Устройство формирования программы работы электропривода шахтной подъемной установки Советский патент 1990 года по МПК B66B1/30 

Изобретение относится к электро- texHiiKe, а именно к системам автоматического управления электроприводом, и может быть использовано в системах автоматизации шахтных подъемных установок.

Цель изобретения - повышение производительности электропривода подъем- ой установки за счет сокращения цикла подъема, автоматизации процесса формирования программы движения Подъемных сосудов с заданным числом Периодов.

На фиг. Т приведена общая схема устройства формирования программы работы; на фиг. 2 - 4 - схемы блока задания программы, блока формирова- ия уровня и блока формирования темпа ускорения; на фиг. 5 и 6 - графики Изменения во времени сигналов управления, формируемых устройством.

На чертеже сигналы управления обозначены: Uex - входной, на выходе командного блока задания скорости;

U

Ьых

- выходной; 1 - по току якорной

цепи; Н - по пути, пройденного сосудами; Т - сигнал контролирующий состояние механического тормоза; U - на входе- первого линейного операционного усилителя; U - на выходе первого линейного операционного усилителя; U.J - на выходе элемента выделения модуля; U 4 - на выходе триггера Шмит- та; Uj - на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ; Ue - на выходе элемента задержки; U7- на выходе второго элемента ИЛИ-НЕ; IL-на выходе блока формирования темпа ускорения электропривода; U. - на выходе второго интегрирующего операционного усилителя; U10 - на третьем выходе блока задания программы; U - суммарное опорное напряже:0 . .. t K - фиксированные моменты времени.

ние U, + U 10;

5

0

5

0

5

0

5

Устройство содержит блок 1 формирования уровня задания скорости электропривода, выход которого соединен с входом первого линейного операционного усил ителя 2. В цепь его обратной связи включены резистор 3 и первый ограничитель 4. Выход первого линейного операционного усилителя 2 соединен с входом первого интегрирующего операционного усилителя 5, выход которого через резистор 6 обратной связи подключен к входу первого линейного операционного усилителя 2 и является выходом устройства формирования программы работы. Входное напряжение, пропорциональное максимальной заданной скорости движения электропривода, подается с выхода задатчика 7 скорости на первый вход блока 1 формирования уровня задания, являющегося входом устройства формирования программы работы.

Опорное напряжение на управляющий вход первого ограничителя 4 поступает со схемы регулируемого напряжения ограничения , содержащей второй линейный операционный усилитель 8 и второй интегрирующий операционный усилитель 9 с вторым ограничителем 10, а также элемент 11 выделения модуля, связанный своим выходом с цепью элементов, выполняющих логические функции. Указанная цепь содержит последовательно соединенные триггер 12, первый элемент ИЛИ-НЕ 13, элемент 14 задержки и второй элемент ИЛИ-НЕ 15. Выход последнего элемента соединен с первым входом блока 16 формирования темпа ускорения (замедления) электро

5

привода. Выход блока 16 формирования темпа подключен к управляющему входу второго ограничителя.

Вход второго интегрирующего операционного усилителя 9 связан с источником 17 посто иного напряжения смещния, а выход - с управляющим входом первого ограничителя 4. Выход блока 1 формирования уровня задания соединен с первым входом второго линейног операционного усилителя 8. Выход первого интегрирующего операционного усилителя 5 подключен к второму вход второго линейного операционного усилителя 8 и к входу системы 18 автоматического регулирования скорости электропривода, которая через датчик 19 тока соединена с подъемным электродвигателем 20. Последний приводит в движение барабан 21 шахтной подъемной установки, оснащенной тормозом 2

Первый выход блока 23 задания программы работы соединен с вторым входом блока 1 формирования уровня задания, второй выход - с вторым входом блока 16 формирования темпа, а третий - с управляющим входом первого ограничителя 4. Первый вход блока 23 задания программы движения соединен с выходом источника 24 постоянного напряжения, а второй вход - с датчиком 19 тока. На третий вход подается сигнал управления по пути, а на четвертый - сигнал, контролирующий состояние механического тормоза.

