7. СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОДООТЛИВНЫМИ УСТАНОВКАМИ

В горной промышленности большинство водоотливных уста­ новок автоматизировано с применением серийно выпускаемой аппаратуры. Одновременно с этим в эксплуатации находится много автоматизированных водоотливных установок, выполнен­ ных по индивидуальным проектам с использованием набора имеющейся на предприятии контактной и бесконтактной аппа­ ратуры. Это объясняется дефицитом серийно выпускаемой ап­ паратуры и разнообразием гидрогеологических и горнотехниче­ ских условий шахт и рудников, особенно обводненных рудных месторождений, откачки кислотных шахтных вод и вскрытием глубоких горизонтов. Многие из ранее выпускаемых комплек­ тов аппаратуры автоматизации водоотливных установок сняты

ссерийного производства и заменены новыми.

Внастоящее время разрабатывается и проходит промышлен­ ные испытания новая аппаратура на блочно-модульном прин­ ципе с использованием бесконтактной полупроводниковой тех­ ники. Комплекс автоматического управления обеспечивает уп­ равление водоотливной установкой от уровня воды в водосбор­ нике и должен соответствовать технологическим особенностям водоотлива, к которым относятся: постоянная подача насосных агрегатов, малоизменяющийся напор, поочередный ввод насо­

сов в работу, контроль основных технологических параметров и сигнализация при достижении ими предельных значений. Важ­ ным моментом является экспериментальная проверка надеж­ ности работы отдельных узлов установки и соответствие их ос­ новным технологическим условиям эксплуатации водоотливных установок. Регулирование подачи насосных агрегатов пока не ппименяется в горной промышленности, но находится в стадии экспериментальных исследований.

7.1. Классификация схем автоматического управления водоотливными установками

Схемы автоматического управления водоотливными установ­ ками классифицируются по применяемому способу программи­ рования, типу приводного двигателя и основным технологиче­ ским параметрам установки — подаче насосных агрегатов, мощ­ ности и напору. Эти факторы достаточно полно характеризуют схему автоматического управления по своему структурному по­ строению и дают возможность оценить область ее применения.

Классификация схемы автоматического управления по более детальным показателям (способам заливки насосов, напряже­ нию цепей управления, типу реле уровня, применяемой конт­ рольной аппаратуре и т. д.) вызовет лишь увеличение числа классификационных групп.

Водоотливные установки по указанным параметрам делятся на следующие:

установки средней мощности с подачей насосных агрегатов 150—300 м3/ч и мощностью двигателей 150—300 кВт;

установки большей мощности с подачей насосных агрегатов 300—800 м3/ч и мощностью двигателей 500—1500 кВт;

установки сверхмощные, в которых применяются насосные агрегаты с подачей 1500—2000 м3/ч и мощностью асинхронного или синхронного двигателя 1500—3000 кВт;

установки участкового водоотлива производительностью до 105 м3/ч и мощностью двигателей 50—100 кВт.

Таким образом, исходя из принятых критериев классифика­ ции, схемы автоматического управления можно разделить на пять групп (табл. 7.1).

К первой и второй группам относятся мощные и сверхмощ­ ные водоотливные установки, которые имеют общие способы программирования и различаются некоторыми технологиче­ скими особенностями.

Всхемах автоматизации третьей группы программирование осуществляется с помощью интегральных микросхем при рас­ ширенных функциональных возможностях аппаратуры по пре­ образованию кодов входных и выходных параметров и опе­ ративном запоминании информации.

Программирование в схемах автоматизации четвертой груп­ пы осуществляется на релейных элементах (миниатюрных про­ межуточных реле), которые сгруппированы в релейные комму­ таторы с широким использованием временных зависимостей.

Всхемах автоматизации пятой группы программирования

используют моторные коммутаторы с преобразованием и пере­ дачей электрических сигналов от датчиков на исполнительный механизм и системой контроля на высоких частотах.

Принципиальные схемы автоматизированных водоотливных установок разработаны с учетом следующих положений, пра­ вильность которых подтверждена многолетним опытом эксплуа­ тации.

Электродвигатели включаются на полное напряжение с по­ стоянно открытой задвижкой на нагнетательном трубопроводе для установок малой и средней мощности в зависимости от уровня воды в водосборнике.

В схемах автоматического управления использован блочный принцип построения, когда узел автоматического управления насосным агрегатом компонуется в отдельный блок. Аналогично выполнены и другие узлы схемы, что повышает надежность ра-

монт, автоматическое включение резервного и возможность местного управления насосами. Продолжительность пуска на­ сосных агрегатов контролируется программным реле времени в сочетании с реле давления или реле производительности. При затянувшемся пуске насосный агрегат аварийно отключается, подается сигнал о неисправности на диспетчерский пункт, и ав­ томатически включается резервный насосный агрегат.

Защита электрической части агрегатов выполняется в соот­ ветствии с общими положениями о релейной защите высоко­ вольтных двигателей. Предусматривается контроль целостности цепей управления приводами масляных выключателей, конт­ роль работы магнитной станции при синхронных двигателях и асинхронных двигателях с фазным ротором. Оборудуется блок аварийного отключения.

Осуществляется контроль основных параметров работы на­ сосных агрегатов: уровня воды в водосборнике, количества от­ качиваемой воды и давления по каждому трубопроводу, а также сигнализация о работе насосов.

Диспетчерское управление и контроль используются для мощных водоотливных установок I—III групп. В менее ответ­ ственных установках ограничиваются контролем уровня воды в водосборниках. В схемах автоматического управления преду­ смотрено аварийное отключение насосных агрегатов при сниже­ нии подачи, перегреве подшипников и исчезновении напряжения. Осуществляется запрет пуска насосного агрегата при следую­ щих технологических неполадках: срыве вакуума, не залитом водой насосе, заклинивании задвижек и т. п. Для I—III групп предусматривается световая и блинкерная сигнализация при аварийном отключении насосного агрегата в самой насосной камере и на щите у диспетчера.

