PRIMENA SAVREMENIH REGULISANIH POGONA NA RUDARSKOJ MEHANIZACIJI APPLICATION OF MODERN CONTROLLED ELECTRICAL DRIVES ON MINING MACHINES

PRIMENA SAVREMENIH REGULISANIH POGONA NA RUDARSKOJ MEHANIZACIJI APPLICATION OF MODERN CONTROLLED ELECTRICAL DRIVES ON MINING MACHINES Borislav Jeftenić, Milan Bebić, Leposava Ristić, Dragan Jevtić, Neša Rašić, Saša Štatkić*, Dragan Ignjatović** Elektrotehnički fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar Kralja Aleksandra 73, 1112 Beograd *Fakultet tehničkih nauka, Kneza Miloša 7, 3822 Kosovska Mitrovica ** Rudarsko geološki fakultet, Univerzitet u Beogradu, Đušina 7, 11 Beograd Abstract: Energy efficiency is today the key element in energy policy of all developed countries in the world, since it enhances efficiency of economics, increases safety of power supply, extents lifetime of conventional power sources - firstly of fossil fuels, which are still the prime source for electrical energy production. It is necessary to perform revitalization and modernization of mining machines at open pit mines in our country in order to extend their lifetime, as well as to improve their technical performances (increase capacity, reduced energy consumption, better protection, etc.). Accordingly, the paper presents detailed description of drives realized on open pit mine Drmno, on excavator SRs13, with induction motors supplied from frequency converters and results of measurements which verify advantages in performance, as well as improved energy efficiency. These drives are: Bucket wheel drive on excavator, Slewing drive of upper structure of excavator, Crawler travel drive of excavator. Key words: energy efficiency, frequency converters, excavators, spreaders, drives 1. UVOD Energetska efikasnost je danas ključni element u energetskoj politici svih razvijenih zemalja sveta, jer se njome unapređuje efikasnost ekonomije, povećava se sigurnost u napajanju energijom, produžava vek korišćenja neobnovljivih izvora energije, pre svega iz fosilnih goriva, iz kojih se danas dobija najveći deo električne energije. Smanjenje potrošnje energije, posebno one koja se dobija iz fosilnog goriva, kroz unapređenje energetske efikasnosti je jedan od glavnih instrumenata za ispunjavanje obaveza u sferi ekologije. Velike rezerve lignita u Srbiji i povoljne lokacije basena sa aspekta prenosa energije i snage do velikih potrošača, rudarsko-geološki i klimatski uslovi, geometrije ležišta i fizičko - mehaničke karakteristike radne sredine, pružili su mogućnost za otvaranje velikih površinskih kopova i za uvođenje u eksploataciju tehnoloških sistema kontinuiranog dejstva. Osnovni problem kod mehanizacije na našim površinskim kopovima je njihova velika starost, tako da je to uglavnom mehanizacija sa već zastarelim tehničkim rešenjima pre svega u delu elektro opreme, što za posledicu ima smanjenu produktivnost i povećane troškove eksploatacije i održavanja, tako da je neophodno izvršiti njihovu revitalizaciju i modernizaciju kako bi im se produžio životni vek, ali sa boljim tehničkim performansama (veći kapacitet, manja potrošnja energije, veća zaštita i dr.). Danas je trend u svetu da se pogoni na rudarskoj mehanizaciji ostvaruju sa asinhronim motorima koji se napajaju iz frekventnih pretvarača. U skladu sa tim, na površinskom kopu Drmno, na osnovu prethodno sprovedene opsežne analize postojećih postrojenja, savremenih

