Vítejte, dnes je
neděle
22.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky „Díky použití hardwaru NI a softwaru LabVIEW jsme dokázali vyvinout a dodat řídicí a měřicí systém za pouhých šest měsíců. Flexibilita tohoto řešení umožnila okamžité úpravy systému už ve fázi implementace projektu.“
Bogdan Iwiński, Veritech Sp. z o.o.
Vytvořit laboratoř pro testování různých částí pohonů důlních strojů, především strojů vyráběných společností KOPEX. Cílem je vytvořit několik testovacích stanovišť a detekovat problémy už v průběhu instalace jednotlivých komponent.
Použít platformy PXI a NI Compact RIO a vývojového prostředí NI LabVIEW pro vytvoření podmínek podobných těm, které panují při práci pod zemí, včetně zajištění odpovídajícího napájení a efektivního chladicího systému.
Společnost KOPEX postavila budovu pro testování motorů ve spojitosti s projektem Automated Longwall Control System. Uvnitř budovy společnost sestavila několik samostatných testovacích stanovišť. Pro výzkumné účely simulovala přirozené podmínky, ve kterých pracují důlní kombajny. Testovací platforma také měla být flexibilní pro možnost testování budoucích prototypů.
Systém vyžadoval připojení k testovacímu stanovišti převodů kvůli provádění teplotních testů. V budově pro testování motorů můžeme testovat motory až do hmotnosti 25 tun. Uživatelé mohou nastavit napětí 1 kV, 3,3 kV a 6 kV a dosáhnout celkového výkonu 3000 kVA.
Poté, co operátor nastaví parametry testu za použití specializovaného softwaru, lze testovací stanoviště ovládat manuálně pomocí tlačítek na řídicí skříni.
Obr. 1 Celkový pohled na měřicí systémpro testování ramen důlních kombajnů
Na stanovišti lze testovat tyto typy převodů:
− Konvenční válcové a kuželové převody do výkonu 2 300 kW
− Planetové převody do výkonu 2 300 kW
Systém podporuje měření následujících veličin:
− Výkon
− Kvalita energie ze zdroje
− Krouticí moment
− Rychlost převodové hřídele
− Teplota převodového soukolí
− Úroveň vibrací
− Termografie pro studium šíření teplav určitých oblastech
− Měření délky záběru převodových kol
− Hlučnost převodů v provozu
Testovací program pro převody závisína zvolené metodologii testování. Pro zcela nové převody či prototypy převodů mohou testy trvat až jeden týden. Průměrná doba testování pro sériovou výrobu či testování po opravách je přibližně 24 hodin.
Požadované testy lze provádět na testovacím stanovišti pro zátěžové testy elektrických modulů, které se nachází vedle testovacího stanoviště pro převody. Napájecí a řídicí modul (především pro důlní kombajny) je hlavní jednotkou důlního stroje. Jeho části za provozu vytvářejí velké množství tepla. I přes použití chladicích systémů musíme vždy zkontrolovat teplotu modulu před jeho instalací do stroje.
Při testování dochází ke změnám pracovních podmínek, které jsou kritické pro nainstalované vybavení. Výrobce provádí testy v extrémních podmínkách, aby prověřil správnou funkcionalitu a odhadnul životnost vybavení, aniž by musel provádět složité a nákladné testy ve skutečném prostředí. Napájecí i řídicí moduly, stejně jako frekvenční měniče pro pohon kombajnu, vyžadují zátěžové testy před tím, než jsou nainstalovány na kombajn.
Navrhli jsme testovací stanoviště pro frekvenční měniče, která umožňují testování frekvenčních měničů i pohonných systémů kombajnu s jednoduchým či dvojitým invertorem. Postprodukční testy zahrnují testování správného fungování vyrobeného měniče při určitém režimu zátěže, přičemž je potřeba brát v úvahu dynamické přechodové stavy. Kromě toho může operátor spouštět testy a zkoušet pokročilé algoritmy pro řízení pohonného systému kombajnu. Řídicí aplikace s funkcemi pro archivaci a reprodukci parametrů, která byla vytvořena s pomocí vývojového prostředí LabVIEW, plně podporuje testovací stanoviště pro frekvenční měniče.
Monitorovací a řídicí systém provádí kompletní monitoring testovacích stanovišť a řídí systémy v okolí testovacího stanoviště. Tento systém byl vyvinut společností Veritech, která je dlouholetým členem programu National Instruments Silver Alliance Partner a zároveň dlouhodobým dodavatelem pokročilých měřicích systémů na bázi technologií NI.
