Устройство для автоматического управления роторной стрелой экскаватора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РОТОРНОЙ СТРЕЛОЙ ЭКСКАВАТОРА, содержащее блок вычисления предельного угла поворота роторной стрелы, блок торможения привода , блок задания скорости, блок сравнения, выход которого подключен к приводу с элементами управления, датчик угловой скорости ротора, соединенный с первым входом блока вычисления линейной скорости поворота ротора, и детектор нуля, о т л и - чающее ся тем, что, с целью повьшения качества управления, оно снабжено блоком масштабирования сигнала задания, инверторами отсечки и обратной связи по скорости-, ключами обратной связи по скорости и отсеч ки , компараторами скорости изменения сигнагеа задания, максимальной и минимальной нагрузок, блоком выделения модуля сигнала, блоком дифференцирования , блоком формирования отсечки , элементами И и ИЛИ, датчиком нагрузки привода ротора, выход которого подключен через компараторы минимальной и максимальной нагрузок к первым входам соответственно элементов И или ИЛИ, а также через блок формирования отсечки к инвертору отсечки и к первому входу ключа отсечки , к второму входу которого подключен выход инвертора отсечки, первый и второй выходы блока вычисления предельного угла поворота роторной стрелы подключены соответственно к второму входу блока вычисления линейной скорости поворота ро (Л тора и к первому входу блока торможения привода к второму входу которого подключен выход блока задания скоростей, выход блок торможения привода подключен непосредственно к первому входу блока масштабирования сигнала задания, а также через де тектор нуля к управляющему входу ключа отсечки и через последовательно соединенные блок выделения модуля сигнала, блок дифференцирования и компаратор скорости изменения сигнала задания к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, выход элемента И подключен к второму входу блока масштабирования сигнала задания и к управлякицему входу ключа обратной связи по скорости, к первому входу которого подключен выход блока вычисления линейной скорости поворота рото ,ра, первый выход ключа обратной связи по скорости подключен к первому входу

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (Il) 4(51) E 02 F 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ния модуля сигнала, блоком дифференцирования, блоком формирования отсечки, элементами И и ИЛИ, датчиком нагрузки привода ротора, выход которого подключен через компараторы минимальной и максимальной нагрузок к первым входам соответственно элементов И или ИЛИ, а также через блок формирования отсечки к инвертору отсечки и к первому входу ключа отсечки, к второму входу которого подключен выход инвертора отсечки, первый и второй выходы блока вычисления предельного угла поворота ро торной стрелы подключены соответственно к второму входу блока вычисления линейной скорости поворота ротора и к первому входу блока торможения привода к второму входу которого подключен выход блока задания скоростей, выход блок торможения привода подключен непосредственно к первому входу блока масштабирования сигнала задания, а также через детектор нуля к управляющему входу ключа отсечки и через последовательно соединенные блок выделения модуля

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3679942/29-03 (22) 03.11.83 (46) 23.06.85. Бюл. Н - 23 (72) А.Г.А<ранасьев, Л.И,Балагуров и Д.Н.Шапаренко (71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности "Гипроуглеавтоматизация" (53) 622,022.74(088,8)) (56) Авторское свидетельство. СССР

У 203034, кл. G 05 В 19/04, 1962.

Ломакин M.С. Автоматическое уп.равление технологическими процессами карьеров. M., "Недра", 1978, с. 120-124.

Авторское свидетельство СССР

У 899761, кл. E 02 F 3/26, 1980, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РОТОРНОЙ СТРЕЛОЙ

ЭКСКАВАТОРА, содержащее блок вычисления предельного угла поворота роторной стрелы, блок торможения привода, блок задания скорости, блок сравнения, выход которого подключен к приводу с элементами управления, датчик угловой скорости ротора, соединенный с первым входом блока вычисления линейной скорости поворота ротора, и детектор нуля, о т л и — . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества управления, оно снабжено блоком масштабирования сигнала задания, инверторами отсечки и обратной связи по скорости, ключами обратной связи по скорости и отсечки, компараторами скорости изменения сигнала задания, максимальной и минимальной нагрузок, блоком выделесигнала, блок дифференцирования и компаратор скорости изменения сигнала задания к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, выход элемента И подключен к второму входу блока масштабирования сигнала задания и к управляющему входу ключа обратной связи по скорости, к первому входу которого подключен выход блока вычисления линейной скорости поворота ротора, первый выход ключа обратной связи по скорости подключен к первому входу 1162902 блока сравнения, второй выход ключа нения, к третьему и четвертому входам обратной связи по скорости через ин- которого подключены соответственно

/ вертор обратной связи по скорости выходы блока масштабирования сигнала подключен к второму входу блока срав- задания и ключа отсечки.

Изобретение относится к автоматизации управления технологическими процессамн на карьерах,- а именно к устройствам для управления роторным экскаватором %

Целью изобретения. является повыше-: ние качества управления.

На фиг.l представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— принципиальная схема блока масштаби- !б рования сигнала задания.

