Устройство для автоматического управления роторным экскаватором Советский патент 1988 года по МПК E02F3/26 

(Л

jib

со

4

О СО

|со

i(3) 19 сглаживания сигнала скорости сумматором 9, блоком 17 задерласи сигнала и блоком (Б) 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта. Элемент (Э) 4 сглаживания осуществляет формирование сигнала, соответствующего среднему интегральному Значению нагрузки с Д 3. на .отрезке времени, равном периоду оборота ро- гора, С выхода Э 4 сигнал поступает ffa вход Э 6 сравнения и блок (Б) 7 ;табилизации передаточного коэффици- знта объекта управления . На другой зход Э 6 поступает сигнал, задержан- Б 17 задержки в соответствии с пстоянной времени объекта управления соответствующий скорректированному Значению задания произв-сти, сформи- {)ованно1 у Б 16 умножения. Коррекция |:игнала задания произ-сти с задатчи- 1 осуществляется по сигналу с Б

12 формирования корректирующего сигнала. Для этого на входы Б 12 поступают сигналы с Д 2 производительности экскаватора, Д 3 нагрузки привода ротора, Д 5 скорости привода ротора, Д 11 скорости конвейера роторной стрелы, Б 13 контроля угла поворота роторной стрелы по предыдущему резу через Б 14 регулируемой задержки, с Б 10 формирования корректирующего сигнала с за- датчика 15 смещения. Сигнал г выхода Э 6 через регулятор 8 скорости привода поворота роторной стрелы и сумматор 9 поступает на вход Б 7. На другие его входы поступает сигнал с Б 13, а также через Э 19 сглаживания сигнал с Д 18 пс ворота роторной стрелы. Кон- с;трукция позволяет с опережением Б 7 корректировать возмущения, вызванные различными факторами по данным предьщущего реза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам автоматизации технологических процессов в горно-добывающей промети. Цель изобретения - повьшение точности управления за счет стабилизации нагрузки привода ротора экскаватора. Для этого устр-во снабжено датчиком (Д) 18 скорости привода поворота роторной стрелы, элементом

:,1

Изобретение относится к средствам Автоматизации технологических процес- doB в горно-добывающей промышлен-;. .

liOCTH.

Цель изобретения повышение точ- фости управления за счет стабилиза- 1|1Ии нагрузки привода ротора экскава- fopa.

; На чертеже приведена функционалы. схема описываемого устройства, Устройство содержит задатчик 1, ;|(атчик 2 производительности экскаватора, датчик 3 нагрузки привода рото- , элемент 4 сглаживания. сигнала чагрузки, первый вход которого связан d датчиком 3 нагрузки, второй вход и датчиком 5 скорости привода, ротора, ci выход соединен с первым входом элемента 6 сравнения и первым информа- даонным входом блока 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта по данным предыдущего реза, регулятор 8 екорости привода поворота роторной стрелы, вход которого связан с выхо- дом элемента 6 сравнения, а выход - ct вторым входом сумматора 9, Ныход которого соединен с вто- информационным входом бло- ка 7, блок 10 формирования корректирующег о сигнала, четвертый вход которого соединен с да 1 1иком 3 нагрузки привода ротора, третий вход - с датчиком 2 производительности, второй вход - с датчиком 5 скорости привода ротора, а первый вход - с датчиком 11 скорости конвейера роторной стрелы, блок 12 коррекции по предыдущему резу четвертый вход которого связан с вьгхо дом блока 10, блок 13 контроля угла поворота роторной стрелы, выход которого соединен с первым входом блока 12 коррекции, с управляющим входом блока 7 стабилизации передаточного коэффициента и с вторым входом блока 14 регулируемой задержки сигнала угла поворота, третий и первый управляющие входы которого связаны с датчиком 5 скорости привода ротора и датчиком 11 скорости конвейера соответственно, а выход связан с третьим входом блока 12 коррекции, задатчик 15 смещения, связанньй с вторым входом блока 12 коррекции, блок 16 умножения, первый вход которого связан с задатчиком 1 пpoизвo }итeльнocти, второй вход - с выходом блока 12 коррекции, а выход соединен с первым входом сумматора 9 и входом блока 17 задержки сигнала задания (выполненного, например,

