Существуют принципиальные отличия технологических измерений от технических, так как они непосредственно связанны технологией протекания процесса . Условно процесс, выемки и транспортирования угля на поверхность относят к непрерывному производственному циклу который связан с обязательными по условию безопасности технологическими процессам (проветривание, водоотлив и др. которые тоже являются непрерывными).
Однако в этой непрерывной производственной цепи можно выделить процессы отличающиеся дискретностью протекания.
Любые технические измерения приспособленные к условиям протекающего технологического процесса являющегося технологическим. К таким средствам можно отнести в том числе нестандартные и нетрадиционные по принципу действия измерительных устройств.
29. Роль и значение технологических измерений и приборов в горной промышленности.
1. Влияют на производительность труда.
2. Позволяет экономить электроэнергию, материальные ресурсы и др.
3. Увеличивают долговечность используемого оборудования.
4. Создают условия для диагностики и дальнейшего ремонта с минимумом затрат.
5. Безопасность работающих людей и персонала.
6. Охрана окружающей среды.
7. На уровень выше автоматизация и механизация технологических процессов.
8. Контроль качества выпускаемой продукции.
9. Дальнейшее развитие горной науки и техники.
10. Повышение эффективности систем автоматического управления трудом рабочих.
Целью изучения курса является ознакомление, изучение методов и средств
технологических измерений, конструкций и принципов действия приборов применяемых для технологических измерений электрических и неэлектрических величин в технологическом процессе добычи угля во всём диапазоне текущих значений параметра процесса а также проектирования и разработки средств измерения применительно к конкретному технологическому процессу и установке.
30. Задачи, решаемые при изучении курса.
1. Оценка условий эксплуатации применяемых средств измерения и особенности конструктивного исполнения.
2. Разработка (выбор) метода измерения к конкретным условиям эксплуатации.
3. Проектирование конструкции средства измерения для конкретных условий эксплуатации.
4. Оценка метрологических характеристик и точности средств измерения.
5. Разработки методов поверки показаний средств измерения, способов установки на объекте измерения и рассмотрение его работы в составе системы автоматического управления.
 |
31. Структурные схемы процесса измерения
ПИП – первичный измерительный преобразователь;
П – измерительный прибор;
ИМ – измерительный механизм;
ОИ – объект измерения.
Первичный измерительный преобразователь содержит чувствительный элемент который воспринимает тепловое химическое электромагнитное воздействие от объекта. В дальнейшем выходной сигнал ПИП (первичный измерительный преобразователь) преобразуется в воздействие пропорциональное параметру объекта измерения передаётся в систему воздействия и регулирования. Чувствительный элемент и ПИП является главным звеном в системе измерения параметров и их регулирования в действующем объекте.
Измерительный прибор предназначен для преобразования сигнала в форму удобную для восприятия человека, ЭВМ, а также представления выходного сигнала к стандартным величинам.
 |
ВФВ – влияющая фазная величина;
ОИ – объект автоматизации;
Д – датчик;
ВП – вторичный прибор;
ИМ – исполнительный механизм;
Хвх – входная величина;
ОА – объект автоматизации;
Хвых – выходной сигнал;
ВП – вторичный прибор;
АР – автоматический регулятор;
Yz – заданный параметр.
В системе автоматического контроля средства измерения как правило применяются для контроля текущих значений параметров характеризующих работу объекта автоматизации в одной или нескольких режимных точках функции сравнивание этих значений а также изменение режима работы объекта автоматизации отводится оператору.
В системах САР оператору отводится роль текущего контроля за работой системы автоматического регулирования по показаниям применяемых средств измерения. Средства технологического измерения участвуют в оценке величины текущего параметра объекта автоматизации ОА и формирование в случае необходимости выходного сигнала автоматического регулятора для корректирующего работу автоматического исполнительного механизма.
 |
ОА – объект автоматизации;
Х1, Х2, Хm – изм. пароли;
Д1, Д2, Дm – датчики;
Y1, Y2, Ym – выходные сигналы датчиков;
АП1, АП2, АПm – автоматизированные приборы;
U1, U2, Um – выходные сигналы автоматизированных приборов;
К – коммутатор (ключ) переключает;
РГ – регулятор;
БУС – блок уставок;
ИМ – исполнительный механизм.
