Устройство для автоматического управления роторным экскаватором Советский патент 1982 года по МПК E02F3/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РОТОРНЫМ ЭКСКАВАТОРОМ

1

Изобретение относится к средствам автоматизации технологических процессов в горнодобывающей промышленности.

Известно устройство для управления роторным (многоковшовым) экскаватором, которое предназначено для стабилизации нагрузки привода ротора или производительности экскаватора на некотором заданном уровне путем изменения скорости привода поворота и включает элемент сравнения (блок сравнения электрических сигналов), входы которого соединены соответственно с задатчиком и датчиком (измерителем стабилизируемого параметра, а выход связан с одни.м из входов регулятора скорости привода поворота роторной стрелы (сумматор электрическихсигналов, соединенный последовательно с усилителем, управляющим регулируемым электроприводом), а блок коррекции по предыдущему резу (запоминающий элемент), выполненный, цапример, в виде матричной памяти, информационный вход которого соединен с выходом регулятора, адресный вход связан с выходом блока контроля угла поворота роторнрй стрелы (датчика координаты рабочего органа), а выход соединен ср вторым входом.

регулятора. Принцип управления, реализованный в устройстве, основан на допущении, что физико-механические свойства груната и геометрические параметры стружек лри определенных углах поворота роторной стрелы на достаточно больщой совокупности

5 резов (например, в пределах блока) носят

относительно постоянный характер. В этом

случае блок коррекции по предыдущему

резу выполняет функции запоминания управ. ляющего сигнала в функции от угла поворота стрелы в процессе реза, а при производстве следующего реза - выдачи этого сигнала в соответствии с текущим значением угла поворота в качестве программного управляющего сигнала.

Таким образом, в описанном устройстве

J5 используется комбинированный способ управления - управление по отклонению посредством связи регулятора с выходом элемента сравнения, программное управление по возмущению - посредством связи регулятора с блоком коррекции по предыдущему ре20 ЗУ 1.