в виде инерционного звена из

Ш

R,L,C элементрв или в виде сдвиговых регистров), выход которого связан с вторым входом элемента 6 сравнения, датчик 18 скорости поворота роторной стрелы, например тахогенератор, вал ротора которого кинематически связан с валом двигателя привода поворота роторной стрелы, выход которого связан с первым входом элемента 19 сглаживания сигнала скорости поворота роторной стрелы (выполненного, напри- |мер, в виде сдвигового регистра и сумматора состояний отдельных разрядов этого регистра), второй вход которого соединен с выходом датчика 5 скорости ротора, а выход связан с третьим информационным входом блока 7рп стабилизации передаточного коэффициента объекта, выход которого связан с входом управляемого привода поворота роторной стрелы.

Блок 7 стабилизации передаточного 25 коэффициента объекта содержит реверсивный сдвиговый регистр 20 записи считывания, информационные входы которого связаны с выходами управляемого перегслючателя 21 (выполненного, например, в виде двухпозиционного полупроводникового ключа), информационные выходы - с входами переключателя 22, а управляющие входы - с вы-- ходами переключателя 23, вход которо30

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 3 нагрузки привода ротора поступает на основной вход элемента 4 сглаживания сигнала нагрузки, на управляющий вход которое го поступает сигнал от датчика 5 скорости привода ротора. В .элементе 4 производится формирование сигнала, соответствующего среднему интегральному значению нагрузки на скользящем временном интервале, равном фактическому периоду оборота ротора. Этот сиг нал с выхода элемента 4 поступает на первьй вход элемента 6 сравнения и блока 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта управления. В то же время на второй вход элемента 6 сравнения поступает задержанный в соответствии с постоянной времени объек- ,та управления сигнал, соответствующий откорректированной величине задания производительности.

Сигнал коррекции формируется следующим образом.

На четвертьаЧ и третий входы блока 10 поступают сигналы от датчиков 3 нагрузки и 2 производительности соответственно, а на второй и первый управляющие входы - сигналы от датчиков 5 скорости привода ротора и 11 скорости конвейера соответственно.

40

.- 45

го связан с выходом блока 13 контроля В блоке 10 осуществляется формирова- угла поворота роторной стрелы, узел ние импульсного частотно-модулирован24управления переключателями выпол- ного сигнала, соответствующего отко- нен в виде порогового полупроводникового элемента, вхвд которого связан

с выходом элемента 19 сглаживания сигнала скорости поворбта роторной стрелы, а выход - с управляющими входами переключателей 21, 22, 23, блок

25деления, вход делимого которого связан с выходом элемента 19 сглажи вания сигнала скорости поворота роторной стрелы, вход делителя - с выходом элемента 4 сглаживания сигнала нагрузки привода ротора, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя 26, выход которого связан с информационным входом переключателя

21 и цифроаналоговьй преобразователь 27, вход которого соединен с выходом переключателя 22, а выход - с 55 одним из входом блока 28 умножения, второй вход которого связан с выходом сумматора 9, а выход является выхо50

шению интегральной нагрузки привода ротора к интегральной производительности экскаватора на одно и том же интервале времени, равном периоду . . оборота ротора, причем интервал интегрирования нагрузки смещен на время запаздывания при измерении производительности, т.е. приведен во времени к интервалу интегрирования производительности. Выходной сигнал блока 10 поступает на четвертый вход блока 12 коррекции по предьздущему резу. На первьш вход блока 12 коррекции поступает сигнал с выхода блока 13 контроля угла поворота роторной стрелы, на третий вход - сигнал угла поворота роторной стрелы, задержанньй на время транспортного запаздывания сигнала производительности, с выхода . - блока 14 регулируемой задержки сигнала угла поворота. Время задержки сиг

п

5

0

дом блока 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 3 нагрузки привода ротора поступает на основной вход элемента 4 сглаживания сигнала нагрузки, на управляющий вход которое го поступает сигнал от датчика 5 скорости привода ротора. В .элементе 4 производится формирование сигнала, соответствующего среднему интегральному значению нагрузки на скользящем временном интервале, равном фактическому периоду оборота ротора. Этот сигнал с выхода элемента 4 поступает на первьй вход элемента 6 сравнения и блока 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта управления. В то же время на второй вход элемента 6 сравнения поступает задержанный в соответствии с постоянной времени объек- ,та управления сигнал, соответствующий откорректированной величине задания производительности.

