

Насосы водоотлива:

.

Так как водотливные насосы питаются от двух трансформаторов, определим токи в двух линиях:

Для питания нососов принимаем двухцепные линии, расчетный ток составит:



Принимаем кабель КГН 395+125 с Iдл. доп.=265 А.

Проверяем кабель по потере напряжения:

Полученная величина меньше допустимой поэтому принимаем кабель окончательно.

Потребители шахты:

Принимаем кабель КГН 395+125 с Iдл. доп.=265 А.

Проверим кабель на потерю напряжения:

Полученная величина меньше допустимой поэтому принимаем кабель окончательно.

Мастерские:

Принимаем кабель КГН 350+116 с Iдл. доп.=180 А.

Проверяем кабель по потере напряжения:

Полученная величина меньше допустимой, принимаем кабель окончательно.

Вентиляционная установка:

Т.к. вентиляторы питаются от двух трансформаторов, рассчитаем токи в двух линиях:



Принимаем кабель КГН 310+16 c Iдл. доп.=70.

Проверяем кабель по потере напряжения:

3.9 Устройство и расчет ЛЭП для питания экскаваторов и буровых станков

Для выбора сечения проводов ВЛ 6 кВ определяем среднепотребляемый расчетный ток.

где - сумма активных составляющих тока, потребляемого сетевыми двигателями группы одноковшовых экскаваторов;

- суммарная мощность сетевых двигателей экскаваторов;

Ксп.ср.- коэффициент спроса по среднепотребляемой мощности;

U = 6 кВ - напряжение ЛЭП;

- сумма активных составляющих тока, потребляемого трансформаторами собственных нужд группы одноковшовых экскаваторов;

- суммарная мощность трансформаторов собственных нужд экскаваторов;

cosт.=0,7 - коэффициент мощности трансформаторов собственных нужд экскаваторов;

Iр. дв. э.=Iа. дв. э. tgдв., А - сумма реактивных составляющих тока, потребляемого сетевыми двигателями группы одноковшовых экскаваторов;

tgдв. - величина, соответствующая коэффициенту мощности сетевого двигателя cos=0,8;

Iр. т. э.=Iа. т. э. tgт., А - сумма реактивных составляющих тока, потребляемого трансформаторами собственных нужд группы одноковшовых экскаваторов;

tgт. - величина, соответствующая коэффициенту мощности трансформатора собственных нужд cos=0,7.

Экскаваторы ЭКГ-8И.

;

;

;

.

Расчетный ток нагрузки:

Принимаем провод А-70.

Проверяем провод по потере напряжения:

.

Полученное значение потери напряжения меньше допустимого (5%), поэтому принимаем провод окончательно.

Буровые станки СБШ-250МН.

;

.

Расчетный ток нагрузки:

Принимаем провод А-70.

Проверяем провод по потере напряжения:

.

Полученное значение потери напряжения меньше допустимого (5%), поэтому принимаем провод окончательно.

Для применения на ЛЭП экскаваторов и буровых станков принимаем провод с максимальным сечением -- А-70.

3.10 Выбор кабелей для питания экскаваторов и буровых станков

Экскаваторы ЭКГ-8И.

;

;

;

.

Расчетный ток нагрузки:

Принимаем кабель КГЭ-335 + 16 + 16.

Проверяем кабель по потере напряжения:

.

Полученное значение потери напряжения меньше допустимого (5%), поэтому принимаем кабель окончательно.

Буровые станки СБШ-250МН.

Принимаем два кабеля КГН-370+116.

Проверяем кабели по потере напряжения:

.

Полученное значение потери напряжения меньше допустимого (5%), поэтому принимаем кабели окончательно.

3.11 Расчет токов КЗ

Расчеты токов короткого замыкания сведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Точки КЗ	It=0, кА	It=0.2, кА	It=?, кА	iу, кА	Iу, кА	S0.2,МВА	S?, МВА
К1	2	1,9	2,2	5,1	3,2	115	133
К2	1,7	1,7	1,7	4,3	2,7	19	19



4. Автоматизация

4.1 Общие сведения

Автоматизация управления буровым процессом позволялет почти полностью разгрузить бурового мастера от контроля и управления процессом бурения и вспомогательными операциями. За буровым мастером останется лишь общий контроль за работой оборудования и техпроцессом, что психологически его разгружает. Так же автоматизация данного процесса уменьшает количество аварийных ситуации и различных осложнений, увеличивает производительность и снижает себестоимость бурения.

Буровой процесс, как и любой процесс производства, является управляемым. Поэтому процесс бурения может рассматриваться как объект автоматического управления с указанием входных и выходных величин.

