Dezvoltarea unui sistem de măsurare pentru testarea echipamentului de tracţiune şi a braţelor unei haveze de cărbune

Principala sarcină a acestui proiect a fost de a crea un laborator pentru a testa diferite părți ale sistemelor de antrenare ale utilajelor de exploatare minieră, în special ale mașinilor fabricate de KOPEX. Acest lucru a fost realizat folosind mai multe standuri de testare pentru a detecta defectele încă din timpul instalării componentelor individuale.

Vedere de ansamblu asupra sistemului de măsurare pentru testarea braţelor unei haveze de cărbune

Compania KOPEX a construit o staţie de testare pentru motoare, în cadrul proiectului Automated Longwall Control System (sistem de control al unui abataj frontal automatizat). Compania a amenajat mai multe bancuri de testare autonome în interiorul clădirii. În scopul cercetării, KOPEX a simu­lat condițiile naturale în care havezele de cărbune operează. Platforma urma, de asemenea, să fie suficient de flexibilă pentru a permite în viitor testarea de diferite sisteme prototip.
Sistemul avea nevoie de o conexiune la standul de încercare al angrenajelor pentru a efectua testele de căldură. Staţia de testare a motoarelor are capacitatea de a testa mașini cu o greutate de până la 25 de tone. Utilizatorii puteau selecta valori de tensiune de 1kV, 3,3kV și 6kV pentru o putere totală de 3.000kVA.

Operatorul poate rula standul de test manual, cu ajutorul butoanelor de pe tabloul de comandă, după setarea parametrilor de testare sau, prin intermediul unui software dedicat .
Tipurile de angrenaje supuse testelor includ:
• Angrenaje convenționale cilindrice și cu axe încrucişate cu până la 2.300 kW putere;
• Angrenaje planetare cilindrice și cu axe încrucişate cu până la 2.300 kW de putere.

Sistemul monitorizează următorii parametrii:
• Putere;
• Calitatea parametrilor de putere în sistemele de alimentare;
• Cuplul;
• Viteza arborilor de transmisie;
• Temperatura perechii cinematice din angrenaje;
• Nivelul de vibrații;
• Termografie pentru studiul distribuției de căldură în zonele selectate;
• Angrenarea pieselor operatoare
• Nivelul zgomotului pentru angrenaje în funcționare.

Programul de testare al angrenajelor depinde de metodologia adoptată. Pentru angrenajele noi, sau în cazul prototipurilor de transmisie, testele pot dura o săptămână. În același timp, perioada medie de testare pentru producția în serie, sau de testare post-revizie, este de aproximativ 24 ore.

Vizualizarea sistemului de măsurare pentru testarea braţelor unei haveze de cărbune în procesul de montare a braţelor

Putem efectua testele necesare folosind un banc de încercare în sarcină având modulul electric situat în staţia de testare a motorului, lângă spațiul de testare a transmisiei. Sursa de alimentare și modulul de control (în special pentru havezele de cărbune) reprezintă unitatea principală a utilajului minier. Subansamblele sale generează o mare cantitate de căldură în timpul funcționării. În ciuda sistemelor de răcire aplicate, trebuie să verificăm temperatura modulului de fiecare dată înainte de instalarea mașinii.
În timpul testării, au loc modificări în condițiile de lucru, ce sunt critice pentru echipamentele instalate. Producătorul simulează condiții extreme pentru a verifica funcționarea corespunzătoare şi durabilitatea echipamentelor conform specificațiilor, fără a fi necesară efectuarea de teste dificile și costisitoare într-un mediu real. Atât sursele de alimentare, modulele de control, cât și convertoarele de frecvență care alimentează motoarele de tracțiune ale havezei, necesită teste de încărcare înainte de instalarea lor în haveză.
Am conceput bancul de încercare pentru a permite testarea convertoarelor de frecvenţă şi a sistemelor de antrenare ale havezei cu ajutorul unui invertor simplu sau dublu. Testele de post-producție includ verificarea funcționării corecte a unui convertor de frecvență sub un regim de încărcare specific, având în vedere stările tranzitorii (dinamice). Mai mult decât atât, operatorul poate rula teste și poate încerca algoritmi avansați pentru controlul sistemului de tracțiune al havezei. O aplicație de control cu istoric al parametrilor și opțiuni de reproductibilitate a parametrilor, realizată cu ajutorul software-ului de dezvoltare grafică de sisteme LabVIEW, satis­face pe deplin cerințele bancului de testare al convertoarelor de frecvență.

