This post is password protected. To view it please enter your password below:

Password:

Prezentacja-konferencja KOMAG 2011

Cel, jaki postawiłem sobie na tym etapie, to opracowanie skutecznego algorytmu, stanowiącego podstawę systemu eksperckiego, który w prosty i łatwy do zrozumienia sposób będzie wspierał osoby obsługujące kompleks czterech-ośmiu wciągarek, przy poziomowaniu pomostu roboczego, w trakcie drążenia szybu. We współpracy z dr inż. Michałem Mellerem z Katedry Systemów Automatyki Politechniki Gdańskiej, powstał algorytm wspomagający decyzję o kolejności i wielkości zmian długości lin nośnych i prowadniczo-nośnych przy poziomowaniu i pionowaniu wiszących pomostów roboczych. W dalszej przyszłości planowane jest opracowanie rozwiązania, które będzie realizowało te czynności automatycznie, po wydaniu pojedynczej komendy dla całego zespołu wciągarek.

Zagadnienie to, jako koncepcja,  było wcześniej prezentowane na III Międzynarodowej Konferencji: „PROBLEMY BEZPIECZEŃSTWA W BUDOWIE I EKSPLOATACJI MASZYN I URZĄDZEŃ GÓRNICTWA PODZIEMNEGO” zorganizowanej przez Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego Sp. z o.o. w Ustroniu w dniach 15-17.06.2011.

Aktualny postęp prac w projekcie został opisany  w kolejnym  referacie: „Poprawa jakości informacji wizualizującej monitoring pionowania i poziomowania wiszących pomostów roboczych jako sposób na redukcję stresu u obsługi i poprawę bezpieczeństwa i komfortu pracy.”

Materiał został przyjęty przez Komitet Naukowy do przedstawienia na VI Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej TRANSPORT SZYBOWY, organizowanej przez Instytut Techniki Górniczej KOMAG, pod Patronatem Honorowym Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego, 19-21 września 2011 r. – Rytro.

Nasz referat, przygotowany wspólnie przez CPM Cuprum-Projekt Sp. z o.o. i mnie: „Monitoring pionowania i poziomowania wiszących pomostów roboczych, jako skuteczna metoda zapewnienia właściwej lokalizacji pomostu w czasie głębienia szybu” spotkał się z dużym zainteresowaniem. Prezentacja modelu systemu poziomowania pomostu w szybie, którą pokazałem w trakcie sesji, została przyjęta entuzjastycznie. Gratulacje, które otrzymałem od przewodniczącego sesji prof. dr hab. inż. Józefa Hansela z AGH z Krakowa, stanowią dowód, że zarówno temat jak i sposób jego przedstawienia były dla ludzi z branży górniczej godne zainteresowania.

Czytelnicy zainteresowani tematem mogą zapoznać się z naszym tekstem: Referat III MK CBiDGP 2011.

Prezentacja, pokazana na konferencji  dostępna jest po kliknięciu linku: Prezentacja-konferencja CUPRUM Projekt + DSC.

Dodatkowo dostępne są filmy z obiektu (szyb w trakcie drążenia),

i modelu, przygotowanego dla ewaluacji algorytmów i metody pomiarowej.

Temat stanowi kontynuacje wieloletniej pracy realizowanej w Zespole Transportu Linowego CUPRUM  – Projekt S. z o.o. Rozwiązanie jest nowatorskie, a zainteresowanie środowisk górniczych skłoniło nas do przygotowania wspólnego wystąpienia na III Międzynarodową Konferencję:

„PROBLEMY BEZPIECZEŃSTWA W BUDOWIE I EKSPLOATACJI MASZYN I URZĄDZEŃ GÓRNICTWA PODZIEMNEGO”

organizowaną przez Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego Sp. z o.o. w Ustroniu w dniach 15-17.06.2011.

Referat ma tytuł: „Monitoring pionowania i poziomowania wiszących pomostów roboczych, jako skuteczna metoda zapewnienia właściwej lokalizacji pomostu w czasie głębienia szybu”.