На рудниках цветной металлургии и шахтах угольной про­ мышленности эксплуатируются схемы автоматизации при сту­ пенчатом водоотливе глубоких горизонтов. В этих условиях предусматривается программа и очередность включения и от­ ключения насосных агрегатов, расположенных на разных го­ ризонтах, при различном расположении уровней воды в водо­ сборниках.

7.2. Схемы автоматического управления водоотливными установками средней и большой мощности при программировании работы универсальными переключателями (I группа)

К группе I относятся автоматизированные водоотливные установки УАВ, ВАВ, наиболее широко применяющиеся в гор­ ной промышленности, а также модернизированные установки APB-60, АРВ-61 и АИН-62М, которые выполняются по инди­ видуальным заказам или путем индивидуального набора средств автоматики.

Аппаратура УАВ предназначена для автоматизации водоот­ ливных установок с низковольтными и высоковольтными асин­ хронными двигателями с короткозамкнутым ротором. В аппара­ туре УАВ применены унифицированные датчики и испол­ нительные устройства. Аппаратура и схема УАВ позволяет выбрать необходимую схему водоотлива в зависимости от тех­ нологических особенностей и применить различные способы за­ ливки: с помощью погружных насосов, баковых аккумуляторов и из нагнетательного трубопровода. Схема позволяет работать с управляемыми или с постоянно открытыми задвижками на нагнетательном трубопроводе.

Аппаратура УАВ выполнена по блочному принципу. Для управления каждым насосным агрегатом предусматривается отдельный блок. На панели блоков установлены все элементы схемы: индивидуальный трансформатор питания, реле времени, универсальный переключатель и сигнальная аппаратура. В ка­ честве реле времени используется моторный коммутатор с про­ фильными дисками. В общем блоке установлены панель блока насосов, взаимозаменяемая с панелями в каждом из блоков насосов, и панель общего блока, на которой расположены эле­ менты управления всеми насосными агрегатами.

Порядок включения насосных агрегатов устанавливается универсальными переключателями, имеющими на каждом блоке насосов. Этот переключатель имеет четыре положения. При установке рукоятки переключателя в одно из четырех по­ ложений насос будет включаться соответственно при верхнем, повышенном и аварийном уровнях воды или будет выведен в резерв. Для предотвращения одновременного пуска несколь­ ких насосных агрегатов в схеме предусмотрены реле времени.

Насосный агрегат автоматически, отключается при срабаты­ вании следующих видов защиты: гидравлической, тепловой, от нарушения пускового режима и от исчезновения напряжения в цепях управления. При аварийном отключении одного из на­ сосов автоматически включается резервный насос, настроенный на работу от аварийного уровня. Повторное включение ава­ рийного насоса может быть разрешено только после устране­ ния неисправностей.

Дистанционное управление и сигнализация осуществляются

ченный сигнал), о неисправности насосных агрегатов и об ава­ рийном уровне воды в водосборнике (световой и звуковой сиг­ налы) [37, 38]. Датчики верхнего повышенного и аварийного уровней включены в цепи соответствующих делителей напряже­

соответственно реле верхнего К1, повышенного К2 и аварий­ ного КЗ уровней. При повышении уровня воды в водосборнике датчик верхнего уровня ЭВ замыкает цепь: плюс выпрямителя UZ1, диод УДК резистор R1, эмиттер-базовый переход транзи­ стора VT1, резистор R3, датчик ЭВ, зажим 3, минус выпрямителя UZ1. Транзистор VT1 отпирается и образуется цепь питания обмотки реле Д7: плюс выпрямителя UZ1, диод УД1, резистор R1, открытый транзистор VT1, реле КК минус, выпрямителя UZ1. Реле срабатывает, самоблокируется своим замыкающим кон­

тактом К1.1 через датчик нижнего уровня ЭН и подает сигнал замыкающим контактом К1.2 в цепь управления насосными а г ­ регатами.

Благодаря блокировке через датчик ЭН насос будет рабо­ тать до тех пор, пока вода в водосборнике не снизится до ниж­ него уровня. Аналогично включается реле повышенного аварий­ ного уровней К2 и КЗ.

Реле К2 блокируется через замыкающий контакт К2.1 и датчик нижнего уровня ЭН. Блокировка реле КЗ осуществля­ ется дополнительным реле К4 по цепи реле верхнего уровня ЭВ. Отключение насосов происходит при снижении воды в во­ досборнике ниже датчика нижнего уровня ЭН, когда размы­ кается цепь питания делителей напряжения, выполненных на

резисторах R2, R3, R6, R7. При этом снимается отпирающее на­ пряжение с баз транзисторов VTJ, VT2 и обесточиваются ка­ тушки реле /<7, К2.

Работа насоса в автоматическом режиме от повышенного и аварийного уровней аналогична работе насоса от верхнего уровня; программа устанавливается универсальным переклю­ чателем SA.

Автоматическое включение резервного насоса осуществ­ ляется при срабатывании любого вида защиты, которая дейст­ вует на реле защиты К5, и аварийный насос выключается. Вме­ сто него включается резервный насос, настроенный для работы от аварийного уровня.

Защита от работы при потере производительности осуществ­ ляется с помощью реле производительности S, включенного в цепь реле гидравлической защиты Кб. Если насос не разо­ вьет нормальной производительности, то разомкнувшийся кон­ такт КТ.5 реле времени обесточивает катушки реле Кб. При этом отключается высоковольтное КРУ. Размыкающий контакт реле Кб замыкается в цепи двигателя реле времени КТ. Про­ фильные диски этого реле при своем вращении разомкнут кон­ такт КТ4, который обесточит реле Кб, в результате чего от­ ключается цепь питания двигателя реле времени.