32. Параметры технологических процессов горного производства участвующие в регулировании режимов работы шахтных машин и механизмов
Процесс добычи, транспортирование, подъём и погрузка угля в вагоны представляет собой непрерывный технологический процесс в котором отказ в работе любого звена связан прежде всего с потерей добычи угля. Все входящие в процесс отдельные (вспомогательные ) операции и процессы могут быть условно разбиты на два вида:
1. Основные
2. Вспомогательные (дополнительные).
К основным процессам горно – технического производства относится:
1) добыча угля в очистном забое;
2) транспорт угля по подземным горным выработкам;
3) подъём угля на поверхность шахты;
4) проветривание шахты;
5) водоотлив;
6) обогрев ствола в зимнее время.
К вспомогательным процессам относятся:
1) погрузка угля;
2) транспорт людей;
3) дегазация;
4) проходка и др.
Наличие или отсутствие системы автоматического управления для того или
или иного технологического процесса определяет в целом уровень автоматизации технологических процессов по шахте. Не маловажную роль в автоматическом управлении тем или иным процессам играют средства измерения так как от точности и достоверности их показаний зависят режимы работы отдельных машин и механизмов при автоматики.
32.1 Технологические измерения при ведении очистных работ.
При ведении очистных работ с помощью выемочной техники производятся измерения (контроль) следующих основных параметров, в том числе участвующих в автоматическом управлении. К ним относятся:
1) граница раздела породы от угля;
2) отклонение горной машины от вертикальной и горизонтальной осей для определения направленности её движения и место положения по специальной программе;
3) место нахождения комбайна в забое;
4) пройденный комбайном путь;
5) скорость подачи;
6) скорость резания;
7) мощность потребляемая приводным электрическим двигателем;
8) момент на валу и усилие в режущей части;
9) температура нагрева обмоток.
При автоматическом управлении механизированной крепью измеряются следующие основные параметры:
1) положение секций крепи;
2) давление распор крепи;
3) давление кровли на крепь.
32.2 Технологические измерения при ведении проходческих и буровых работ.
Главным вопросом при ведении этих работ является выдержка заданного положения комбайна и направленности его перемещения.
При автоматическом управлении проходческим комбайном измеряют следующие основные параметр:
1) угол наклона к горизонту (электролитический регулятор уклона машины);
2) направленность движения (лазерные дальномеры);
3) отклонение от вертикальной оси (гидравлический датчик из двух сообщающихся сосудов один из которых закреплён на комбайне);
4) нагрузки на приводной двигатель ИТТ;
5) температура обмоток двигателя ДТР – ЗМ;
6) скорость резания;
При автоматизации буровых установок контролируются следующие параметры:
1) искривление скважины;
2) усилие на забое;
3) температура обмоток двигателя;
4) расход воды.
32.3 Технологические измерения при транспортировании угля и породы
Конвейерный транспорт:
1) скорость движения ленты, скребка (УПДС – 2, ДМ – 2);
2) удельная нагрузка на ленту;
3) температура ленты (параметры);
4) температура приводного барабана;
5) уровень жидкости в турбомуфте;
6) производительность конвейера (можно измерить с помощью ультразвука).
Рельсовый транспорт:
1) вес угля в вагонетках на ходу;
2) перемещение вагонетки в пройденного пути (датчики концевых положений и контроле прохождения подвижных составов);
3) измерение прогиба пути;
4) скорость движения состава;
 |
32.4 Технологические измерения при откачке воды в системе шахтного водоотлива
В системе управления шахтным водоотливом возникает необходимость измерять и контролировать:
1) уровень воды в водосборнике;
2) производительность насоса;
3) давление жидкости;
4) температура подплечниковых узлов;
5) время;
6) давление рабочей жидкости на нагнетание;
7) измерение осевого сдвига;
8) диагностика состояния механического оборудования;
9) мощность потребления приводным электродвигателем;
10) КПД.
32.5 Технологические измерения в САУ шахтными котельными и калориферными установками
В системе автоматизированного управления измеряют следующие параметры:
1) температура факел (твёрдого слоя);
2) подача воздуха в топку;
3) для барабанных котлов температуру и давление пара на выходе;
4) расход охлаждающей жидкости;
5) давление и температура охлаждающей жидкости;
6) расход твёрдого топлива;
7) расход пара в теплоприёмнике;
8) разрежение дымососа;
9) скорость удаления золы;
10) содержание серы угарного газа и других вредных веществ в дымовых газах выбрасываемых в окружающую среду.
