6.Обеспечение согласованного режима работы с системой ав­ томатического контроля газового состояния лавы.

7.Автоматическое отключение приводов резания и подачи вы­ емочной машины при аварийной ситуации.

7.3. Варианты и функциональные схемы автоматического поддержания нагрузки на приводе выемочпой машины

Существуют два принципиальных варианта автоматизации поддержания нагрузки на приводе выемочной машины.

1. Вариант, при котором оптимальная нагрузка на приводе вы­ емочной машины поддерживается изменением скорости ее подачи на забой (минимум).

2. Вариант, при котором оптимальная нагрузка на приводе вы­ емочной машины поддерживается одновременным изменением как скорости подачи, так и скорости режущего исполнительного органа (максимум). Однако этот вариант значительно сложней предыду­ щего для практической реализации, поэтому в настоящее время он воплощен только для выемочных машин с раздельным приводом.

Оба варианта автоматизации поддержания нагрузки на приводе выемочной машины обеспечивают вариацию следующих парамет­ ров ее рабочего цикла:

-Гр — скоростью резания полезного ископаемого;

-Vn— скоростью подачи выемочной машины;

-Р0— эффективной мощностью резания полезного ископае­ мого.

Всвою очередь, минимальный вариант автоматизации выемоч­ ных работ делится на следующие разновидности:

-стабилизацию скоростей;

-экстремальный вариант;

-стабилизацию мощности;

-двойной экстремальный вариант.

7.3.1. Стабилизация скоростей

При этом варианте соотношения основных параметров рабоче­ го цикла выемки полезного ископаемого следующие:

Рис. 28. Структура системы автоматизации поддержания нагрузки на приводе выемочной машины в варианте стабилизации мощно­ сти: Пр П — привод подачи; К — комбайн; Dp — датчик скорости резания

Применение этого варианта обеспечивает полное использование мощности приводов выемочной машины, но не обеспечивает опти­ мальное™ режимов ее работы. Наибольшее применение этот вари­ ант нашел в автоматазации выемочных работ на пластах малой мощ­ ное™, не требующей большой энерговооруженности комбайнов. В самом упрощенном виде он был использован для автоматаческого поддержания нагрузки на приводе врубовой машины «Урал-33».

7.3.3. Двойной экстремальный вариант

Этот вариант обеспечивает одновременное управление по двум параметрам, один из которых, как правило, является приоритетным. Примером реализации такого варианта является схема управления, представленная на рис. 29.

В этой схеме представлены два контура управления: один из них управляет эффективной мощностью двигателя, а второй— ско­ ростью подачи выемочной машины. При этом первый контур явля-

Рис. 29. Структура системы автоматизации поддержания

нагрузки на приводе выемочной машины в двойном

экстремальном варианте

ется приоритетным по сравнению со вторым контуром. Этот вари­ ант применяется в основных системах автоматического поддержа­ ния нагрузки горных машин, таких как САДУ-2 и ИПИР-ЗМ.

7.4. Автоматизация поддержания нагрузки в варианте стабилизации мощности на приводе врубовой машины «Урал-33» с электрогидравлическим подающим механизмом

Врубовая машина «Урал-33» в свое время применялась для соз­ дания врубовой щели в нижней части угольных пластов, которая об­ легчала последующее разрушение этого пласта буро-взрывным спо­ собом. Эта машина имела общий электропривод для режущего орга­ на и гидравлической подающей части. Принципиальная схема автоматического управления этой машиной представлена на рис. 30.

Датчиком нагрузки на приводе этой машины является транс­ форматор тока ТТ, включенный в одну из фаз силовой сети питания ее электродвигателя. Между двумя другими фазами этой сети вклю­ чен трансформатор напряжения ТН, формирующий опорный сиг­ нал и играющий роль задающего элемента системы, относительно которого настраивается вся система автоматики. Оба сигнала пода­ ются на соответствующие выпрямительные мосты В1 и В2.

