Способ управления очистным комбайном и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для автоматизации управления очистным комбайном в профиле пласта.

Цель изобретения - повышение точности управления за счет компенсации неконтролируемого изменения клиренса комбайна или смещения условно неподвижной точки отсчета..

Поставленная цель достигается тем, что в способе программного управления очистным комбайном, заключающемся в контроле местонахождения комбайна, угла его продольного наклона, положения его режущих органов, преобразовании контролируемых величин в координаты траекторий режущих органов относительно условно неподвижной точки отсчета при задании и отработке траекторий режущих органов, периодически определяют ординату текущей границы пласта относительно условно неподвижной точки отсчета, вычитают из ее величины значение ординаты заданной траектории в соответствующей точке лавы и полученную разность вычитают из ординат траекторий режущих органов в течение всего времени отработки траекторий, а управляющие воздействия формируют путем вычитания полученных ординат из заданных ординат траекторий режущих органов,

Целью изобретения является повышение точности управления за счет устранения указанного недостатка.

Цель достигается тем, что известная система управления очистным комбайном, содержащая датчик пути, пройденного комбайном, выход которого через счетчик соединен со входом элемента памяти, датчик угла продольного наклона комбайна, выход которого соединен со вторым входом элемента памяти, датчики положения режущих органов комбайна, блок преобразования координат, входы которого соединены с выходами всех датчиков и элемента памяти, а выход его соединен со входом программного блока, выходы которого через блоки формирования управляющих сигналов соединены с исполнительными элементами, снабжена блоком разрешения, блоком памяти, первым и вторым блоками вычитания, причем выход блока разрешения соединен

5 со входом блока памяти, выход которого соединен с первым входом первого блока вычитания, выход которого соединен со вторым входом программного блока, третий выход которого соединен с первым входом

10 второго блока вычитания, выход которого связан с информационным входом блока памяти, а второй выход блока преобразования координат соединен со вторыми входами обоих блоков вычитания.

15 На фиг. 1 приведена структурная схема системы программного управления очистным комбайном; на фиг. 2 - структурная схема блока преобразования координат. Система программного управления со0 держит датчик 1 пути, пройденного комбайном, выход которого через счетчик 2 соединен со входом элемента памяти 3, второй вход которого соединен с выходом датчика 4 угла продольного наклона комбайна,

5 датчики 5, 6 положения режущих органов комбайна. Выходы датчиков 1, 4, 5, 6 и элемента памяти 3 соединены со входами блока преобразования координат 7.

Выход блока разрешения 8 соединен со

0 входом блока памяти 9, выход которого соединен с первым входом блока вычитания 10, выход которого соединен со вторым входом программного блока 11. Первый и второй выходы программного блока 11 соединены

5 через блоки 12, 13 формирования управляющих сигналов с соответствующими исполнительными элементами 14, 15. Третий выход программного блока 11 соединен с первым входом второго блока вычитания 16,

0 выход которого соединен с информационным входом блока памяти 9. Первый выход блока преобразования координат 7 соединен с первым входом программного блока 11,а второй его выход-со вторыми входами

5 блоков вычитания 10 и 16.

Устройство блока 7 преобразования координат поясняется чертежом фиг. 2. на котором изображена структурная схема одного из двух аналогичных его каналов - канала преобразования координат верхнего режущего органа.

В его состав входят, счетчик 17, выход которого связан через элементы умножения 18.19 со входами сумматоров 20,21. Второй выход счетчика 17 через ключи 22, 23, соответственно накапливающие сумматоры 24, 25 и элементы умножения 26, 27 связан со входами сумматоров 20, 21. Информационный вход ключа 22 и второй вход элемента умножения 18 связаны с выходом синусного функционального преобразователя 28. Ин- формационный вход ключа 23 и второй вход элемента умножения 19 связаны с выходом косинусного функционального преобразователя 29. Выход второго синусного функционального преобразователя 30 через соответствующий элемент умножения 31 связан со входом сумматора 20. Выход второго косинусного преобразователя 32 через элемент умножения 33 связан со входом сумматора 21. Выход сумматора 34 соеди- нен со входами третьих синусного функционального преобразователя 35 и косинусного функционального преобразователя 36, выходы которых через соответствующие элементы умножения 37, 38 связаны со входами сумматоров 20, 21 соответственно. Вход счетчика 17 связан с выходом датчика пути 1, входы синусного и косинусного функциональных преобразователей 28, 29 соединены с выходом элемента памяти 3, вход сумматора 34 связан с выходом датчика 4 угла продольного наклона комбайна. Входы синусного 30 и косинусного 32 функциональных преобразователей соединены с датчиком положения верхнего режущего ор- гана 5.

Система работает следующим образом. Сигналы с датчиков 1, 4, 5, 6 и элемента памяти 3 соответствуют пути, пройденному комбайном, углу продольного наклона его корпуса, положению режущих органов комбайна и углу продольного наклона комбайна при кратности пройденного пути расстоянию между опорами комбайна. Это значение угла записывается в элемент памяти 3 по сигналу счетчика 2, насчитавшего количество дискрет пути датчика 1, соответствующее межопорно.му расстоянию комбайна.