Калориферная установка:
1) температура воздуха подаваемого в ствол;
2) расход воздуха.
32.6 Технологические измерения в системе автоматического управления шахтной подъемной установкой
1) скорость движения подземных сосудов;
2) место положения подземного сосуда в стволе;
3) вес груза в скипе;
4) уровень твёрдого груза в бункере (изотопный датчик);
5) износ проводников (рельсов);
6) износ каната в динамике;
7) температура подшипников приводного электродвигателя;
8) температура нагрева обмоток электродвигателя;
9) давление пневмостанции (тормоза);
10) зазор между тормозными колодками и барабаном;
11) усилие тягового органа;
12) измерение вибрации;
13) центровка вала;
14) уровень масла в редукторе.
32.7 Технологические измерения в системе автоматического управления вентиляторными установками
1) депрессия;
2) производительность (расход);
3) положение лапаток направляющего аппарата;
4) температура воздуха;
5) температура подшипников;
6) температура двигателя;
7) расход, давление в системе масло смазки;
32.8 Технологические измерения в системе автоматического управления турбокомпрессорной станцией
1) расход воздуха;
2) давление воздуха;
3) температура воздуха;
4) давление и расход в системе масло снабжения;
5) температура подшиба и обмоток двигателя;
6) КПД;
7) потребление мощности.
32.9 Технологические измерения в системах автоматического управления процессами обогащения
1) зольность;
2) влажность;
3) температура гидросмеси.
Гидравлические измерения.
1) расход;
2) давление;
3) консистенция;
4) концентрация;
5) уровня;
6) гидросмеси;
7) количество угля поступающего на фабрику и исчезающего.
33. Краткие характеристики величин и параметров технологических участвующих в автоматическом управлении.
Для горного производства которое является производством с непрерывным технологическим процессом существует следующая количественная оценка от общего числа измерений:
1. Температур 60%
2. Перемещение 10%
3. Гидравлические параметры (давление, расход, концентрация, уровень) 8%
4. Скорость движения 5%
5. Время 8%
6. Состав веществ (зольность, влажность) 3%
7. Измерение электрических величин 10%
8. Прочие 2% (количества угля, нагрузки на ленту ит.д.).
В отличии от непрерывного производственного процесса дискретные техно-
логические операции имеют другой процентный состав от общего числа измерений. Так например измерение температуры может в процентном отношении составлять до 10% но при этом процент измерений участвующих в управлении операций может быть естественно выше.
Таким образом наибольший процент от числа измерений в горной промышленности приходится на температуру, а также на гидравлические, электрические и перемещение.
Однако при автоматическом управлении не все эти параметры могут участвовать и имеют другую количественную оценку.
По частоте проводимых измерений чаще всего применяется в автоматическом измерении следующие параметры:
1) скорость – 30%;
2) температура – 5%;
3) перемещение – 20%;
4) давление – 10%;
5) уровень – 15%;
6) электрические измерения – 20%.
Как правило параметры участвующие в управлении связаны с местоположе-
нием объекта в пространстве или состоянием рабочей среды которая является объектом управления.
34. Условия эксплуатации и особенности конструктивного исполнения средств измерения применяемые в технологических процессах горного производства
Условия эксплуатации средств измерения характеризуются:
1) Возможностью образования взрывоопасной концентрации метана;
2) Агрессивностью шахтной среды;
3) Стеснённость рабочего пространства и малая освещённость;
4) Возможность попадания пыли и влаги во внутрь приборов;
5) Повышенные ударные и механические нагрузки на корпуса, вибрация и трески.
6) Низкая квалификация обслуживающего персонала;
7) Вероятность поражения человека электрическим током.
Из за наличия выше перечисленных условий эксплуатации обычные средства измерения не могут быть применены без специальных и схемных особенностей в условиях горного производства.
Такими конструктивными особенностями являются:
1) использование специальных защитных оболочек и корпусов ограничивающих доступ пыли и влаги во внутрь;
2) взрывозащещённость корпуса имеющего повышенную механическую прочность;
3) обеспечение искробезопасности измерительных цепей, а также исключение возможности нагрева отбельных элементов измерительной схемы выше предельно допустимых норм;
4) обеспечение конструкции прибора допустимых расстояний утечки и электрических зазоров;
5) повышенная вибростойкость;
6) предпочтительное использование электрических приборов имеющих цифровую шкалу;
7) блочность конструкции и универсальность применения;
8) возможность эксплуатации в условиях действия электромагнитных помех и наводок;
9) малые габариты и вес;
10) переносное исполнение с возможностью проведения измерений без рабочего контакта с контролируемым (измеряемым) объектом.