Входными величинами процесса бурения являются:

- осевая нагрузка Р на породоразрушающий инструмент (ПРИ);

- угловая скорость породоразрушающего инструмента;

- объемный расход Q промывочной жидкости или сжатого воздуха, подаваемого в скважину;

- параметры K, не зависящие от режима бурения (тип ПРИ, особенности конструкции скважины, характеристики иных технических средств);

- возмущающие воздействия f (физико-механические свойства пород: контактная прочность, абразивность, хрупко-пластические свойства).

Вследствие приложения входных воздействий Р, , Q, f при заданных значениях K, изменяются выходные величины (координаты), которые характеризуют процесс бурения: скорость бурения v, величина проходки hр в данном рейсе, степень изнашивания ПРИ q и др.

Так как процесс бурения является управляемым, то должна быть сформулирована целевая функция управления Fц при бурении, в соответствии с которой будет решаться задача оптимизации режима бурения.

Если, конструкция скважины, тип ПРИ и технические средства выбраны правильно, то задача оптимизации формируется следующим образом.

Пусть задан критерий оптимальности процесса бурения Y, формулирующий цель, которую мы хотим достичь при бурении. Требуется найти такие значения управляющих воздействий Р, и Q, при которых критерий Y принимает экстремальное, т.е. максимальное или минимальное, значение. Системы управления, работающие по такому критерию, называются экстремальными.

При выборе метода поиска оптимальных параметров режима бурения необходимо иметь в виду, что процесс бурения происходит в быстро меняющихся геолого-технических условиях. Поэтому время поиска оптимального режима бурения должно быть меньше времени бурения при данных геолого-технических условиях (изменение буримости пород, износ породоразрушающего инструмента и т. д.). Если метод поиска, использованный в системе автоматического управления, не обеспечивает выполнение этого условия, то система управления будет не успевать следить за изменением геолого-технических условий бурения и процесс бурения будет отличаться от оптимального. Поэтому метод поиска экстремума целевой функции должен обеспечивать относительно быстрый выход в зону оптимальных режимов за минимальное количество шагов оптимизации.

Для реализации оптимального режима бурения необходимо плавное изменение управляющих воздействий Рд, д и Q. Поэтому при автоматизации процесса бурения необходимо иметь регулируемые приводы подачи, вращателя и насосов. В противном случае не представляется возможным добиться требуемого качества управления процессом бурения. Ввиду сложности алгоритмов поиска оптимального режима бурения наиболее эффективным является применение для их реализации стандартных УВМ - промышленных компьютеров и ПЛК.

4.2 Автоматизация СБШ

Шарошечный способ бурения широко применяется при добыче полезного ископаемого открытым способом.

Автоматизация СБШ осуществляется по следующим направлениям: автоматическое управление режимом бурения, обеспечивающего оптимизацию некоторого критерия: автоматическое управление вспомогательными операциями (перехват и наращивание штанги, наклон мачт и др.), автоматический контроль работы бурового станка с передачей информации на диспетчерский пункт по проводным линиям связи или радиоканалу; дистанционное управление перемещением бурового станка; автоматическая защита бурового станка от перегрузок и аварий.

В состав системы управления буровых станков входят следующие узлы: контур регулирования частоты вращения бурового става, контур регулирования осевой нагрузки на долото, устройство защиты по максимальному допустимому току электропривода вращателя, устройство защиты става от вибраций, устройство защиты буровой скважины от зашламовывания.

Применительно к буровым станкам ЗСБШ-200Н была создана система «Режим-СВ». В данной системе для нахождения экстремального значения критерия качества процесса бурения используется метод градиента, что не требует предварительного определения аналитических зависимостей для нахождения целевой функции. Это позволяет оперативно перестраивать систему на оптимальный режим бурения при изменении условий бурения.

В качестве критериев для управления в системе «Режим-СВ» используют:

-углубление на 1 оборот долота:

Z=v/n,

где, v - мгновенная скорость проходки, n - частота вращения долота.

-показатель режима бурения:

K=Pn,

где, P - осевая нагрузка.

-критерий эффективности процесса бурения:

Э= Nп/Nв=ZP/Мв,

где, Nп, Nв - значения механической мощности, развиваемой приводами подачи и вращателя;

Мв- момент привода вращателя.