Блок 23 программы включает в себя первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи 25-29. Управляющие входы первого и второго ключей 25 и 26 соединены с третьим входом блока 23 задания программы, а коммутирующие выхода подключены к первому и второму выходам блока 23 соответственно. Коммутирующий выход третьего ключа 2 соединен с первым выходом блока 23, первый вход которого через коммутирующий- выход четвертого ключа 28 соединен с его третьим выходом, а его шторой вход через коммутирующий выход пятого ключа 29 соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей 27 и 28. Управляющий вход пятого ключа 29 соединен с четвертым входом блока 23 задания программы.

Блок 1 формирования уровня задания (фиг. 3) представляет собой це-, почку последовательно соединенных резисторов. Например, с помощью пер

0

вого резистора можно, задавая величину напряжения, (фиг. 3) определить максимальную скорость движения подъемной установки. Тогда второй резистор определяет ток растормаживания, в случае, если он расшунтирован параллельно включенным коммутирующим выходам третьего ключа 27 блока 23 задания программы, а коммутирующий выход первого ключа 25 данного блока, включенный параллельно третьему резистору блока 1 формирования уровня, определяет пониженную скорость движения. В случае необходимости задания дополнительных уровней скоростей необходимо увеличить число последовательно включенных резисторов в блоке 1 формирования уровня, которые шунтируются соответствующим ключом блока 23 задания программы, необходимое количество ключей также должно быть включено дополнительно.

Блок 16 формирования темпа (фиг. 4) 5 представляет собой цепочку последовательно соединенных резисторов, параллельно которым включены коммутирующие выходы ключей блока 23 задания программы. Для формирования та- хограммы необходим один резистор и один второй ключ 26, с помощью которых задаются два темпа тахограммы - рабочий и пониженный.

Устройство работает следующим образом.

0

5

0

5

0

5

В исходном состоянии (момент времени tQ), когда на привод положен механический тормоз и напряжение и.

ОД

на выходе командного блока 7 задания скорости равно нулю (U6Х 0), на выходе и входе второго линейного операционного усилителями также напряжение отсутствует,нет его и на выходе элемента 1 1 выделения модуля (Uj 0). Поэтому на выходе триггера , т.е. низкий уровень сигнала (U4). Тогда на выходе первого элемента НЛИ-НЕ 13 - 1, т.е. высокий уровень сигнала (Ug). На выходе элемента 14 задержки - О (U6), а на выходе второго элемента ИЛН-НЕ 15 - 1 (U7). Блоком 16 формирования темпа определяется величина напряжения ограничения Ug, которая соответствует низкому темпу ускорения, т.е. малому значению рывка электропривода. Так как на входе второго интегрирующего операционного усилителя 9 постоянно присутствует сигнал от источника 17 напряжения смещения, то выходное напряжение UQ этого второго интегрирующего операционного усилителя 9 равно на- пряжению ограничения Ug. Напряжение Ug подается в качестве опорного на управляющий вход первого ограничителя 4. На этот же вход подается напряжение Ui0 с третьего выхода командного блока 23 задания программы, которое формируется выходным напряжением источника 24 постоянного напряжения и соответствует максимальному выходному напряжению первого ограничителя 4. При наличии постоянного напряжения ограничения на первом линейном операционном усилителе 2 и отсутствии сигнала на входе (Кftx 0), на его выходе, а следовательно, и на выходе устройства формирования, сигнал отсутствует (иг о, иеых о).

Сигнал на движение электропривода подается командным блоком 7 задания скорости в момент времени t tf (напряжение Ue). При этом блок 1 формирования уровня, второй линейный операционный усилитель 8 и элемент 11 выделения модуля формируют сигналы управления (U,,, Ug) такими, что триггер 12 не срабатывает (U). Поэтому состояние логических элементов 13-15 и опорное напряжение U не изменяются. Под действием напряжения U при максимальном опорном напряжении U 1( на вход /первого интегрирующего операционного усилителя 5 подается максимальное напряжение U2 и выходное напряжение Ugt|X нарастает с темпом, соответствующим максимальному знача- ниго производной тока якорной цепи, определяемым быстродействием системы 18 автоматического регулирования скорости.