Рис. 30. П ринципиальная схема автоматического

поддержания нагрузки на приводе врубовой маш ины

«Урал-33»

Выпрямительные мосты В 1 и В2 входят в состав элемента срав­ нения системы, которая настраивается таким образом, чтобы при равенстве сигналов ТН и ТТ транзисторные ключи Т1 и Т2 находи­ лись в закрытом состоянии. При этом исполнительные электромаг­ ниты ЭМ1 и ЭМ2 находятся в обесточенном состоянии.

Вслучае перегрузки двигателя выемочной машины сигнал

странсформатора тока ТТ будет превышать задающий сигнал, в ре­ зультате чего откроется транзистор Т1 и включит через свою эмми- терно-коллекторную цепь электромагнит ЭМ1, воздействие кото­ рого на регулятор скорости подачи приведет к снижению этой ско­

рости, а следовательно, к снижению нагрузки на двигатель.

В случае недогрузки двигателя выемочной машины на элементе сравнения будет преобладать задающий сигнал, что также приведет к включению электромагнита ЭМ2, а следовательно, к соответствую­ щему увеличению скорости подачи и нагрузки на двигатель машины.

Принципиальная схема автоматического поддержания нагруз­ ки на приводе врубовой машины представлена на рис. 30. Эта схема реализует аналоговый вариант регулятора нагрузки.

Более современный, микропроцессорный (цифровой) вариант такого регулятора показан на рис. 31. Основу такого регулятора со­ ставляет микропроцессорный контроллер с портами параллельного ввода/вывода или микропроцессорные модули с аналогичными портами.

Рдискрета. Out dl -----ЭМ2 -j

вывода GND

Рис. 31. Принципиальная схема автоматического

цифрового регулятора нагрузки на приводе врубовой

машины

Датчик нагрузки (трансформатор тока) подключен на один из каналов порта аналогового ввода. Трансформатор напряжения ис­ ключен из этой схемы, так как в нем нет необходимости, в силу то­ го, что цифровой задающий сигнал вводится в оперативную память контроллера, а элементом сравнения в нем является арифметиче- ско-логическое устройство АЛУ. Кнопки «пуск» и «стоп» подклю­ чены к соответствующим каналам порта дискретного ввода.

Исполнительные электромагниты ЭМ1 и ЭМ2, воздействую­ щие на регуляторы скорости подачи машины, подключаются к со­ ответствующим каналам порта дискретного вывода. Взаимодейст­

вие всех элементов этой системы в процессе регулирования нагруз­ ки на приводе машины определяется алгоритмом и написанной на его основе рабочей программой, которая хранится в памяти микро­ контроллера. Структура этого алгоритма показана на рис. 32.

После запуска этого алгоритма в цикле опрашивается состоя­ ние кнопки «Пуск», при нажатии которой происходит переход к циклическому процессу работы регулятора. В начале этого цикла опрашивается датчик нагрузки (трансформатор тока), после чего фактическая нагрузка двигателя сравнивается с заданной. При ра­ венстве этих нагрузок происходит циклический возврат к опросу датчика тока. При неравенстве этих сигналов в зависимости от их соотношения происходит включение электромагнитов ЭМ1 или ЭМ2. Возврат к очередному циклу работы регулятора происходит после анализа состояния кнопки «Стоп». Если эта кнопка нажата, то цикл работы прекращается и происходит останов всего алгоритма.

7.5. Автоматизация поддержания нагрузки на приводе выемочных машин в режиме двойпого экстремального варианта

Двойной экстремальный вариант автоматического поддержа­ ния нагрузки на приводе выемочных машин является основным структурным вариантом устройства серийной аппаратуры типа САДУ-2 и ИПИР-ЗМ.

7.5.1. Система поддержания нагрузки на приводе выемочной машипы с помощью аппаратуры САДУ-2

Автоматическая система поддержания нагрузки на приводе вы­ емочной машины типа САДУ-2 выпускается серийно в аналоговом варианте. Структура этой системы представлена на рис. 33.