Referat przedstawia kierunek rozwoju projektowanego rozwiązania monitoringu i pozycjonowania pomostu roboczego wiszącego w drążonym szybie kopalnianym, poprzez pomiar sił występujących w linach nośnych i prowadniczo-nośnych zawieszenia pomostu oraz pomiar położenia pomostu przy pomocy poziomicy elektronicznej opracowanej przeze mnie. Zarysowuje także koncepcję zintegrowanego układu pomiarowego i sterującego położeniem pomostu w świetle drążonego szybu.

Ten problem nie występuje jedynie przy tensometrach cyfrowych, przy których zawsze możemy przewód sygnałowy przyciąć na pożądany wymiar.

Zdecydowanie inaczej ma się sprawa w przypadku analogowych czujników tensometrycznych. Ich producenci nie pozostawiają nam wątpliwości, obcinać nie można!

Grozi to nie tylko utratą gwarancji na czujnik, ale także może być przyczyną nieoczekiwanych zmian parametrów całego toru pomiarowego.

Przyczyna tkwi w utracie kompensacji temperaturowej, którą producent czujnika wykonuje dla kompletnej struktury pomiarowej (mostka tensometrycznego) wraz z całym, dołączonym fabrycznie, przewodem sygnałowym.

Przy założonej przez wytwórcę rozdzielczości czujnika tensometrycznego i wynikającej z niej klasie dokładności, błąd wskazania w całym zakresie dopuszczalnych obciążeń i w pełnym przedziale zmian temperatury i innych czynników środowiskowych musi być mniejszy niż zadeklarowana wartość maksymalna.

Nie da się tego zagwarantować, po zmianie długości przewodu sygnałowego, innej niż ta, przy której kompensowano czujnik.

Jest to szczególnie istotne w przypadku tensometrów przystosowanych do pracy równoległej, lub dla zespołu tensometrów „parowanych” do pracy w grupie 4, 6 lub 8 czujników, montowanych np. pod platformą wagi samochodowej.

Co jednak począć z kilkumetrowym „nadmiarem” kabla sygnałowego, który pozostaje nam po podłączeniu czujnika do puszki połączeniowej lub do miernika?

Zwinąć!

Ale w tym miejscu pojawia się problem i pytanie: jak zwinąć, żeby było dobrze, a przynajmniej nie gorzej?

Spotkałem się w swojej praktyce z sytuacjami, gdzie zwinięty nadmiar przewodu sygnałowego stawał się źródłem nieoczekiwanych problemów, objawiających się brakiem stabilności wskazań zera, chwilowymi „szaleństwami” wagi czy wręcz zupełnym brakiem poprawnej pracy.

Dlaczego tak się dzieje?

Kabel sygnałowy od tensometru to z reguły wiązka czterech lub czasami sześciu przewodów w ekranie foliowym, w oplocie lub w podwójnym ekranie. Tak czy inaczej dwa z tych przewodów to linie sygnałowe z przekątnej mostka, przekazujące sygnał na poziomie pojedynczych μV na działkę pomiarową wagi. Przy oporności wyjściowej mostka rzędu 350Ω, który można uznać za źródło napięciowe, czujnik tensometryczny wykazuje sporą odporność na typowe zakłócenia od pól elektromagnetycznych. Gdy jednak nieopatrznie zwiniemy zbyt długi przewód w pętlę, możemy radykalnie zwiększyć poziom indukowanych w nim zakłóceń, co z reguły objawi się nam niestabilnym wskazaniem zera. Koś może zapytać: a co z ekranowaniem, czy nie rozwiązuje problemu? Nie zawsze i nie dla każdego przypadku, ponieważ właśnie potencjały indukowane w ekranie przez elektromagnetyczne pola zakłócające są głównym źródłem problemów. Zwłaszcza wtedy, gdy są duże. Przewody sygnałowe wewnątrz ekranu nie mają idealnej symetrii. Ich pojemność międzyliniowa i pojemności rozproszone do ekranu nie są równe. Skutkuje to odmienną wielkością sygnału zakłócającego, przenikającego przez te pojemności z ekranu do poszczególnych żył sygnałowych. Przy niezbyt korzystnym zbiegu okoliczności, zakłócenia (a właściwie ich różnica, indukowana w parze przewodów sygnałowych) mogą osiągnąć poziom porównywalny z wartością wejściowego sygnału pomiarowego, dla działki elementarnej i staną się widoczne. Konfiguracja filtru w mierniku nie zawsze rozwiąże problem, bo zbyt duża energia sygnałów zakłócających zawsze, prędzej czy później, będzie źródłem problemów.