O soluţie flexibilă pentru măsurători

Sistemul de monitorizare și control supraveghează integral standurile de încercare și controlează sistemele asociate cu condiționarea mediului. Acest sistem a fost dezvoltat de Veritech, membru al programului Silver Alliance Partner de la National Instruments și furnizor recunoscut de sisteme avansate de măsurare dezvoltate cu ajutorul tehnologiei NI.
Datorită echipamentelor de măsurare specifice și construcției modulare, reglarea flexibilă a setărilor – una dintre cerințele din partea Kopex – a devenit posibilă. Platforma PXI oferă procesoare performante – quad-core ce pot controla sisteme în acelaşi timp cu efectuarea de achiziții de date şi analiză în timp real.
Am folosit platforma NI MXI-Express RIO, conectată la sistemul PXI, pentru a implementa cod FPGA și module cu izolație, din Seria C la care pot fi conectaţi senzorii pentru achiziția de date.
Sistemele de condiţionare a semnalului au permis conectarea directă a semnalelor de la termocupluri, senzori PT100, punți tensometrice, senzori de vibrații (IEPE), dar și a celor de curent de până la 1A, și tensiune de până la 300V. Această combinație a permis o achiziţie eficientă de semnale dinamice cu frecvențe de până la 250 kHz pe canal şi măsurători de înaltă rezoluție de până la 24 de biți. Am folosit, de asemenea, magistrala CAN (Controller Area Network) și protocolul de transmisie de date ModBUS pentru a comunica cu echipamentele instalației. Când sistemul de măsurare este utilizat pe deplin, acesta poate înregistra peste 1 terabyte de date pe zi.
Utilizând platforma NI, am dezvoltat modulul de control al sistemelor de alimentare trifazate și de monitorizare a calității energiei furnizate. Controle­rele NI CompactRIO sunt programate cu ajutorul LabVIEW și NI LabVIEW Electrical Power Suite, ce permit crearea de aplicații pentru măsurarea parametrilor electrici. Am folosit sistemul real-time ce dispune de tehnologia FPGA pentru a obţine și analiza parametrii monitorizați precum tensiunea, curentul, frecvența, puterea activă, reactivă și aparentă, defazajul și armonicile de tensiune.
Toți parametrii legaţi de calitatea alimentării cu ener­gie sunt identificați la nivel software, în conformitate cu standardele IEC (Comisia Internațională pentru Electrotehnică) corespunzătoare și permit utilizatorului să extindă numărul de parametri măsurați în viitor, în funcție de nevoile bancului de încercare. Prin efectuarea acestor teste, KOPEX poate optimiza funcționarea motoarelor și a sistemelor de transmisie, ceea ce contribuie la furnizarea de soluții mai eficiente și mai competitive pe piețele mondiale.

O singură aplicaţie LabVIEW pentru sarcini multiple

Veritech a dezvoltat, de asemenea, propriul software prin care, operatorul poate controla în mod centralizat, toate bancurile de încercare.
Am sincronizat toate datele obținute de la modu­lele de măsurare pentru a asigura integritatea acestora. Am studiat, de asemenea, datele prospective bazate pe analiză cu algoritmi avansaţi, inclusiv analiza vibrațiilor realizată cu ajutorul setului de instru­mente NI Sound şi Vibration Measurement Suite şi NI DIAdem data management software. Operatorul poate monitoriza fiecare banc de încercare în mod independent, urmărind măsurătorile în timp real. Per total, am livrat 17 aplicații ce rulează pe mai multe platforme hardware și sisteme de operare, inclusiv Windows, real-time, FPGA, și iPad.

Concluzii

Putem testa utilaje și echipamente pe o scară largă fără precedent în industria minieră, cu staţia de testare pentru motoare. Prin utilizarea soluţiilor hardware şi a platformei software LabVIEW de la NI, am dezvoltat şi am livrat sistemul de control și măsurare în șase luni. Flexibilitatea acestei soluții a făcut posibilă adaptarea instantanee a sistemului în timpul implementării proiectului.
Calitatea produselor fabricate de Grupul KOPEX va creşte odată cu aceste teste tribologice și de compatibilitate detaliate. Acest sistem va contribui la testarea produsului în ceea ce privește managementul ciclului de viață al acestuia. Utilizatorul poate efectua mai multe tipuri de teste pentru detectarea defectelor în timpul asamblării componentelor individuale. Am proiectat sistemele de alimentare cu energie electrică și de control pentru a reproduce cu exactitate condițiile reale de subteran dintr-o mină în ceea ce privește dinamica de încărcare în exploatare a angrenajelor testate. În scopul cercetării, am avut nevoie, de asemenea, de simularea fenomenelor fizice ale procesului de exploatare a cărbunelui. În prezent, putem testa în condiții simulate – condiții ce erau imposibil de observat anterior datorită mediului dificil de lucru în subteran – cu ajutorul măsurătorilor de înaltă precizie și datorită numărul semnificativ de parametri măsurați ￭

Autor:

Bogdan Iwiński
Veritech Sp. z o.o.
ul. Szyb Walenty 26a, Ruda Śląska 41-700
b.iwinski@veritech.pl