Jedním z požadavků firmy KOPEX byla flexibilní úprava nastavení. Té jsme dosáhli díky specifickému vybavení proměření a modulární konstrukci. Průmyslové počítače PXI nabízejí výkonné a zároveň efektivní čtyřjádrové procesory, které mohou řídit systémy a zároveň provádět sběr dat a jejich analýzu v reálném čase. Pro připojení všech signálů jsme použili izolované moduly řady C. Pro implementaci kódu v obvodu FPGA jsme použili platformu NI MXI-Express RIO připojenou k systému PXI.
Obr. 2 Vizualizace měřicího systému pro testováníramen důlních kombajnů s projektem uchycení ramen
Systémy pro zpracování a úpravu signálů umožnily přímé připojení termočlánků, senzorů PT100, tenzometrických můstků, vibračních senzorů (IEPE), proudových signálů do 1 A a napěťových signálů do 300 V. Tato kombinace umožnila měření dynamických signálů s frekvencíaž 250 kHz na kanál a s vysokým rozlišením až 24 bitů. Použili jsme také sběrnice CAN a ModBus pro komunikaci s pohony. Když je měřicí systém plně využíván, může ukládat až 1 terabyte informací za den.
S pomocí platformy NI jsme vyvinuli řídicí modul pro třífázový napájecí systéma monitoring kvality dodávané energie. Kontroléry NI Compact RIO jsme naprogramovali s použitím LabVIEW a sady nástrojů NI LabVIEW Electrical Power Suite, s jejichž pomocí lze vytvářet aplikace pro měření elektrických veličin. Použili jsme systém reálného časus obvodem FPGA pro sběr a analýzu testovaných parametrů, jako jsou proud, napětí, frekvence, činný, jalový a zdánlivý výkon, fázový posun a napěťové harmonické.
Všechny parametry související s kvalitou elektrické energie byly v softwaru identifikovány v souladu s příslušným standardem IEC (International Electrotechnical Commission). Uživatel tak má možnost rozšířit v budoucnu počet měřených parametrů v souladu s potřebami testovacího stanoviště. S pomocí těchto testů může společnost KOPEX optimalizovat provoz pohonných a napájecích systémů. To společnosti pomáhá dodávat na světové trhy efektivnější a konkurenceschopnější řešení.
Společnost Veritech také vyvinula software, s jehož pomocí může operátor z jednoho místa ovládat celé testovací stanoviště. Vzájemně jsme synchronizovali data získávaná z různých měřicích modulů, abychom zajistili jejich integritu. Pro analýzu některých typů dat používáme pokročilé algoritmy, jako je například vibrační analýza prováděná pomocí sady nástrojů NI Sound and Vibration Measurement Suite a software pro správu dat NI DIAdem. Operátor může monitorovat každé testovací stanoviště nezávisle a sledovat jednotlivá měření v reálném čase. Celkem jsme dodali 17 aplikací pro různé systémy a hardwarové platformy, včetně Windows, RTOS, FPGA a iPadu. Kvalitu připevnění senzoru může posoudit pracovník přímo na místě pomocí aplikace, která zobrazuje měřená data na tabletu iPad. Díky ní může pracovník okamžitě ověřit bezchybné umístění senzorů přímo na testovaném zařízení.
V našem testovacím zařízení můžeme testovat stroje a vybavení pro báňský průmysl v bezkonkurenčním měřítku. Díky použití hardwaru NI a softwaru LabVIEW jsme dokázali vyvinout a dodat řídicí a měřicí systém za pouhých šest měsíců. Flexibilita tohoto řešení umožnila okamžité úpravy systému už ve fázi implementace projektu.
Kvalita produktů skupiny KOPEX Group díky těmto podrobným testům tribologie a kompatibility vzroste. Tento systém pomůže s verifikací produktů s ohledem na řízení životního cyklu produktu. S pomocí testovacích stanovišť pro převody ramen důlních kombajnů, pohonné systémy kombajnů, převody AFC pohonů a převody razicích hlav mohou uživatelé provádět různé typy testů a odhalit tak závady při sestavování jednotlivých komponent. Napájecí a řídicí systémy jsme navrhli tak, aby věrně reprodukovaly skutečné podmínky panující v dolech s ohledem na dynamiku provozního zatížení testovaných převodů. Pro výzkumné účely jsme také potřebovali simulovat fyzické podmínky procesu těžby uhlí. Nyní můžeme testovat v simulovaných podmínkách, které dříve nebyly pozorovatelné kvůli náročným podmínkám při práci v podzemí, přičemž máme k dispozici měření s vysokou přesností a velkým počtem měřených parametrů.
