Współpraca Zakładu Urządzeń Elektrycznych ELSTA Sp. z o.o. z

Transkrypt

mgr inż. JACEK STANKIEWICZ
Zakład Urządzeń Elektrycznych ELSTA Sp. z o.o., Wieliczka
Współpraca Zakładu Urządzeń Elektrycznych
ELSTA Sp. z o.o.
z Zabrzańskimi Zakładami Mechanicznymi SA
Artykuł opiniował dr hab. inż. Piotr Gawor
1. Początek współpracy
Współpraca Zakładu Urządzeń Elektrycznych ELSTA
Sp. z o.o. z Zabrzańskimi Zakładami Mechanicznymi SA
rozpoczęła się w październiku 1994 roku. ZUE ELSTA
realizował wówczas projekt celowy, związany z budową
nowoczesnego, elektrycznego kombajnu ścianowego typu
KSE 1000, na napięcie 6 kV. Ze względu na duże gabaryty kombajnu oraz specyfikę jego urabiania, zachodziła
konieczność zdalnego sterownia kombajnu jednocześnie
z dwóch miejsc, przez dwóch operatorów. W tym czasie,
w kombajnach rodzimej produkcji, jedynym stosowanym
urządzeniem sterowania radiowego był RADIAN 1302
produkcji ZEG Tychy. Kombajn KSE 1000 był prototypem, a opracowane przez ELSTĘ sterowanie przystosowywano tylko do jego specyficznych rozwiązań.
W pierwszej połowie 1995 roku przygotowano aplikację, jako wprost zamiennik dla urządzenia RADIAN
1302. Odbiornik radiowy wyprodukowany przez ZUE
ELSTA typu ODB-01/R miał (analogiczne jak RADIAN):
obudowę ognioszczelną i złącze z sygnałami wyjściowymi
w kierunku skrzyni aparaturowej. Pilot z kolei, zupełnie
innej budowy, na masce swojej klawiatury miał umieszczone piktogramy i oznaczenia analogiczne jak jego
odpowiednik w RADIANIE. Równocześnie sposób oprogramowania urządzeń powtarzał wiernie funkcjonalność
RADIANA. Umożliwiło to prostą zamianę w istniejących
kombajnach dawnego systemu na nowoczesny odpowiednik, to znaczy system SSRK-1001/R produkcji ELSTY.
Premiera miała miejsce na bardzo trudnej geologicznie i niskiej ścianie, w kopalni „Powstańców Śląskich”,
w dzierżawionym przez ówczesne Zabrzańskie Zakłady
Naprawcze Przemysłu Węglowego kombajnie KGS 245.
Jednocześnie, dla zapewnienia testów w różnych warunkach, produkt ELSTY został zainstalowany w jednej
z wysokich ścian w kopalni „Ziemowit”. Bardzo dobre
recenzje i pomoc merytoryczna tak pracowników serwisu
jak i kierownictwa ZZN PW, umożliwiły rozwój tego urządzenia i wzbogacenie oferty o wersję dwupilotową.
Adres do korespondencji:
e-mail: [email protected]
WIADOMOŚCI GÓRNICZE 7-8/2007
Na początku 1996 roku opracowano pierwszy taki
„dwupilotowy system”, a sposób jego oprogramowania
został opatentowany. Treścią patentu stało się wyodrębnienie tzw. „strony uprawnienia”. Przy sterowaniu dwupilotowym i braku przełącznika wyboru sposobu pracy
na skrzyni aparaturowej kombajnu, zachodzi konieczność
nadania uprawnień kombajniście i jego pomocnikowi
wraz z jednoczesnym przyporządkowaniem każdemu
z nich funkcji, którymi mogą sterować. W przypadku
strony uprawnienia definiujemy, że jest nią strona kombajnu zgodna z kierunkiem ruchu roboczego kombajnu,
tj. z kierunkiem podstawowym wydobycia węgla. Stroną
uprawnienia steruje kombajnista a stroną przeciwną
– pomocnik kombajnisty. W konfiguracji, gdy mają pracować dwa piloty radiowe, strona uprawnienia – przy
zachowaniu zasady jednomyślności – jest wybierana
stabilnymi przyciskami zlokalizowanymi na obu pilotach.