Сигналы от датчиков 1,4,5,6 и элемента памяти 3 поступают на входы блока преоб- разования координат 7, где по рекуррентным зависимостям преобразуются в горизонтальные и вертикальные координаты режущих органов.

k-1 Л -HkSln /tyk + Л

/

-Honsin(0 + 0)+l 6Sln a

k - 1 2 cos уэф|-Hkcos ytyk +

i 1

(D

+foncos(0 + $+1 ecos a

S

где х, у - соответственно горизонтальная и вертикальная координаты геометрического центра режущего органа;

Уо - расстояние от верхней полки конвейера до почвы пласта в том из сопряжений лавы со штреком, откуда было начато движение;

1моп. длина проекции расстояния между опорами комбайна на его продольную ось;

Ik- разность пути, пройденного комбайном и суммы целого числа моп, укладывающихся на длине пройденного пути;

УФ1 - угол продольного наклона корпуса комбайна при достижении нуля разностью пройденного пути и суммы целого числа 1моп;

УФк -последний зафиксированный р$ ;

Ion - расстояние между отстающей опорой комбайна и геометрическим центром опоры поворотного редуктора соответствующего режущего органа;

О- угол наклона прямой, соединяющей отстающую опору и геометрический центр опоры редуктора, к продольной оси комбайна;

р- угол продольного наклона корпуса комбайна;

а- угол наклона прямой, соединяющий геометрические центры режущего органа и опоры поворотного редуктора;

1б длина отрезка прямой, соединяющей геометрические центыры режущего органа и опоры поворотного редуктора.

Работает канал преобразования координат верхнего режущего органа следующим образом: при перемещении комбайна на заданное расстояние, например 0,1 м, с выхода датчика 1 пути приходит импульс и содержимое счетчика 17, пропорциональное Ik в зависимостях (1), возрастает и поступает на входы элементов умножения 18, 19 (фиг. 2). На вход синусного и косинусного функциональных преобразователей 28, 29 с выхода элемента памяти 3 поступает сигнал, пропорциональный величине угла рфк , а с их выходов сигналы, пропорцйональьные sin рфк и cos 0эфк ; поступают на вторые входы элементов умножения 18, 19, с выходов которых сигналы, соответствующие Iksln рфк и Ikcos рфк , поступают в сумматоры 20, 21. При перемещении комбайна на расстояние, равное моп. содержимое счетчика 17 обнуляется, а с его второго выхода на управляющие входы ключей 22,23 поступает открывающий импульс. Через открывшийся ключ 23 с выхода косинусного преобразователя 29 сигнал, пропорциональный cos рфк , поступает на вход накапливающего сумматора 25, где складывается с его содержимым, и сумма остается в сумматоре. На выходе сумматора 25 появляется

k -1

сигнал, соответствующий Ј cos p$ .

I 1

Аналогично с помощью синусного функционального преобразователя 28, ключа 22 и сумматора 24 на выходе последнего появляk -1 . ется значение Ј sin аф| , В элементах

i 1

умножения 26,27 сигналы с выходов сумматоров 24, 25 соответственно умножается на константу, соответствующую моп. Таким образом, с выходов элементов умножения 26, 27 на входы сумматоров 20, 21 соответственно поступают сигналы, соответствую- k-ik-1

щие моп 2/ s n УФ и моп 2 cos ДО1

Сигнал с выхода датчика 4 угла продольного наклона комбайна складывается в сумматоре 24 с константой, соответствующей углу в (выражения (1)). Полученная сумма преобразуется в синусном и косинусном функциональных преобразователях 35, 36 соответственно, и умножается в элементах умножения 37, 38 на константу, соответствующую Ion. Таким образом, на входы сумматоров 20, 21 с выходов элементов умножения 37, 38 поступают сигналы, соответственно пропорциональные (0 + y) и loncos( в +(р). Аналогично с помощью синусного 30 и косинусного 32 функциональных преобразователей и элементов умножения 31, 33, соответственно, сигнал, пропорциональный углу наклона а поворотного редуктора верхнего режущего органа с выхода датчика 5 преобразуется в сигналы, пропорциональные величинам б sin а и lecosa , которые поступают на входы сумматоров 20, 21 соответственно. Сумматоры 20, 21 производят сложение всех значений, поступивших на их входы. Сигнал пропорциональный уо. может вводиться оператором вручную в сумматор 20. Таким образом, на выходе сумматора 20 появляется вертикальная координата режущего органа (выход 2 блока 7 на фиг. 1), а на выходе сумматора 21

- горизонтальная (выход 1 блока 7 на фиг. 1).

Канал преобразования координат нижнего режущего органа работает аналогично

вышеописанному.