Jaka jest rada?

Jest ich kilka i najlepiej zastosować wszystkie:

○        należy unikać sytuacji, gdzie potencjalne źródła zakłóceń EMC znajdują się w pobliżu czujników tensometrycznych (nie do wyeliminowania np. w wagach kolejowych),

○        należy dobierać czujniki tensometryczne o takiej konstrukcji, w której osiągniemy najlepsze dopasowanie budowy czujnika do realiów jego zainstalowania (często niemożliwe do zastosowania – czujniki jakie są każdy wie…),

○        należy umieszczać puszkę połączeniową w centralnym miejscu, w którym odległość do poszczególnych czujników jest najbardziej porównywalna (możliwe, ale tylko przy wagach na czterech czujnikach),

○        nadmiar kabli połączeniowych od czujników tensometrycznych należy zwinąć bifilarnie! Takie „skrócenie” kabli eliminuje zakłócenia indukowane w kablach do minimum.

Jak to zrobić?

1. wybieramy cały nadmiar kabla pomiędzy czujnikiem i puszką i składamy go na pół, pamiętając o zachowaniu minimalnego promienia zgięcia kabla, jeżeli producent go określił,
2. zwijamy nadmiar kabla, począwszy od miejsca złożenia, w regularną pętlę, o średnicy kilkunastu centymetrów (wymiar niekrytyczny),
3. spinamy zwinięty kabel przy pomocy opasek poliamidowych, izolowanego drutu, sznurka lub taśmy izolacyjnej, tak, aby zachował nadany mu kształt (zalecane, chociaż niekrytyczne),
4. układamy zwiniętą pętlę nadmiaru kabla równolegle do przebiegu przypuszczalnych linii sił pola zakłócającego, czyli np. kładziemy go płasko na dnie pomostu, a nie wieszamy w jednym punkcie.

Te kilka prostych czynności pozwoli nam zmniejszyć do minimum amplitudę zakłóceń indukowanych w przewodach sygnałowych. Niezależnie od tego, jakie są duże, przy zastosowaniu tych reguł, będą wywoływały najmniejsze z możliwych zakłóceń w torze pomiarowym.

Czy jednak problem dotyczy tylko toru pomiarowego? Oczywiście nie! Tyle, że po stronie interfejsów komunikacyjnych nie mamy zazwyczaj żadnych ograniczeń na dopasowanie kabli na wymiar. W przypadku, gdy stosujemy uniwersalne, gotowe kable pamiętajmy, aby nie przesadzać z ich długością. Za długie skracajmy według tych samych reguł, co powyżej, a unikniemy wielu kłopotów.

Wagi przenośnikowe, nazywane także wagami taśmociągowymi, należą do grupy wag automatycznych. Służą do ciągłego pomiaru przepływu masy materiałów sypkich, transportowanych na taśmie przenośnika. Zasada pomiaru (w uproszczeniu) polega na ciągłym pomiarze masy materiału, znajdującego się na taśmie przenośnika, w obrębie sekcji pomiarowej. Pomiaru dokonuje się za pomocą tensometrycznych czujników (lub pojedynczego czujnika) siły. Jednocześnie tachometr mierzy prędkość, z jaką porusza się taśma przenośnika. Iloczynem tych dwóch zmiennych wielkości – masy i prędkości, jest wydajność chwilowa. Poprzez całkowanie wydajności chwilowej w funkcji czasu, ustala się sumaryczną masę materiału, która przepłynęła przez wagę. Waga po zainstalowaniu wymaga kalibracji: teoretycznej lub za pomocą wzorców. Aby waga ważyła poprawnie, konieczne jest także jej wytarowanie w ustawieniu roboczym. Realizujemy to poprzez pomiar masy pustej taśmy przy jej pełnym obiegu taśmy. Czasami, dla większej dokładności, tarując taśmę uśredniamy wynik pomiaru za kilka obiegów taśmy. Tak przygotowana waga powinna wskazywać przepływ masy i wydajność chwilową z należyta dokładnością.