Wybór różnych stron uprawnienia na pilotach powoduje
zablokowanie możliwości sterowania kombajnem.
Przedstawiony tu system, po opracowaniu i wdrożeniu
przy wydatnej pomocy i we współpracy z ZZN PW,
stał się niemal standardem w polskich kopalniach węgla
kamiennego. SSRK-1001, wyprodukowany przez firmę
ELSTA, był wielokrotnie nagradzany (Medal „Najwyższa
Jakość Małopolska” z 1996 roku, Złoty Medal Prezesa
Stowarzyszenia Elektryków Polskich z 2002 roku). Był
on wówczas jednym z najnowocześniejszych na świecie,
dlatego też znalazł zastosowanie także w kopalniach
czeskich i rosyjskich. Jego aplikacje, opracowane dla
innych producentów maszyn górniczych, pracują także
w kopalniach brytyjskich, niemieckich, hiszpańskich, białoruskich, ukraińskich, węgierskich, rumuńskich, a nawet
argentyńskich.
2. Kolejne wdrożenia
Wraz z kolejnymi latami, zarówno w Zabrzańskich
Zakładach, jak i w firmie ELSTA miała miejsce restrukturyzacja, w tym także własnościowa.
W Zakładzie Urządzeń Elektrycznych ELSTA, w latach 1999-2004, miała miejsce gruntowna przebudowa.
Powstały wtedy nowe działy: projektowy, automatyki
przemysłowej oraz produkcji urządzeń elektrycznych.
431
Wartość sprzedaży, tys. zł
2500
2000
1500
1000
500
0
2003
2004
2005
2006
Lata
Rys. 1. Wartość kontaktów handlowych między ZZM SA
a ZUE ELSTA w latach 2003-2006
Dowodem zadowolenia użytkowników tych urządzeń
może być opinia specjalistów z rosyjskich i czeskich kopalń. Stosując równocześnie z kombajnami odpowiednie
przeglądy i remonty urządzeń sterowania radiowego,
mimo intensywnego wzrostu ich sprzedaży na wspomniane tu rynki, nie trzeba było do tej pory organizować
specjalistycznego serwisu, zlokalizowanego w pobliżu
eksploatacji maszyn.
Współpraca nie ogranicza się tylko do sterowania
radiowego kombajnów. W ścisłym kontakcie z konstruktorami Zabrzańskich Zakładów Mechanicznych
SA zaprojektowano i z dużym powodzeniem wdrożono,
do wszystkich produkowanych przez ZZM kombajnów,
następujące urządzenia:
• Mikroprocesorowe zabezpieczenie silników asynchronicznych typu ECM-02. Ma ono dziewięć niezależnych kanałów wejściowych, w których mierzone
są wartości skuteczne prądów. Urządzenie (rys. 2)
przystosowane jest do współpracy z przetwornikami
prądowymi o wyjściu napięciowym. Przekaźniki zainstalowane w ECM-02 mogą bezpośrednio sterować
obwodami zabezpieczającymi silniki. Człon przeciążeniowy zabezpieczenia, na podstawie pomiaru wartości
skutecznej prądu obciążenia, odzwierciedla krzywą
nagrzewania i stygnięcia silników. Zabezpieczenie wyposażone jest w łącze komunikacyjne umożliwiające
pracę w większym systemie sterowania i jest wprost
dostosowane do kombajnów ścianowych produkcji
ZZM SA. Dostępne są dwie wersje interfejsu komunikacyjnego: pętla prądowa 20mA lub RS422. Urządzenie dostarcza do sterownika głównego kombajnu
informacje o wartościach prądów poszczególnych silników i o stanach awaryjnych w nich występujących.
Stany napędów sygnalizowane są przez odpowiednie
świecenie diod sygnalizacyjnych LED. ECM-02 ma
zwartą budowę modułową, dzięki czemu nadaje się do
Dało to możliwość rozpoczęcia kompleksowej realizacji
projektów branży elektroenergetycznej w systemie „pod
klucz”. Etapem kończącym restrukturyzację było powstanie spółki z ograniczoną odpowiedzialnością – ELSTA.