Настройка системы на оптимальный режим бурения начинается с того, что устанавливаются с помощью устройств задания средние значения Z и К. Далее методом градиента, изменяя поочередно сигналы задания величин P и n, находят их оптимальные значения, соответствующие максимальному значению Э. После этого система управления работает автоматически без переключения и переналадок до тех пор, пока резко не изменится значение критерия эффективности бурения Э. В этом случае необходимо повторить поиск оптимальных значений P и n. Повторение поиска этих величин требуется также при замене типа бурового инструмента.

Применение на буровых станках ПЛК позволяет существенно расширить функциональные возможности системы автоматизации. Наряду с оптимизацией процесса бурения становится возможным обеспечить передачу на диспетчерский пункт информации о работе станка (количество пробуренных метров, причины отказов и простоев), осуществить диагностирование состояния системы управления и оборудования, представить машинисту в удобном виде данные о работе станка.

В качестве примера рассмотрим систему управления от ПЛК карьерным буровым станком, предложенную в Кузбасском государственном техническом университете, структурная схема которой показана на рис. 4.1. Она разработана для автоматизации бурового станка СБШ-250/270-15. Станок оснащён электроприводами вращения и подачи. Гидропривод станка используется для управления вспомогательными механизмами (сепаратором, устройством сборки/разборки става, горизонтирования станка, подъёма мачты и т.д.). Система является программно-аппаратной, двухуровневой. Нижний уровень управления включает в себя автоматические регуляторы, пусковую аппаратуру и датчики и реализуется аппаратным способом. Верхний уровень управления выполнен на базе ПЛК.

На схеме рис. 4.1 обозначено:

- - ПИ-регуляторы аналоговые приводов вращения и подачи;

- - аналоговые датчики глубины скважины, вибрации, скорости бурения, момента двигателя вращателя, давления в пневмосистеме очистки скважин, частоты вращателя долота, усилия подачи (осевой нагрузки) соответственно;

- - дисктерные датчики состояния механизмов станка;

- - вектор сигналов дискретных датчиков;

- - вектор сигнала аналоговых датчиков;

- - вектор возмущающих воздействий;

- - пусковая аппаратура (реле, контакторы, пускатели) для управления исполнительными механизмами станка (электроприводами вентиляторов обдува электродвигателей, компрессоров, гусениц и маслонасосов, гидроприводами горизонтирования станка, подъема мачты, наращивания и разборки бурового става и сепаратора);

- ЭПВ, ЭПП - главные электроприводы станка (вращателя и подачи);

- БС - буровой став, ИМ - исполнительные механизмы станка.

Рисунок 4.1. Структурная схема системы управления карьерным буровым станком от ПЛК

ПЛК выполняет в системе следующие функции:

- формирование оптимальных заданий осевой нагрузки Fос и частоты вращения n в соответствии с принятым критерием оптимизации;

- логическое управление главными электроприводами и ИМ с формированием следующих дискретных сигналов: - вектор дискретных сигналов управления главными электроприводами; - вектор дискретных сигналов управления ИМ;

- обмен информацией с компьютером диспетчера;

- визуализация (графики параметров работы станка, мнемосхема состояния механизмов станка).

Программное обеспечение контроллера разделено на программные модули, каждый из которых реализует определенную функцию автоматизированного управления процессом бурения. В частности, имеется блок задания начальных условий, УАПЭ, блок ограничений, блок защиты, блок формирующий сигналы дискретного управления ЭПВ, ЭПМ и ИМ.

Оптимизация бурения осуществляется следующим образом. Получив от машиниста команду на бурение, контроллер с помощью программного модуля УАПЭ начинает поиск оптимального сочетания частоты вращения n и усилия подачи Fос долота по критерию максимальной скорости бурения Vб методом градиента. При этом текущие переменные процесса бурения должны лежать в области, ограниченной их допустимыми значениями. Это достигается принудительным ограничением переменных процесса бурения в случае их выхода за допустимые пределы. Оптимизированные выходные сигналы контроллера и поступают на аналоговые регуляторы Рn и РF, которые поддерживают заданные котроллером значения частоты вращения и осевой нагрузки, управляя соответствующими приводами станка.

В современных системах управления отечественных станков шарошечного бурения используются следующие основные технические решения:

- применение для вращателя регулируемого электропривода постоянного тока по системе ТП-ДПТ;

- подчиненная система регулирования электропривода;

- использование УВМ для обработки информации;

- программная реализация систем управления;

- диагностика системы управления и оборудования бурового станка.

УВМ измеряет и графически отображает основные параметры бурения, давление масла, давление воздуха, уровень и давление воды, а также угол крена платформы бурового станка. Информация представлена на нескольких экранах дисплея. На главном экране представлена информация, которая постоянно необходима машинисту бурового станка во время бурения.