Warunkiem dodatkowym prawidłowego pomiaru masy jest także stałe ustawienie – wypoziomowanie lub pochylenie taśmociągu, na którym zamontowano wagę.

W niektórych zastosowaniach zmiana pochylenia taśmociągu jest konieczna. Z taką sytuacją mamy do czynienia np. na ładowarkach i zwałowarkach, których ramię wysięgnika przestawia się (pochyla) zależnie od potrzeby. Czy w takiej sytuacji można poprawnie ważyć przepływający materiał, zwłaszcza wtedy, gdy nie ma możliwości usytuowania wagi na nieprzestawianej części taśmociągu?

Rozwiązań jest kilka, a każde z nich ma specyficzne zalety i niestety… także wady.

Wspólną wadą tych rozwiązań jest brak dostępności legalizacji na taką wagę. Chociaż nie wykluczają tego obowiązujące przepisy (ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 9 czerwca 2009 r. w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać wagi automatyczne przenośnikowe, oraz szczegółowego zakresu sprawdzeń wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej tych przyrządów pomiarowych, Dz. U. Nr 98 z 2009r. poz 820), nie jest mi znana żadna instalacja tego rodzaju, posiadająca certyfikat zatwierdzenia typu i pozwalające na legalizacje wagi na przestawianym taśmociągu. Jest to jednak przeszkoda niezbyt istotna, gdyż zazwyczaj potrzeba wykonywania pomiarów przy zmiennym ustawieniu wagi przenośnikowej ma źródło w wymogach technologicznych a nie formalno-prawnych czy handlowych.
Jak zatem zabudować wagę na przestawianym taśmociągu, tak, aby ważyła poprawnie w każdym położeniu?
W każdym przypadku potrzebny będzie układ pomiarowy, który pozwoli określić aktualne położenie taśmociągu w przestrzeni – miernik pochylenia taśmociągu, nazywany chyłomierzem lub inklinometrem. Niezbędna dokładność chyłomierza będzie zależała od klasy wagi, ale zazwyczaj nie będzie nam potrzebna dokładność większa niż ±0.5°. Zakres pomiarowy może sięgać ±35°, chociaż w praktyce nie spotyka się wag przenośnikowych nachylonych bardziej niż 18° (typowe ograniczenie wynikające z zsuwania się materiału na pochylonej taśmie).

Jeżeli na etapie konstruowania wagi dokonamy właściwego wyboru terminala wagowego, to w zasadzie problem jest rozwiązany. Właściwy wybór w tym przypadku oznacza terminal z wbudowana funkcją automatycznej korekty pochylenia taśmociągu. Jednym z takich rozwiązań jest terminal „System A² Model H14” szwedzkiej firmy S-E-G. Terminal dokonuje automatycznie korekty wskazań wagi po zmianie kąta pochylenia taśmociągu w zakresie ±35°. Kąt może być wprowadzony ręcznie, z pulpitu terminala wagi lub automatycznie, za pośrednictwem protokołu MODBUS RTU poprzez interfejs RS485.

Co ma począć konstruktor lub właściciel wagi, gdy zaplanowano użycie lub użyto innego terminala, nie posiadającego funkcji korekty pochylenia taśmociągu?

Zgodnie z definicja pomiaru na wadze przenośnikowej, ma do dyspozycji dwie inne opcje korekty: poprzez proporcjonalną do pochylenia zmianę informacji o prędkości taśmy lub przez odpowiednią do ustawienia taśmociągu zmianę wartości sygnału pomiarowego, pochodzącego z czujnika lub czujników tensometrycznych.

Budując korektor pochylenia wagi na taśmociągu, zweryfikowałem każdą z tych opcji. Przy użytym w tym projekcie czujniku położenia możliwe jest uzyskanie korekty wskazań z dokładnością lepszą niż 0.05%. Można to osiągnąć zarówno w drodze korekty częstotliwości impulsów z dromometru jak i modyfikując, proporcjonalnie do pochylenia, wartość sygnału pochodzącego z tensometru.

