Введение
Экскаватор можно увидеть на любой стройке в городе. С обычным экскаватором справляется один машинист. Для управления ему не требуется сложная система автоматизации.
Но если экскаватор в разы больше привычного и достигает высоты пятиэтажного дома, в его ковш можно поместить Лэнд Крузер, а «начинка» состоит из электродвигателей, тросов и шестерней, размером с автомобиль? И работает он в угольных и горных карьерах, 24 часа в сутки / 7 дней в неделю 30-40 лет подряд?
Такой экскаватор — промышленная система, обслуживание которой стоит очень дорого.
Автоматизация технологических процессов снижает стоимость эксплуатации промышленной системы. Автоматизированная система управления технологическим процессом называется – АСУ ТП. Экскаватор, подобный описанному, не исключение.
Так что это за экскаватор? Какая АСУ ТП на нем используется?
О каких экскаваторах речь?
Речь идет о карьерных экскаваторах. На таких машинах разрабатывают горные и угольные карьеры.
Размеры: карьерные экскаваторы достигают высоты пятиэтажного дома.
Перемещение: экскаватор перемещается с помощью гусеничной ходовой тележки. Тележка состоит из:
- гусеничных рам;
- гусениц;
- приводов хода;
- контура смазки ходовой тележки.
Копание: для копания карьерные экскаваторы используют механизм «Прямая лопата». Механизм состоит из ковша, рукояти и стрелы. Ковш крепится на рукояти. Рукоять предназначена для придания ковшу поступательного перемещения. Она располагается поперечно стреле. На стреле установлен напорный механизм, который и осуществляет напорное и возвратное перемещение рукояти с ковшом. Сложная система канатов приводит данный механизм в движение.
Устройство (состав): экскаватор состоит из трех укрупненных узлов:
- рабочее оборудование;
- поворотная платформа с механизмами;
- ходовая тележка.
Рабочее оборудование было описано выше – это как раз и есть механизм «Прямая лопата».
Карьерные экскаваторы выполняют множество операций: копание, поворот корпуса машины, передвижение и т.д. Для каждой операции предназначен отдельный двигатель. Для выполнения всех этих операций требуется огромное количество систем. Все системы и механизмы, как и полагается, находятся в «машинном зале».
«Машинный зал» экскаватора – это поворотная платформа. В ней располагаются механизм подъема ковша, поворотный механизм, электрооборудование экскаватора с системой управления и контроля, вспомогательные механизмы, пневмосистема, система централизованной автоматической смазки.
Условия работы и срок службы: карьерные экскаваторы работают в режиме 24/7, а срок службы действительно составляет 30-40 лет.
Питание / топливо: карьерные экскаваторы работают на электричестве. Каждый горный участок разреза получает электроэнергию от подстанции напряжением 35/6 кВ.
Какая автоматизация у экскаваторов на борту
Карьеный экскаватор – это промышленная система. Задачи эксплуатации экскаватора сходны с задачами эксплуатации промышленного объекта:
- контроль параметров системы передвижения;
- мониторинг износа оборудования;
- защита оборудования от внешних и внутренних угроз: перегрузки, короткие замыкания и т.д.;
- энергоучет;
- контроль положения экскаватора;
- осмотр оборудования во время работы;
- контроль «слепых зон»;
- мониторинг показателейи работы экскаватора;
- ведение журнала событий;
- передача данных для централизованного учета.
Со всеми этими задачами справляется один оператор. Это возможно за счет автоматизации.
АСУ ТП «на борту» экскаватора включает в себя следующие системы:
Для мониторинга параметров передвижения устанавливаются контроллеры. Оператор следит за следующими параметрами: работа систем управления приводов, температура нагрева узлов системы, давление в пневмосистеме, густой смазки.
Для учета потребленной и отданной активной и реактивной электрической энергии устанавливается счетчик электроэнергии.
Слепые зоны, работа механического оборудования и рабочий забой выводятся на экран оператора. Для этого устанавливаются видеокамеры.
Для вычисления и учета показателей работы экскаватора используются данные из контроллеров. Показатели вычисляют за определенной временной интервал: за смену, за месяц, по бригадам.
Все события сохраняются в журнал событий и хранятся необходимый интервал времени.
Как организована передача данных?
Как уже упоминалось выше, экскаватор состоит из ходовой тележки и поворотной платформы.
Поворотная платформа может свободно вращаться на 360 градусов относительно ходовой тележки. Для передачи данных между этими двумя частями очень проблематично использовать провода. Они очень быстро перетираются.
Данные между частями экскаватора передаются по Wi-Fi. В базе и поворотной платформе устанавливаются функциональные модули Wi-Fi WLAN 5100 от Phoenix Contact совместно со специальными кабелями RAD-CAB-EF393-10M и всенаправленными антеннами RAD-ISM-2459-ANT-FOOD-6-0-N. Всего для устойчивой связи на экскаваторе установлено 3 антенны.
Также на экскаваторе устанавливается 4G-роутер TC ROUTER 3002T-4G с широконаправленной антенной TC ANT MOBILE WALL 5M и устройством защиты от импульсных перенапряжений CSMA-LAMBDA/4-2.0-BS-SET.
Структурная схема информационной системы карьерного экскаватора
Установка антенн на экскаваторе ЭКГ-20
Как выглядит кабина оператора?
Конечный результат автоматизации для оператора выглядит следующим образом:
Комментарии (7)
Squoworode
30.09.2019 20:17Установка антенн на экскаваторе ЭКГ-20
Сурово. Вместо того, чтобы переварить кронштейн, прожгли дырень в кузове.