Таким образом, сокращение цикла

подъема достигается в этом режиме уменьшением времени на растормажива- ние подъемной машины за счет увеличения скорости нарастания тока якорной цепи, путем подачи дополнительного напряжения от источника 24 постоянного напряжения на первый ограничитель 4, что приводит к увеличению скорости нарастания выходного напряже- ния Ueb,x , а следовательно, к увеличению скорости нарастания тока в якорной цепи подъемного электродвигателя 20.

При достижении током якорной цепи подъемного электродвигателя значения, соответствующего крутящему моменту, уравновешивающего концевую нагрузку, управляющий сигнал 1 (второй вхоц командного блока 23 задания программы) переключает третий и четвертый ключи 27 и 28 блока 23 задания программы, что вызывает снятие напряжения U

«

с управляющего входа первого ограничителя 4 и устанавливает значение напряжения U на уровне, соответствующем максимальной скорости движения подъемных сосудов. Одновременно с этим (момент времени t t2) на входе и выходе второго линейного операционного усипителя 8, а значит и на выходе элемента 11 выделения модуля появляется напряжение U, обеспечивающее срабатывание триггера

12(U,}.). Это приводит к изменению состояния первого элемента ИЛИ-НЕ

13(Us).

Элемент 14 задержки формирует импульс длительностью несколько микросекунд (U6) и сигнал на выходе второго элемента ИЛИ-НЕ 15 исчезает на это время (U7), т.е. исчезает напряжение на втором ограничителе 10, втором интегрирующем операционном усилителе 9, первом ограничителе 4. Таким образом, в момент времени t 1; л напряжение U равно нулю, так как отсутствует опорное напряжение на первом ограничителе 4.

При появлении опорного напряжения на втором ограничителе 10 (через несколько микросекунд спустя время t), напряжение на выходе второго интегрирующего операционного усилителя 9 начинает линейно нарастать с постоянной времени Т, соответствующей выбранному значению производной тока якорной цепи (Ua), т.е.

TI - U-.f U9 - Tt tj

г t « Ь

где Т( - постоянная времени интегрирования второго интегрирующего операционного усилителя 9.

По этому же закону изменяется и напряжение ограничения первого линейного операционного усилителя 2, а значит и его выходное напряжение

и, ,

t2 с t

У

Выходное напряжение устройства формирования UBblx в этом случае изменяется по закону

иьых ui- ti t tj. Так как

u.jL.t и к,

U

К4

6ШХ

где К - коэффициент пропорциональности, определяющий значение производной тока якорной цепи;

Т о постоянная времени интегрирования первого интегрирующего операционного усилителя 5.

Таким образом, в течении времени tj л. t t 5выходное напряжение Bbix устройства формирования изменяется по квадратичному закону, который соответствует ограничению рывка механизма на уровне порядка 2-5 номиналов в секунду. В этот же промежуток времени происходит отпускание механического тормоза по сигналу с датчика 19 тока и на четвертый вход блока 23 задания программы подается сигнал, контролирующий состояние механического тормоза Т, блокирующий возможность появления напряжения Uw на третьем выходе командного блока 23. С момента времени t t начинается процесс разгона электропривода, а сформулированный закон изменения напряжения обеспечивает ограничение производной тока якорной цепи на требуемом уровне.

При t «Ј t . t 4, сигнал управления Uj становится неизменным и равным опорному напряжению второго ограничителя 10, т.е. равным выходному напряжению блока 16 формирования темпа. При постоянстве этого сигнала напряжение U- на выходе первого линейного операционного усилителя 2 также постоянно. Поэтому выходное напряжение

устройства формирования (U ) растет

вы

по линейному закону

,

13 t

4

0

5

Таким образом, на участке t t « 14. выходное напряжение устройства формирования нарастает по линейному закону с ограничением ускорения электропривода на уровне, обусловленном технологическими требованиями .