Контакт Кб замыкает цепь питания красной сигнальной лампы HL2, что указывает иа неисправность данного насосного агрегата. Другой контакт Кб отключает вход генератора 26 кГц от линии связи.

Защита подшипников от перегрева осуществляется термо­ датчиками SK1 — SK4 типа ТДЛ-2, которые включены в цепь катушки реле защиты Кб при своем размыкании ее обесточи­

Сигнализация осуществляется по занятой телефонной линии с частотным разделением, сигналов, использованием высокоча­ стотных генераторов 14, 20 и 26 кГц, а на сигнальном табло СТВ высокочастотные сигналы поступают на приемники, пред­ ставляющие собой избирательные усилители на 14, 20 и 26 кГц с электромагнитным реле на выходе. При замыкании контакта реле производительности S включается высокочастотный гене­ ратор 20 кГц, возбуждается приемник 20 кГц и иа сигнальном табло срабатывает соответствующее реле. Одновременно на табло загорается желтая лампа HL3, сигнализирующая о нор­ мальной работе насоса. При аварийном режиме размыкается один из контактов реле защиты Кб, который отключает вы­ сокочастотный выход генератора 26 кГц от линии связи. На табло отключается соответствующее реле и включаются сиг­ нальный звонок НА и красная лампа HL5.

При аварийном уровне воды в водосборнике включается реле КЗ, замыкается его контакт в цепи питания генератора 14 кГц и на сигнальном табло включается лампа HL4 («Ава­ рийный уровень»).

Промышленные испытания и опыт эксплуатации аппаратуры УАВ в горнорудной и угольной промышленности позволяют сделать следующие выводы.

Применение блочного принципа при комплектовании аппа­ ратуры и программирование с помощью универсальных пере­ ключателей позволяет эксплуатировать водоотливные установки с различным числом насосов, но не свыше 10. На шахтах СУБРа аппаратура автоматизации управляет работой 10 насос­ ных агрегатов, разделенных на две группы. При большом чи­ сле насосных агрегатов целесообразно устанавливать аппара­ туру около самого насосного агрегата, что создает удобство управления.

При централизованном управлении работой насосных агре­ гатов общий блок насосов и аппаратура контроля устанавли­ ваются в центральной подземной подстанции.

К недостаткам работы аппаратуры следует отнести обезли­ ченные световой и звуковой сигналы при неисправности насос­ ных агрегатов. При большом количестве насосных агрегатов, установленных в камере, это создает значительные эксплуата­ ционные затруднения, так как не известно, от какого вида защиты отключился неисправный насосный агрегат. Реле давле­ ния имеет малый диапазон регулирования, что затрудняет его применение при различных способах заливки.

В аппаратуре УАВ не предусмотрены приборы для автома­ тического выпуска воздуха из насоса при его заливке. Это соз­ дает особенно большие затруднения при эксплуатации спи­ ральных насосов, которые широко применяются в горнорудной промышленности. Кроме того, в связи с увеличением подачи и мощности насосных агрегатов требуется осуществлять контроль производительности водоотливных установок, давления в тру­ бопроводах, потребляемой мощности и других параметров. Это вызывает необходимость создания специальной малогабаритной аппаратуры в рудничном исполнении для использовании в со­ временных схемах телемеханического контроля и управления.

Аппаратура взрывобезопасная ВАВ для автоматизации' во­ доотливных установок предназначена для автоматического уп­ равления водоотливными установками шахт, разрабатывающих пласты, опасные или угрожающие по внезапным выбросам уг­ ля и газа.

Аппаратура позволяет управлять водоотливными установ­ ками, оборудованными насосными агрегатами (до девяти агре­ гатов), с высоковольтными и низковольтными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Аппаратура ВАВ имеет много общих узлов с аппаратурой УАВ. Однако

в схему управления ВАВ внесены некоторые изменения и усо­ вершенствования. В одной взрывонепроницаемой оболочке комплекса ВАВ размещены панели управления тремя насосами. В водоотливных установках с числом насосных агрегатов более трех используются дополнительные комплектующие изделия. Основным аппаратом является блок управления насосами БУН, в функции которого входит: управление тремя насосными агре­ гатами, выбор режима их работы, обработка сигналов, посту­ пающих от датчиков, выдача команд на исполнительные уст­ ройства и передача высокочастотных сигналов на сигнальное табло. Схема и аппаратура обеспечивают: автоматическое уп­ равление по уровню воды в водосборнике, местное управление насосными агрегатами, возможностьнх пуска и остановки сдис­ петчерского пункта, последовательность включения и отключе­ ния электродвигателей насосов с выдержкой времени, а при повышенном уровне дополнительное включение одного или не­ скольких резервных насосов.

При отключении вследствие неисправности одного из насос­ ных агрегатов автоматически включается резервный, настроен­ ный для работы от аварийного уровня. Аппаратура позволяет использовать различные способы заливки насосов и осуществ­ лять работу насоса с управляемой задвижкой или без нее.

В схеме ВАВ (рис. 7.2) предусмотрены следующие виды за­ щит: гидравлическая, тепловая, от исчезновения напряжения в цепях управления и запрет повторного включения насосного агрегата до осмотра его обслуживающим персоналом [11]. Ап­ паратура обеспечивает сигнализацию: о наличии напряжения на сигнальном табло, о работе насосных агрегатов в нормаль­ ном режиме и их неисправности, об аварийном уровне воды в водосборнике и отказе при пуске насосного агрегата по при­ чине невключения высоковольтного КРУ или контактора. Сиг­ нальное табло находится у диспетчера. Сигнализация осуще­ ствляется по двум проводам телефонной связи.