Сигнал коррекции формируется следующим образом.

На четвертьаЧ и третий входы блока 10 поступают сигналы от датчиков 3 нагрузки и 2 производительности соответственно, а на второй и первый управляющие входы - сигналы от датчиков 5 скорости привода ротора и 11 скорости конвейера соответственно.

В блоке 10 осуществляется формирова- ние импульсного частотно-модулирован40

45

ного сигнала, соответствующего отко-

55

50

шению интегральной нагрузки привода ротора к интегральной производительности экскаватора на одно и том же интервале времени, равном периоду . . оборота ротора, причем интервал интегрирования нагрузки смещен на время запаздывания при измерении производительности, т.е. приведен во времени к интервалу интегрирования производительности. Выходной сигнал блока 10 поступает на четвертый вход блока 12 коррекции по предьздущему резу. На первьш вход блока 12 коррекции поступает сигнал с выхода блока 13 контроля угла поворота роторной стрелы, на третий вход - сигнал угла поворота роторной стрелы, задержанньй на время транспортного запаздывания сигнала производительности, с выхода . - блока 14 регулируемой задержки сигнала угла поворота. Время задержки сиг 1434039

нала угла поворота в блоке 14 пропор ционально сигналам скорости привода ротора и скорости конвейера, которые поступают на третий и первый входы блока 14 с датчиков 5 и 11 соответственно. В блоке 12 коррекции по пре- :дьщущему резу осуществляется запись I информационного сигнала отношения нагрузки привода ротора к производительности экскаватора, сформированного в блоке 10, в соответствии с сигналом угла поворота роторной стре10

лы задержанным в блоке 14. Одновременно производится считывание указанного выше отношения сигналов, полу-г ченных и запомненных на предьщущем резе, в соответствии с текущим значением угла поворота роторной стрелы, сдвинутым на величину сигнала смещения, поступающего на вход смещения блока 12 с выхода задатчика 15 смещения. При этом сигнал смещения характеризует сдвиг граниг раздела пород при переходе от реза к резу.

Считанньй сигнал в блоке 12 коррекции по предьщущему резу с выхода этого блока подается на один из входов блока 16 умножения, на другой I вход которого поступает сигнал от задатчика 1 производительности. Выходной сигнал блока 16, таким образом, является сигналом задания нагрузки привода ротора, соответствующей заданной производительности,

На первый вход элемента 19 сглаж вания поступает сигнал от датчика 1 скорости поворота роторной стрелы, на второй вход поступает сигнал от датчика 5 скорости привода ротора. В элементе 19 производится формирование сигнала, соответствующего сре нему интегральному значению скорост привода поворота роторной стрелы на скользящем временном интервале, рав ном фактическому периоду оборота ро тора. Выходной сигнал элемента 19 п ступает через третий информационный

15 вход блока 7 на вход узла 24 управления переключателями и на первый вход блока 25 деления. На выходе уз ла 24 управления переключателями фо мируется сигнал, характеризующий на правление движения роторной стрелы, например, при движении роторной стр лы вправо выходной сигнал соответст вует логической 1, в противополож ном направлении - логическому О.

25 Выходной сигнал блока 25 деления, н второй вход которого поступает сиг нал нагрузки привода ротора с выхо да элемента 4 сглаживания, поступает через аналого-цифровой преобр зователь 26 на информационньй вход управляемого переключателя 21. В бл ке 25 деления формируется сигнал, пропорциональный отношению интеграл ного значения скорости поворота ро торной стрелы к интегральной нагру

20

30

: скорректированной по величине отноше™ ке привода ротора. Выходной сигнал

iния интегральной нагрузки привода I ротора к интегральной производитель- Iности, прогнозируемой по данным пре- |дьщущего реза. Этот сигнал с выхода I блока 16 умножения поступает на пер- вый вход сумматора 9 и вход блока 17 задержки сигнала задания, с выхода которого поступает на второй вход элемента 6 сравнения. Выходной сигнал сумматора 9 представляет собой сумму сигналов задания нагрузки и выхода регулятора 8, на вход которого поступает сигнал с выхода элемента б сравнения. Сигнал с выхода сумматора 9 корректируется сигналом стабилизации передаточного коэффициента объекта, полученным в блоке 7 по данным предыдущего реза, и поступает с его выхода на вход управляемого привода поворота роторной стрелы.