rešenja u svetu kao i novih tehnologija, projektovani su, realizovani i pušteni u rad brojni pogoni bagera, odlagača i traka, a među njima i pogoni rotornog bagera SRs13: pogon radnog točka, pogon okreta gornje gradnje i pogon guseničnog transporta. Detaljan prikaz novih pogona i rezultata merenja realizovanim na njima, dati su u poglavljima koja slede. 2. POGON RADNOG TOČKA ROTORNOG BAGERA Kod pogona radnog točka rotornih bagera u cilju prilagođavanja vrsti materijala koji se kopa potrebno je obezbediti promenu brzine obrtanja, takođe radi zaštite radnog mehanizma, kofica, zuba, spojnica i reduktora, potrebno je raspolagati efikasnim sistemom ograničenja (limitiranja) momenta motora. Naime, u slučaju preopterećenja usled prevelikog nastupa, brzine kretanja, ili nailaska na tvrd materijal, pogon mora da uspori, ili se isključi dovoljno brzo da ne bi došlo do neželjenih oštećenja. Savremeni elektromotorni pogoni sa frekventnim pretvaračima mogu da obezbede oba ova zahteva, da regulišu brzinu u širokom opsegu, a kod preopterećenja oni smanjuju brzinu na potrebnu vrednost, a po prestanku preopterećenja automatski ubrzavaju do zadate brzine bez zaustavljanja, i nepotrebnog prekida procesa otkopavanja. Pogon radnog elementa (slika 1.) [1] sa promenljivom brzinom na bagerima može biti realizovana kao: 1. pogon sa jednosmernim motorom koji se napaja iz tiristorskog konvertora, 2. pogon sa asinhronim motorom sa namotanim rotorom i statičkim konvertorom u kaskadi i 3. pogon sa kaveznim asinhronim motorom i frekventnim pretvaračem. Slika 1. Izgled katarke radnog točka bagera SRs13 2.1. Opis pogona Od navedenih mogućnosti, pri realizaciji pogona radnog točka rotornog bagera SRs13 na površinskom kopu Drmno izabrano je rešenje sa kaveznim asinhronim motorom i frekventnim pretvaračem sa dva 12 impulsna ispravljačka modula koji rade paralelno. Dvanaestoimpulsna ispravljačka jedinica je izabrana u cilju poništavanja petog harmonika struje na ulazu u frekventni pretvarač [2]. Ormar frekventnog pretvarača u gornjoj elektro sali na bageru SRs13 sastoji se iz tri segmenta. U prvom segmentu je smešten komandni trafo, upravljačke i komunikacijske kartice, kontrolni displej ispravljačkog dela i ostala prateća oprema. U drugom delu nalaze se dva diodna 12 impulsna ispravljačka modula (DSU). U trećem segmentu montirana su tri invertorska IGBT modula (IDU) koji napajaju motor radnog točka. Sa svakog od sekundara tronamotajnog transformatora je realizovan priključak na dva diodna ispravljačka modula (DSU) na čijim ulazima se nalaze mrežno komutacione prigušnice (slika 2). Izlazi ovih modula su međusobno vezani na sabirnice jednosmernog međukola. Na sabirnice je predviđeno priključenje tri invertorska modula (IDU) koji su realizovani sa IGBT prekidačkim elementima. Invertorski moduli napajaju motor radnog točka u paralelnom radu. Na slici 3. prikazan je uprošćeni funkcionalni blok dijagram upravljanja frekventnim pretvaračem jednomotornog pogona radnog točka. Referentna brzina za pretvarač generiše se u

nadređenom sistemu upravljanja koji je realizovan u PLC- u. Rukovaoc zadaje izbornim tasterom sa operatorskog panela brzinu koja se dalje preko bloka za soft start prosleđuje pretvaraču. U pretvaraču je aktivan regulator brzine koji dovodi referencu momenta u DTC (direct torque control) model [3]. Gornji limit reference momenta upotrebljen je za zaštitu od preopterećenja pogona radnog točka. U regulisanju brzine radnog točka koristi se estimirana brzina iz dinamičkog modela motora. S obzirom na zahtevanu tačnost regulisanja brzine i povećanja pouzdanosti pogona nije korišćen davač brzine radnog točka. DSU DS IDU IDU IDU Soft start 3 PLC ω ref Profibas mreža ω ref + - ω DSU brzine m eref DTC m e ω Oper.Panel Optimizacija DC Magnetizacija Frekv. pretvarač Slika 2. Pogon radnog točka bagera SRs13 Slika 3. Upravljačka šema radnog točka bagera SRs13 Nadređeni upravljački sistem je realizovan softverski u PLC u. Profibas komunikacijski protokol je korišćen za povezivanje frekventnog pretvarača sa PLC om i ostalim delom sistema upravljanja na bageru SRs13. Prethodno je izvršena parametrizacija frekventnog pretvarača u saglasnosti sa zahtevima njegovog upravljanja i rada u mreži. 2.2. Analiza rezultata merenja na pogonu radnog točka bagera SRs13 5 3 2 1-1 1 2 3 4 5 6 7 Ref. brzina [o/min] Struja [A] Momenat [%]x1 Slika 4. Dva uzastopna ciklusa, uključenja, polaska i zaustavljanja pogona. 8 6 2-2 1 2 3 4 5 Ref. brzina [o/min] Struja [A] Momenat [%]x1 DC Bus napon [V]x5 Ref. brzina [o/min] Slika 5. Jedan ciklus, uključenje, polazak, povećanje brzine i zaustavljanje pogona, ali sa većim koeficijentom usporenja od mogućeg. Na slici 4. prikazana su dva ista ciklusa rada pogona radnog točka. Pretvarač koji je korišćen ima upravljački algoritam direktne kontrole momenta (DTC). Kod primene ovog upravljačkog algoritma neposredno posle davanja komande za uključenje uspostavlja se struja u motoru, ali