При повышении уровня воды в водосборнике до электрода верхнего уровня включается промежуточное реле К1, вследствие чего включается реле уровня Кб, которое блокируется своим контактом через электрод нижнего уровня ЭН. Затем включа­

и контроля насоса. Контакт КТ.4 с выдержкой времени вклю­ чает промежуточное реле К2, которое в свою очередь вклю­ чает реле К9 главного насоса и высоковольтное КРУ- В случае применения низковольтного электродвигателя реле К9 включает магнитный пускатель; при этом используются цепи управления пускателя привода задвижки и перемычка X снимается.

Контроль пуска главного насоса осуществляется реле дав­

получается дробным числом, его следует округлить до целого в большую сторону.

7.3. Схемы автоматического управления сверхмощными водоотливными установками при программировании работы универсальными переключателями (II группа)

Схемы автоматического управления с отрицательной высо­ той всасывания для сверхмощных водоотливных установок вы­ полняются по индивидуальным проектам с использованием кон­ тактной и бесконтактной аппаратуры. Особенностью схемы АВУ-СДЗ (рис. 7.3) является пуск синхронного двигателя мощ­ ностью 1200—1500 кВт на полное напряжение с глухим присое­ динением цепей возбуждения ротора к генератору постоянного тока через обмотку реле обрыва поля. Возбуждение генера­ тора форсируется без регулировочного реостата с помощью магнитной станции и контролируется реле обрыва поля. Перед включением насосный агрегат настраивают на соответствую­ щий водосборник.

Схемы автоматического управления сверхмощных водоотлив­ ных установок значительно отличаются от схем других групп. Предусмотрена сложная защита двигателя: токовая, минималь­ ного напряжения, незавершенного пуска от обрыва цепи, воз­ буждения и защита от замыкания на землю. Применяется ус-

непрерывный контроль целости цепей управления, состояния ап­ паратуры сигнализации (сигнальных ламп), утечек токов на землю, состояния изоляции двигателей, силовых и контрольных кабелей. Этот контроль должен осуществляться самопишущими приборами.

Анализ диаграмм позволяет изучить режимы работы насос­ ных агрегатов, прогнозировать условия эксплуатации водоотлив­ ных установок и оценить сложившуюся гидрогеологическую об­ становку рудника.

7.4. Схемы автоматического управления водоотливными установками средней и большой мощности с программированием на

интегральных микросхемах (III группа)

Программирование на интегральных микросхемах и исполь­ зование логических элементов для управления реализованы в аппаратуре КАВ. Указанные особенности аппаратуры КАВ обес­ печивают универсальность ее применения. Аппаратура работает в зависимости от сигналов, поступающих с датчиков уровня, реле давления, производительности, термодатчиков и концевых выключателей положения привода задвижки. Сигналы логически обрабатываются устройством ввода и обработки информации УВО-3 (УВО-5, УВО-Ю), блоком ввода сигналов БВС-1 с по­ следовательной выдачей команд на исполнительные механизмы и сигнальное табло [39]. При одном насосе управление им про­ изводится от блока БВО-1 (табл. 7.3).

Опрос датчиков и обработка информации производится по­ следовательно во времени. Работа комплекса разбивается на циклы, число которых соответствует числу агрегатов. Это рас­ пределение осуществляется датчиком такта насосов ДТП с по­ мощью субблока СБРС, а время цикла распределяется иа де­ сять тактов (рис. 7.4).

Импульсы движения для ДТК формируются следующим об­ разом. Ускоренные импульсы движения с выхода программного блока СБФ-2 и СБРС поступают на вход блока ввода инфор­ мации СБС-3, где в сочетании с импульсами выпрямленного на­ пряжения блока питания формируют импульсы движения сов­ местно с ускоренными импульсами в субблоке наличия аварии СБП-2 (7), которые через блоки СБВ-2 и СБО-3 поступают иа вход триггера субблока СБРВ-1 (6). Опрос датчиков насосных агрегатов осуществляется подачей на них напряжения. В это время датчики других насосов питания не получают.

Программирование при наличии рабочего уровня на данном насосном агрегате осуществляется в субблоках ввода и обработки информации СБР-1, а по циклам выходных и промежуточных

сигналы через блок ввода информации СБВ-2 поступают на входы блока промежуточных памятей СБП-2 (7).

При отсутствии на входах отрицательных сигналов уровней памяти запуска насосов от соответствующего уровня происходит

Рис. 7.4. Структурная схема комплекса автоматизации аппаратуры КАВ:

их запоминание. Эта память, управляющая работой реле вре­ мени СБРВ-1 (б), включает в работу насосный агрегат при до­ стижении водой верхнего уровня и отрабатывает необходимые выдержки времени при пуске и остановке заливочного насоса,

а также пуске главного насоса. После откачки воды из водо­ сборника отключается главный насос, а установка блока памяти возвращается в исходное положение после того как реле вре­ мени отработает полный цикл.

Запрограммированный отрицательный сигнал о достижении водой уровня, на который настроен агрегат, поступает в узел обработки информации СБВ-2, а положительный — подается на вход субблока СБП-2 и совместно с сигналами уровней других агрегатов приводит к срабатыванию памяти пуска насосов от соответствующих уровней, что исключает многократные повто­ рения пусковой ситуации.

При наличии на блоках вывода информации и управления СБС-5 отрицательных сигналов, свидетельствующих о наличии рабочего уровня и отсутствии аварийной ситуации на данном насосном агрегате, происходит включение насоса заливки ЗПН и временной положительный сигнал подается на субблок СБП-2

(2). Наличие положительного сигнала на этом суббдоке от нижнего уровня вызывает срабатывание памяти, управляющей работой маслонасоса и системы смазки подшипников. Возврат этой памяти свидетельствует об отключенном состоянии других насосных агрегатов.

