Бортовая информационно-диагностическая система как инструмент повышения надежности и долговечности горных машин

Великанов Владимир Семенович — Wed, 15 Oct 2014 06:28:46 +0000

Открытый способ добычи полезных ископаемых является наиболее эффективным, обеспечивающий наилучшие экономические показатели. На его долю приходится до 73 % общих объемов добычи полезных ископаемых в мире (в США – 83 %, в странах СНГ – около 70 %). В РФ открытым способом добывается 91 % объема железных руд, более 70 % объема руд цветных металлов и 60 % угля. Увеличение объемов добычи железной руды и угля, влечет за собой рост спроса на горнодобывающую технику. Мировой рынок горнодобывающей техники устойчиво растет на 8÷10% ежегодно, на долю российских производителей горной техники на отечественном рынке приходится свыше 70% продаж карьерных экскаваторов на территории РФ и стран СНГ.
Современная структура парка карьерной техники России на 90% состоит из машин, изготовленных отечественными производителями. При этом 80% всего парка экскаваторов – это мехлопаты с ковшом 5-10 м³, выпущенные еще в 80-е годы прошлого века. Оценка состояния карьерной техники по сроку амортизации показала, что на горных предприятиях РФ и других стран СНГ в настоящее время эксплуатируется в среднем 60÷70 % карьерных экскаваторов со сверхнормативным сроком службы и без остаточной балансовой стоимости.
Доля карьерной техники зарубежного производства по состоянию на 2014 г. не превышает 5% (по количеству). Экскаваторный парк в большинстве представлен отечественными машинами производства ПО «Уралмаш», ИЗ-КАРТЭКС, ПО «Ижорский завод», ПО «Крастяжмаш», ЗАО «НКМЗ», ОАО «Донецкгормаш», ОАО «Азовмаш» и машинами иностранного производства Hitachi (Япония), Komatsu (Япония), Kobelko (Япония), Caterpillar (США) и других производителей.
Для наращивания мощностей по добыче сырья необходима разработка долгосрочной программы по техническому перевооружению парков современными экскаваторами нового поколения и модернизация действующих моделей. Перспективным направлением программы является разработка рекомендаций по рациональному управлению ЭКГ и комплексный мониторинг с использованием компьютерных информационно-диагностических систем (ИДС).
Системы мониторинга текущего состояния ЭКГ являются необходимым звеном автоматизации, благодаря использованию данных систем мониторинга можно предупредить поломки дорогостоящих узлов; осуществлять непрерывный автоматический контроль параметров электрооборудования и механической части экскаватора, времени работы и объема выполненных работ; информировать машиниста экскаватора о фактических режимах работы, а также о необходимости прохождения технического обслуживания (ТО) и планового ремонта; уменьшить время, необходимое для выявления неисправностей [1-5, 7].
Для повышения работоспособности, срока службы и производительности фирмой «Катерпиллар» используется система обработки основной информации «VIMS», являющаяся мощным инструментом управления парком машин и предоставляющая машинистам экскаваторов, обслуживающему и управленческому персоналу информацию о важнейших параметрах и функциональных возможностях машины [1, 2].
Компьютерная система рассчитана на работу в тяжелых условиях эксплуатации. С этой целью предусмотрена установка большого количества разнообразных датчиков. Она включает в себя как бортовые, так и внебортовые системы, которые информируют машиниста о развивающихся и возникших нештатных состояниях в одной или нескольких системах машины. Кроме того, она извещает о системных отказах в различных электронных блоках управления [1, 2].
На основе анализа опубликованной информации по информационно-диагностическим системам (ИДС) ведущих зарубежных экскаваторостроительных фирм «Marion», «Bucyrus», «Harnischfeger» и разработках ИДС компании «ОМЗ – горное оборудование и технологии» установлено, что концепция построения «уралмашевской» ИДС, при очевидном определенном прогрессивном ее усовершенствовании, в принципиальных подходах остается продолжением зарубежных ИДС.
Специалистами ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» разработана бортовая информационно-диагностическая система, которая представляет следующие возможности:
непрерывного контроля состояния экскаватора (загрузка электроприводов, включая питание);
оповещения машиниста экскаватора об авариях в системах электроприводов;
непрерывного контроля и регулирования климата в кабине машиниста;
автоматического регулирования освещения кабины машиниста экскаватора.
ИДС представляет собой распределенную структуру сбора, обработки, визуализации информации и включает в себя:
комплекс средств вычислительной техники и программного обеспечения для приема и обработки поступающей от контролируемых объектов информации;
система визуализации (монитор);
датчики для сбора информации (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема системы

При включении системы производится проверка напряжения. В случае отсутствия на одной из клемм напряжения система блокируется и дальнейшая работа ЭКГ не возможна (рис. 2).

Рис. 2. Алгоритм проверки подаваемого напряжения
на клеммы электропривода

При наличии напряжения с датчика поступает его значение и сравнивается с заданным напряжением (двигатели тестируются по очереди). Во время работы датчик фиксирует значение тока с двигателей и отправляет сигнал на дальнейшую обработку в программном обеспечении.
В программном обеспечении заданы значения минимального, среднего и максимального токов, потребляемых электродвигателем. После получения данных с датчиков система автоматически определяет электропривод, находящийся в работе (рис. 3).

Рис. 3. Алгоритм системы контроля работ электроприводов

Все полученные данные обрабатываются, и на втором мониторе отображаются в виде осциллограммы рабочего процесса. Для оцифровки графиков, представленных файлами в форматах jpg, bmp или wmt, использована программа Graph 2 Digit, которая позволяет оцифровать график заданным шагом и при необходимости отредактировать полученные результаты.
Датчик температуры замеряет значение температуры на рабочем месте машиниста экскаватора. При значениях, ниже нормируемых, система автоматически начинает кондиционирование в соответствии с установленными параметрами.
Система автоматически определяет режим работы (обогрев или охлаждение кабины). В режиме «обогрева» система автоматически поддерживает температуру, равную 24 С, а в режиме «охлаждение» – 20 С.
Система продолжает кондиционирование до тех пор, пока не достигается заданная температура (рис. 4) [6].

Рис. 4. Алгоритм системы автоматического регулирования
климата в кабине машиниста экскаватора

Датчик освещения, так же как и датчик температуры, замеряет освещенность рабочего места машиниста экскаватора и при значениях ниже нормируемых включает освещение (рис. 5).

Рис. 5. Алгоритм системы автоматического регулирования
освещенности рабочего места машиниста

Все значения, обрабатываемые системой контроля появляются на мониторе в виде графического отображения узлов, которыми управляет система (рис. 6).

Рис. 8. Панель текущей информации ИДС

Повышение эффективности работы компьютерных бортовых систем возможно за счет расширения их функциональных возможностей, на основе полной информативности и визуализации необходимой информации о параметрах и функциональных возможностях ЭКГ в реальных условиях эксплуатации.

Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » горные машины

Бортовая информационно-диагностическая система как инструмент повышения надежности и долговечности горных машин