motor ne razvija momenat. U tom periodu, koji ovde traje oko 4s vrši se magnetizacija motora. Tek posle završene magnetizacije, odnosno po uspostavljenom magnetnom polju u motoru, uspostavlja se momenat i pogon kreće. Ubrzanje pogona je stalno i može se podesiti po želji, ali u okvirima tehničkih mogućnosti pogona u celini. Dijagrami prikazani na slici 4. snimljeni su u režimu kada bager nije kopao, zbog čega je momenat na motoru vrlo mali u režimu rada sa stalnom brzinom. Kod zaustavljanja takođe se može izabrati potrebno usporenje, opet u okviru tehničkih mogućnosti pogona. U toku probnog rada bagera momenat motora je bio ograničen u početku na 35%, zatim je postepeno podizan do nominalne vrednosti. Na ovaj način obezbeđeno je postepeno uhodavanje opreme, bez posebnih mera predostrožnosti i opasnosti da usled ljudskog faktora dođe do oštećenja opreme. Na slici 5. posle dostizanja brzine od 5 o/min izvršeno je povećanje brzine na 8 o/min, ali je prethodno podešena znatno veća zahtevana vrednost usporenja. Pretvarač koji je ovde primenjen nema ni mogućnost rekuperacije energije kočenja, ni čoper za kočenje, tako da je maksimalna vrednost momenta kočenja ograničena, mogućnošću apsorbovanja energije kočenja u jednosmernom kolu. Zbog ovog, pogon nije mogao da obezbedi traženu vrednost usporenja. U toku zaustavljanja pogona usled kinetičke energije koja se oslobađa dolazi do povećanja napona u jednosmernom kolu do maksimalno dozvoljene vrednosti (što je u ovom slučaju oko 1179V), tada pretvarač u cilju sopstvene zaštite blokira tranzistore u invertoru, čime je motor isključen sa napajanja i pogon se zaustavlja prirodnim usporenjem, što se na slici 5. može uočiti. U slučaju preopterećenja, upravljački sistem je tako podešen da ukoliko preopterećenje deluje duže od dozvoljenog vremena, prvo brzina počinje da opada nakon dostizanja podešene granične vrednosti momenta motora, a zatim, ako i nakon 15s ne dostigne zadatu graničnu vrednost, upravljački sistem izdaje komadu frekventnom pretvaraču za zaustavljanje. Najpre pogon usporava kočenjem sa malim kočionim momentom. Kada se brzina smanji, aktivira se kočioni mehanizam i kočione obloge zaustavljaju pogon. Na ovaj način obezbeđena je zaštita svih komponenti pogona, kao i radnog elementa, od posledica preopterećenja koja traju duže od određenog vremena. Primenjena konfiguracija pogona za pokretanje radnog točka bagera SRs13 sa frekventnim pretvaračima nove generacije omogućuje direktnu kontrolu momenta (DTC) asinhronog motora. To omogućava brzo praćenje momenta opterećenja na radnom točku i generisanje nove referentne vrednosti momenta koja će smanjiti razliku estimirane i zadate brzine [4]. Na ovaj način postiže se precizno prilagođavanje rezne sile na zubcima kofica prema geološkim uslovima zemljišta. Promenom brzine radnog točka u prvom i donjem rezu može se vršiti korekcija ugla pražnjenja materijala iz kofica na traku radnog točka, čime se održava kapacitet kao u horizontalnom rezu. Startovanje sa postepenim ubrzanjem najvećeg pogona na bageru bez mehaničkih udara je takođe važna prednost primene frekventnih pretvarača. Ovo su značajne prednosti primenjenog regulacionog sistema u pogledu produženja veka mehaničkih sklopova koji čine ovaj pogon. 3. POGON OKRETA GORNJE GRADNJE BAGERA I ODLAGAČA Upravljačke karakteristike pogona okreta su vrlo zahtevne, zbog potrebe za čestim promenama smera i za ostvarivanjem složenih upravljačkih algoritama - npr. 1/cos α. Poseban problem predstavlja činjenica da zbog čestih promena smera, kočenja i ubrzanja, mehanički sklopovi pogona, reduktori, pogonski zupčanici i zupčasti venac, rade u ekstremno teškim uslovima. Takođe, ovaj pogon je višemotorni, tako da se koordinaciji rada između pojedinih pogona mora posvetiti posebna pažnja, pre svega raspodeli opterećenja, tako da ona bude ravnomerna u svim radnim režimima. Zbog navedenih činjenica ovaj pogon je uvek realizovan kao regulisani pogon. Pogonska grupa za kružno kretanje bagera prenosi obrtni moment sa motora na mali izlazni pogonski zupčanik koji pokreće zupčasti venac gornje gradnje. Zbog tehnologije rada rotornih bagera dolazi do smanjenja debljine odreska pri povećanju ugla okretanja. Da bi se održao stalan kapacitet potrebno je povećati širinu odreska, povećanjem brzine okreta. Klasična rešenja predstavljaju primenu programskog zakona upravljanja [1]: 1 v = v o cos α α

Novija rešenja baziraju se na automatskoj regulaciji brzine po kriterijumu održanja stalnog kapaciteta, na bazi direktnog merenja kapaciteta, ili indirektno na bazi stalnog opterećenja radnog mehanizma, radnog točka. Opseg potrebne regulacije brzine je između,2 v 1, v. 3.1. Opis i zahtevi pogona okreta na rudarskim mašinama Za potpuno zaustavljanje obrtnog kretanja sa najveće brzine, potrebno je određeno područje kružnog kretanja. Ukupan put na obimu luka kružnog kretanja, odnosno ugaoni opseg koji je potreban da bi se postiglo potpuno zaustavljanje obrtne gornje gradnje sa najveće brzine kružnog kretanja je takozvani inercioni put. O ovom inercionom putu mora se voditi računa prilikom međusobnog kružnog kretanja delova konstrukcije, da bi se izbegli sudari obrtne gornje gradnje sa drugim delovima konstrukcije. U tu svrhu je potrebno ugraditi sigurnosne uređaje, koji pravovremeno uključuju automatsko kočenje kružnog kretanja tako da ne dođe do sudara. Da bi se izbegle velike inercione sile na delove koji se obrću, a koje nastaju usled kočenja prilikom usporavanja, odnosno ubrzavanja pri polasku, usporenje odnosno ubrzanje u centru radnog točka se uglavnom bira da ne bude veće od,4 g. Upravljački sistem koji se mora koristiti kod ovih višemotornih pogona kada se realizuje sa frekventnim pretvaračima mora da ima nadređeni stepen, koji reguliše srednju brzinu svih pogona zajedno, i podređeni stepen koji čine regulatori svakog od pogona. Nadređeni regulator je integrisan u okviru upravljačkog sistema cele mašine, ili se koriste posebne upravljačke jedinice, koje su u komunikaciji sa upravljačkim sistemom mašine, sa jedne strane, i sa pretvaračima u pogonu sa druge strane. Struktura podređenog dela sistema upravljanja zavisi od koncepcije upravljačkog sistema pretvarača. Neki proizvođači nude pretvarače sa regulatorom brzine i momenta koji se mogu koristiti odvojeno, ili zajedno, neki proizvođači nude manje otvorene sisteme kod kojih se ne mogu koristiti pojedini interni regulatori odvojeno. Tek kada se odaberu pretvarači može se odabrati i struktura nadređenog regulatora brzine pogona, jer ona zavisi od raspoloživih mogućnosti pretvarača, odnosno njegovih upravljačkih resursa. Na pogonima okreta mora se, zbog velikih inercija, odnosno velike kinetičke energije, obavezno predvideti električno kočenje. Kako je ovaj pogon po pravilu višemotorni moguće je međusobno povezivanje jednosmernih kola pretvarača u cilju racionalnijeg iskorišćenja energije kočenja. Na taj način se sa jednim rekuperatorom može vršiti rekuperacija energije svih pretvarača, ili pak sa jednim čoperom i otpornikom vršiti disipacija energije kočenja. Konačan izbor strukture pogona zavisi od mnogo faktora, uključujući veličinu potrebnih investicija, unifikaciju opreme zbog održavanja i obezbeđenja potrebnih rezervi, itd. R Čoper Slika 6. Bager SRs13 3 3 3 Slika 7. Pogon okreta bagera SRs13 Referentna brzina i momenat za svaki pretvarač generišu se u nadređenom sistemu upravljanja koji je realizovan u PLC - u. Rukovaoc zadaje izbornim prekidačem brzinu koja se dalje koristi u regulacionom sistemu kao referenca zajedničkog regulatora brzine. Komunikacija između programskog kontrolera i svih pretvarača pogona okreta ostvarena je preko standardizovanog komunikacijskog Profibas protokola za industriju. Prethodno je izvršena parametrizacija

frekventnih pretvarača u saglasnosti sa zahtevima njihovog upravljanja i rada u mreži. Na slici 6. prikazan je bager SRs13, a na slici 7. jednopolna šema pogona okreta. Pogon je projektovan tako da su jednosmerna međukola tri pretvarača povezana na zajednički DC bus i imaju jedan zajednički čoper i jedan zajednički kočioni otpornik. 3.2. Analiza rezultata merenja na pogonu okreta bagera SRs13 Na slici 8. prikazan je jedan radni ciklus pogona okreta koji se sastoji iz više segmenata. Prvi segment predstavlja uključenje pretvarača pri čemu se vrši magnećenje motora, a brzina sva tri motora je nula. U drugom segmentu, nakon završetka magnećenja motora nadređeni regulacioni sistem zadaje referentnu brzinu po definisanoj rampi za sve motore istovremeno. Snimak radnog ciklusa pogona okreta na prikazanom dijagramu napravljen je u praznom hodu okreta. U većem delu zaletanja momenti su približno isti što znači da motori podjednako dele opterećenje. U trećem segmentu pri konstantnoj srednjoj brzini od 68 o/min, momenti su približno jednaki. Na ovaj način je određena jedna tačka sa karakteristike opterećenja pogona okreta. U četvrtom segmentu pogon okreta zaustavljen je po rampi, pri čemu su momenti motora ujednačeni. Na slici 9. prikazan je start pogona okreta i povećanje srednje brzine do vrednosti 17 o/min. Nakon dostizanja konstantne srednje brzine okreta zadato je povećanje referentne brzine u istom iznosu kao pri startu. 8 6 2-2 - Ref. brzina [ob/min] Srednja brzina [ob/min] Ref. momenat [%] x1 Momenat m e1 [%] x 1 Momenat m e2 [%] x 1 Momenat m e3 [%] x 1-6 1 2 3 4 5 6 7 8 Slika 8. Jedan ciklus; uključenje, polazak, rad sa konstantnom brzinom, i zaustavljanje pogona 8 6 2-2 - Ref. brzina [ob/min] Srednja brzina [ob/min] Ref. momenat [%] x 1 Momenat m e1 [%] x 1 Momenat m e2 [%] x 1 Momenat m e3 [%] x 1-6 1 2 3 4 5 6 7 8 Slika 9. Uključenje, polazak i povećanje brzine u istom iznosu Primenom frekventnih pretvarača pogon kretanja gornje gradnje može se vrlo uspešno i efikasno realizovati sa asinhronim kaveznim motorima, koji su u pogledu održavanja, pouzdanosti, i cene u nesumnjivoj prednosti nad motorima jednosmerne struje. Korišćenjem pretvarača sa integrisanim naprednim algoritmima upravljanja motorom, kao što su kontrola fluksa (FC), ili direktna kontrola momenta (DTC) [3], moguće je unaprediti upravljački algoritam tako da se dobije

usaglašena raspodela opterećenja, zaštita zubaca u prenosnom mehanizmu od udarnih opterećenja, promena smera kretanja bez zadržavanja na nultoj brzini na graničnim uglovima. Ovo poslednje doprinosi povećanju vremenskog iskorišćenja bagera, jer se u programskom radu značajno skraćuje vreme obrade podetaže, zbog brzog prelaska iz reza u rez, bez uobičajenog zadržavanja kod spuštanja i podizanja kočnica pogona [5]. Na slici 1. može se videti promena smera kružnog kretanja bez zaustavljanja na nultoj brzini. Takođe se može uočiti da motori i pri nultoj brzini razvijaju potreban moment, i obezbeđuju kontinualnu kontrolu brzine. 8 6 2 Momenat m e1 [%] x 1 Srednja brzina [ob/min] -2 - -6 1 2 3 4 5 Slika 1. Promena smera pogona okreta na bageru SRs13 Ovo su značajne prednosti primenjenog regulacionog sistema u pogledu produženja veka mehaničkih sklopova koji čine ovaj pogon. 4. POGON GUSENIČNOG TRANSPORTA BAGERA SRs13 Pogon guseničnog transporta rudarskih mašina je višemotorni pogon, koga čine dva, četiri, šest ili više motora. Ovaj pogon je najzahtevniji pogon na mašinama na kopovima. Pojedini pogoni su međusobno spregnuti u jednu kvazi krutu mehaničku spregu, preko podloge koja je neravna i nehomogena. Zbog ovoga se odnos sprezanja pogona u toku kretanja stalno menja, na unapred nepredvidiv način. Kod vožnje kroz krivinu potrebno je obezbediti kretanja pogona bitno različitim brzinama. Poseban problem je i činjenica da se veza sa tlom ostvaruje preko gusenica, koje u sistemu prenosa stvaraju značajne zazore. Zahtev za približno ravnomernom raspodelom opterećenja između pojedinih motora ostvaruje se upravljačkim sistemom, a pogoni se danas realizuju kao asinhroni sa frekventnom regulacijom. Upravljačke strukture višemotornih pogona zavise od vrste sprege između pogonskih jedinica, vrste motora, i načina regulisanja brzine i momenta motora. Pogonske jedinice kod višemotornih pogona spregnute su u osnovi kroz tehnološki proces u kome učestvuju. Sa stanovišta mehaničke sprege između pogonskih jedinica razlikuju se mehanički nespregnuti pogoni, pogoni u elastičnoj, plastičnoj i krutoj sprezi [6]. Regulacione strukture kod višemotornih pogona obavezno sadrže nadređeni regulator procesa, i više podređenih regulatora. U tehničkoj praksi kao pogonske jedinice danas dominiraju trofazni kratkospojeni asinhroni motori, koji se napajaju iz frekventnih pretvarača. Svetski proizvođači nude ovakve pogone visokih performansi sa pretvaračima u koje su implementirani algoritmi direktne kontrole momenta.

4.1. Opis pogona guseničnog transporta 1 2 Slika 11. Uvećan detalji pogonske grupe i pogonske zvezde Slika 12. Bager SRs13 - pogon transporta Soft start ω ref PLC + Reg.1 PID - m + - m es Aver. ω ei ABS LIM m eref Komparator Aver. m ei ω ref m e1 m e6 6x W_POS W_NEG 6x ω 1 ω: 6 Profibas mreža Frekv. Pretvarač U 1 Frekv. Pretvarač U 6 Slika 13. Funkcionalni blok regulatora transporta bagera SRs13 : : Na slici 11. prikazana je jedna pogonska grupa koju čine motor, reduktor i pogonska zvezda, dok se ceo pogon guseničnog transporta sastoji od šest asinhronih motora i šest frekventnih pretvarača sa nezavisnim ispravljačkim i invertorskim jedinicama. Izgled pogonske zvezde je snimljen u toku remonta gusenica, dok je na slici 12. prikazana donja gradnja bagera SRs13 koja se oslanja na gusenice transporta. Pogon je projektovan tako da su jednosmerna međukola tri pretvarača povezana na zajednički DC bus, i imaju jedan zajednički čoper i jedan zajednički kočioni otpornik. Takva ista konfiguracija je primenjena i na grupu od druga tri pretvarača, za pogone 4 do 6. Referentna brzina za svaki pretvarač generiše se u nadređenom sistemu upravljanja koji je realizovan u PLC- u. Rukovaoc zadaje izbornim prekidačem brzinu koja se dalje preko bloka za soft start prosleđuje svakom pretvaraču. U cilju regulisanja brzine transporta bagera zadata brzina transporta poredi se sa srednjom brzinom i ova greška dovodi se u nadređeni PID regulator momenta koji generiše referencu momenta za svaki pretvarač pojedinačno. U upravljačkom sistemu realizovani PID regulator referentnog momenta ima mogućnost promene limita po znaku i vrednosti. Vrednosti ovih limita referentnog momenta zavise od odstupanja trenutno generisane reference momenta prema srednjoj vrednosti momenata. Nadređeni upravljački sistem je realizovan softverski u PLC u. Profibus komunikacijski protokol je korišćen za povezivanje frekventnih pretvarača sa PLC om i ostalim delom sistema upravljanja na bageru SRs13, slika 13. Prethodno je izvršena parametrizacija svih frekventnih pretvarača u saglasnosti sa zahtevima njihovog upravljanja i rada u mreži. 4.2. Analiza rezultata merenja na pogonu guseničnog transporta Predloženi algoritam upravljanja je praktično proveren na pogonu transporta bagera SRs13. Rezultati obuhvataju snimljene karakteristične veličine pri kretanju, promeni referentne brzine u toku kretanja i zaustavljanju pogona transporta. Na slici 14. prikazan je snimak vožnje transporta glavne mašine bagera SRs13. Najpre se izdaje komanda za uključenje pretvarača pri čemu se vrši magnetizacija motora, dok je brzina svih šest motora jednaka nuli.

1 8 6 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Ref. brzina [o/min] Srednja brzina [o/min] Ref. momenat [%]x1 Momenat m e1 [%]x1 Momenat m e3 [%]x1 Momenat m e6 [%]x1 Slika 14. Dijagram 1, transport bagera SRs13 1 8 6 2 1 2 3 4 5 6 7 8 Ref. brzina [o/min] Srednja brzina [o/min] Ref. momenat B [%]x1 Brzina n 1 [o/min] Brzina n 3 [o/min] Brzina n 6 [o/min] Slika 15. Dijagram 2, transport bagera SRs13. Nakon završetka magnetizacije motora nadređeni regulacioni sistem zadaje referentnu brzinu po definisanoj rampi za sve motore istovremeno. Prvo stacionarno (ili kvazi-stacionarno) stanje je pri 9 o/min zadate brzine. Zatim je transport usporavao ka 5 o/min i to je drugo stacionarno stanje. Treće stacionarno stanje je slično prvom. Zaustavljanje transporta se vrši po istoj rampi kao i kod polaska. Na slici 15. prikazana je srednja vrednost brzine svih šest motora. Srednja brzina stalno osciluje oko zadate, a dobijena je kao aritmetička sredina šest pojedinačnih brzina. Na slici 15. snimljene su brzine istih motora kao i na slici 14., pri transportu sa zadatom brzinom 5 o/min. Posledica oscilovanja brzina pogona, i srednje brzine, je priroda mehanizma prenosa obrtnog momenta sa reduktora na translatorno kretanje gusenice. Ovaj mehanički prenos se vrši preko tzv. pogonske zvezde na čijem se obodu nalaze zupci pomoću kojih se vrši sprezanje dve susedne metalne ploče. Broj zubaca i korak ozubljenja su poznati i oni dominantno utiču na učestanost oscilacija brzine. U toku kretanja uvek jedan zubac počinje sprezanje dve susedne ploče, dok drugi počinje rasprezanje dve njemu susedne ploče. Trenuci početka sprezanja i rasprezanja na pojedinim gusenicama nikada nisu isti, i zavise od mnogih faktora kao što su: brzina transporta, vrsta podloge, nagib podloge, način kretanja transporta (kretanje po krivoj liniji), položaj katarke radnog točka, kvalitet podmazivanja površina, zategnutost ili opuštenost gusenica i dr. Iz izloženog se jasno zaključuje da moment opterećenja na pogonskoj zvezdi ima komponente koje su slučajne prirode i ne mogu se tačno odrediti. Oscilovanje opterećenja jednog motora je signal koji je superpozicija prosto-periodičnog signala čija učestanost zavisi od koraka pogonske zvezde i slučajnog signala. Oscilovanje opterećenja ima za posledicu oscilovanje brzine jednog pogona. Dok je posmatrana srednja brzina kretanja transporta aritmetička sredina šest takvih složeno-periodičnih signala. Stoga je i sama složeno-periodična veličina. Primenjeni regulacioni sistem na pogonu transporta bazira se na direktnoj kontroli momenta, (DTC) asinhronog motora pomoću nove generacije frekventnih pretvarača. To omogućava brzo praćenje momenta opterećenja na gusenicama i generisanje nove referentne vrednosti momenta koja će smanjiti razliku srednje i zadate brzine, pri tome istovremeno vršiti preraspodelu opterećenja. Na ovaj način postiže se da jedan složeni rudarski pogon, kao što je transport bagera, ima ujednačenu srednju brzinu sa malim odstupanjem u odnosu na zadatu brzinu, i ravnomernu raspodelu opterećenja između motora [7]. Ovo su značajne prednosti primenjenog regulacionog sistema u pogledu produženja veka mehaničkih sklopova koji čine ovaj pogon.

5. ZAKLJUČAK Osnovne prednosti primene frekventno regulisanih pogona u tehničko-tehnološkom smislu na rudarskoj mehanizaciji su [8]: Nesmetano pokretanje transportera pod punim opterećenjem. Pogon sa pretvaračem obezbeđuje u toku pokretanja maksimalno dozvoljeni momenat, koji omogućava savlađivanje i najvećih otpora kretanju. Ograničenjem (limitiranjem) ovog momenta na maksimalno dozvoljenu vrednost štite se svi delovi postrojenja. Kod pogona sa više motora obezbeđuje se potpuno ravnomerna raspodela opterećenja između motora, odnosno raspodela srazmerna snagama motora, nezavisno od prečnika bubnjeva. Mogućnost rada sa promenljivom brzinom omogućava maksimalno iskorišćenje performansi mašina uz smanjenje potrošnje energije. Moguće su uštede energije između 15 i 2%. Kod BTO i BTD sistema transporteri sa frekventno regulisanim pogonima omogućavaju puštanje sistema u blokadi od bagera. Frekventni pretvarači obezbeđuju najviši nivo zaštite motora i pogona u celini. U pretvaračima su standardno integrisane zaštite motora od preopterećenja, pregrejavanja, prevelike struje, prenapona, nesimetrije faza, i sl. Sami pretvarači su takođe zaštićeni sopstvenim sistemom zaštite. Sve navedene zaštite i motora i pretvarača su integrisane u pretvaračima, zbog ovoga, u postrojenju se ne moraju ugrađivati uobičajene zaštite, čime se smanjuje potreba za održavanjem. Upravljačke karakteristike pretvarača omogućavaju njihovo integrisanje u sistem upravljanja i nadzora, čime se dobija vrlo visok nivo kontrole sistema. Motori u okviru ovih pogona su kavezni, tako da su u pogledu održavanja daleko pogodniji od kliznokolutnih. Rukovanje i podešavanje pretvarača je vrlo jednostavno, i obuka osoblja se može obaviti za sasvim kratko vreme. Sve navedene prednosti, kao i povećana energetska efikasnost, ukazuju na prednosti primene regulisanih pogona sa kaveznim asinhronim motorima napajanim iz frekventnih pretvarača na rudarskoj mehanizaciji. Sva navedena rešenja su osmišljena, projektovana i realizovana domaćim snagama. REFERENCE [1] Walter Durst, Werner Vogt, Bucket Wheel Excavator, TRANS TECH PUBLICATIONS, 1988, Germany. [2] ABB Industry Dives, Direct Torque Control, Technical Guide No1, EN 3.6.1999, 3BFE 5856685 R125 REV B. [3] Antoni Arias Pujol, Improvments in direct torque control of induction motors, Iniveritat Politècnica de Catalunya, 2. [4] Neša Rašić, Borislav Jeftenić, Milan Bebić, Saša Štatkić, Regulisani pogon radnog točka rotornog bagera SRs 13, L Konferencija ETRAN-a, Beograd, 6-8 juna 26.god. [5] Borislav Jeftenić, Neša Rašić, Milan Bebić, Saša Štatkić, Primena frekventnih pretvarača na pogonu okreta rudarskih mašina, Mehanizacija i automatizacija u rudarstvu i energetici - MAREN 6, Beograd, 27.9.26 29..26 [6] B. Jeftenić, M. Bebić, D. Jevtić, Raspodela opterećenja kod pogona u mehaničkoj sprezi, Ee 21, Novi Sad, Nov. 21. [7] Borislav Jeftenić, Neša Rašić, Milan Bebić, Saša Štatkić, Primena frekventnih pretvarača na pogonu transporta rudarskih mašina, Mehanizacija i automatizacija u rudarstvu i energetici - MAREN 6, Beograd, 27.9.26 29..26 [8] B. Jeftenić, M. Bebić, L. Ristić i dr.: Opravdanost primene trakastih transportera sa frekventnom regulacijom brzine na površinskim kopovima EPS-a, studija rađena za potrebe EPSa, 25., Elektrotehnički fakultet u Beogradu