Наличие положительного сигнала нижнего уровня на входе субблока СБП-2 необходимо для нормальной остановки глав­ ного насоса, так как в момент закрытия задвижки может про­ изойти срабатывание гидравлической защиты и аварийное его отключение. Снятие запрета производительности происходит че­ рез 190 с поступающим сигналом на субблок СБП-2 с выходом СБРВ-1 после начала его работы.

Через 170 с после начала работы реле времени проверяет заливку насоса по давлению и если насос не залит, то контакты датчика давления не замкнутся. В этом случае на вход субблока СБВ-2 подается положительный сигнал об отсутствии давления в насосе и на первом такте ДТК появляется сигнал срабатыва­ ния первой памяти аварий и дальнейший процесс пуска пре­ кращается. Через ,180 с после начала работы реле времени про­ веряет готовность главного насоса, и если последний залит и нет аварийной ситуации, то на шестом такте ДТК происходит срабатывание промежуточной памяти включения главного на­ соса, открываются входы СБП-2 (2), включается высоковольт­ ное КРУ двигателя главного насоса и пускатель привода за­ движки на открывание.

После откачки воды из водосборника до нижнего уровня открывается вход субблоков СБС-5 насосов через соответству­ ющие памяти, включается привод задвижки на закрывание. На десятом такте основная память вернется в исходное положение; выход субблоков СБС-5 закроется, и насос остановится. В схеме не допускается одновременный пуск нескольких насосных агре­ гатов, настроенных на один и. тот же уровень. В определенном

алгоритме срабатывания промежуточной памяти на шестом такте ДТК. введен положительный сигнал задержки времени включения главного насоса. Эта память формируется в суб­ блоке СБП-2 (2).

В схеме предусмотрен сигнал проверки включения высоко­ вольтного КРУ главного насоса, когда происходит опрос дат­ чиков всех насосных агрегатов. Если насос не развил произво­ дительности, то в узле обработки информации на пятом такте ДТК решается функция промежуточной памяти управления главным насосом. Это вызывает срабатывание второй и третьей памяти аварии в субблоке СБП-2 (7), и насос отключается. Разработаны и используются полные алгоритмы срабатывания аварийных памятей в субблоках СБКД-2 и СБП-2. Сигналы о наличии неисправностей насосного агрегата с выходом суб­ блоков СБВ-2 поступают на входы субблоков СБР-1 для про­ граммирования по циклам с целью формирования обезличенного сигнала об общей аварии комплекса. С выходом СБР-1 посту­ пает сигнал на вход СБС-5, загорается сигнальная лампа «Ава­ рия» (не указана на схеме). Появляется также сигнал неис­ правности на сигнальном табло СТВ-1, установленном у дис­ петчера на поверхности шахты.

При достижении аварийного уровня в водосборнике с вы­ хода СБС-3 поступает сигнал (вход блока СБВ-2 и на табло). При этом загорается лампа «Аварийный уровень».

Блок ввода сигналов БВС-1 содержит четыре развязки це­ пей управления, четыре канала развязки цепей сигнализации и узел питания. Первый состоит из разъединительного транс­ форматора и тиристора, второй содержит разделительный трансформатор, выпрямительный диод, тиристор и токоограни­ чивающий резистор.

Алгоритм работы КАВ схематично показан на рис. 7.5. За­ дание алгоритма определяется количественными переменными математической модели технологического процесса. Разме­ щены структурные формулы модели. При этом в каждом со­ стоянии датчика может быть решен только один вектор ал­ горитма.

Программирование разрешает или запрещает прохождение сигнала от передатчика к приемнику с использованием одного общего решающего элемента ИЛИ—НЕ и И—НЕ.

При разработке структурной схемы комплекса автоматиза­ ции главных водоотливных установок используется определен­ ный (сокращенный) алфавит входных и выходных переменных, который содержит (6пх4-6) входных и (4rti+4) выходных пере­

функций; составляют алгоритмическую структуру и реализуют алгоритм управления [40].

Приняты следующие входные и выходные переменные: U— время включения заливочного насоса; U— время отключения после включения главного насоса; ^з —время контроля произ­ водительности.

Рис. 7.5. Алгоритм управления комплексом автоматизации аппаратуры КАВ:

включено — один штрих; выключено — два штриха; V — знак алгоритма

Входные воздействия комплекса определяются датчиками уровня Л в, Лп, Л а, Лн.у верхнего, повышенного, аварийного и ниж­

шипников, давления заливки, давления в гидросистеме, состоя­ ния задвижки (тепловая ее защита), положения задвижки и проверки состояния аппаратуры управления.

Функция Х\ определяет период работы насосного агрегата по откачке воды. Одновременно происходит включение Zi — за­ ливочного насоса и z4 — маслонасоса. Пуск насосного агрегата происходит в функции времени, поэтому Х\ обеспечивает пуск Х2 блоков времени и памяти. Главный насос z2 включается после периода окончания заливки t\ с одновременным включе­ нием 23 привода открытия задвижки. Период пуска и нормаль­ ная работа разграничиваются включением памяти Х 3 и отклю­ чение этой функции происходит по окончании пуска насоса.

При нарушении нормальной работы вызывают срабатывание функции защиты х4 и отключение главного насоса, составляю­ щие которой являются функцией х3, хв, х1— соответственно за­ щиты от потери производительности, контроля исправности аппаратуры управления насосом и отключения насоса после до­ стижения заданного уровня воды в водосборнике. При этом от­

введена функция управления временной задержки х8, дающей временной сдвиг пуска и остановки

Х$ — Х ф ь . 3X4 ^4 ! ^ x,Dn.3.