В цикле записи горизонтальная и вертикальная координаты режущих органов без изменений поступают в программный блок 11. где запоминаются и хранятся до цикла

отработки.

В цикле отработки работа всех перечисленных блоков кроме программного повторяется. Запомненные в цикле записи вертикальные координаты, соответствующие горизонтальным, определенным в цикле отработки и поступившим из блока 7 преобразования координат, поступают с третьего выхода программного блока 11 на первый вход блока вычитания 16. На второй

вход этого блока вычитания поступают вертикальные координаты режущих органов (для тех же горизонтальных), вычисленные в цикле отработки. Разность реальных и запомненных вертикальных координат (для

одних и тех же горизонтальных), вычисленная в блоке вычитания 16, поступает на информационный вход блока памяти 9.

Запись этой информации в блок памяти 9 производится только по сигналу блока разрешения 8. Этот блок определяет необходимость проведения коррекции программы отработки. В качестве него может использоваться как система автоматического слежения за границами пласта, так и

человек-оператор, включенный в контур управления режущими органами комбайна. При автоматическом слежении периодически (например, через определенные расстояния, в этом случае добавляется связь блока

8 с датчиком пути 1) система слежения устанавливает один из режущих органов на заданном расстоянии от границы пласта. После этой установки подается сигнал и разность, вычисленная для этой точки лавы в

блоке вычитания 16, записывается в блок памяти 9. При ручном управлении оператор вручную устанавливает один из режущих органов на заданном расстоянии от границы порода-уголь (по визуальным либо иным

признакам) и после этого подает сигнал разрешения в блок памяти 9 (например, нажимает кнопку, которая выполеняет в этом случае функции блока разрешения). Дальше происходит все так же, как и при автоматичеСком слежении.

Записанная в блок памяти 9 разность между вычисленной в цикле отработки и записанной ранее вертикальными координатами (при заданном расстоянии режущего органа от границы порода-уголь), соответствующая изменению клиренса комбайна либо смещению условно неподвижной точки отсчета, поступает в блок вычитания 10, где будет вычитаться из вертикальной коорди- наты каждого режущего органа до следую- щей коррекции. Вычисленная в блоке 10 разность, соответствующая вертикальной координате того или иного режущего органа, скорретированной с учетом возмущений, описанных выше, поступает в программный блок 11, где сравнивается с заданными для той же точки лавы координатами. По результатам этого сравнения определяется необходимое управляющее воздействие для опережающего (выход 1 блока 11) или отста- ющего (выход 2 блока 11) режущего органа,

Это управляющее воздействие формируется соответствующим блоком 12 или 13 и передается на исполнительный элемент 14 или 15, который перемещает режущий орган на необходимое расстояние.

В качестве датчика 1 пути можно использовать датчик типа ДМ К, в качестве датчика угла продольного наклона - потен- циометрический, оба типа датчиков разра- боты в институте Донавтоматгормаш. Потенциометрические угломеры могут также использоваться для контроля положения режущих органов шнекового типа при установке их на поворотных редукторах. При использовании в качестве блока разрешения автоматической следящей системы может быть применен регулятор Квант разработки института Донавтоматгормаш совместно с ИГД им. А.А. Скочинского. Ос- тальные блоки могут быть реализованы на микросхемах 176, 561 и 580 серии. В качестве исполнительных элементов может использоваться электрогидропривод очистного комбайна, блоки формирования управляющих сигналов могут быть реализованы, например, на базе одновибраторов.

Формула изобретения 1. Способ управления очистным комбай- ном, заключающийся в контроле местонахождения комбайна, угла его продольного

наклона, положения его режущих органов, преобразовании контролируемых величин в координаты траектории движения режущих органов относительно условно неподвижной точки отсчета при задании и отработке траектории режущего органа, отличающийся тем. что, с целью повышения точности управления за счет компенсации неконтролируемого изменения условно неподвижной точки отсчета, периодически определяют ординаты текущей границы пласта, зада ют траектории в соответствующих точках пласта, а управляющее воздействие формируют путем вычитания полученной ординаты из заданной.

2. Устройство управления очистным комбайном, содержащее датчик пути, пройденного комбайном, выход которого подключен к первому входу блока преобразования координат и через счетчик к первому входу элемента памяти, датчик угла продольного наклона соединен с вторыми входами блока преобразования координат и элемента памяти, выход которого подключен к третьему входу блока преобразования координат, четвертый и пятый входы которого соединены с выходами датчиков положения режущего органа, а первый выход соединен с первым входом программного блока, первый и второй выходы которого через соответствующие блоки формирования управляющих сигналов сое- динены с исполнительными элементами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, она снабжена блоком разрешения, .блоком памяти, первым и вторым блоками вычитания, при этом выход блока разрешения соединен с первым входом блока памяти, выход которого подключен к первому входу первого блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом программного блока, третий выход последнего подключен к первому входу второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, при этом второй выход блока преобразования координат соединен с вторыми входами блоков вычитания,