35. Степень защиты средств технологических измерений от попадания пыли и влаги
I P 0 0
значения от 0 до 6 – степень защиты приборов и
средств измерения от попадания пыли, посторонних
предметов.
значения от 0 до 8 – степень защиты от влаги.
0 – полное отсутствие защиты,
1 - защита от попадания твердых предметов крупностью более 20 мм;
2 - защита от попадания твердых предметов крупностью более 10 мм;
3 – защита от попадания твердых предметов крупностью более 1 мм;
4
5 – защита средств измерения от попадания пыли в количестве, которое может вывести их из строя
6 – полная защита средств измерения от попадания пыли
0 - полное отсутствие защиты от попадания влаги и воды;
1 – защита от вертикально падающих капель и струй воды;
2 - защита от падающих струй воды по углом 30 градусов от вертикали;
3 - защита от падающих струй воды по углом 60 градусов от вертикали;
4 – защита от падающих струй воды по углом 990 градусов от вертикали;
5 - защита от вертикально падающих капель и струй воды с любого направления;
6 - защита от вертикально падающих капель и струй воды
7 - защита от падающих капель и струй воды в количестве, которое может вывести средство измерения из строя;
8 - полностью герметичная конструкция средств измерения.
36. Теория измерительных преобразователей
Передача и преобразование измерительной информации обязательно связанна с передачей и преобразованием энергии сигнала, в соответствии с теорией измерительных преобразователей. Любой измерительный преобразователь которому свойственен принцип обратимости между входом и выходом может быть представлен четырёхполюсником у которого стороны величины разной физической природы, а преобразование измерительной информации представлено как преобразование одного вида энергии в энергию другого вида.
Все измеряемые в материальном мире физические величины являются подобными в соответствии с теорией подобия и могут быть представлены как V, F, x (скорость, сила, путь) механические; с точки зрения гидравлики Q, P, H; с точки зрения акустики V, P, h.
Теория измерительных преобразователей была разработана академиком
Харкевичем А.А.
1) Обычно энергия любой системы представляет собой произведение силы F на перемещение Х, однако часто пользуются обобщённым параметром который например является мощность – это произведение силы на скорость.
2) Для любой системы связь силы с перемещением устанавливается уровнем Лагранжа второго рода. В общем виде в уравнениях Лагранжа в качестве обобщённых координат может быть выделена любая физическая величин. Причём эта величина часто определяет энергетическое состояние всей измерительной системы и её можно использовать для анализа работы измерительных преобразователей.
Уравнение Лагранжа связывает внешне – обобщённые или действующие на измерительную систему и внутренние обобщённые силы, которые изменением запаса кинематической и потенциальной энергии с учётом сил сопротивления действующих в этой системе
 |
Fi – внешние силы действующие на систему;
 |
Ек – кинетическая энергия системы
mik – масса;
Vi – обобщённая скорость по i – 0 координате;
 |
Еп – потенциальная энергия
 |
Wik – упругость системы постоянный коэффициент зависящий от конструкции;
Xi и Xk – координаты системы;
Фр – функция рассеивания энергии, энергия потерь идущих на нагрев сопротивления током или другие необратимые потери.
 |
Wik – упругость системы – коэффициент зависящий от конструкции;
Rik – коэффициент сопротивления в системе;
 |
 |
где xik – квазеупругий операторный коэффициент;
 |
Заменяем уравнение в общем виде на систему уравнений
 |
Производим замену x - Z где Z – операторное сопротивление электрической цепи
где
 |
Таким образом измерительный прелбразователь может быть представлен четырёх – полюсником, при этом необходимо учитывать не число степеней свободы, а колличество связей по которым осуществляется обмен энергии измерительной системы с окружающей средой. Обычно все из преобразователей имеют один канал связи.
Система дифференциальных уравнений Логранжа описывающих природу физических процессов любого измерительного преобразователя всегда сводится к главному определителю системы, записанному через активные параметры четтырёх – полюсника.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 975.
