Podziemne zakłady górnicze w Polsce to obszary, w których awaria jednego przekaźnika może skutkować nie tylko przestojem produkcyjnym o ogromnych kosztach, ale przede wszystkim zagrożeniem życia pracowników. Górnictwo to zresztą jedna z najbardziej wymagających branż pod względem środowiskowym. Warunki panujące w kopalniach charakteryzują się wysoką wilgotnością, temperaturami dochodzącymi do 50°C, obecnością pyłów, gazów wybuchowych, takich jak metan, oraz ciągłymi wibracjami od maszyn.
KLUCZOWE WYZWANIA
Atmosfera wybuchowa (ATEX): obecność metanu i pyłu węglowego
W kopalniach węgla kamiennego zagrożenie wybuchem ma dwa główne źródła: metan oraz pył węglowy.
Metan, uwalniający się ze złoża, tworzy z powietrzem mieszankę wybuchową już przy stężeniu 5–15%. Z kolei pył węglowy, osiadający na urządzeniach, może zostać wzniecony w powietrze, tworząc chmurę, która pod wpływem iskry działa jak paliwo w silniku Diesla – powodując potężną eksplozję.
Do zastosowania w maszynach pracujących w takim środowisku rozwiązaniem są produkty z certyfikatem ATEX. Dostępnych jest kilka rodzajów produktów, poczynając od klasycznych przekaźników montowanych na płytkę PCB (seria 41), z dostępnymi dwoma stykami przełącznymi 8 A lub jednym o nominalnym prądzie 16 A.
W razie potrzeby wysterowania większej mocy rozwiązaniem jest seria 66. Tutaj mamy już dwa styki przełączne o prądzie do 30 A, a dzięki dwóm sposobom wykorzystania (montaż na płytkę PCB lub Faston 250) zapewniona zostaje duża niezależność w projektowaniu.
Jeżeli komponenty automatyki umieszczone są w szafie, Finder proponuje rozwiązanie kompletne w postaci gniazda na szynę DIN i przekaźnika – modułu sprzęgającego, czyli serię 58. Dodatkowym osprzętem do tej serii może być moduł sygnalizacyjny lub zabezpieczający. Dostępne są przekaźniki o parametrach do czterech styków przełącznych i prądzie 6 A.
Jeśli niezbędne jest zastosowanie przekaźnika czasowego, możemy sięgnąć po moduł serii 86. Pozwala on na przerobienie przekaźnika na czasówkę.
Tym sposobem oszczędzamy miejsce w szafie sterowniczej, a w razie awarii przekaźnika (np. przez zaistniałe przepięcie) wymieniamy tylko element wykonawczy, czyli sam przekaźnik. Jeśli w szafie elektrycznej jest ograniczona ilość miejsca (czyli prawie zawsze), a potrzebujemy zastosować sterowanie, często możemy użyć przekaźnika czasowego w obudowie modułowej, jak na zdjęciu poniżej.
Jest to przekaźnik interfejsowy, zbudowany z gniazda 6,2 mm (!), które umożliwia zadanie czasu pracy przekaźnika. Podobnie jak w poprzednim omawianym typie, sam przekaźnik można wymienić w razie zużycia bez konieczności instalowania nowej „czasówki”.
Przekaźnik posiada styk przełączny do 6 A oraz możliwy zakres czasowy od 0,1 sekundy do 6 godzin.
Dla osób, które preferują klasyczne przekaźniki czasowe z możliwością ustawienia parametrów za pomocą wkrętaka i w obudowie modułowej, warto rozważyć serię 83. Tworzą ją modele z certyfikatem ATEX, o zakresie czasowym od 0,05 sekundy do dziesięciu dni.
Agresywne środowisko: woda kopalniana o wysokim zasoleniu oraz wszechobecne wibracje od maszyn urabiających
Woda kopalniana nie jest zwykłą deszczówką! To często solanka o ekstremalnie wysokim stężeniu chlorków i siarczanów, która działa na miedź i stal jak kwas. Dodatkowo pamiętajmy, że w kopalniach panuje niemal 100% wilgotność. Kolejnym wrogiem są wibracje. Maszyny o mocy wielu megawatów, kruszące twardą skałę, generują drgania o niskich częstotliwościach, które przenoszą się przez podłogę i konstrukcje stalowe na szafy sterownicze. Ponieważ drgania powodują luzowanie się połączeń śrubowych w przekaźnikach, dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie złączy typu Push- In. Charakteryzują się one stałą siłą dociskania przewodu – zewnętrzne warunki nie mają na to wpływu, przez co połączenie jest niezawodne.
Stabilność zasilania: długie linie kablowe i spadki napięć wymagają komponentów o szerokiej tolerancji parametrów wejściowych
Sieci elektryczne w kopalniach są specyficzne ze względu na swoją rozpiętość. Odległość od podziemnej stacji transformatorowej do maszyny urabiającej może wynosić setki metrów, a do systemów monitoringu – nawet kilometry. Prawo Ohma jest tu nieubłagane: tak długie linie kablowe generują ogromne spadki napięć, szczególnie podczas rozruchu ciężkich silników, gdy napięcie w sieci może gwałtownie się zmniejszyć.
Kolejny istotny problem przy liniach długich stanowi indukowanie się napięcia w przewodach o dużej rozpiętości. Dochodzi do tego często, a rozwiązaniem jest zastosowanie modułu do linii długich, przedstawionego poniżej.
Dodatkowym czynnikiem, który może powodować, że styki nie rozłączają się po wyłączeniu zasilania, jest użycie elementu sterującego cewką przekaźnika. Przykładowo, czujnik indukcyjny wykorzystany do sterowania jest w stanie generować prąd szczątkowy – na tyle duży, że uniemożliwia prawidłowe wyłączenie przekaźnika.
PODSUMOWANIE
Przedstawione przykłady jednoznacznie pokazują, że automatyka przemysłowa w górnictwie stanowi nie tylko element wspierający procesy technologiczne, lecz także fundament bezpieczeństwa, niezawodności i ciągłości pracy całych systemów. W środowiskach, gdzie występują atmosfery wybuchowe, agresywne czynniki chemiczne, ekstremalne warunki klimatyczne oraz silne wibracje, każdy element toru sterowania musi być dobierany świadomie, z uwzględnieniem norm branżowych, certyfikacji oraz realnych warunków eksploatacji.
Marcin Ryba
Finder Polska Sp. z o.o.