Число входных переменных составляет 24, выходных пере­ менных— 4, промежуточных — 8 и функции защиты — 3; реали­ зация алгоритма осуществляется набором 10 субблоков.

Опытные образцы аппаратуры КАВ прошли полупромыш­ ленные испытания на некоторых шахтах Донбасса. После про­ мышленных испытаний установочной серии и получения поло­ жительных результатов будет решен вопрос о серийном изго­ товлении этого комплекса. Широкое использование модульных блоков и бесконтактной техники является перспективным на­ правлением в дальнейшем развитии схем автоматизации водо­ отливных установок.

7.5. Схемы автоматического управления водоотливными установками средней и большой мощности при программировании работы релейными коммутаторами

(IV группа)

На рудниках Кривого Рога применяются автоматизирован­ ные водоотливные установки с низковольтными и высоковольт­ ными электродвигателями, основным отличием которых от ус­ тановок I и II групп является использование релейных комму­ таторов для программирования работы насосных агрегатов.

Установки ВА-ЗВ и АВ-4В, относящиеся к этой группе, по­ дробно рассмотрены в литературе. Они не получили широкого применения в горнорудной промышленности из-за ряда недо­

статков. Поэтому ограничимся только кратким описанием струк­ турного построения схемы автоматического управления.

Включение насосных агрегатов производится электродными датчиками уровня, а отключение их осуществляется токовыми реле после обнажения всасывающего клапана насоса. Автома­ тическое программирование работы насосных агрегатов произ­ водится релейным коммутатором, выполненным из 60 промежу­ точных исполнительных реле. Недостатком его является малая надежность в работе.

В схеме применяются следующие виды защит: от перегрева подшипников, от снижения давления, максимальная и мини­ мальная токовые защиты, минимальная защита по напряжению. Обобщение опыта эксплуатации установок IV группы показало, что остановка насосных агрегатов путем сброса нагрузки иобна­ жения всасывающих клапанов нарушает нормальную работу насосов, вызывая быстрый износ сальниковых уплотнений, и спо­ собствует возникновению кавитации. Автоматическое програм­ мирование выполнено по сложной контактной схеме, которая не применяется в других установках.

7.6. Схемы автоматического управления водоотливными установками малой мощности при программировании их работы моторными коммутаторами (V группа)

Аппаратура АВН-1М и АВ-7 используется для участкового, а также открытого, карьерного водоотлива при притоках шахт­ ных вод порядка 50—75 м3/ч. Аппаратура АВО-3 и АВО-5 не рассматривается, так как имеет малую область применения в горнорудной промышленности.

Аппаратура АВН-1М [И] предназначена для автоматического управления водоотливными установками, оборудованными тремя насосами с низковольтными асинхронными электродвигате­ лями с короткозамкнутым ротором. Особенностью этих устано­ вок является применение моторного коммутатора для автома­ тического и периодического включения в работу насосных агре­ гатов. Пуск и остановка насосов производится от уровня воды в водосборнике. В качестве датчиков уровня используются электродные датчики ЭД. Контроль производительности насоса и температуры подшипников осуществляется соответственно реле РПН и термодатчиками ТДЛ-2. Электрические сигналы, поступающие от датчиков контроля и выдачи соответствующих сигналов на исполнительные механизмы и сигнальные устрой­ ства, осуществляются в функциональной зависимости по вре­ мени. Сигнализация при работе установки осуществляется на частотах 14, 20 и 26 кГц по занятой телефонной паре проводов. Сигналы от датчиков уровня поступают в аппарат управления АУН-1М и после их обработки воздействуют на исполнительные

устройства заливочного насоса и магнитные пускатели главных насосов через блок резонансных усилителей БРУ-2; генераторы частоты передают сигналы на табло СТВ. Процесс пуска глав­ ных насосов контролируется реле производительности.

Для опробования насосных агрегатов, а также включения их при аварийном уровне воды в водосборнике или одновремен­ ной работе двух или трех насосов водоотливную установку пе­ реводят на ручное управление. В этом режиме электродвига­ тели насосов включаются магнитными пускателями при кнопоч­ ном управлении. На рис. 7.6 приведена схема аппаратуры АВН-1М.

Сет ь

Рис. 7.6. Структурная схема установки АВН-1М:

Я -/—П-З — пускатели главных насосов; ФЯУЧ/ — фильтр заградительный

Аппаратура АВ-7 предназначена для работы водоотливной установки, состоящей из одного или двух насосов с низковольт­ ными асинхронными электродвигателями мощностью до 100 кВт. Остановка и пуск насосного агрегата осуществляются в зависи­ мости от уровня воды в водосборнике и контролируются реле производительности РПФВ-1К. Автоматический пуск резервного насоса осуществляется в случае неисправности рабочего насоса с одновременной сигнализацией о состоянии и режиме работы установки.

В комплект аппаратуры входят: аппарат управления, реле уровня и реле производительности. В качестве пусковой аппа­ ратуры для электродвигателей применяются магнитные пуска­ тели ПМВИ-23 и ПМВИ-61.

На рис. 7.7 приведена принципиальная схема аппаратуры АВ-7. При включении реле уровня НУ и ВУ включается про­ межуточное реле /<7 и реле гидравлической защиты; включа­ ется двигатель моторного реле КТ, которое своими контактами КТ4 включает реле защиты К2, а контактами реле К2 включа­ ется реле К4 и контактор двигателя насоса КМ1. Насос будет продолжать работать пока уровень воды в водосборнике не снизится ниже установки датчика НУ.

7.7. Анализ схем автоматического управления водоотливными установками

Рассмотрим достоинства и недостатки схем автоматического управления водоотливными установками и перспективы их при­ менения в горной промышленности.