В момент времени t tЈ управляющий сигнал Н (третий вход блока 23 задания программы) включает второй ключ 26 значения блока 23 задания программы, и выдается сигнал на блок 16 формирования темпа. При этом выходное напряжение последнего блока увеличивается до уровня, определяющего темп рабочего участка ускорения электропривода (Ug). Дальнейший процесс формирования выходного напряжения протекает также, как и на участке t g Ј t : t,, т.е. выходное напряжение устройства формирования программы работы изменяется по квадратичному закону

U - t ивых - т -с 11

t ;

0

5

0

5

0

При t t сигнал управления UA становится равным выходному напряжению Ug блока 16 формирования темпа к в интервале времени t s . t t 6 остается неизменным. Выходное напряжение ивых устройства формирования изменяется также, как и на участке t э t с t4, но нарастает по линейному закону с ограничением ускорения электропривода на максимально допустимом уровне.

В промежуток времени, t 6 с. t Ј. t7 напряжения на обоих входах второго линейного операционного усилителя 8 становятся примерно равньгми, а в момент времени t t( - равными. При этом выходное напряжение второго линейного операционного усилителя 8 уменьшается до нуля, а значит уменьшается выходное напряжение и элемента 11 выделения модуля (U5). Триггер

.12 и первый элемент 13 ИЛИ-НЕ приходят в исходное состояние, соответствующее моменту времени t t0. По такому же закону (как и U) изменяется выход- нос напряжение Uj первого линейного операционного усилителя 2, на входе которого сравниваются сигналы U и

U 6Ь| . Это формирует закон изменения выходного напряжения устройства U вых обеспечивающего ограничение

производной тока якорной цепи на требуемом уровне.

В момент времени t t выходное напряжение U вь,х становится равным напряжению U, . Поэтому на входе и выходе первого линейного операционного усилителя 2 напряжение равно нулю (за счет действия отрицательной обратной связи через резистор 6). На выходе устройства (U ВЬ1Х ) напряжение будет постоянным до момента начала торможения шахтной подъемной установки (t tg). Таким образом, на участке t ц «1 t «i tg электропривод шахт- ной подъемной установки движется с постоянной скоростью, определяемой величиной сигнала UBX и U.

Процесс торможения начинается в помепт времени t tg, когда управляю щий сигнал II переключает первый ключ 25 блока 23 задания программы и выдает сигнал на блок I формирования уровня. Этот блок формирует сигнал задания (U), обеспечивающий скррость дотягивания подъемной установки

(vAor )

Формирование напряжений управления при торможении происходит так же, как и при разгоне, т.е. работа уст- ройства формирования программы на участках tg - t, t - t 0 , t10- t ,ц , « L г t ti t о аналогична работе на участках t2 - t, t3 - t, t 4. - tj., ts- t6, L6 - Lr соответ- ственно. При этом обеспечиваются ограничение производной тока якорной цепи в интервалах времени 1„ - t. , t (о 14 и t - t ,g , торможение с постоянным замедлением на макси- мально допустимом уровне на участке tn 11(J и со сниженным значением замедления на участке t - t , чем обеспечивается точность выхода па уровень разгрузки.

В промежуток времени ь 14 электропривод шахтной подъемной установки движется со скоростью дотягивания. Остановка происходит в момент времени t tH. При этом на электро- привод накладывается механический тормоз, а сигнал с выхода командного блока 7 задания скорости становится равным нулю (U еу ). Снимается запрещающий управляющий сигнал Т с четвер- того входа блока 23 задания программы работы и на управляющем входе первого ограничителя 4 восстанавливается напряжение . При этом в якорной

цепи электропривода происходит интенсивное снижение тока с производной порядка 20 номиналов в секунду. Устройство формирования программы работы возвращается в исходное состояние, соответствующее моменту времени t t0.

Введение участка торможения с пониженным ускорением позволяет, по сравнению с прототипом, повысить точность выхода на уровень разгрузки с требуемой скоростью, что уменьшает цикл подъема, т.е. увеличивает производительность подъемной установки.