Geks0geN
01.10.2019 16:09Очень странная и бесполезная статья, с кучей неточностей. Больше похожа на сочинение «Как я провел лето, выполняя студенческую практику».
Автоматизированная система управления технологическим процессом называется – АСУ ТП.
Аж глаз задергался. АСУ ТП — это аббревиатура от «автоматизированная система управления технологическим процессом», а никак не название.
Автоматизация технологических процессов снижает стоимость эксплуатации промышленной системы. Автоматизированная система управления технологическим процессом называется – АСУ ТП. Экскаватор, подобный описанному, не исключение.
Вообще весь этот абзац состоит из трех несвязанных между собой предложений.
Питание / топливо: шагающие экскаваторы работают на электричестве
ЭКГ 20 — гусеничный, а не шагающий.
Задачи эксплуатации экскаватора сходны с задачами эксплуатации промышленного объекта:
И далее следуют «контроль..., осмотр..., мониторинг....». Пусть поправят более опытные и знающие коллеги, но все же технологический процесс тут — добыча чего-либо, а никак не сам экскаватор. Все, что перечислено далее — это системы телеметрии и управления этим экскаватором. В общем, какая-то путаница в терминологии. В чем автоматизация-то?
Также на экскаваторе устанавливается
Устанавливается куча всего фениксовского, но на фотографии шкафа от феникса только блок питания, и, возможно, клеммники (больше похожи на ваго, но мало ли). А так сименс, шнайдер и иное… Зачем тогда эта фотка?
И еще куча различных недочетов. В общем, пример, как не надо рассказывать об интересных вещах.customizer
01.10.2019 21:13Шагающие экскаваторы тоже электрические.
Самое главное, чтобы весь этот «контроль..., осмотр..., мониторинг....» на работе самого экскаватора не сказывался. Обычно все эти «извращения» прекращают работать по отъезду таких «наладчиков».
В электроприводах экскаваторов достаточно много настоящих проблем, нерешенных еще с времен электромашинных усилителей. Но вместо их решения, проблемы только добавляются, например при переходе на электронные схемы перестали работать «гибкие» обратные связи — это так называются обратные связи по первым производным напряжения и тока, да много чего есть… Но при эксплуатации экскаватора их очень сложно, практически невозможно решить, ведь экскаватор должен работать, его простой довольно дорог. А разработчики просто не видят проблем, даже больше — не хотят видеть. У них свои взгляды, свой язык и они не понимают эксплуатационников. А экскаваторщики, в свою очередь, не могут внятно объяснить существующие проблемы, так как понимают свои проблемы на своем уровне и зачастую смотрят на разработчиков как на «умников», которые вроде как хотят помочь, но не могут. А на самом деле, не хотят. Им хватает «на кусок хлеба с маслом» того, что уже есть.
В части механики, тоже хватает нерешенных вопросов с полувековой историей. Например, таже смазка катков ходовой «телеги». По существу проблема там не в системе смазки, а в дурной конструкции пыльника между катком и бортовой. Там многотонные нагрузки в осевом направлении и между катком и бортовой образуется зазор, через который попадает грунт, затаскиваемый траками. Этот грунт, смешиваясь со смазкой, становится прекрасным абразивом, который «сгрызает» бронзовые втулки катков. А всего-то проблем — пыльник. Но никому не нужно, все ложится на бригаду экскаватора.
customizer
Как-то сложно поверить в утверждения во втором и третьем предложениях. Через центральную цапфу вполне можно провести связь по оптоканалу.
А про «перетирание проводов» улыбнуло. Вы что, просто так «кидали» провода через цапфу? Или братья-экскаваторщики над вами пошутили?
Мне говорили про такое люди, работавшие в Монголии на экскаваторах без высоковольтного кольцевого токоприемника, но то так вынужденная мера, и там чаще всего не «перетирание», а обрыв из-за «забывчивости» машиниста, ведь экскаватор с такой системой не может поворачиваться более чем на 720 градусов в одну сторону. А про низковольтные цепи мимо низковольтного кольцевого токоприемника, даже не слышал.
Чего только нет на белом свете.
Да, судя по схеме, снизу передаются долько данные о системе смазки? Так это не так уж и важно, можно было обойтись. А вот видеокамеры вперед-назад с нижней платформы не помешали бы.
8street
Обслуживал гибкие связи. Это такая шляпа. Передавать данные через wi-fi не идеально, конечно. Особенно, когда антенны корячат на корпусе снаружи. Но уж лучше так, чем через провод или токоприемники.
customizer
Похоже вы никогда не видели экскаватор изнутри и не представляете как устроены токоприемники и центральная цапфа.
Грубо говоря, центральная цапфа это большой полый болт, который скрепляет между собой поворотную и нижнюю платформы — это ось, вокруг которой вращается экскаватор. «Болт» вставляется сверху в поворотную платформу и затем входит в нижнюю платформу. На нижнем конце «болта» нарезана резьба с шагом 4 мм (вроде бы), на которую закручивается «гайка», соответствующего диаметра.
Сверху на цапфу монтируется низковольтный токоприемник (через него запитаны ходовые двигатели — силовые цепи и возбуждение, тормоза, сигнал, система смазки — всего (вроде) 12 проводов.
На низковольтный токоприемник устанавливается высоковольтный (обычно 6кВ), через который собственно и запитан весь экскаватор.
Конечно, там все достаточно плотно, но возможность прокинуть трубу в 10-20мм есть.