Nowa firma stopniowo przejęła większość zasobów
Zakładu Urządzeń Elektrycznych ELSTA, stając się
kontynuatorką jego tradycji. Aktualnie rola ZUE ELSTA
została sprowadzona do świadczenia usług serwisowych,
a bardzo dynamiczny rozwój ELSTY Sp. z o.o. stawia
ją w gronie innowacyjnych firm, charakteryzujących się
nowoczesnością stosowanych rozwiązań technicznych
i organizacyjnych. Warto podkreślić, że dzisiejszy udział
branży górniczej w całości przychodów firmy ELSTA
Sp. z o.o. stanowi około 30 %, zaś najważniejszym odbiorcą jej produktów dla górnictwa są ZZM SA.
Po wejściu Polski do Unii Europejskiej należało
przystosować maszyny i urządzenia do Dyrektyw ATEX
i EMC. Dzisiaj już właściwie wszystkie produkowane
przez Zabrzańskie Zakłady Mechaniczne SA kombajny
są wyposażone w odpowiednie układy sterowań z ELSTY,
spełniające wymogi unijnych dyrektyw. Rozwój
kontaktów handlowych między ZZM SA i ELSTĄ
przedstawiono na rysunku 1.
Współpraca realizowana jest również
w dziedzinie serwisów i remontów.
Skrajnie trudne warunki pracy urządzeń pracujących na ścianach węglowych w kopalniach
powodują, że muszą być one poddawane przeglądom bieżącym i remontom. Przez lata ZZM SA
i ZUE ELSTA wypracowały skuteczne metody
przeglądów i napraw tak, że użytkownicy, dostając
kombajny do eksploatacji, rzadko mają problemy z ich awaryjnością. Wspólne doświadczenia
serwisowe są główną podstawą do wyciągnięcia wniosków umożliwiających wprowadzenie
zmian układowych i konstrukcyjnych. Dobrym
przykładem może tu być konstrukcja klawiatury
pilotów. Po zasygnalizowaniu szybkiego zużywania się i awaryjności klawiatur pilotów, zmieniono
ich konstrukcję tak, że trwałość tego ważnego
Rys. 2. Mikroprocesorowe zabezpieczenie silników asynchronicznych
elementu jest niespotykana w konkurencyjnych
typu ECM-02
rozwiązaniach.
432
zabudowy w niewielkich przestrzeniach ognioszczelnej skrzyni aparaturowej kombajnu. Całość ECM-02
umieszczona jest w obudowie z tworzywa sztucznego,
przystosowanej do mocowania na szynie DIN 35.
Złącza pozwalają na szybki i wygodny montaż oraz
demontaż zabezpieczenia.
• Iskrobezpieczny panel sterowniczy typu IPS-01,
02. Służy on do lokalnego sterowania urządzeniami
górniczymi (rys. 3). Panel IPS-01 został opracowany
do kombajnów ścianowych produkcji ZZM SA, natomiast IPS-02 znalazł zastosowanie w kombajnach
chodnikowych. Panele przeznaczone są do współpracy
z urządzeniami wykonawczymi sterowania typu UWS01, 02 – z którymi komunikują się poprzez magistralę
szeregową CAN, RS422 lub RS485. Klawiatura paneli
może współpracować także z innymi urządzeniami
Rys. 3. Iskrobezpieczny panel sterowniczy IPS-01
z odpowiednią magistralą szeregową. Urządzenie
wykonawcze w sposób jednoznaczny interpretuje dane
wysłane z panelu i realizuje odpowiedni algorytm sterowania. Panel ma część przycisków podświetlanych
oraz sygnalizację świetlną potwierdzenia odbioru danych, co w przypadku stwierdzenia nieprawidłowości
w działaniu urządzenia ułatwia obsłudze szybszą diagnostykę. Zastosowanie magistrali szeregowej CAN
sprawia, że urządzenie jest odporne na zakłócenia przemysłowe i przez to niezawodne w działaniu. Panel ma
zestaw (28, 40 sztuk) niezależnych przycisków (część
ich jest podświetlona). Pozwala to na wiele kombinacji doboru funkcji przycisków. Układ elektroniczny
zawiera mikroprocesor, który można zaprogramować
w zależności od funkcji, jakie urządzenie ma spełniać.