Формула изобретения

Устройство формирования программы работы электропривода шахтной подъемной установки, содержащее задат- чик скорости, последовательно соединенные первый линейный операционный усилитель с первым ограничителем в цепи обратной связи и первый интегрирующий операционный усилитель, первый резистор, один вывод которого объединен с входом первого линейного операционного усилителя, а другой объединен с выходом первого интегрирующего операционного усилителя и подключен к системе автоматического регулирования скорости, источник постоянного напряжения, второй интегрирующий операционный усилитель с вторым ограничителем в цепи обратной связи, после- дова,тельно соединенные второй линейный операционный усилитель, элемент выделения модуля, триггер, первый элемент ИЛИ-НЕ, элемент задержки и второй элемент ИЛИ-НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности электропривода подъемной установки за счет сокращения цикла подъема, оно снабжено блоком задания программы, блоком формирования темпа ускорения электропри- ,вода, блоком формирования уровня задания скорости электропривода, источника напряжения смещения и дополнительным резистором, при этом задатчик скорости подключен к первому входу блока формирования уровня задания скорости электропривода, к второму входу которого подключен первый выход блока задания программ, а выход его соединен с входом первого линейного операционного усилителя и первым входом второго линейного операционного усилителя, второй выход блока задания

программы соединен с первым входом блока формирования темпа ускорения электропривода, а к входу блока задания программы подключен источник постоянного напряжения, источник постоянного смещения подключен к входу второго интегрирующего операционного усилителя, выход которого, а также третий выход блока задания програм мы объединены и подключены к первому

ограничителю, выход первого интегрирующего операционного усилителя подключен также к второму входу второго линейного операционного усилителя, выход блока формирования темпа ускорения электропривода подключен к второму ограничителю, а второй резистор включен параллельно первому ограни- чителю в обратную связь первого линейного операционного усилителя.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического управления электроприводом (ЭП) шахтных подъемных установок. Цель - повышение произ-сти ЭП подъемной установки за счет сокращения цикла подъема, автоматизации процесса формирования программы движения подъемных сосудов с заданным числом периодов. Устройство содержит систему 18 автоматического регулирования скорости, линейные 2 и 8 и интегрирующие 5 и 9 операционные усилители, ограничители 4 и 10, задатчик 7 скорости, источник 24 постоянного напряжения, резистор 6 и последовательно соединенные элемент 11 выделения модуля, триггер Шмитта 12, элемент ИЛИ-НЕ 13, элемент 14 задержки и элемент ИЛИ-НЕ 15. Дополнительно устройство снабжено блоком 1 формирования уровня задания скорости ЭП, блоком 23 задания программы, блоком 16 формирования темпа ускорения ЭП, источником 17 напряжения смещения и резистором 3. На первый вход блока 1 подается напряжение, пропорциональное максимальной заданной скорости движения ЭП с выхода задатчика 7 скорости, а на второй - с первого выхода блока 23. Выход блока 1 связан напрямую со входом первого линейного операционного усилителя 2 и через резистор 6 подключен к соответствующим входам усилителя 8. К входам блока 16 подключены выходы блока 23 и элемента ИЛИ-НЕ 15, а выход блока 16 связан с ограничителем 10 в цепи обратной связи усилителя 9, подключенного к блоку 23 и к ограничителю 4 в цепи обратной связи усилителя 8. Увеличение опорного напряжения ограничителя 4 при прохождении сигнала от источника 24 через блок 23 при наличии на его входах (втором и четвертом) соответствующих сигналов приводит к увеличению скорости нарастания выходного сигнала усилителя 5. При этом увеличивается скорость нарастания тока в якорной цепи и уменьшается время на растормаживание машины, что сокращает время цикла подъема. 6 ил.

2Ъ

ФигЗ

3 2

Фиг 2

««

ФигЛ

Фиг 5

Mtfattbtrt,t,tat,,lat,3 f,7

Фиг б