В аппаратуре САДУ-2 заложено два контура регулирования: по току двигателя выемочной машины и по скорости ее подачи на за­ бой, причем первый контур имеет приоритет над вторым.

Принцип работы аппаратуры состоит в следующем. Если ток на­ грузки двигателя не превышает заданного значения, то в этом случае работает контур регулирования скорости подачи выемочной маши-

эсз

Рис. 33. Структурная схема аппаратуры САДУ-2

ны на забой. Фактическое значение этой скорости фиксируется дат­ чиком скорости ДС и сравнивается на элементе сравнения ЭС1 с ве­ личиной его заданного значения. В случае превышения фактической скорости над ее заданным значением сигнал элемента сравнения пе­ рекидывает триггер Т2 в единичное состояние. Этот сигнал через нормально замкнутый контакт ЭР электронного реле включает элек­ тромагнит ЭМ1. Сигнал с этого электромагнита поступает на эле­ мент сравнения ЭС2, где преобразуется в сигнал, который смещает положение золотника в сторону увеличения производительности гидронасоса ГН, который, в свою очередь, увеличивает скорость вра­ щения гидромотора ГД, следовательно, возрастает и скорость подачи комбайна. Это увеличение продолжается до тех пор, пока фактиче­ ская скорость подачи не сравняется с заданной. При превышении скорости подачи выше заданного уровня триггер Т2 переходит в ну­ левое состояние, поэтому электромагнит ЭМ1 отключается и золот­ ник перемещается в сторону снижения производительности насоса, а значит, и уменьшения скорости подачи.

При перегрузке двигателя выемочной машины в работу вступа­ ет контур управления нагрузкой на двигателе. При этом сигнал дат­ чика нагрузки ДН будет превышать величину задающего сигнала на элементе сравнения ЭСЗ, в результате чего сигнал на выходе этого элемента перекинет триггер Т1 в единичное состояние. Этот триг­ гер включит одновременно электромагнит ЭМ2 и электронное реле ЭР. Это реле разомкнет свой контакт в контуре управления скоро­ стью подачи и тем самым выключит его из процесса управления,

а электромагнит ЭМ2 будет перемещать золотник в сторону сниже­ ния производительности насоса и снижать скорость подачи до тех пор, пока нагрузка на двигатель не достигнет заданного значения. Когда это произойдет, триггер Т1 размыкает реле ЭР и в работу сно­ ва включается контур управления скоростью подачи.

Принцип управления, заложенный в аппаратуре САДУ-2, мо­ жет быть реализован в микропроцессорном варианте с использова­ нием микроконтроллера. Схема микропроцессорного варианта ап­ паратуры САДУ-2 представлена на рис. 34.

Рис. 34. Схема микропроцессорного варианта

аппаратуры САДУ-2

Основу такой аппаратуры составляет микропроцессорный кон­ троллер или микропроцессорные модули с аналогичным портом ввода и с портами дискретного ввода/вывода. К порту дискретного ввода подключены кнопки «пуск» и «стоп», а к порту аналогового ввода подключены датчик нагрузки ДН и датчик скорости ДС. К порту дискретного вывода подключены исполнительные элек­ тромагниты ЭМ1 и ЭМ2. Взаимодействие всех элементов этой сис­ темы в процессе автоматического управления определяется алго­ ритмом, структура которого показана на рис. 35.

Как и в предыдущем алгоритме, после его запуска первоначаль­ но в цикле опрашивается состояние кнопки «пуск», при нажатии ко­ торой происходит переход к циклическому процессу работы этой микропроцессорной системы. Поскольку контур регулирования на-

грузкой двигателя является приоритетным, то в начале этого цикла опрашивается состояние датчика нагрузки (трансформатора тока), после чего фактическая нагрузка двигателя сравнивается с задан­ ной ее величиной, которая считывается из памяти микроконтролле­ ра. Если фактическая нагрузка будет превышать заданную, то про­ исходит переход к оператору включения электромагнита ЭМ2, в ре­ зультате чего уменьшается скорость подачи и величина тока двигателя.

В противном случае происходит переход к контуру регулиро­ вания заданной скорости подачи. С этой целью опрашивается дат­ чик скорости ДС, и его показания сравниваются с заданной величи­ ной этой скорости, также находящейся в памяти контроллера. В случае равенства этих сигналов никаких изменений в системе не происходит, и алгоритм автоматически переходит на повторение нового цикла. При неравенстве этих сигналов происходит включе­ ние одного из электромагнитов, в зависимости от того, какой из сиг­ налов при этом сравнении преобладает. Далее перед переходом на очередной цикл управления происходит анализ состояния кнопки «стоп». Если эта кнопка нажата, то цикл работы прекращается, в противном случае цикл управления продолжается.

7.5.2. Система поддержания нагрузки на приводе выемочной машины с помощью аппаратуры ИПИР-ЗМ

Аппаратура ИПИР-ЗМ — это импульсный пропорциональ­ но-интегральный регулятор нагрузки на приводе выемочной маши­ ны. Она выпускается серийно в аналоговом варианте. Структура этого устройства представлена на рис. 36.

Регулятор ИПИР-ЗМ импульсного типа. Как и аппаратура САДУ-2, он содержит два контура управления. Один из них являет­ ся контуром управления по мощности двигателя, другой — по ско­ рости подачи машины на забой. Как и в предыдущем случае, пер­ вый контур имеет приоритет.

Задающий и фактический сигналы по нагрузке двигателя по­ даются на элемент сравнения двух сигналов — фактического и за­ данного тока нагрузки двигателя. Сигнал с элемента сравнения С1 формирует два выходных сигнала импульсного типа. Первый им­ пульсный сигнал появляется в том случае, если ток нагрузки дви­ гателя будет превышать заданное значение. Этот сигнал подается на первый широтно-импульсный преобразователь ШИМ1, кото­ рый преобразует сигнал положительного рассогласования в ши- ротно-модулированный импульсный сигнал. Ширина импульса этого преобразователя пропорциональна величине положительно­ го рассогласования между заданным и фактическим током нагруз­ ки. Сигнал с ШИМ1 через логические элементы И-НЕ и релейный

I3

1ф

Рис. 36. Структурная схема аппаратуры ИПИР-ЗМ

элемент (ключ К1), импульсно подается на логический ключ И второго контура управления. При отрицательном рассогласовании фактического и заданного тока нагрузки двигателя сигнал с эле­ мента сравнения С1 подается на ШИМ2, работающего по такому же принципу, как и ШИМ1. Выходной сигнал этого модулятора импульсно включает релейный ключ А4, который через блок логи­ ки управляет исполнительными электромагнитами.

Контур регулирования скорости подачи содержит элемент сравнения С2, предназначенный для сравнения заданной и фактиче­ ской скорости подачи комбайна. Причем сигнал от задающего уст­ ройства поступает через логический ключ И, на который одновре­ менно подается с ключа К1 импульсный сигнал положительного рассогласования токовой нагрузки двигателя. Вторым входным сигналом элемента сравнения С2 является сигнал с датчика скоро­ сти ДС. Сигнал этого датчика включает одновременно релейный ключ К4, который регистрирует направление перемещения вы­ емочной машины.

Сигнал положительного рассогласования с элемента С2 подает­ ся на включение релейного ключа К2, а ключ КЗ включается сигна­ лом отрицательного рассогласования входного сигнала с элемента С2. Сигналы с ключей А4, К2, КЗ и К4 одновременно подаются на блок логики, который по встроенному алгоритму включает исполни­ тельные электромагниты ЭМ1 и ЭМ2. Эти электромагниты меняют величину скорости механизма подачи ПП выемочной машины. Ско­ рость этой подачи регистрируется датчиком скорости ДС, а величина

токовой нагрузки двигателя регистрируется трансформатором тока. Логика работы регулятора ИПИР-ЗМ приведена в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Согласно логике этой таблицы, приоритетным параметром управления является загрузка двигателя, которая может быть нор­ мальной, недогруженной и перегруженной. Внутри каждого из этих вариантов загрузки двигателя различают еще вариант соотношения вторичного параметра регулирования — скорости подачи комбай­ на, которая, в свою очередь, может превышать ее заданное значение или быть меньше него.

При нормальных соотношениях обеих параметров блок логики отключает оба электромагнита, так как нет необходимости в их регу­ лировании. При недогрузке двигателя и перегрузке по скорости регу­ лятор постоянно снижает скорость подачи до тех пор, пока не срав­ няются ее фактическое и заданное значение. Если же скорость пода­ чи при недогрузке двигателя ниже заданного значения, то регулятор импульсно (ступенчато) увеличивает эту скорость. При этом на каж­ дом импульсе увеличения скорости подачи проверяется степень то­ ковой перегрузки двигателя. Это позволяет снизить возможность пе­ регрузки двигателя при определенных значениях возрастающей ско­ рости подачи. Как только появляется эта перегрузка, регулятор прекращает увеличение скорости подачи комбайна.

При перегрузке двигателя и превышении скорости подачи регу­ лятор также импульсно снижает эту скорость до заданного значе­ ния нагрузки и скорости. Если же при перегрузке двигателя ско­ рость подачи ниже заданной, то регулятор не производит измене-

Рис. 37. Схема микропроцессорного варианта аппаратуры ИПИР-ЗМ

ния скоростей. При этом со временем процесс нормализуется естественным способом.

Принцип управления, заложенный в аппаратуре ИПИР-ЗМ, может быть реализован в микропроцессорном варианте. Схема микропроцессорного варианта аппаратуры ИПИР-ЗМ представле­ на на рис. 37.

Как и в предыдущем случае, основу такой аппаратуры состав­ ляет микропроцессорный контроллер или микропроцессорные мо­ дули с портом аналогового ввода и с портами дискретного вво­ да-вывода. К порту дискретного ввода подключены кнопки «пуск» и «стоп», а к порту аналогового ввода подключены датчики нагруз­ ки ДН и скорости ДС. К порту дискретного вывода подключены ис­ полнительные электромагниты ЭМ1 и ЭМ2. Кроме того, в этом микроконтроллере (или модуле) использован порт встроенных тай­ меров-счетчиков, которые программно выдают импульсные сигна­ лы, подаваемые через логические ключи ИЛИ совместно с дискрет­ ными сигналами для управления электромагнитами.

Алгоритм управления этой системы в упрощенном варианте представлен на рис. 38.

После запуска этого алгоритма производится ввод заданных предельных значений тока нагрузки двигателя и скорости подачи

Рис. 38. Алгоритм работы аппаратуры ИПИр-ЗМ

комбайна. Затем происходит переход к циклическому процессу ра­ боты микропроцессорного регулятора. Последовательно произво­ дится опрос датчиков тока и скорости подачи комбайна.

Контур регулирования нагрузкой двигателя является приори­ тетным, поэтому в начале этого цикла фактическая нагрузка двига­ теля сравнивается с заданной ее величиной, которая считывается из памяти микроконтроллера. Если фактическая Нагрузка не будет превышать заданной, то происходит переход к оператору проверки равенства фактической и заданной скоростей Цодачи комбайна. В случае выполнения этого условия происходит возврат на начало этого цикла (к опросу датчиков), в противном случае производится проверка условия неравенства этих скоростей. При этом, если фак­ тическая скорость подачи комбайна не будет превышать заданную, то включается режим импульсного увеличения этой скорости, до тех пор пока заданная скорость не сравняется с фактической.

В случае превышения фактической скорости подачи комбайна над заданной включается режим постоянного уменьшения этой ско­ рости до заданной величины. Импульсный режим уменьшения не нужен, так как этом случае нет опасности перегрузки двигателя. Только в случае перегрузки двигателя и превышении фактической скорости подачи над заданной это снижение происходит в импульс­ ном режиме.