Недостатками этого устройстваявляются недопустимая ошибка в сигнале управления при его использовании для стабилизации производительности экскаватора, связанная с запаздыванием, и неточность программного управляющего сигнала при стабилизации как производительности, так и нагрузки, связанная с неучетом наклона пластов пород по отношению к поверхности забоя. Известно также устройство для автоматического управления роторным экскаватором, с помощью которого осуществляется стабилизация производительности экскаватора путем управления скоростью .привода поворота роторной стрелы по отклонению величины нагрузки привода ротора от некоторого заданного уровня. При этом величина нагрузки, по которой ведется управление, измеряется без запаздывания и, в то же время связана со стабилизируепараметром (производительностью). Устройство содержит элемент сглаживания сигнала нагрузки, основной вход которого связан с датчиком нагрузки, управляющий вход - с датчиком скорости привода ротора, а выход соединен с одним из входов элемента сравнения, выход которого связан со входом регулятора скорости привода ротора роторной стрелы, блок формирования корректирующего сигнала (блок регулируемой задержки сигнала нагрузки, соединенный с блоком скользящего интегрирования нагрузки, выход которого связан со входом делимого блока деления, и блок скользящего интегрирования производительности, выход которого связан со входом делителя блока деления), первый основной вход которого соединен с датчиком нагрузки, второй основной вход - с датчико.м производительности, первый и второй управляющие входы соединены соответственно с датчиком скорости привода ротора и датчиком скорости конвейера, а выход связан с одним из входов блока умножения, второй вход которого соединен с задатчиком производительности, а выход связан со вторым входом элемента сравнения. В известном устройстве коррекция задания производится по величине отнощения интегральных значений нагрузки и производительности, опреде;1енных на одном и том же интервале времени, равном периоду, оборота ротора. Это отношение, получаемое на выходе блока формирования корректирующего сигнала, запаздывает во времени по отнощению к моменту возникновения возмущающего воздействия вследствие транспортного запаздывания в канале измерения производительности. В связи с этим высокая точность управления может быть достигнута при применении этого устройства в условиях относительно главного изменения параметров экскавации (крепости породы, высоты и толщины стружек и т. п.) в пределах каждого раза, так как при этом коррекция задания по величине указанного ранее запаздывающего во времени отношения не будет вносить существенных ошибок в управлении. Это условие соблюдается при горизонтальном и пологом залегании пластов пород, когда при повороте роторной стрелы рабочий орган не пересекает границы раздела пород с резко отличающимися физико-механическими свойствами. В противном случае, т. е. при наклонном и вертикальном залегании пластов, в момент перехода рабочим органом границ раздела этих пластов величина упомянутого отношения может изменяться скачком, что приведет к значительной ошибке в управлении 2. Недостатком известного устройства является неточность управления, обусловленная следующими факторами, во-первых. сигнал корректирующей обратной связи. получаемый на выходе блока формирования корректирующего сигнала, отстает во времени от сигнала обратной связи по нагрузке, так как сигнал коррекции благодаря блоку регулируемой задержки, входящему в состав блока формирования корректирующего сигнала, приведен во времени к моменту изменения производительности датчиком производительности, а это измерение производится с запаздыванием по отнощению к моменту измерения нагрузки датчиком нагрузки на время, равное сумме времени подъема горной массы в ковше, времени разгрузки ее из ковша на конвейер роторной стрелы и времени перемещения этой массы по конвейеру до места установки датчика производительности. Такое временное несоответствие сигналов корректирующей обратной связи и обратной связи по нагрузке приводит к неточности управления. В блоке коррекции известного устройства это несоответствие может быть устранено, так как информационный вход блока коррекц: и по предыдущему резу соединен с выходом регулятора и, следовательно, в этом блоке производится запоминание сигнала рассогласования фактического и заданного U значении нагрузки, который уже содержит ошибку от указанного несоответствия сигналов обратных связей, а на следующем резе этот ощибочный сигнал вводится с выхода блока коррекции на вход регулятора. Во-вторых, ввод программного управляющего сигнала на вход регулятора с выхода блока коррекции по предыдущему резу производится несвоевременно, так как этот сигнал вводится в соответствии с координатой, при которой он был записан на предыдущем резе, а при этом не учитывается смещение координат областей забоя с одинаковыми свойствами пород, обусловленное наклоном пластов пород по отношению к поверхности забоя (т. е. поверхности перемещения ротора). Цель изобретения - повышение точности управления при стабилизации производительности. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено задатчиком смещения и блоком регулируемой задержки сигнала угла поворота, основной вход которого соединен свыходом блока контроля угла поворота, управляющие входы соединены соответственно с датчиками скорости ротора и скорости конвейера, а выход соединен с адресным входом блока коррекции по предыдущему резу, ко входу смещения которого подключен выход задатчика смещения, к информационному входу подключен выход блока формирования корректирующего сигнала, а выход блока коррекции по предыдущему резу переключен ко входу блока умножения. При этом блок коррекции по предыдущему резу включает два реверсивных сдвиговых регистра, два цифроаналоговых преобразователя, четыре узла смещения, управляемые переключатели информационных входов, адресных входов считывания, адресных входов записи, управляемый выходной переключатель и узел управления переключателями, первый вход которого связан с основным входом управляемого переключателя адресных вкодов считывания, второй вход - с основным входом управляемого переключателя адресных входов записи, а выходы соединены с управляющими входами всех управляемых переключателей, причем выходы управляемого переключателя адресных входов записи подключены ко входам первого и третьего узлов смещения, выходы управляемого переключателя адресных входов считывания подключены ко входам второго и четвертого узлов смещения выходы первого и второго узлов смещения подключены ко входам первого реверсивного сдвигового регистра, выходы третьего и четвертого узлов смещения подключены ко входам второго реверсивного сдвигового регистра, а выходы реверсивных сдвиговых регистров соединены через цифроаналоговые преобразователи со входами управляемого выходного переключателя, выход которого является выходом блока коррекции по предыдущему резу, входы управляемых переключателей информационных входов, адресных входов записи и считывания являются соответственно информационными, первым адресным и вторым адресным входами блока коррекции, а управляющие входы узлов смещения соединены между собой и являются входом смещения блока коррекции. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит задатчик 1 производительности и датчик 2 производительности экскаватора, датчик 3 нагрузки привода ротора, элемент 4 сглаживания сигнала нагрузки, основной вход которого связан с датчиком 3 нагрузки, управляющий вход - с датчиком 5 скорости привода ротора, а выход соединен с одним из входов элемента 6 сравнения, регулятор 7 скорости привода поворота роторной стрелы, вход которого связан с выходом элемента б сравнения, блок 8 формирования корректирующего сигнала, первый основной вход которого соединен с датчиком 3 нагрузки, второй основной вход - с датчиком 2 производительности, первый управляющий рход - с датчиком 5 скорости привода ротора, а второй управляющий вход - с датчиком 9 скорости конвейера роторной стрелы, блок 10 коррекции по предыдущему резу, информационный вход которого связан с выходом блока 8, блок 11 контроля угла поворота роторной стрелы, выход которого соединен с первым адресным входом блока 10 коррекции и с информационным входом блока 12 регулируемой задержки сигнала угла поворота (выполненного, например, в виде двухсекционного сдвигового регистра), первый и второй управляющие входы которого связаны соответственно с датчиком 5 скорости цривода ротора и датчиком 9 скорости конвейера, а выход связан со вторым адресным входом блока 10 коррекции, задатчик 13 смещения, связанный со входом смещения блока 10 коррекции, и блок 14 умножения, один из входов которого связан с задатчиком 1 производительности, вторХ1Й вход - с выходом блока 10 коррекции, а выход соединен со вторым входом элемента 6 сравнения. Блок 10 коррекции по предыдущему резу содержит, например, реверсивные сдвиговые регистры 15 и 16 записи-считывания, цифроаналоговые преобразователи 17 и 18, поразрядные входы которых соединены с выходами разрядов считывания регистров 15 и 16 соответственно, узлы 19-22 смещения (например, в виде сдвиговых регистров со схемой переключения), управляющие входы которых связаны между собой и являются входом смещения блока 10 коррекции, управляемый переключатель 23 информационных входов (например, двухпозиционный транзисторный ключ), основной вход которого является информационным входом блока 10 коррекции, а два выхода соединены соответственно информационными входами регистров 15 и 16, управляемый переключатель 24 адресных входов считывания, основной вход которого является первым адресным входом блока 10 коррекции, а два выхода соединены соответственно с основными входами узлов 19 и 20 смещения, выходы которых связаны с адресными входами считывания регистров 15 и 16 соответственно, управляемый переключатель 25 адресных входов записи, основной вход которого является вторым адресным входом блока 10 коррекции, а два выхода связаны соответственно с основными входами узлов 21 и 22 смещения, выходы которых соединены с адресными входами записи регистров 15 и 16 соответственно, управляемый переключатель 26 выхода, два основных входа которого связаны соответственно, с выходами цифроаналоговых преобразователей 17 и 18, а выход переключателя 26 является выходом блока 10 коррекции, и узел 27 управления переключателями (например, собранную на логических элементах), два выхода которой соединены соответственно с основными входами переключателей 24 и 25, а четыре выхода связаны с управляющими входами управляемых переключателей 23-26 соответственно. Устройство работает следуюндим образом Сигнал от датчика 3 нагрузки привода рабочего органа поступает на основной вход элемента 4 сглаживания сигнала нагрузки, на управляющий вход которого поступает сигнал от датчика 5 скорости привода ротора. В элементе 4 производится формирование сигнала, соответствующего среднему интегральному значению нагрузки на скользящем Бременно.