Технологические особенности схем автоматического контроля и управления. По количеству одновременно работающих насос­ ных агрегатов наиболее универсальными являются установки I—III групп, обеспечивающие возможность одновременной ра­ боты от 2 до 16 насосных агрегатов. В установках IV группы предусмотрено использование не свыше четырех насосных аг­ регатов с подачей до 300 м3/ч, что объясняется гидрогеологи­ ческими особенностями шахт Крнвбасса. Установки V группы получили распространение в угольной промышленности и на

некоторых открытых карьерных водоотливных установках при подаче насосных агрегатов до 100 м3/ч.

Наиболее мощные электродвигатели насосного агрегата (1500—3000 кВт) применяются в установках II группы, во всех остальных — не превышают 600—800 кВт.

Контроль уровня. В установках I, III и V групп получили применение электродные реле уровня. В установках II и IV группы применяются поплавковые реле с сельсиниыми указа­ телями непрерывного действия, что обусловлено необходимостью контроля уровня воды в водосборниках при больших притоках шахтных вод.

В установках II группы применяются радиоактивные реле уровня, которые заменяют поплавковые и электродные реле.

Пневматические и пневмоэлектродные' реле используются в установках V группы в условиях малопроизводительных во­ доотливных установок. Их применение оправдано простотой кон­ струкции.

Способы заливки. Построение схем автоматического управ­ ления во многом определяется применяемым способом заливки. Наиболее просто решен этот вопрос в установках II группы с использованием отрицательной высоты всасывания, где на­ сосы находятся непрерывно под заливкой. Опыт эксплуатации показывает, что способы заливки, применяемые в установках III и IV групп (баковые аккумуляторы, погружные насосы и др.), менее надежны по сравнению со способами, применяе­ мыми в установках I и II групп.

Тепловая защита подшипников. Наибольшее применение по­ лучили термодатчики ТДЛ-2, имеющие точность срабатывания ±3°С. Полупроводниковые термодатчики различной модифика­ ции используются в установках I и II групп для защиты от перегрева обмоток асинхронных и синхронных электродвигате­ лей. Использование полупроводниковых элементов в сочетании с бесконтактными реле позволяет осуществить надежный вид защиты с применением предупредительной сигнализации и по­ следующим отключением, двигателя.

Технологический контроль работы насосов имеет цель не до­ пустить их эксплуатацию при значительном отклонении от оп­ тимальных режимов по производительности и давлению. Наи­ более сложный контроль используется в установках II группы, как наиболее ответственных. Применяются расходомеры дрос­ сель-ного-типа для определения объема откачиваемых шахтных воД/ Осуществляется контроль по давлению или вакууму, чтобы не допустить работу мощных насосных агрегатов при срыве ва­ куума, понижении давления или разрыве нагнетательного тру­ бопровода. В этой группе реле контроля заливки и струйные реле во всасывающей линии не применяются, поскольку насос­ ные агрегаты длительно работают с постоянной подачей при соблюдении условий всасывания. Широко используются мини­

мальные токовые реле, отключающие насосные агрегаты при пониженных нагрузках.

контактов которых происходит при скорости потока жидкости 1,3 м/с. Реле реагирует иа изменение подачи насоса в преде­ лах 5—8% . Эта защита эффективна при снижении производи­ тельности, но малочувствительна при снижении давления в на­ сосе или нагнетательном трубопроводе.

Узел автоматизирированной задвижки. В связи с повышением давления в нагнетательных трубопроводах глубоких горизонтов узел автоматизированных задвижек широко используется в ус­ тановках I, II и III групп с номинальным вращающим момен­ том на валу двигателя насоса 1000 Н-м и выше. В установках IV и V групп применение автоматизированных задвижек не­ оправдан© из-за усложнения схемы автоматического управления.

Особенности схем автоматического управления. Электриче­ ские схемы автоматизированных водоотливных установок содер­ жат: узел реле уровня с промежуточными реле, узел управле­ ния масляным выключателем (высоковольтным КРУ), узел защиты установок, узел сигнализации и узел автоматического программирования в установках III, IV и V групп.

Узел реле уровня во всех схемах построен идентично: от кон­ тактов реле уровня последовательно включаются промежуточ­ ные реле, реле времени и привод масляного выключателя (вы­ соковольтное КРУ) или магнитный пускатель. Эксперименталь­ ные исследования показали надежность работы этой аппара­ туры.

Управление приводом масляного выключателя (при исполь­ зовании масляных выключателей для включения высоковольт­ ных двигателей) в схемах I, III и IV групп осуществляется иа переменном токе грузовыми и пружинными приводами ПМ-10 и др. Это упрощает схемы автоматического управления и исклю­ чает необходимость применения силовых селеновых выпрями­ телей и аккумуляторных батарей. В установках II группы со­ хранился привод масляных выключателей иа постоянном токе, как обладающий повышенной надежностью по сравнению с при­ водом переменного тока.

В схемах II группы применяется контроль целостности це­ лей включения приводов масляных выключателей и систем воз­ буждения синхронных двигателей с использованием последо­ вательно-параллельного включения промежуточных реле. Это повышает надежность работы электрических схем мощных во­ доотливных установок, что подтверждено многолетней практи­ кой эксплуатации.

Узел защиты установок выполняется одинаково во всех схе­ мах: параллельно или последовательно соединенные контакты реле технологической и электрической защиты при нарушении

Вустановках IV группы применяется релейное программи­ рование. Для создания очередности включения насосных агре­ гатов используется до 60 исполнительных реле.

Вустановках V группы очередность включения насосных аг­ регатов обеспечивается моторными коммутаторами, что также приводит к многоконтактности и усложнению схемы автомати­

ческого управления водоотливными установками. Большое число контактов является существенным недостатком узла автомати­ ческого программирования, так как снижает надежность работы установки и требует точной регулировки во время наладки и ревизии.