Dostępna aktualnie druga wersja korektora pochylenia wagi na taśmociągu, współpracuje z terminalami wagowymi „System A² Model H14”. Zastosowany w tym terminalu algorytm korekcji ma jednak pewne ograniczenie: waga przenośnikowa dla poprawnego działania wymaga wytarowania po każdej zmianie kąta pochylenia taśmociągu.

Konstruktorzy z S-E-G zapowiadają modyfikację oprogramowania, która wyeliminuje to ograniczenie. Nowa wersja oprogramowania terminala zagwarantuje, że raz wytarowana waga będzie wskazywała poprawnie, dopóki nie ulegnie zmianie rzeczywista masa taśmy (zużycie, oblepianie itp.).

Ze względu na możliwość uginania się platformy, czujniki tensometryczne w wagach samochodowych zwykle ustawia się w odwrócone “V”,  aby po obciążeniu platformy wagi, skompensować ugięcie jej pomostu, a wszystkie czujniki tensometryczne przyjęły pozycję pionową. Poniższy rysunek trochę przejaskrawia problem, ale pokazuje jego istotę.

O ile już samo pionowe ustawienie czujników sprawia spore problemy, to ustawienie ich pochyło, pod właściwym kątem, w zamierzoną stronę jest zwykle niewykonalne bez właściwego oprzyrządowania. Pamiętajmy, że wagi mają od czterech do nawet ośmiu czujników tensometrycznych, a rozłożenie masy pojazdu na platformie zwykle bywa  nierównomierne. Dodatkowo na dokładność wagi, brak odchyłek wskazań w narożach i liniowość wpływa ustawienie czujników tensometrycznych na jednakowej wysokości, gwarantująca równomierny rozkład obciążenia na wszystkie punkty podparcia platformy czy platform w wagach wielosegmentowych.

Rozwiązaniem tego problemu jest poziomica wagarska, przy pomocy której można błyskawicznie i z dużą dokładnością ustalić ustawienie każdego z czujników tensometrycznych w płaszczyźnie pomostu i wypoziomowanie platform.

Za pomocą tego typu poziomicy – przekazującej informacje zdalnie,  po kablu lub przez radio, do komputera lub bezpośrednio na wyświetlacz – można z dokładnością lepszą niż 0,2° (rozdzielczość 0,06°) ustawić każdy z czujników tensometrycznych tak, aby przy dowolnym obciążeniu platformy, w zakresie nośności wagi, wynik pomiaru mieścił się w granicy dopuszczalnych błędów. Zakładam, że czujniki tensometryczne i elektronika wagi są sprawne, pomost jest dostatecznie prosty, sztywny i prawidłowo podparty na wszystkich czujnikach.

Przewagą poziomicy wagarskiej nad typowymi poziomicami (także elektronicznymi), jest jej przystosowanie do pomiarów ustawienia czujników tensometrycznych w dwóch osiach jednocześnie.

Poziomica wagarska będzie też bardzo przydatna przy ustalaniu wypoziomowania platformy oraz zakresu jej ugięcia w zależności od obciążenia.

Wystąpienie tego typu zjawiska, jako skutku długotrwałej eksploatacji wagi nie martwi nikogo poza Właścicielem wagi, ale jeżeli występuje już na etapie uruchamiania nowej wagi lub jest zjawiskiem zaobserwowanym po wizycie serwisu, potrafi zabrać spokój Wagarzowi i narazić Go na dodatkowe wydatki dla przywrócenia oczekiwanego rezultatu. Rezultatu, którym zawsze jest stabilność wskazań wagi, powtarzalność wyników i odporność na typowe warunki, w których waga jest eksploatowana.

Poziomica wagarska - trzy rodzaje elektroniki, dwie wielkości

Proponowane rozwiązanie – poziomica wagarska nie eliminuje oczywiście błędów ustawienia czujników tensometrycznych, ale pozwala błyskawicznie i z dużą dokładnością określić, czy czujnik jest prawidłowo ustawiony -w pionie. Występujące błędy ustawienia w obu prostopadłych osiach są w czytelny sposób sygnalizowane, a wskazanie wprost sugeruje wielkość i kierunek korekty ustawienia czujnika dla osiągnięcia prawidłowego położenia.

Zobacz szczegóły…