Сигнал стабилизации передаточного коэффициента объекта формируется следующим образом.

б

0

На первый вход элемента 19 сглаживания поступает сигнал от датчика 18 скорости поворота роторной стрелы, на второй вход поступает сигнал от датчика 5 скорости привода ротора. В элементе 19 производится формирование сигнала, соответствующего среднему интегральному значению скорости привода поворота роторной стрелы на скользящем временном интервале, равном фактическому периоду оборота ротора. Выходной сигнал элемента 19 поступает через третий информационный

5 вход блока 7 на вход узла 24 управления переключателями и на первый вход блока 25 деления. На выходе узла 24 управления переключателями формируется сигнал, характеризующий направление движения роторной стрелы, например, при движении роторной стрелы вправо выходной сигнал соответствует логической 1, в противоположном направлении - логическому О.

25 Выходной сигнал блока 25 деления, на второй вход которого поступает сигнал нагрузки привода ротора с выхода элемента 4 сглаживания, поступает через аналого-цифровой преобразователь 26 на информационньй вход управляемого переключателя 21. В блоке 25 деления формируется сигнал, пропорциональный отношению интегрального значения скорости поворота роторной стрелы к интегральной нагруз0

30

ке привода ротора. Выходной сигнал

0

5

узла 24 поступает на управляющие входы управляемых переключателей 21 - 23 и определяет их положение в зависимости от направления движения роторной стрелы. На чертеже положение переключателей соответствует повороту стрелы вправо. Сигнал с выхода блока 13 контроля угла поворота роторной стрелы через управляющий.вход блока 7 поступает на информационньй вход управляемого переключателя 23, а с его выхода - на управляющие (сдвиговые) входы сдвигового регистра 20, на информационные входы которого поступает сигнал с выхода управляемого переключателя 21, обратно пропорциональный передаточному коэффициенту объекта (отношению скорости пово- . рота роторной стрелы к нагрузке при- вода ротора). Одновременно обратно пропорциональньй пе1 едаточно1 1у коэффициенту объекта выходной сигнал с выходов сдвигового регистра 20 с опе0

режением на постоянную времени объекта управления, полученньш на предыдущем, резе, через управляемый переклга- чатель 22 поступает на вход цифроана- логового преобразователя 27. Выходной сигнал преобразователя 27 поступает на второй вход блока 28 умножения и умножается на сигнал, поступающий с выхода сумматора 9.

Таким образом, выходной сигнал блока 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта пропорционален выходному сигналу сумматора 9, умноженному- на величину отношения скорости поворота роторной стрелы к нагрузке привода ротора, которая при выполнении предыдущего реза соответствовала этому же значению угла поворота роторной стрелы и считана с выхода сдви гоёого регистра 20 с опрежением, учитывающим постоянную времени объекта управления. Опережение считывания сигнала с выхода сдвигового регистра 20 обеспечивается за счет подключения входов управляемого переключателя 22 к информационным разрядам сдвигового регистра 20, смещенных по отнощению к его входам на количество разрядов, время прохождения через которые информационного сигнала равно постоянной времени объекта управления

Таким образом, возмущения, вызванные изменением задания по производительности 1ши изменением физико-механический свойств экскавируемой породы, отрабатьшаются непосредственно этими же сигналами, так как передаточный коэффициент цепи блок 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта - привод поворота роторной стрелы - забой - привод ротора - датчик нагрузки привода ротора близок к единице. Эти возмущения не выводят из равновесия замкнутый контур регулирования, так как сигнал изменения задания и вызванное им изменение текущего значения нагрузки привода ротора поступают на входы элемента 6 сравнения в одно и то же время. Возмущения, вызванные изменением геомет- ри еских параметров срезаемой стружки, отрабатываются с опережением в блоке 7 стабилизации передаточного коэффициента объекта по данным предыдущего реза. Работа регулятора заключается в отработке возмущений, вызванных неточностью стабилизации передаточного коэффициента объекта.

