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:
