УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК B66B5/04 

Изобретение относится к системам управления подъемниками, а именно к автоматизированным и автоматическим системам управления шахтной подъемной установкой, и предназначено для контроля движения с защитой от превышения скорости.

Известны устройства, предназначенные для контроля движения с защитой от превышения скорости. К ним относится устройство контроля движения типа УКД (Технический проект 1522.00.00.РЭ. - Институт Автоматуглерудпром Конотопского электрического завода "Красный металлист", 1985). Каждый канал двухканального устройства имеет фотоэлектрический датчик положения сосудов с прерыванием светового потока щелевыми модуляторами, установленными непосредственно на боковинах барабана подъемной машины, линейные индикаторы положения сосуда, фактической и защитной скорости, электронные блоки формирования защитной скорости и преобразования параметров движения, составляющие узел задания и индикации. Сигнал фотодатчика преобразуется в аналоговый сигнал, пропорциональный положению сосуда, с помощью двоичного реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя. Операционными усилителями аналоговый сигнал преобразуется в пропорциональный расстоянию от сосуда до назначенного горизонта. Настройка на четыре горизонта проводится резисторами, подключенными через мультиплексор, управляемый переключателями горизонтов. С помощью формирователя нормированных импульсов и интегратора частота импульсов преобразуется в аналоговый сигнал, пропорциональный фактической скорости сосуда. Формирование защитной скорости обеспечивается умножителем, работающим в режиме вычисления корня квадратного, и мультиплексированием входных сигналов умножителя и повторителя выходного сигнала. Сигналы фактической и защитной скорости подаются на вход схемы сравнения, коммутирующей цепи защиты в момент превышения фактической скоростью защитной.

Известно также устройство задания скорости (авторское свидетельство N 1417143, кл. H 02 M 7/155, 1987), представляющее узел задания скорости. Устройство содержит внутренний контур ограничения рывка и внешний контур. Внутренний контур предназначен для формирования линейного закона изменения ускорения во времени и состоит из нуль-органа с ограничением и интегрирующего операционного усилителя, охваченных отрицательной обратной связью. Выходной сигнал внутреннего контура подается на вход второго интегрирующего усилителя, напряжение на входе которого пропорционально скорости задания, и на суммирующий вход входного нуль-органа с двухполярным ограничением, образуя отрицательную связь по ускорению. Внешний контур состоит из входного нуль-органа с двухполярным ограничением, внутреннего контура ограничения рывка и второго интегрирующего усилителя, охваченного главной отрицательной обратной связью и обратной связью через два двухпороговых компаратора. Первый двухпороговый компаратор позволяет формировать темп нарастания, второй - темп снижения выходного напряжения второго интегрирующего усилителя.

Ручная настройка параметров диаграммы скорости движения и защитной скорости рассматриваемых устройств усложняет пуско-наладочные работы и не позволяет оптимизировать диаграммы в процессе нормальной работы установки.

Из известных устройств наиболее близким по назначению и принятым за прототип является аппарат защиты и контроля хода подъемной установки типа АЗК-1, в состав которого входят блоки программирования движения и электрический ограничитель скорости (Бережок В.Р., Чайка Б.Н., Кузьменко Н.Ф. и др. Руководство по ревизии, наладке и испытанию шахтных подъемных установок, 2-е изд, перераб. и доп. - М: Недра, 1982, с. 238-249, 356-361).

Электрический ограничитель скорости имеет двухканальное исполнение для контроля целостности цепей и совместно с блоком программирования движения при разъездах на максимальной скорости и блоком программирования движения при разъездах на пониженной скорости составляет узел задания и индикации. АЗК-1 имеет два блока, каждый из которых включает сельсин-датчик положения сосуда, тахогенератор и второй сельсин-датчик ограничителя скорости, который поворачивается на угол 60-70^o за путь замедления подъемной машины. Индикаторами положения сосудов являются сельсин-приемники, скорости - стрелочный индикатор. К входам узла задания и индикации подключается шина блока технологической автоматики, по которой поступают дискретные сигналы управления циклом работы подъемной установки ("Вперед", "Назад", "Автоматический режим", "Ревизия", "Ручной режим", "Точка точного останова первого сосуда", "Точка точного останова второго сосуда"), а к выходам - блок управления предохранительным торможением и вход системы автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки. Сигнал задания на предохранительное торможение появляется в момент, когда действительная скорость превысит защитную. Формирование сигнала защитной скорости в период разгона осуществляется преобразованием диодным функциональным преобразователем в параболическую зависимость от положения сосуда сигнала второго сельсин-датчика первого сосуда, а в период замедления - второго сельсин-датчика второго сосуда. В период равномерного хода вход диодного функционального преобразователя переключается на источник стабилизированного переменного напряжения, пропорционального защитной скорости равномерного хода, в период дотягивания - пропорционального защитной скорости дотягивания. Выход диодного функционального преобразователя подключен к входу блока сравнения, на второй вход которого подается сигнал с тахогенератора, приведенный к масштабу первого входа. К выходу блока сравнения подключается вход блока управления предохранительным торможением. Сигнал задания скорости формируется двумя сельсинными командоаппаратами со своими программными дисками и общей зубчатой электромагнитной муфтой. Первый командоаппарат предназначен для программирования разгона и замедления при движении вниз, второй - при движении вверх. При равномерном ходе муфта расцеплена с редуктором, программные диски остановлены.

Устройству АЗК-1 свойственны указанные для аналогов недостатки, кроме того, износ трущихся частей снижает точность воспроизведения защитной и рабочей диаграммы, что частично компенсируется периодической подрегулировкой, а наличие ненадежных контактных элементов снижает эффективность подъемной установки.

Задача изобретения - создание устройства защиты и контроля, позволяющего повысить эффективность и безопасность шахтной подъемной установки, обеспечить возможность автоматической коррекции параметров рабочей и защитной диаграммы скорости движения сосудов без изменения нормального режима работы.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве защиты и контроля шахтной подъемной установки, включающем узел задания и индикации, с входами которого соединены первый и второй датчики положения сосудов, датчик скорости, выходная шина блока технологической автоматики, а с выходами - первый и второй индикаторы положения сосудов, индикатор скорости, блок управления предохранительным торможением, блок автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки, согласно изобретению узел задания и индикации выполнен на программируемом контроллере, содержащем процессорный модуль, три модуля преобразования входных сигналов в двоичный код, к входам первого и второго которых подключен первый и второй датчики положения сосудов соответственно, к входу третьего - датчик скорости, модуль ввода дискретных сигналов, к входу которого подсоединена выходная шина блока технологической автоматики, три модуля преобразования двоичных кодов в выходные сигналы, причем к выходам первого и второго подсоединены первый и второй индикаторы положения сосудов соответственно, к выходам третьего - индикатор скорости, модуль вывода дискретных сигналов, выход которого соединен с входом блока управления предохранительным торможением, модуль вывода непрерывных сигналов, к выходам которого подключен вход блока автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки, модуль преобразования интерфейсов и модуль последовательного ввода-вывода.

Программное воспроизведение защитной и рабочей диаграммы по значениям их параметров, вводимых через модуль согласования интерфейсов, обмен технологической информацией с программируемыми контроллерами сети и информационно-управляющей системой технологической сети микроЭВМ обеспечивает автоматическую коррекцию параметров диаграмм без изменения нормального режима работы подъемной установки и совместимость с микропроцессорными автоматическими системами управления, а сосредоточение сигналов датчиков, задания скорости в устройстве позволяет проводить расчет требуемой защитной и оптимальной рабочей диаграммы в функции действующих значений координат движения и задания скорости, что повышает эффективность и безопасность подъемной установки.

На чертеже приведена блок-схема, отражающая структуру устройства защиты и контроля шахтной подъемной установки.

Устройство включает первый 1 и второй 2 круговые фотоэлектрические датчики положения сосудов, тахогенератор 3, блок технологической автоматики 4, на линиях выходной шины которой формируются сигналы задания цикла работы подъемной установки ("Вперед", "Назад", "Автоматический режим", "Ревизия", "Ручной режим", "Точка точного останова первого сосуда", "Точка точного останова второго сосуда", "Код горизонта назначения"), первый 5 и второй 6 цифровые индикаторы положения сосудов, цифровой индикатор скорости 7, блок 8 управления предохранительным торможением, блок 9 автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки, программируемый контроллер, содержащий процессорный модуль 10, первый 11 и второй 12 модули ввода импульсных сигналов, к которым подсоединены первый 1 и второй 2 круговые фотоэлектрические датчики положения сосудов соответственно, модуль ввода непрерывных сигналов 13 с подключенным к его входу тахогенератором 3, модуль ввода дискретных сигналов 14, к входу которого подключена выходная шина блока 4 технологической автоматики, три модуля вывода дискретных сигналов 15, 16 и 17, к выходу первого 15 и второго 16 которых подсоединены первый 5 и второй 6 цифровые индикаторы положения сосудов соответственно, к выходу третьего 17 - цифровой индикатор скорости 7, модуль вывода дискретных сигналов 18 с подключенным к выходу блоком управления предохранительным торможением 8, модуль вывода непрерывных сигналов 19, выход которого подсоединен к выходу блока автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки 9, модуль преобразования интерфейсов 20 и модуль последовательного ввода-вывода 21.

Устройство работает следующим образом. В оперативной памяти процессорного модуля 10 выделена область текущих параметров защитной (путь дотяжки, допустимая скорость подхода, замедление) и рабочей (рывок, ускорение, скорость как функции пути и периодов движения) диаграммы скорости, допустимого переподъема и глубины приемных площадок горизонтов относительно точки точного останова сосудов. В защищаемой области памяти записаны максимально и минимально допустимые контрольные значения параметров защитной и рабочей диаграмм скорости. Текущие параметры неизменны в течение цикла подъема, за исключением рабочей скорости в режимах работы "Ручной" и "Ревизия".

В каждом цикле работы программы выполняются следующие операции. Число импульсов круговых фотоэлектрических датчиков 1 и 2 читается с регистров модулей ввода импульсных сигналов 11 и 12 в программный счетчик и преобразуется в двоичные сигналы положения соответствующих сосудов относительно назначенного горизонта, приведенные к масштабу индикации. После преобразования в двоично-десятичный код записываются в регистры модулей вывода дискретных сигналов 15 и 16, к выходам которых присоединены цифровые индикаторы 5 и 6. Аналогично сигнал тахогенератора 3, преобразованный в двоичный код модулем ввода непрерывных сигналов 13, читается в память и после приведения к масштабу и преобразования в двоично-десятичный код записывается в регистр модуля вывода дискретных сигналов 17 с подключенным к нему индикатором 7. Сброс счетчиков модулей 1 и 2 и программных счетчиков проводится при проходе соответствующим сосудом точки точного останова, при превышении которой индикаторами 1 и 2 указывается переподъем.

Защитная скорость представляется параболической зависимостью в функции действительного положения сосуда и вычисляется по известному уравнению защитной диаграммы (Мурзина В.А., Решетников В.И., Шатило В.Н. Защита рудничных подъемных установок от превышения скорости,- М: Недра, 1974. - с.93).

При превышении допустимого переподъема или действительной скоростью значения защитной сигнал на срабатывание предохранительного торможения передает через модуль вывода дискретных сигналов 18 на вход модуля управления предохранительным торможением 8.

Задаваемая скорость и ускорение вычисляются по соотношениям в соответствии с типом и текущими параметрами рабочей диаграммы. Задание скорости записывается в регистр модуля вывода непрерывных сигналов 19, с выхода которого в аналоговой форме подается на вход блока автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки.

Передача сигналов действительной скорости и положения, а также задание на предохранительное торможение в сеть программируемых контроллеров подъемного комплекса приводятся через модуль последовательного ввода-вывода 21. Эти сигналы передаются и в технологическую сеть через модуль согласования интерфейсов 20, откуда принимаются двоичные коды параметров защитной и рабочей диаграмм. Принятые коды в начале цикла подъема переписываются в область текущих параметров.

По сигналам задания цикла работы подъемной установки ("Вперед", "Назад", "Автоматический режим", "Ревизия", "Ручной режим", "Точка точного останова первого сосуда", "Точка точного останова второго сосуда", "Код горизонта назначения"), установленным на выходной шине блока технологической автоматики 4 и читаемым с регистра модуля ввода дискретных сигналов 14, модифицируется содержимое области памяти текущих параметров, соответствующее глубине приемной площадки горизонта назначения, допустимого переподъема, и инициируются цикл подъема и соответствующий алгоритм.

Контроль датчиков и целостности кинематических цепей достигается двухканальной организацией алгоритма и двойным программированием. Контроль исправности электропривода подъемной установки проводится по расхождению воспроизводимой скорости относительно заданной на 25%. Обнаружение аварийной неисправности сопровождается предохранительным торможением.

Устройство может быть выполнено на основе программируемого контроллера ГСП МикроДАТ МУ57 в составе базового шкафа, включающего процессорный модуль МС 59.07. (10), два модуля ввода импульсных сигналов МС 34.23-01(11-12), модуль ввода непрерывных сигналов МС 31.14-01(13), модуль ввода дискретных сигналов МС 34.08-03(14), четыре модуля вывода непрерывных сигналов МС 35.18-01(15, 16, 17 и 18), модуль вывода непрерывных сигналов МС 32.09-01(19), модуль согласования интерфeйcoв МС 52.25-02(20), модуль последовательного ввода-вывода МС 52.26 (21), и содержать два круговых фотоэлектрических датчика положения BE 178 (1 и 2), тахогенератор ПН-28,5 (3), блок технологической автоматики 4, входящий в состав схемы управления подъемной машины ЦР6хЗ,2/0,6, три четырехразрядных десятичных индикатора с газоразрядными индикаторами ИН-7(5, 6 и 7), блок управления предохранительного торможения (8) типа РДУ-1, блок системы автоматического регулирования скорости двигателя на основе УБСР-АИ типа КТЭ 100/440 922-2Т УХЛ4 с входным операционным усилителем ячейки N 004 (9).

Предлагаемое устройство установлено и апробировано на шахтной подъемной установке типа ЦР6хЗ,2/0,6 Абаканского рудоуправления АО "Западносибирский металлургический комбинат".

В приведенных ниже соотношениях для задаваемой скорости V_з и ускорения a_з использованы следующие обозначения текущих параметров рабочей диаграммы:
H_н, H_р и H_дот - допустимые скорости равномерного движения, движения в разгрузочных кривых и дотягивания соответственно;
V_у, V_р и V_дот - допустимые скорости равномерного движения, движения в разгрузочных кривых, дотягивания;
a_р и a_зам - допустимые ускорения разгона и замедления:
ρ_m - максимально допустимый рывок.

Вводятся точка начала замедления H_нз, допустимое ускорение a_m и вспомогательная скорость задания V_вз в функции действительного пути H_д до горизонта назначения:


где


Задание скорости и ускорения является решением системы дифференциальных уравнений вида

где


которое представляется в форме

Предлагаемое устройство защиты и контроля шахтной подъемной установки отличается по сравнению с существующими следующими преимуществами:
снижение объема пусконаладочных работ исключением настройки параметров узла задания и индикации;
автоматической коррекцией требуемой защитной и оптимальной рабочей диаграмм скорости цикла подъема в процессе нормальной работы установки;
контролем нормального функционирования измерительных трактов и электропривода шахтной подъемной установки;
заданной точностью воспроизведения защитной и рабочей диаграмм и повышенной надежностью.

Эти преимущества обусловливают дополнительную эффективность и безопасность шахтной подъемной установки, а также возможность использования в автоматических подъемных комплексах.

Изобретение может быть использовано в автоматизированных и автоматических подъемных комплексах. Задача изобретения - повышение эффективности и безопасности шахтной подъемной установки, обеспечение возможности автоматической коррекции параметров рабочей и защитной диаграммы скорости движения сосудов без изменения нормального режима работы. Задача решается выполнением узла задания и индикации на программируемом контроллере, содержащем модули ввода и вывода сигналов, и привлечением выявленных соотношений для расчета требуемой и оптимальной рабочей диаграммы скорости цикла подъема. 1 ил.

Устройство защиты и контроля шахтной подъемной установки, включающее узел задания и индикации, с входами которого соединены первый и второй датчики положения сосудов, датчик скорости, выходная шина блока технологической автоматики, а с выходами - первый и второй индикаторы положения сосудов, индикатор скорости, блок управления предохранительным торможением, блок автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки, отличающееся тем, что узел задания и индикации выполнен на программируемом контроллере, содержащем процессорный модуль, три модуля преобразования входных сигналов в двоичный код, к входам первого и второго которых подключены первый и второй датчики положения сосудов соответственно, к входу третьего - датчик скорости, модуль ввода дискретных сигналов, к входу которого подсоединена выходная шина блока технологической автоматики, три модуля преобразования двоичных кодов в выходные сигналы, причем к выходам первого и второго присоединены первый и второй индикаторы положения сосудов соответственно, к выходам третьего - индикатор скорости, модуль вывода дискретных сигналов, выход которого соединен с входом блока управления предохранительным торможением, модуль вывода непрерывных сигналов, к выходу которого подключен вход блока автоматического регулирования скорости двигателя подъемной установки модуль преобразования интерфейсов и модуль последовательного ввода - вывода.