обусловленной нелинейностью характеристик основных приводов и незначительным изменением структуры пород забоя при переходе от реза к резу.

Применение предлагаемого устройства целесооб азно при управлении роторным экскаватором и позволяет снизить потери производительности за

счет повьш1ения точности поддержания требуемой нагрузки привода ротора, повысить надежность роторного комплекса за счет отработки возмущений с опережением до их возникновения и

улучшить условия работы персонала.

Формула изобретения

включающее задатчик производительности, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции по предьщущему резу, первый вход которого соединен с вторым входом блока регулируемой задержки сигнала угла поворота и выходом блока контроля угла поворота роторной стре-

0

5

0

5

0

5

лы, второй вход блока коррекции соединен с задатчиком смещения, третий вход - с выходом блока регулируемой задержки сигнала угла поворота, четвертый вход - с выходом блока формирования корректируюп его сигнала, пер- вьй вход которого соединен с первым входом блока регулируемой задержки сигнала и датчиком скорости конвейера роторной стрелы, второй вход - с вторым входом элемента сглаживания сигнала нагрузки, третьим входом блока регулируемой задержки сигнала и датчиком скорости привода ротора, третий вход блока формирования корректирующего сигнала соединен с датчиком производительности экскаватора, четвертый вход - с первым входом элемента сглаживания сигнала нагрузки и датчиком нагрузки привода ротора, причем выход элемента сглаживания соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого соединен с входом регулятора скорости привода поворота роторной стрелы, отличающе е- с я тем, что, с целью повышения точности управления за счет стабилизации нагрузки ротора, оно снабжено датчиком скорости привода поворота роторной стрелы, элементом сглаживания сигнала скорости, сумматором, блоком задержки сигнала задания и блоком стабилизации передаточного коэффициента объекта, причем первьш вход элемента сглаживания сигнала скорости связан с датчиком скорости поворота роторной стрелы, а второй вход - с датчиком скорости привода ротора, вход блока задержки задания связан с выходом блока умножения, а выход - с вторым входом элемента сравнения, первьй . вход сумматора связан с выходом блока умножения, а второй вход - с выходом регулятора скорости, первый информационный вход блока стабилизации передаточного коэффициента объекта связан с выходом элемента сглаживания сигнала нагрузки, второй информационный вход - с выходом сумматора,.третий информационный вход с выходом элемента сглаживания сигнала скорости поворота, управля ощий вход - с выходом блока контроля угла поворота роторной стрелЫг а выход блока стабилизации связан с входом системы управ ления приводом поворо га роторной стрельь

ключателя через цифроаналоговый пре- 2, Устройство по П.1, о т л и ч а- 30 образователь связан с первым входом

ю щ е е с я тем, что блок стабилизации передаточного коэффициента объекта включает в себя реверсивпьй сдвиговый регистр, три управляем1э1х переключателя, узел управления переключателями, блок деления, аналого- цифровой и цифроаналоговый преобразователи и блок произведения, причем информационные входы реверсивного сдвигового регистра связаны с выходами первого управляемого переключателя, информационные выходы - с входами второго управляемого переключате0 ля, а управляющие входы регистра - с выходами третьего управляемого переключателя, вход которого соединен с управляющим входом блока стабилизации передаточного коэффициента объекта,

5 управляющие входы управляемых переключателей связаны с выходом узла управления переключателями, вход которого соединен с первым входом блока деления и третьим информационным входом блока стабилизации передаточного коэффициента объекта, первый ин- , формационный вход которого соединен с вторым входом блока деления, причем выход блока деления через аналого5 цифровой преобразователь соединен с информационным входом первого управляемого переключателя, а информационный выход второго управляемого пере0

35

блока умножения, второй вход которого связан с вторым информационным входом блока стабилизации передаточного коэффициента, выход которого связан с выходом блока произведения.