Urządzenie przez cały czas pracy cyklicznie odczytuje
stan wszystkich przycisków i wysyła te informacje
po magistrali szeregowej do urządzenia sterującego.
Stany diod świecących są wynikiem odpowiedzi urządzenia wykonawczego na
zadanie odpowiedniego sterowania, więc
odzwierciedlają faktyczny stan urządzenia sterowanego, a nie samej klawiatury.
Zastosowanie w kombajnach panelu sterowniczego IPS-01 wraz z urządzeniem
wykonawczym UWS-01 pozwoliło wyeliminować kosztowne, niepewne w działaniu
i awaryjne przełączniki, umieszczone na
skrzyni aparaturowej kombajnów.
• Urządzenie wykonawcze UWS-01
(02) (rys. 4), współpracujące z panelem
IPS-01 (02). Powstało z inspiracji konstruktorów ZZM SA. Zaprojektowane
przez ELSTĘ, urządzenie UWS ma
zestaw kilkudziesięciu niezależnych
wyjść przekaźnikowych i transoptorowych. Urządzenie wykonawcze odbiera
dane wysłane po magistrali i realizując
odpowiedni algorytm sterowania: załącza lub wyłącza odpowiednie wyjścia
przekaźnikowe lub transoptorowe.
Komunikacja z panelem IPS-01, lub innym urządzeniem zadającym, odbywać
się może w trzech standardach CAN,
RS422 lub RS485. Standaryzacja linii
komunikacyjnej oraz możliwość zaprogramowania funkcji sterowniczych
pozwala na szerokie zastosowanie
UWS-01 w różnych aplikacjach.
3. Wspólne plany – nowa generacja
urządzeń
Rys. 4. Urządzenie wykonawcze sterowania UWS-02
Rozwój światowej techniki, coraz
wyższe wymagania użytkowników maszyn
i urządzeń górniczych, a także kolejne
zmiany i zaostrzenia norm i przepisów, wymuszają na konstruktorach i producentach
433
ciągłe udoskonalenia w oferowanych rozwiązaniach
technicznych. W tym zakresie konstruktorzy z Zabrza
i Wieliczki prowadzą owocną współpracę. Na bieżąco
konsultowane są – we wspólnych zespołach roboczych
– kolejne konstrukcje kombajnów. Założenia są konsultowane przez praktyków techniki górniczej. Z najważniejszych nowych rozwiązań (zaawansowane prace) warto
wymienić:
dwukierunkowej między poszczególnymi urządzeniami
systemu. Jest to niezbędne w celu zapewnienia możliwości
diagnozowania, w pewnym zakresie, stanu maszyny lub
parametrów transmisji bez konieczności zbliżania się do
samej maszyny.
• nowa generacja urządzeń do sterowania radiowego
kombajnami ścianowymi i innymi
maszynami górniczymi,
• udoskonalona wersja zabezpieczenia
silników ECM-03,
• systemy przesyłu danych cyfrowych z maszyn
ruchomych, z wykorzystaniem podziemnej sieci
światłowodowej W-LAN (próby nad wdrożeniem).
• Instalowany w kombajnie odbiornik sygnałów sterujących typu ODB-2000 w różnych wersjach sprzętowych, zależnych od sterowanej maszyny (rys. 5).
• Radiowy pilot operatora oraz radiowy pilot pomocnika
lub drugiego operatora, typu PR-2000 w różnych wersjach sprzętowych, zależnych od sterowanej maszyny
(rys. 6).
• Pilot/pulpit kablowy instalowany na sterowanej maszynie do wykorzystania jako lokalne sterowanie maszyny,
typu PW-2000, w różnych wersjach sprzętowych,
zależnych od sterowanej maszyny.
• Bateria iskrobezpieczna BIS-2000 do zasilania pilotów
radiowych.
• Adapter ADP-2000 przeznaczony do kablowego
połączenia pilota radiowego bezpośrednio
z odbiornikiem radiowym, czyli wykorzystanie
PR-2000 jako PW-2000.
• Stanowisko obsługi baterii SOB‑2000 do ładowania
i diagnostyki baterii BIS-2000, umieszczone poza
strefami zagrożonymi wybuchem.