4.3 Информационно-диагностическая система станков шарошечного бурения

Информационно-диагностическая система (ИДС) бурового станка, разработанная ООО «Компания «Объединенная Энергия», обеспечивает:

- контроль технологического процесса бурения скважин;

- контроль состояния оборудования бурового станка;

- учет электропотребления, объема выполненной работы, числа и глубины скважин, времени работы и других показателей;

- регистрацию и анализ аварийных и нештатных ситуаций;

- оперативную настройку электрооборудования (приводов и других устройств);

- человеко-машинный интерфейс;

- информационную поддержку оператора;

- связь с верхним уровнем управления АСУ горного предприятия.

На рис. 4.2 показана общая функциональная схема автоматизации и мониторинга бурового станка.

Система ИДС реализована на основе трехуровневой структуры управления. Нижний уровень составляют системы управления электроприводов основных агрегатов, датчики основных технологических параметров, коммутационная аппаратура управления электро- и гидрооборудованием бурового станка.

Средний уровень - это ПЛК (контроллеры), управляющие электроприводами и коммутационной аппаратурой нижнего уровня и объединенные с верхним уровнем, аппаратурой управления нижнего уровня и с датчиками технологических параметров информационной сетью CANBUS.



Рисунок 4.2. Функциональная схема автоматизации и мониторинга бурового станка ООО «Компания «Объединенная Энергия»

Верхний уровень - это пульт оператора, представленный ПК и многофункциональным дисплеем (монитором) с сенсорным экраном. Пульт оператора соединен с АСУП (сервером) через промышленную информационную сеть Ethernet.

Для сбора информации от различных датчиков и управления оборудованием используются три сети CANBUS. Первая сеть CANBus 1 обеспечивает управление электрическим и гидравлическим оборудованием, контроль, регистрацию аварийных ситуаций и предельно допустимых положений механизмов. Устройства CANBus 2 предназначены для измерения и преобразования технологических параметров основных механизмов бурового станка: вращателя, привода подачи, а также контроля глубины скважины. CANBus 3 обеспечивает контроль вибраций, давления воздуха и наклон платформы бурового станка. Четвертая сеть, CAN USART, обеспечивает связь с верхним уровнем управления.

ИДС обеспечивает отображение на операторской панели основных параметров технологического процесса, состояние электрического и гидравлического оборудования и регистрацию всех отображаемых параметров в энергонезависимой памяти. Организация технологических экранных страниц предусматривает как параллельное представление всех процессов, так и детальное отображение процессов в отдельных подсистемах с графическими формами данных и параметрами компонентов системы.

Для организации алгоритмов автоматизированного управления буровым станком используется спецблок ввода/вывода, к которому подключаются как датчики, измеряющие необходимые параметры технологического процесса, так и исполнительные механизмы, с помощью которых система управления может вносить корректировки в ход технологического процесса. В ИДС предусмотрена световая и звуковая сигнализация неисправности оборудования. При аварии на мониторе отображается информация о характере неисправности.

Рабочая станция оператора установлена в кабине машиниста. Операторская панель локального мониторинга и управления представляет собой специализированный ПК со встроенным цветным многофункциональным дисплеем. Для реализации функций управления панель снабжена блоками кнопочного управления и сенсорными экранами.

Сервер АСУП обеспечивает функционирование базы данных и передачу команд управления контроллерам.



5. Энергоэффективность

5.1 Общие сведения

Энергетический аудит, целью которого является достижение экономии затрат на потребляемые ТЭР, координированных и экономических мер, которые помогают предприятию преуспеть в потенциальной экономии финансов и энергоресурсов.

Экономия затрат, на ПАО “Михайловский ГОК” должна быть достигнута с помощью нахождения убытка энергии, а в последствии чего вероятна установка наиболее экономных схем, которые позволяют вести смотр за отдачей применения энергоресурсов, а также за системой организационных и экономических мер, которые стимулируют экономию ТЭР.

Задачи энергоаудита:

· Необходимо найти источники энергозатрат и потерь энергии.

· По результатам итога анализа выбрать план по устранению нерациональных затрат.

· Выбрать программу по экономии энергоресурсов и рациональному энергопользованию, выбрать последовательность действий что приведут к уменьшению объёмов затрат, а также к снижению сроков окупаемости.

Для оценки энергопотребления необходимо проанализировать данные о потреблении энергоресурсов и их стоимости. Расчёт включает приведение энергопотребления к единой единице измерения (т.у.т). и определение структуры энергопотребления и затрат на него. Расчёт сводим в табл. 5.1. Данные табл. 5.1 позволяют установить: