Предложено техническое решение на доступной элементной базе Российских производителей, позволяющее контролировать вес перемещаемой горной массы посредством карьерных экскаваторов
контроль веса, горная масса, карьерный экскаватор
Предприятия топливно-энергетичес-кого комплекса в современных условиях стараются использовать инновационные технологии, которые позволяют автоматизировать технологические процессы, повысить точность учета при перемещении горных масс и шире внедрять элементы диспетчеризации при управлении на всех стадиях добычи, транспортировки и переработки полезных ископаемых.
Если отследить эту цепочку с самого начала, то следует обратить внимание на забои, где происходит добыча полезного ископаемого, а затем его перевалка и погрузка на железнодорожный транспорт. Например, на предприятии ООО «Компания Востсибуголь» решают проблему точного определения веса загруженного угля в полувагон железнодорожного состава экскаватором ЭКГ-5А (экскаватор карьерный, гусеничный с объемом ковша 5 м3).
Это необходимо для того, чтобы исключить недогруз или перегруз, которые увеличивают грузооборот полувагонов, так как при этом требуется дополнительное дозирование другим экскаватором на пункте взвешивания.
Рисунок 1 – Экскаватор ЭКГ-5А на погрузке угля в полувагоны
Установить тензодатчик можно в разрыв троса, на который приходится усилие, пропорциональное весу перемещаемой горной массы. Одним из вариантов является использование силопередающего устройства для датчиков растяжения-сжатия С2/Ш3 (рисунок 2), являющимся узлом встройки со сферическим подшипником. Данное устройство предотвращает появление боковых сил и повышает точность измерений [2].
Рисунок 2 – Силопередающее устройство для датчиков растяжения-сжатия С2/Ш3
Предлагается для этих целей использовать тензометрические датчики. Такой датчик, в соответствии с п.2.1.2 ГОСТ 8.631-2013, представляет собой весоизмерительный элемент, который реагирует на изменение величины физического воздействия (усилия) и переводит его в электрический сигнал. Фактически это резистор, меняющий параметр омического сопротивления, по отношению к прилагаемой силе. На практике широко используются для измерения массы и нагрузки в весоизмерительных системах. В зависимости от сферы применения могут быть различные типы тензодатчиков, отличающихся как принципом действия, так и конструктивными особенностями [1].
Массогабаритные параметры датчиков этого типа приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Массогабаритные параметры датчиков типа С2/Ш3
|
НПИ, т |
Масса датчика, кг |
Длина кабеля для соединения с преобразователем |
|
0,5; 1; 2 |
1,5 |
3 |
|
3, 5, 7 |
4 |
10 |
|
10 |
9,3 |
|
|
20 |
8 |
Как видно из таблицы 1, эти датчики подходят для решения данной проблемы в сложных горнотехнических и климатических условиях Сибири [2]. Например, для устройства С2/Ш3-20 диапазон температур эксплуатации и хранения от -50 до +50 С0. Наибольший предел измерения (НПИ) 20 тонн, допустимая перегрузка в течении не более 1 часа – 25 % от НПИ, а разрушающая нагрузка – 300 % от НПИ.
Сигнал с весоизмерительного элемента передается на весовой преобразователь-контроллер, изображенный на рисунке 3, который предназначен для использования в системах управления технологическими процессами [2]. Прибор имеет 4 дискретных входа и 4 дискретных выхода для возможности построения на его основе поточных весов. Прибор изготовлен в алюминиевом корпусе щитового исполнения с прочным порошковым покрытием. Имеет яркий светодиодный индикатор и кнопочную клавиатуру для работы с прибором и управления настройками.
Рисунок 3 – Весовой преобразователь-контроллер
С целью проведения предварительных исследований данного варианта решения, разработана лабораторная установка на базе Arduino-модуля HX711 на основе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) со встроенным усилителем HX711, предназначенным для получения данных с тензодатчиков. Основа модуля – специализированная микросхема HX711, имеет АЦП с разрешением 24 бит, благодаря чему обеспечивается высокая точность измерений (для сравнения – разрешение АЦП, встроенного в Arduino 10 бит). Модуль имеет 2 канала А и В, к которым можно подключить два тензодатчика. Для канала А коэффициент усиления равен 64 или 128, для канала В коэффициент усиления равен 32. Модуль работает с частотой измерений 80 Гц. Технические характеристики НХ711 [3]:
напряжение питания – 5,5-6 В;
рабочее напряжение – 5 В;
количество каналов подключения тензодатчиков – 2;
коэффициент усиления – 32, 64, 128;
дифференциальный вход с напряжением – ± 40 мВ;
разрядность АЦП – 24 бит;
частота измерений – 80 Гц;
рабочий ток – до 10 мА;
рабочая температура – 40-85 С0;
размеры – 38х21х10 мм.
Схема лабораторной установки приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема лабораторной установки подключения тензодатчика HX711 к Arduino
На схеме рисунка 4 датчик веса – это тензодатчик до 5 кг YZC131, Arduino-модуль на основе платы Arduino-NANO [3]. Через контроллер Arduino-NANO можно подключить к жидкокристаллическому экрану или компьютеру.
Поскольку на выходе тензодатчика изменяется напряжение, то именно оно преобразуется в бинарный код. Диапазон контролируемых напряжений зависит от выбранного коэффициента усиления. Если коэффициент равен 128, диапазон измеряемых напряжений варьируется от – 20 мВ до + 20 мВ, выбор коэффициента усиления 64 определяет пределы измерения от – 40 мВ до + 40 мВ и при коэффициенте равном 32 пределы измерения определяются величинами – 80 мВ и + 80 мВ. Эти данные будут корректными только при напряжении питания +5 В. Если входное напряжение выйдет за нижнюю границу диапазона, АЦП выдаст код 800000h, а если за верхнюю, то код будет 7FFFFFh. Перед использованием тензодатчика его необходимо откалибровать.
Таким образом предложено техническое решение на доступной элементной базе Российских производителей [2, 4], позволяющее контролировать вес перемещаемой горной массы посредством карьерных экскаваторов.
1. Тензодатчик: принцип работы, устройство, типы, схемы подключения. [Электронный ресурс] URL: https://www.asutpp.ru/tenzodatchik.html (обращение 30.10.2022).
2. Тензо-М. Ведущий разработчик и производитель весоизмерительной техники в России. [Электронный ресурс] URL: https://www.tenso-m.ru/ (обращение 30.10.2022).
3. Подключение тензодатчика HX711 к Arduino. [Электронный ресурс] URL: https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/tenzodatchiki-i-vesy-na-arduino-i-nh711/ (обращение 30.10.2022).
4. УРАЛВЕС. Весовая электроника. [Элек-тронный ресурс] URL: https://tenzo.uralves.com/?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=tenzo_land_rsya_ru&utm_content=video.yandex.ru&utm_term=&yclid=6392480027066295794 (обращение 30.10.2022).