3.1. System Sterowania Radiowego Maszyn Górniczych
– SSRK-2000 (nazwa robocza)
* UWAGA. Pod pojęciem „System” kryje się zestaw
urządzeń przeznaczonych do realizacji określonego
zadania, w tym wypadku do sterowania dowolną
maszyną górniczą. W żadnym przypadku nie jest to
„SYSTEM” w rozumieniu dyrektywy ATEX. Używany w niniejszym artykule termin „system” znacznie
lepiej oddaje istotę zestawu urządzeń, obecnie opracowywanych w firmie ELSTA Sp. z o.o.
Potrzeba opracowania nowego systemu sterowania
radiowego maszyn górniczych wyniknęła z następujących
przyczyn:
•
•
•
konieczność dostosowania wszystkich urządzeń
systemu do wprowadzonych i modyfikowanych
przepisów Unii Europejskiej,
celowość zastępowania
dotychczasowych rozwiązań nowymi,
wymagania operatorów i producentów
maszyn górniczych, dotyczące dodatkowych funkcji
systemu zdalnego sterowania,
• wykorzystywanie urządzeń zdalnego sterowania
w innych niż do tej pory zastosowaniach.
Podstawową i najważniejszą zmianą w stosunku do
aktualnego systemu jest wprowadzenie radiowej łączności
Antena
W skład nowego Systemu Sterowania Radiowego
Maszyn Górniczych wejdą:
3.2. Nowa wersja zabezpieczenia silników
– ECM–03
Zabezpieczenie ECM-02 charakteryzowało się pewnymi niedogodnościami eksploatacyjnymi związanymi
z koniecznością zmian jego nastaw jedynie przez producenta. ECM-02 był przystosowany do ochrony jedynie
trzech silników. Uciążliwości te zostały wyeliminowane
w nowej wersji zabezpieczenia ECM-03. Zabezpieczenie
zostało wyposażone w wyświetlacz i klawiaturę, która pozwala na wprowadzenie przez użytkownika wszelkich jego
nastaw, a także na dopasowanie wejścia zabezpieczenia do
zastosowanych przetworników pomiarowych. Nastawy
można również zmieniać, stosując interfejs szeregowy
w protokole MODBUS. Zabezpieczenie ECM-03 przystosowane jest do ochrony czterech trójfazowych silników
indukcyjnych (dodatkowy silnik kruszarki), a także może
ODBIORNIK STEROWANIA RADIOWEGO
Modem
radiowy
Optoizolowany
interfejs szeregowy
38,4-115kbps
Sterownik
komunikacyjny
Styki przekaźników
RS485, CAN ...
Sterownik
kombajnu
Rys. 5. Schemat blokowy odbiornika sterowania radiowego – bez obwodów zasilania
434
Antena
pilot sterujący
Modem
radiowy
Moduł klawiatury
Optoizolowany
interfejs szeregowy
38,4-115kbps
Sterownik
pilota
Moduł wyświetlacza
Rys. 6. Schemat blokowy pilota sterującego (bez obwodów zasilania)
powstać nowa jego wersja dla ochrony silników prądu
stałego. Dodatkowo ECM-03 ma standardowy interfejs
RS485 i – jak już wspomniano – obsługuje protokół
MODBUS (rys. 7).
3.3. Przekaz danych cyfrowych
za pomocą światłowodowej sieci W-LAN
Kolejną grupą produktów, nad realizacją których firma
ELSTA Sp. z o.o. współpracuje z ZZM SA, są urządzenia
do przekazu danych cyfrowych za pomocą światłowodowej sieci W-LAN. Jest to sieć lokalna zrealizowana bez
użycia przewodów. Sieci tego typu, jako medium przenoszące sygnały, wykorzystują fale radiowe w paśmie
2,4 GHz.
Przekaz danych będzie się odbywał w warunkach dołowych, w tym również w strefach zagrożonych wybuchem
(urządzenia kat. M1). Dzięki szerokiemu pasmu oraz dużej
skalowalności, przedmiotowe rozwiązanie będzie służyło
między innymi do:
• komunikacji głosowej, również z osobami znajdującymi się na ścianie,
• przesyłu danych z maszyn górniczych do dyspozytorni,
czy innych miejsc połączonych z siecią W-LAN,
• dynamicznej lokalizacji osób, ruchomych maszyn, czy
materiałów na trójwymiarowym modelu kopalni,
• przesyłu innych danych cyfrowych, w tym również
przesyłu obrazu z kamer video,
• do zdalnego sterowania niektórymi maszynami
górniczymi (w przyszłości).
