книги из ГПНТБ / Живов Л.Г. Привод и автоматика самоходных кранов

в обязательном порядке внести коренные изменения в систему управления электроприводом по тем положениям, которые ука­ заны в гл. I.

3.АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Стреловой самоходный кран имеет четыре движения (пере­ движение крана, подъем — опускание груза, поворот, подъем — опускание стрелы). Основная задача автоматической системы управления электроприводами крана — АСУК — создать опти­ мальный общий цикл для этих движений. Система управления должна найти наиболее оптимальное время включения исполни­ тельных механизмов крана с минимальным рывком, наиболее полной загрузкой двигателей, следить за тем, чтобы выполня­ лись требуемые для данной технологии цикла одновременно од­

на— четыре совмещенных операции, чтобы выбор этих операций

иих выполнение в цикле было наиболее оптимальным. Очевидно, что такая автоматическая система управления подразумевает и автоматическое регулирование— контроль уровня качества па­ раметров процесса на выходе системы. Точность регулирования АСУК можно повышать в результате увеличения коэффициентов усиления, однако это ограничивается устойчивостью работы сис­ темы, поэтому коэффициенты усиления определяют при исследо­ вании динамического поведения системы. Для оптимизации цик­ ла в системе необходимо в сложных случаях включать счетно­ решающие устройства или применять малые ЦВМ для коорди­

нирования перемещений и операций, совершаемых краном в цикле.

Отдельные механизмы крана в синтезе обеспечивают выпол­ нение технологического цикла. Условием синтеза таких машин является получение высокой производительности крана, наилуч­ ших технико-экономических показателей. Для получения опти­ мального синтеза необходимо, чтобы АСУК решило следующие задачи: выбор оптимального графика скорости отдельного ис­ полнительного механизма, выбор таких параметров, как ускоре­ ние, рывок, ощущение, минимизация времени каждой рабочей операции, оптимальное движение исполнительного механизма при переменном приведенном моменте инерции.

АСУК должна избирать оптимальные режимы работы крана как динамической системы с независимыми электроприводами разных механизмов. Для этого АСУК производит поиск опти­ мального соотношения между рабочими скоростями совмещен­ ных движений механизмов (условие: быстродействие или наи­ кратчайший путь); оптимизацию режима в целях ограничения амплитуд колебаний груза на канате и динамических нагрузок в звеньях механизмов крана; поиск наименьшей длительности и рациональной организации цикла работы крана [нахождение

130

оптимальных точек включения и выключения механизмов в цик­ ле работы крана (рис. 76, точки а, б, с, d, е, А)] при наибольшей производительности крана; поиск наивыгоднейшего силового ре­ жима крана при наименьших энергетических затратах и совме­ щенной работе механизмов.

АСУК предусматривает наиболее оптимальную по технологи­ ческим режимам работу группы кранов. Для решения постав­ ленных задач необходимо иметь математическую модель крана, которая представляет собой систему дифференциальных уравне­ ний, определяющую оптимальную работу крана в комплексе для

Рис. 76. Цикл работы электроприводов, включенных в ав­ томатическую систему управления:

/ — подъема; II — вращения; III — вылета стрелы

данного варианта монтажных работ или погрузки-разгрузки. На рис. 76 изображен комплексный режим работы крана, для кото­ рого АСУК должна дать наиболее оптимальные решения. Мате­ матическая модель крана может быть решена рядом уравнений,

зависимостей необходимо написать уравнения переходных режи­ мов (р = 0 при t = 0 и а = 0, см. гл. I). В связи с тем, что век­ торы скоростей перпендикулярны между собой, скорости движе­ ния груза на участках будут выражаться значениями (рис. 74):

v ab = v I е о*. v bc = v2-,

Vcd = V3; vde= V b vek= v 5.

131

включаются (оптимум по времени включения) электроприводы,

Эйлера равно числу составляющих скоростей или ускорений. Всего будет девять дифференциальных уравнений, для разреше­ ния которых необходимы соответствующие условия. К ним отно­ сятся равенство ординат в точках включений электроприводов

Кривая пути груза кусочно-гладкая. Отрезки удовлетворяют уравнению Эйлера и для непрерывности их в точках необходимо выполнение условий Вейерштрасса — Эрдмана:

132

В рассматриваемом случае составляются четыре пары усло­ вий Вейерштрасса — Эрдмана. Следовательно, условий для ре­ шения достаточно.

Математическую модель работы крана можно также соста­ вить по уравнениям Лагранжа.

АСУК решается с точки зрения схемы управления краном (воплощая в схемы более или менее полно условия математиче­ ской модели крана) разными способами. Одним из них является программное управление краном. В основу положена предвари­ тельная запись образцовых циклов работы крана на магнитную ленту методом фазовой модуляции.

Основная идея состоит в том, что для грейферного крана, для которого разработано программирование, командным сигналом служит сигнал рассогласования, являющийся результатом появ­ ления фазного угла между сигналом, считываемым с магнитной ленты, и сигналом обратной связи (от сельсин-датчика), который отображает истинное положение механизма. Сдвиг по фазе равен геометрическому углу ротора относительно статора и является функцией времени 0 (ц = фэ« ) — срщ или 0 = \/i-vF(i), где срэ—эта­ лонный сигнал; ср(ц — рабочий сигнал; i — передаточное отноше­

в функции времени с записью на ленту части команд управления. Другая часть команд выполняется канатным и грейферным кра­ ном автоматически.

Для механизма поворота и вылета стрелы применен указан­ ный выше фазовый метод с углом рассогласования. Устройство программного управления (ПУ) поворота и вылета стрелы со­ стоит собственно из стенда программного управления с магнит­ ной лентой (СПУМ), квантователя рассогласования, релейного блока и датчика положения (сельсина или вращающегося тран­ сформатора). Исполнительные механизмы поворота и вылета стрелы оборудуются механическим тормозом и стендом с кон­ такторами и реле трехступенчатого автоматического ускорения.

На рис. 77 изображена блок-схема программного управления механизмами поворота для режима записи. В этом режиме кран управляется контроллером крана. Сельсин-датчик возбуждается эталонным сигналом генератора 1 (500 Гц), который фазорасщепителем 2 и усилителем 3 преобразуется и усиливается в двух­ фазный на две составляющие под углом зх/2. С роторной обмот­ ки сельсина 4 снимаются рабочие сигналы, промодулированные в соответствии с законом движения механизма. Рабочие сигналы одновременно с эталонными записываются на магнитную ленту.

В режиме воспроизведения (рис. 78) рабочие и эталонные сигналы усиливаются. Фазовый дискриминатор имеет два входа. Эталонный сигнал от генератора эталонного сигнала 1 расщеп­

133

ляется фазорасщепителем и возбуждает датчик положения 4. С датчика сигнал положения подается на один вход дискримина­ тора, напряжение датчика является эталоном для дискримина­ тора. На другой вход дискриминатора подаются рабочие сигна­ лы с магнитной ленты. В дискриминаторе сигналы сравниваются. При наличии рассогласования на выходе дискриминатора появ­ ляется непрерывный сигнал постоянного тока, который квантует­

ся на несколько уровней кван­ тователем рассогласования. В зависимости от уровня рассо­ гласования релейный блок про-

изводит те или иные переключения на контакторной панели или включает тормоз.

В режим программы вносятся поправки (коррекции) в зави­ симости от вылета стрелы. Схема программного устройства пре­ дусматривает в некоторых случаях внесение поправок машинис­ том крана.

Кран с системой ПУ работает так. После опускания грейфера на груз — канатный импульсатор включает замыкающую лебед­ ку. Когда грейфер полностью закроется, дифференциальное устройство включает на подъем поддерживающую лебедку.

Блок запоминания ПУ (когда высота подъема грейфера до­ стигла заданной по программе высоты) включает лентопротяж­ ный механизм СПУМ, механизм поворота. Когда при повороте наступает время открытия грейфера, блок запоминания на высо­ те открытия останавливает ленту и поддерживающую лебедку. Грейфер раскрывается и поднимается двумя лебедками, которы­ ми управляет грейферный автомат. Блок запоминания на задан­

134

ной высоте включает поворот и подъемное устройство. Точно по программе происходит поворот, спуск, вылет.

Когда грейфер опускается на груз, контакты контактного импульсатора останавливают подъемное устройство. Описываемое устройство обеспечивает выполнение в цикле работы крана ре­ шение уравнений математической модели крана. Оператор при такой системе непосредственно не работает с ручками командоконтроллера. Отстранение машиниста-оператора от системы управления краном и выбор самой системой наиболее оптималь­ ного времени включения и выключения электроприводов значи­ тельно повышают производительность крана. Однако с програм­ мным устройством можно работать на строго заданных регуляр­ ных циклах работы крана (отсюда ограниченность применения таких систем). При частичном отступлении технологии работы крана от заданной программы необходимо изменить программу, заложенную в систему управления,краном. В некоторых случаях из-за упругости каната и конструкции крана невозможно точно установить груз (так как запись на магнитной ленте этого не может обеспечить), и поэтому нельзя высвободить крановщика и сигнальщика.

ВФРГ разработана подобная система, благодаря которой можно, исходя из математической модели крана, добиться опти­ мальной продолжительности рабочего цикла в результате соот­ ветствующего сочетания ускорения крановой тележки и скорости подъема.

Вотделе самоходных стреловых кранов ВНИИСТРОИДОРМАШа разработана схема управления рядом операций крана по определенным программам исходя из математической модели крана. Схема предназначена для кранов с электроприводом, работающим на постоянном и переменном токе. Схемы управле­ ния электроприводом приняты по системе тиристорный преобра­ зователь— двигатель постоянного тока или тиристорный преоб­

разователь — асинхронный двигатель (частотное регулирова­ ние). Схема (рис. 79) предусматривает дистанционное и автоматическое управление краном. Разгон и замедление долж­ ны быть выполнены системой электропривода по математической модели отдельного механизма: подъема, поворота, вылета стре­ лы согласно формулам (19), (23), (29).

Рассмотрим вначале дистанционное управление краном. В пульте управления (размеры пульта 180 X 50 X 30 мм, масса 0,6 кг) размещается пять пар, отделенных одна от другой перего­ родками, солнечных батарей размером 40 X 15 мм каждая. В каждой из пяти ячеек пульта, помимо солнечных батарей, раз­ мещаются осветительные лампочки автомобильного типа, рабо­ тающие в полнакала. Лампочки отделяются от солнечных бата­ рей' затворами. Затвор может перекрывать одну, другую или одновременно обе батареи. Батареи СБ1 и СБ2 (рис. 79, а) вклю­ чены встречно. Когда обе солнечные батареи закрыты, выход

135

Рис. 79. Принципиальная схема АСУК:

а — блок разгона н замедления; б — тирнсторныП преобразователь, блоки регулятора замедления и дистанционного замедления; в — блок выбора программы

136

практически равен нулю. Когда закрывают одну батарею (напри­ мер, СБ2), а батарея СБ1 освещена, ток идет от батареи СБ1 к СБ2 (сопротивление батареи — 600 Ом). Тогда через обмотки управления магнитных усилителей МУ1 и МУ2 течет ток от ЗК МУ2 к 2Н МУ1. Сила тока при последовательном соединении двух обмоток магнитного усилителя (типа ТУМА1) приблизи­ тельно 1,5 мА. При освещении другой батареи СБ2 ток пойдет в другом направлении. Обмотки смещения магнитных усилителей МУ1 и МУ2 подключены к напряжению 6 В, поэтому характери­ стики магнитных усилителей находятся в первом квадранте и при освещении батареи СБ1 магнитный усилитель МУ2 выдает выходной ток, а магнитный усилитель МУ1 не выдает выходного тока и наоборот.

Рассмотрим, как работает электропривод подъемной лебедки. Оператор подходит к месту погрузки-разгрузки. Пульт управле­ ния, который висит у оператора на груди (или находится у него в руке) соединен многожильным кабелем с краном. Схема пред­ варительно подготовлена к работе. Нажатием кнопки П вклю­ чается пускатель П и тиристорный преобразователь ТП, а также преобразователи ТП других исполнительных механизмов (не показаны на рисунке), блоки Б1, Б2, БЗ, Б4, Б5, узел реверсив­ ного шагоискателя, реле РВ1, РВ2, двигатель разгона и замед­

выключатели установлены на валу редуктора двигателя Дрз под углом 90°. Конечный выключатель КВ31, блокирующий контакты реле Р, включается, когда двигатель Дрз начнет набирать ско­ рость. Конечный выключатель К.В32 (рис. 79, б) выключается одновременно с включением КВ31. Контакты выключателя КВ32 включены в цепь пускателя П и являются нулевым контактом.

Дрз. Конечный выключатель ВК34 включается в той же после­ довательности, что и выключатель КВ31 (рис. 79, а). Конечный выключатель КВР1 в цепи Дрз выключается, когда напряжение сельсина С достигнет максимума (окончание разгона). Назна­ чение конечного выключателя КВР2 в цепи катушки реле Р ана­ логичное (рис. 79, б).

Пульт управления, который держит оператор (такой же пульт устанавливается в кабине крана), находится в выключенном по­ ложении, т. е. затворы перекрывают две солнечные батареи

137

в каждой из пяти ячеек пульта. Затворы легко вдвигаются и вы­ двигаются, но не имеют промежуточных положений (они не мо­ гут полуприкрыть батарею). Оператор затвором открывает ба­ тарею СБ2 (рис. 79, а). Ток идет к обмотке ЗК—2Н усилителя СУ1, который установлен в блоке Б1. Так как выклю­ чатель КВР2 (рис. 79, б) замкнут, реле Р включается, двигатель Дрз начинает вращаться в одном направлении. Одновременно включается контактор КТ! тормоз оттормаживается, включается контактор В, подъемный двигатель Д подключается к тиристор­ ному преобразователю ТП. Выключатели КВ31 замыкаются, а выключатели КВЗЗ размыкаются, но так как уже включился КВ34, то /<т заблокирован своим контактом Кт. Сельсин С про­ ворачивается двигателем Дрз через редуктор с определенной скоростью и по определенному закону так, что.выходное напря­ жение его нарастает по прямой [формула (19)]. Напряжение на обмотках магнитных усилителей МУ5, включенных в фазосме­ щающее устройство преобразователя ТП, нарастает, тиристоры преобразователя ТП все больше открываются и скорость двига­ теля подъема Д увеличивается. Когда скорость (напряжение сельсина) достигнет максимума (угол поворота сельсина С при­ близительно равен П/2), срабатывают выключатели КВР2 и КВР1 и двигатель Дрз останавливается, но сельсин продолжает питать обмотки МУ5 током. Груз движется на максимальной скорости. Оператор может не доводить скорости до максималь­ ной, перекрыв затвором батарею СБ2. Тогда реле Р отпадает, но груз движется на любой заданной в момент закрытия затвором СБ2 скорости, так как сельсин остановлен в одном из положений между U = 0 и U = Umax.

Замедление системы оператор производит затвором СБ2, тог­ да максимальный ток выдает МУ2 (блок Б2) . Очевидно, что при этом отпадает реле Р и включается реле 3 (замедление). Двига­ тель Др3 начинает вращаться в другую сторону, и сельсин С поворачивается также в другом направлении. Напряжение на обмотках МУ5, а следовательно, и на зажимах двигателя подъ­ емной лебедки Д, снижается по определенному закону. Скорость снижается. В конце цикла выключатель КВ31 размыкается, дви­ гатель Дрз останавливается, выключатель КВ34 также размы­ кается, отпадают контакторы Дт и В, накладывается тормоз, подъемный двигатель останавливается. Если необходимо рабо­ тать на скорости дотяжки, затвором перекрывают батареи СБ2 и СБ1, реле 3 отпадает и сельсин выдает напряжение (скорость), заданную оператором. При включении реле 3 загорается лампа ЛЗ, предупреждая .оператора, что идет процесс замедления.

Для опускания груза включается контактор Н. Помимо зака­ за кнопками, на какое расстояние опустить груз (например, на десятый метр), выполняют следующее. Включают реле 3 (дви­ гатель Др3 не вращается), но реле РВ1 (рис. 79, а) размыкает свои контакты в цепи контактора В и замыкает контакты в цепи

138

контактора Н. Затем оператор переставляет затвор на батарею СБ2. Включается реле Р и контактор Кт, но так как реле РВ удерживает свои контакты, контактор Н включается, блокирует себя, н система начинает разгоняться в направлении вниз. Ре­ версивный шагоискатель отсчитывает высоту (с 29 м на 10 м). Таким образом, система дистанционного управления обеспечи­ вает любые режимы работы исполнительных механизмов крана. При схеме АСУК количество совмещенных операций можно уве­ личить до трех и даже до четырех. Разгон и замедление описыва­ ются математической моделью (см. гл. I).

Рассмотрим, как действует автоматическая система управле­ ния краном для одного механизма (подъема). Кран в большин­ стве случаев не может обеспечить одинаковую, повторяющуюся технологию цикла. Поэтому только внутри цикла может быть реализована автоматическая система управления, хотя краны большой грузоподъемности вообще должны применяться при регулярном цикле работы.

Математическая модель крана исходит из тех положений, что при изменении некоторых параметров система должна отреаги­ ровать соответствующим образом. В рассматриваемой схеме оператор задает последовательность операций и времени вклю­ чения электроприводов. Однако, так как время замедления под­ держивается системой постоянное (в заданных пределах) при любом грузе, а разгон также осуществляется за заданное время, то последовательность времени включения электроприводов должна быть постоянной, т. е. заданное время цикла сохраняет­ ся. Оператор должен вмешиваться в схему при прерывании цик­ ла такой операцией, как строповка и установка груза на место, изменяющейся от одного цикла к другому.

Предположим, что груз должен быть поднят на высоту 29 м, причем может быть допущена ошибка в оценке высоты, которую легко исправить в конце цикла набором кнопок, соответствую­ щих 27-му или 32-му метру.

На кнопочном пульте установлено два ряда кнопок (по 9 кнопок типа ПК-1) в каждом ряду, причем каждая кнопка имеет 10 размыкающих и замыкающих контактов и при нажатии на нее остается включенной, что дает возможность набрать лю­ бую цифру от 1 до 99. Крайняя левая кнопка ряда при нажатии сбрасывает ту кнопку, которую набрали раньше. Левые кнопки двух рядов механически связаны между собой так, что при на­ жатии на одну из них сбрасывается набор кнопок двух рядов.

Набрав в первом ряду (десятки) кнопку под цифрой 2, во втором ряду (единицы) цифру 9, оператор задает программу подъема. Затем открывает затвором батарею СБ2. Магнитный усилитель МУ1 включает реле Р, и подъемная лебедка разгоня­ ется по заранее заданной скоростной диаграмме.

К торцу подъемной лебедки крепится диск Д с отверстием. С одной стороны диска установлена лампочка ЛО, с другой —

139