7.8. Краткая характеристика систем дистанционного и телемеханического контроля

В схемах I, III и V групп применяются частотные телемеха­ нические системы контроля с использованием двухпроводных линий связи. В установке II группы используются дистанцион­ ные многопроводные системы контроля между насосами и дис­ петчерским пунктом 50—70 м, число проводов при этом колеб­ лется от 8 до 27 в зависимости от числа передаваемых сиг­ налов.

Промышленные испытания систем дистанционного и теле­ механического управления позволили использовать в установ­ ках: сельсинную, телеметрическую, ферродинамическую, выпря­ мительную системы, оценить их достоинства и недостатки, а также установить область применения в условиях водоотлива. Была установлена малая пригодность в подземных условиях дистанционных передач с активным сопротивлением и системы преобразователей МПИ-1А (изменение давления), которые имели частые отказы в работе.

7.9. Вопросы эксплуатации и дальнейшего совершенствования автоматизированных водоотливных установок

Опыт эксплуатации показывает, что число неполадок и ава­ рийных отключений из-за неисправности аппаратуры автома­ тического управления составляет 8—10 на один агрегат при продолжительности работы 1000 ч, температуре 20—25 °С и влажности 80 %. Несоответствие режима эксплуатации водо­ отливных установок нормальному режиму приводит к сущест­ венным расхождениям между эксплуатационными показателями надежности и результатами лабораторных испытаний.

Анализ работы аппаратуры на надежность показывает, что наработка на отказ ниже нормативной (5000 ч), рекомендуе­ мой для включения в технико-экономические требования на раз­ работку.

Наработка на отказ аппаратуры УАВ составляет 3088 ч, а аппаратуры АВН-1М составляет 2500 ч. Наиболее слабыми звеньями являются автоматизированные задвижки и электрод­ ные реле уровня в условиях откачки загрязненных шахтных вод.

Эксплуатационные характеристики рассматриваемой аппа­ ратуры определяют необходимость разработки и усовершенст­ вование новой аппаратуры на принципе, блочных и модульных конструкций аппаратуры, например КАВ, которая по первым эксплуатационным показателям имеет более высокую нара­ ботку на отказ.

Обобщая опыт эксплуатации автоматизированных водоотлив­

Широко применяются на водоотливных установках мощные вертикальные насосы, способные откачать суточный приток воды за весьма короткий промежуток времени. Они включаются главным образом в период минимальной загрузки энергетиче­ ской системы. На установках предусмотрен минимальный объем автоматического контроля; ограничиваются дистанционным кон­ тролем от диспетчера за уровнем воды в водосборнике и пода­ чей командных сигналов на пуск и остановку насосных агрега­ тов при периодических осмотрах установок дежурным обход­ чиком. Народные предприятия ГДР поставляют шесть типовых автоматизированных установок в зависимости от условий за­ ливки насосов [41]. Это автоматизированные водоотливные уста­ новки с самовсасывающими главными насосами, заливка насо­ сов при помощи вакуумного резервуара, заглубленные водо­ отливные установки, заливка главных насосов при помощи вакуумных насосов с последовательным включением вспомо­ гательного и главного насосов и заливка насосов из нагнета­ тельного трубопровода. Пульт управления, контрольно-измери­ тельная аппаратура и приборы автоматики поставляются как комплектные технологические комплексы.

В зависимости от особенностей технологической схемы водо­ отливной установки разрабатываются условия в целях обосно­ вания рационального выбора схем автоматизации, исходя из гидрогеологических и горнотехнических условий шахт и карье­ ров.

Для повышения надежности работы всего комплекса водо­ отлива необходимо упрощать электрические и гидравлические схемы, чему способствует распространение водоотливных уста­ новок с отрицательной высотой всасывания. При этом можно отказаться от каких-либо средств заливки и ее контроляперед пуском насосов, что повышает безотказность работы устано­ вок. Применение надежно работающих задвижек с гид|роили электроприводом для глубоких горизонтов снизит опасность гидравлических ударов в нагнетательных трубопроводах.

Установки II группы применяются в условиях обводненных рудных месторождений. Они имеют усложненную схему авто­ матического управления и дистанционного контроля, что свя­ зано с ответственностью их работы.

Установки III группы широко используют бесконтактные элементы, построенные на интегральных схемах. Поэтому при­ менение установок этой группы перспективно для горной про­ мышленности.

Установки IV группы отличаются от установок I группы на­ личием автоматического релейного программирования, чередо­ ванием работы насосных агрегатов, меньшим их числом (не более четырех). Они используются при откачке пресных шахт­ ных вод: Область применения этих установок из-за сложности релейного узла автоматического программирования ограничена некоторыми рудниками Кривого Рога.

Установки V группы получили распространение в угольной промышленности, что объясняется требованиями взрывобезопасности и наличием трех насосных агрегатов, устанавливае­ мых в насосных камерах.

Автоматизация водоотлива позволила предельно сократить объем дистанционного и телемеханического управления. При этом обязанность диспетчера сводится к оценке контролируе­ мых параметров насосных агрегатов и принятию мер для уст­ ранения аварийных режимов работы водоотливных устано­ вок.

Проведенные исследования и накопленный опыт эксплуа­ тации автоматизированных водоотливных установок позволили приступить к разработке и внедрению новых унифицированных схем автоматического управления, созданию усовершенствован­ ных контактных схем, применению бесконтактных схем управ­ ления и контроля.

Схемы автоматического управления и 'контроля установок с последовательным включением расположенных на разных го­ ризонтах насосных агрегатов, применяющимся при отработке глубоких горизонтов, получаются сравнительно сложными.

В этой области необходимо продолжить всесторонние иссле­ дования в промышленных условиях при откачке кислотных и пресных шахтных вод.