Możliwości takie będzie można osiągnąć dzięki
stworzeniu sieci infrastrukturalnej W-LAN, składającej
się z dołowych punktów dostępowych Access Point połączonych z powierzchnią oraz ze sobą nawzajem siecią
światłowodową. Zalecane jest połączenie w strukturze
ringu–pierścienia, które zapewnia redundancję. W przestrzeniach zagrożonych wybuchem, urządzenia Access
Point (kat. M1) będą dodatkowo wyposażone w iskrobezpieczne zasilacze z podtrzymaniem bateryjnym (kat. M1).
Rys. 7. Zabezpieczenie silników ECM-03
435
Zewnętrzna sieć
internetowa
Naziemna wewnętrzna sieć intranetowa
Światłowodowa sieć Ethernet
Brama
sieciowa
szyb
szyb
punkty dostępowe połączone w konfiguracji pierścienia
autonomiczne
zespoły maszyn
górnicy wyposażeni
w telefony i palmtopy
do komunikacji
Rys. 8. Schemat infrastruktury sieci W-LAN
Dla lepszego zobrazowania infrastruktury sieci W-LAN
służy rysunek 8.
Przedmiotowa sieć infrastrukturalna stanowi podstawowy element systemu urządzeń do przekazu danych
cyfrowych za pomocą światłowodowej sieci W-LAN.
Oprócz niej niezbędne są również specjalistyczne oprogramowanie oraz inne urządzenia, takie jak:
– TCP/IP do dowolnie wybranego miejsca podłączonego
do sieci (np. dyspozytornia). Rozwiązanie to znacznie
usprawni diagnostykę maszyny i rejestrację jej stanów
awaryjnych. W dalszej przyszłości można będzie również
realnie myśleć, żeby za pomocą modemu maszynowego
W-LAN zdalnie sterować maszynami górniczymi, wycofując ich operatorów do bezpiecznych miejsc.
• osobisty, przenośny telefon, służący również do użytku
w strefach zagrożonych wybuchem,
• radiotelefon z opcją głośnomówiącą do komunikacji
z operatorem maszyny (np. kolejki podwieszanej),
• modem maszynowy (machine bridge) służący do połączenia ruchomych maszyn z infrastrukturą W-LAN,
• dołowe kamery wideo,
• czujniki, w zależności od potrzeb przystosowane do
wykrywania przeszkód, określania pozycji, czy pomiarów kopalnianych danych środowiskowych.
4. Coraz poważniejsze wyzwania
Modem maszynowy (machine bridge), nad realizacją
którego Zabrzańskie Zakłady Mechaniczne SA współpracują z ELSTĄ, zainstalowany na kombajnie czy innej
maszynie górniczej i połączony z siecią W-LAN, umożliwi
przesyłanie szyfrowanych danych w standardzie Ethernet
436
Ostatnie 13 lat było wypełnione intensywnymi kontaktami technicznymi i handlowymi pomiędzy Zakładem
Urządzeń Elektrycznych ELSTA a Zabrzańskimi Zakładami Mechanicznymi SA. Nie brakowało w tych latach
momentów trudnych, ale oceniając je należy stwierdzić,
że przewaga sukcesów nad porażkami jest zdecydowana.
Zaufanie i partnerstwo powstało na bazie rzeczywistych
dokonań, co stanowi mocny fundament dla dalszej współpracy. Stawiane przez obie firmy ambitne cele i nowe
coraz poważniejsze wyzwania techniczne spowodują, że
produkowane przez ZZM SA kombajny i inne maszyny,
wspomagane przez układy zabezpieczeń, sterowania
i przesyłu danych z firmy ELSTA Sp. z o.o. – nie będą
miały sobie równych.

Współpraca Zakładu Urządzeń Elektrycznych ELSTA Sp. z o.o. z

Transkrypt

Podobne dokumenty

Rozwiązania w zakresie sterowania silnikami gazowymi