книги из ГПНТБ / Местер, И. М. Автоматизация контроля и регулирования рудничного проветривания

мальной производительности ВМП и максимальной длительности разгазирования тр = т[,тах).

Рассмотренные три режима управления ВМП в процессе разгазирования, из которых два являются предельными, а один опти­ мальным, охватывают все возможные промежуточные режимы уп­ равления.

Рис. 11.21. Зависимость Q и Ст от т при различных методах раз­

газирования:

1 —ст (т) при Qn = QOnax); г - С т (т) при QCo) (г); 3 — Ст (т) при Qn = QCmin);

4 - Q i o i (т )

Действительно, режим с постоянной максимальной производи­ тельностью является предельным по производительности труда на участке, так как он обеспечивает минимальную длительность разгазирования (при данном типе ВМП) и, следовательно, мини­ мальные простои по фактору проветривания, не исключая, однако, значительных превышений концентрации на исходящей струе уча­ стка. Режим при минимальной производительности ВМП является предельным но условиям техники безопасности, обеспечивая с за­ пасом отсутствие превышений допустимой концентрации метана в течение всего периода разгазирования, что достигается, однако, за счет значительного увеличения простоев по фактору проветри­ вания.

Третий режим, оптимальный, обеспечивает точное (без запаса) поддержание концентрации на заданном уровне при минимально необходимой для этого длительности разгазирования.

Оптимальный режим можно рассматривать как предельно идеали-

110

зировашіый режим, возможный лишь в автоматической системе управления.

При выборе наиболее рациональных методов и средств автомати­ зации этого ответственного процесса необходимо учитывать сравни­ тельно низкую частоту загазирований подготовительных участков и высокие темпы их подвигания, т. е. периодический и полустационарный характер работы аппаратуры. Это, в свою очередь, обуслов­ ливает минимально возможные сложность, габариты и вес аппара­ туры при ее высоком коэффициенте готовности.

Исследования показывают, что с учетом этих особенностей пред­

В — ВМП в импульсном режиме управления: О — объект управления

оборудования — шиберы, пускатели и т. д.), являющийся наиболее простым из всех методов класса А (см. рис. 11.20).

Структурная схема замкнутой импульсной САУ разгазированнем показана на рис. 11.22.

Разница АС между заданным и измеренным фактическим зна­ чением Сп концентрации метана поступает на вход управляющего устройства УУ непрерывного действия, формирующего по опреде­ ленному закону управляющее воздействие У. Импульсный элемент

при этом из тупиковой выработки ТВ выталкивается в зону смешения ЗС очередная порция газа GT, зависящая от значения Ст в устье ТВ и от величины tn.

Случайное изменение Ст во времени рассматривается как внеш­ нее возмущение /ст. В зоне смешения, условно ограниченной объемом

111

По технологическим условиям рассматриваемая САУ должна отвечать следующим основным требованиям:

1)относительное перерегулирование (детерминированная со­ ставляющая) не должно превышать 25—30% при наиболее тяжелом, но вероятном характере воздействий:

2)при восстановлении нормального режима проветривания после

непродолжительной остановки ВМП полный разгон последнего во избежание порыва трубостава должен завершиться за 8—10 вклю­ чающих импульсов общей продолжительностью 40—60 сек. Этому режиму работы соответствует размыкание в точке А структурной схемы на рис. 11.22.

Синтез системы с учетом приведенных требований значительно усложняется, во-первых, из-за нелинейности, вносимой звеном ВА при импульсном режиме работы и, во-вторых, широким диапазоном изменения коэффициента усиления звена ТВ, следовательно, и САУ в целом.

Динамика процесса пуска и свободного выбега ВА с асинхрон­ ным короткозамкнутым приводом описывается соответственно сле­

критические скольжение и относительный критический момент асинхронного двигателя; р0 и иЕ — соответственно относительный начальный и полный (вентиляторный) момент сопротивления.

Исследования показывают, что ВА при импульсном управлении можно рассматривать как апериодическое звено первого порядка с различными постоянными времени в период разгона Ты р и свобод­ ного выбега Гм в.

Используя при этом допущении методы исследования импульсных систем, развитые 3. Я. Цыпкиным, можно показать, что звено В (ВА совместно со звеном ИЭ) представляет собой нелинейную им­ пульсную систему с периодически и скачкообразно изменяющимся

112

параметром, описываемую приближенно следующим нелинейным дифференциальным уравненнем:

ßB= Y ~ ; ß9 = ß,Y + ßB(l — y);

По своему назначению рассматриваемая САУ должна функцио­

где У — выходной сигнал управляющего устройства УУ; е — коэф­ фициент широтной модуляции ИЭ ^е = - у ^ .

Рассматривая САУ приближенно как линейную (передаточные функции звеньев приведены на рис. 11.22) и ориентируясь на изо­ дромный регулятор, можно оптимальные параметры последнего (время изодрома Тиз и коэффициент усиления Ку) найти из следующих известных из теории динамического синтеза САУ соотношений, полученных методом асимптотических л. а. х.:

М — показатель колебательности.

Из зависимостей 11.83 видно, что для поддержания заданного показателя колебательности М при прочих неизменных парамет­ рах САУ необходимо величину Ку изменять обратно пропорционально переменному, случайно изменяющемуся в широких пределах коэф­ фициенту передачи объекта О (ТВ и ЗС).

Наиболее перспективным для самонастройки с точки зрения иерархичности структуры управления может оказаться принцип построения самонастраивающихся систем со стабилизацией одной

Более простым с точки зрения технической реализации является при­ менение в УУ нелинейного корректирующего звена, позволяющего,

115

Рис. П.24. Осциллограммы процесса разгазировашш при моделировании на АВМ

например, скачкообразно увеличивать величину К у при больших рассогласованиях АС, характерных для начального и конечного периодов процесса разгазировапия и значительно превышающих рассогласования при установившемся режиме стабилизации (плав­ ное изменение /ст).

Ввиду чрезвычайной сложности аналитического исследования синтез подобной СЛУ выполнен методом электронного моделирования

времени mt ~ 10; масштаб Ст= 1% СН4/в; масштаб Си — 1% СН4/в;

КУм - 1,5; 7’і,зм - 7 сек; (е/Т)м = 0,007; Ко0тах - 50 в/в; ІІ/ -

- 1,3.

Параметр],г изодромного регулятора модели подобраны по зави­ симостям (11.83), а параметры нелинейного корректирующего устройства — экспериментально.

ВМГ1 воспроизводится па модели приближенно апериодическим звеном первого порядка с различными постоянными времени для периода пуска и выбега. На основании экспериментальных исследо­ ваний работы ВМП в импульсном режиме, выполненных на действу­ ющей установке, принято а ----- 10 при Гм р = 1 сек. На этой же уста­ новке проверялся нагрев двигателя ВМП, работающего в повторно­ кратковременном режиме. В соответствии с теоретическими расче­ тами максимальная температура перегрева двигателя не превы­ шала 80° С.

При воспроизведении на функциональном преобразователе за­ висимости СТ = / (хт) параметр р, [см. зависимость (1.33)1 прини­ мался с большим запасом (р, = 10% СН4/мин) для условий восста­ ющих выработок или суфлярных выделений метана.

пульсах.

На рис. 11.23 показана также схема модели упрощенного ва­ рианта импульсного регулятора релейного типа, позволяющего использовать в качестве управляющего реле газовой защиты, встроен­ ное в датчик ДМ-3 аппаратуры АМТ-3.

Для уменьшения амплитуды установившихся автоколебаний ВМП включается при Си < 6’доп не на полные обороты, а импуль­ сами с настраиваемыми параметрами у и Т, что позволяет соответ­ ственно снизить значение ѵср. При Си Д> С3 выходное реле автома­ тической газовой защиты отключает ВМП и т. д.

В отличие от обычных релейно-импульсных систем импульсатор рассматриваемого регулятора, собранный на операционных усили­ телях 12, 14 и 15 и одном поляризованном реле Р, генерирует с мо­ мента, когда Си становится меньше С3, лишь определенное коли­ чество импульсов, после чего включает ВМП па длительный режим

118

работы. Количество импульсов принято равным 7—8, скважность импульсов у = 0,3; 71 = 8 сек (см. рис. 24, б).

При этих параметрах обеспечивается удовлетворительное каче­ ство регулирования при значениях СТтах, не превышающих 15%

СИ,.

Так как большие значения Сг наблюдаются редко, этот принцип регулирования был предусмотрен в первом выпуске аппаратуры автоматизации проветривания подготовительных забоев типа КАМА, осваиваемой ІІрокопьевским заводом шахтной автоматики. В дальнейшем с целью расширения области применения аппаратуры целесообразно перейти на изодромньтй регулятор с нелинейной кор­ рекцией, реализуемый на микромодульных операционных усили­ телях в соответствии со схемой на рис. 11.23.

При этом реле газовой защиты, дополненное СФ в соответствии с данными § 6, будет прекращать автоматическое разгазирование при лтобо.м отказе в рассматриваемой САУ.

§8. ЦЕНТРАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ

ИТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АСУ ПРОВЕТРИВАНИЕМ

При технической реализации АСУ первостепенное значение при­ обретает рациональная организация сбора, передачи и обработки информации. Чем разнообразнее функции, выполняемые системой, чем сложнее алгоритмы контроля и управления, тем в большей мере проявляются преимущества централизованной обработки ин­ формации, например с помощью УВМ. Однако с повышением уровня централизации понижается достоверность передаваемой информации, возрастает сложность системы и увеличивается информационная нагрузка диспетчера. Иерархическое построение системы в сочета­ нии с автоматизацией процесса обработки и представления информа­ ции позволяет разрешить эти противоречия.

Огромный круг вопросов, касающихся системотехнических и ор­ ганизационных аспектов рационального построения АСУ, рассмот­ рен в специальных руководствах и монографиях [62—67]. Здесь же остановимся на наиболее важных сторонах этой проблемы, свя­ занных со специфическими особенностями рассматриваемой АСУ.

Сначала рассмотрим вопросы централизации и технической реа­ лизации подсистемы распределения воздуха по горным выработкам.

В соответствии с рекомендациями МакНИИ в реальных усло­ виях эксплуатации для уменьшения утечек воздуха можно создавать групповые РРВ (ГРРВ). Наличие ГРРВ увеличивает число сту­

ние воздуха должно осуществляться при минимальном напоре источника тяги при условии, что на каждом уровне оптимизации хотя бы один РРВ будет полностью открыт. На рис. 11.25 пока­ заны схемы АРС с двумя (а) и тремя (б) уровнями оптимизации.

119-

Если наиболее трудный маршрут проходит по ветви I (рис. 11.25, о)

через /ГРРВ, ІІГРРВ и РРВ-3, то все они должны быть полно­ стью открыты. Если наиболее трудный маршрут проходит по ветви//,

то полностью должны быть открыты РРВ-Р РРВ-3 (или РРВ-4) и ІІГРРВ (или РРВ-2) и т. д. Наличие ГРРВ обусловливает по­ явление положительных, различных по величине (в зависимости от

топологии сети) педиагоналыіьтх элементов в матрице взаимосвязей (ßhil и несколько повышает колебательность переходных процессов. Во избежание этого целесообразно организовать последовательный процесс оптимизации по каждому уровню в отдельности с помощью ■соответствующих блокировок. Так как при этом блокируемым РРВ

уставками при одновременном поддержании минимального напора, развиваемого ВГП с соблюдением следующих условий.

1.Рассогласования АQ по каждому объекту проветривания в пре­ делах каждой ступени оптимизации отрабатываются одновременно, при этом длительность управляющих импульсов, воздействующих на перемещение РРВ или изменение производительности ВГП в на­ правлении уменьшения А(Г пропорциональны последним. При не полностью открытом РРВ управляющие импульсы вызывают его перемещение. Рассогласования объектов с полностью открытыми РРВ (лидеров) используются при формировании управляющих импульсов, воздействующих на соответствующее изменение режима работы ВГП.

2.Увеличение производительности ВГП осуществляется в функ­ ции от положительного АQ любого лидера.

3.Если положительные AQ имеются у двух и более лидеров, то ВГП управляется тем лидером, у которого АQ в момент отработки наибольшее.

4.Уменьшение производительности ВГП осуществляется только

втом случае, когда АQ у всех лидеров отрицательны и при условии отсутствия хотя бы одного положительного AQ у остальных РРВ

120