м интервале, равном фактическому периоду оборота ротора. Этот сигнал с выхода элемента 4 поступает на один из входов элемента 6 сравр1ения. В это же время на второй вход элемента 6 сравнения подается сигнал, соответствующий откорректированнои величине задания производительности. Сигнал коррекции формируется следующим образом. На 1ервый и второй основные входы блока 8 формирования корректируюа его сигнала поступают сигналы от датчиков 3 нагрузки и 2 производительности соответстBetiHO, а на первый и второй управляющие входы - сигналы от датчиков 5 скорости привода ротора и 9 скорости конвейера соответственно. В блоке 8 осуществляется формирование импульсного частотно-модулированного сигнала, соответствующего отнощению интегральной нагрузки привода рабочего органа к интегральной производиTfvibHocTH экскаватора на одном и том же интервале времени, равном периоду оборота Г ГЛ-Г-f Г ПГТТМЛТС1 ЧЛf/riTIliS-lIIOTГТ11Т1 ГГМ -Г11 Г Э11Г1|Л ротора, причем интервал интегрирования нагрузки смещен на время запаздывания при измерении производительности, т. е. приведен во времени к интенвалу интегрирования производительности. Выходной сигнал блока 8 через информационный вход блока 10 коррекции по предыдущему резу поступает на основной вход управляемого переключателя 23 информационных входов и с одного из выходов этого переключателя - на информационный вход одного из регистров записи-считывания, например, регистра 16. Через второй адресный вход блока 10 коррекции на основной вход управляемого переключателя 25 адресных входов записи поступает импульсный частотно-модулированный сигнал с выхода блока 12 регулируемой задержки сигнала угла поворота, соответствующий выходному сигналу блока 11 контроля угла поворота, задержанно.му на фактическое время запаздывания в канале измерения производительности (это время зависит от скорости ротора и конвейера, поэтому связь управляющих входов блока 12 задержки с датчиками 5 и 9 обеспечивает синхронизацию времени задержки сигнала в этом блоке с фактическим временем транспортного запаздывания). С соответствующего выхода переключателя 25 через узел 22 смещения выходной -сигнал блока 12 задержки поступает на адресный вход записи регистра 16. При этом сдвиг входной информации в этом регистре происходит при изменении угла поворота роторной стрелы, в результате чего информация в регистре записывается по адресам, соответствующим значениям углов поворота. Поскольку формирование сигнала записываемой в регистре величины отстает во времени по отнощению к соответствующему изменению угла поворота роторной стрелы на время транспортного запаздывания при измерении производительности, то задержка сигнала угла поворота в блоке 12 на такое же время обеспечивает при записи временное информационным и соответствие между адресным сигналами. Одновременно с записью информации в одном из регистров записи-считывания блока 10 происходит считывание информации, записанной в другом регистре (в регистре 15) при выполнении предыдущего реза. При этом записанная в регистре 15 информация сдвигается импульсным сигналом, поступающим на адресный вход считывания этого регистра с выхода блока 11 контроля угла поворота (через первый адресный вход блока 10 коррекции, управляемый переключатель 24 адресных входов считывания и блок 19 смещения), в направлении, противоположном направлению сдвига при записи. Выходной сигнал разрядов считывания регистра 15, работающего в режиме считывания, после преобразования в аналоговую форму в цифроаналоговом гшеобразователе 17 поступает через управ .. ляемый переключатель 26 выходов на выход блока 10 коррекции. При реверсе роторной стрелы, т. е. в конце реза, по сигналам блока 11 контроля угла поворота и от блока 12 задержки, соответствующим моменту реверса, узел 27 управления своими выходными сигналами переключает управляемые переключатели 24-26, и переводит регистры 15 и 16 соответственно из режима считывания в режим записи и наоборот, после чего работа блока 10 коррекции происходит аналогично его работе до реверса стрелы. Таким образом, выходная величина блока 10 коррекции по предыдущему резу при текущем значении угла поворота роторной стрелы пропорциональна выходной величине блока 8 формирования корректирующего сигнала, которая при выполнении предыдущего реза соответствовала этому же значению угла поворота стрелы с учетом смещения по углу границ раздела пород при переходе реза к резу. Указанное смещение реализуется в блоке 10 коррекции посредством узлов 19-22 смещения, проходя через которые адресные сигналы задерживаются на время, соответствующее повороту роторной стрелы на угол смещения границ раздела пород при переходе от реза к резу, задаваемый задатчнком 13 смещения (сигнал от задатчика 13 управляет скоростью сдвига импульсных адресных сигналов в регистрах блоков смещения). При этом, если при выполнении текущего реза информацию необходимо считывать раньще, чем стрела повернется на угол, при котором она была записана при предыдущем резе, то работают регистры узлов смещения 21 и 22 в цепях адресных входов записи, а регистры узлов смещения 19 и 20 в цепях адресных входов считывания регистров записи-считывания закорочены коммутаторами этих блоков (в этом случае смещается на заданный угол координата записи информации, а считывание производится по фактическому углу), если же считыбание при выполнении текущего реза должно происходить позже поворота стрелы на угол, соответствующий записи информации на предыдущем резе, то работают регистры узлов смещения 19 и 20 в цепях адресных входов регистров 15 и 16 (в этом случае запись информации происходит по фактическому углу, а координата ее считывания смещается).

Сформированный в блоке 10 коррекции по предыдущему резу сигнал с выхода этого блока подается на один из входов блока 14 умножения, на другой вход которого поступает сигнал от задатчика 1 производительности. Выходной сигнал блока 14, таким образом, является сигналом задания нагрузки, соответствующей заданной производительности, скорректированной по величине отношения интегральной нагрузки к интегральной производительности, прогнозируемого по данным предыдущего реза. Этот сигнал в элементе 6 сравнения сравнивается с сигналом текущей интегральной нагрузки и сигнал их рассогласования подается через регулятор 7 на привод поворота роторной стрелы, который отрабатывает это рассогласование в сторону его умечьщения. Таким образом, осуществляется стабилизация производительности на уровне, заданном задатчиком 1.

Применение предлагаемого устройства целесообразно при управлении роторным экскаватором, и позволяет снизить потери производительности комплекса на основной рабочей операции при одновременном повыщении показателей надежности комплекса и улучщения условий работы персонала.

Повыщение технической производительности работы комплекса при внедрении системы на базе предлагаемого устройства составит 4%.

Формула изобретения

сравнения, регулятор скорости привода поворота роторной стрелы, блок формирования корректирующего сигнала, блок коррекции по предыдущему резу, блок контроля угла поворота роторной стрелы и блок умножения отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления при стабилизации производительности, оно снабжено задатчиком смещения и блоком регулируемой задержки сигнала угла поворота, основной вход которого соединен с выходом блока контроля

0 угла поворота, управляющие входы соединены соответственно с датчиками скорости ротора и скорости конвейера, а выход соединен с адресным входом блока коррекции по предыдущему резу, ко входу смещения которого подключен выход задатчика с.ме5 щения, к информационному входу подключен выход блока формирования корректирующего сигнала, а выход блока коррекции по предыдущему резу переключен ко входу блока умножения 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок коррекции по предыдущему резу включает два реверсивных сдвиговых регистра, два цифроаналоговых преобразователя, четыре узла с.мещения, управляемые

, переключатели информационных входов, адресных входов считывания, адресных входов записи, управляемый выходной переключатель и узел управления переключателями, первый вход которого связан с основным входом управляемого переключателя

0 адресных входов считывания, второй вход - с основным входом управляемого переключателя адресных входов записи, а выходы соединены с управляющими входами всех управляемых переключателей, причем выходы управляемого переключателя адресных

5 входов записи подключены ко входам первого и третьего узлов смещения, выходы управляемого переключателя адресных входов считывания подключены ко входам второго и четвертого узлов смещения, выходы первого и второго узлов смещения подключены ко входам первого реверсивного сдвигового регистра, выходы третьего и четвертого узлов смещения подключены ко входам второго реверсивного сдвигового регистра, а выходы реверсивных сдвиговых регистров со единены через цифроаналоговые преобразователи со входами управляемого выходного переключателя, выход которого является выходом блока коррекции по предыдущему