Устройство содержит блок 1 вычисления предельного угла поворота роторной стрелы, блок 2 торможения привода, следящий привод 3 поворота, включающий блок 4 задания скорости, блок 5 сравнения, привод 6 с элементами управления, датчик 7 угловой скорости, инвертор 8 обратной связи по скорости, ключ 9 обратной связи по 2О скорости, блок 10 вычисления линейной скорости поворота ротора, эле-, мент И !l, компаратор 12 минимальной нагрузки, блок 13 выделения модуля сигнала, блок 14 дифференцирования, компаратор 15 скорости изменения сигнала задания, элемент ИЛИ 16, компаратор 17 максимальной нагрузки, датчик 18 нагрузки привода ротора, блок

19 формирования отсечки, инвертор 20 отсечки, ключ 21 отсечки, детектор 22 нуля, блок 23 масштабирования сигнала задания.

Выход датчика 18 нагрузки подклю.чен к входам блока 19 формирования З5 отсечки, компаратора 12 максимальной, нагрузки и входу комнаратора 17 минимальной нагрузки, выход, которого < связан с одним из входов элемента

ИЛИ 16, второй вход которого подклю- 40 чен к выходу компаратора 15 скорости изменения сигнала задания, а выход соединен с одним из выходов элемента Н ll другой вход которого подключен к выходу компаратора 12 4 .минимальной нагрузки, а выход подсоединен к управляющему входу ключа

9 обратной связи по скорости и к одному из входов блока 23 масштабирования сигнала задания. Выход блока масштабирования сигнала задания связан с одним из входов блока 5 сравнения, другой вход которога через инвертор 8 обратной связи по скорости связан с одним из выходов ключа

9 обратной связи по скорости, управляемый вход которого подсоединен к выходу блока 10 вычисления линейной скорости поворота ротора, а другой выход соединен с соответствующим входом блока 5 сравнения, один из входов которого связан с выходом ключа 21 отсечки, а выход через привод 6 - с элементами управления им;

Датчик 7 угловой скорости связан с одним чз входов блока 10 вычисления. линейной скорости поворота ротора, другой вход которого подключен к одному из выходов блока 1 вычисления угла поворота роторной стрелы, другой выход которого подсоединен к управляющему входу блока 2 торможения привода, управляемый вход которого связан с выходом блока 4 задания ско1 рости, а выход подключен к другому входу блока 23 масштабирования сигнала задания и через блок 13 выделения модуля сигнала, блок 14 дифференцирования - к входу компаратора

15 скорости изменения сигнала задания и к входу детектора 22 нуля, выход которого подсоединен к управляющему входу ключа 21 отсечки, один из управляющих входов которого через инвертор 20 отсечки связан с выходом блока 19 формирования отсечки, к которому подключен другой управляющий вход ключа 21 отсечки.

Устройство работает следующим образом, Ключ 9 обратной связи по скорости управляет блоком обратной связи по

3 1162 скорости следящего привода 3 поворотав

В одном из положений этого ключа вы ходной сигнал блока 10 вычисления линейной скорости поворота ротора, представляющий собой произведение сигнала, пропорционального угловой скорости привода поворота, и сигнала, пропорционального радиусу резания,, подается непосредственно на однй из входов блока 5 сравнения, благодаря 111 чему система управления приводом поворота оказывается замкнутой жесткой отрицательной обратной связью по скорости поворота ротора, Такая система обладает высокой точностью и быстродействием при отработке сигналов задания, поступающих с выхода блока 23 масштабирования сигнала задания, и в момент защить привода ротора от черезмерных нагрузок, т,е. при 2О работе блока 19 отсечки.

Входной сигнал блока 23 масштабирования сигнала задания формируется блоком 2 торможения привода в момент приближения ротора к линии, образую- д щей боковой уступ, или блоком 4 задания скорости при управлении скоростью поворота роторной стрелы вручную машинистом, Факт изменения этих сигналов определяется блоком 14 дифференцирования. Так как сигналы задания, раэнополярны, то перед дифференциро, ванием они проходят через блок 13 выделения модуля сигнала. Когда темп изменения сигнала задания превышает некоторый уровень, установленный на

35 компараторе 15 скррости изменения сигнала задания, компаратор срабатывает и на его входе элемента ИЛИ 16 появляет ся единичный сиги ал. Такой же

4О сигнал появляется на втором входе элемента ИЛИ, когда нагрузка на приводе ротора превышает допустимый уровень и срабатывает компаратор 17 максималь ной нагрузки. Ноявление хотя бы на

45 одном из входов элемента ИЛИ единичного сигнала приводит к появлению та» кого же сигнала на его выходе, и, следовательно, на одном иэ входов элемента И 11.

На втором входе этого элемента сигнал логической единицы появляется при срабатывании компаратора 12 минимальной нагрузки, что происходит при наличии на приводе некоторои минимальной нагрузки. Таким образом, если изменяется сигнал задания привода поворота и при этом осуществляется

902 4 выемка горной массы, т.е. прйвод ротора нагружен или нагрузка на приводе ротора превьппает некоторый допустимый уровень, то на выходе элемента

И появляется единичный сигнал, который приводит ключ 9 в такое положение, при котором привод поворота sамыкается отрицательной обратной связью по скорости, В процессе разрушения забоя ротором, когда нагрузка на его приводе не превышает допустимого предела и при этом сигнал задания, не изменяется, систему управления приводом поворота целесообразно разомкнуть или замкнуть небольшой положительной обратной связью, что обеспечивает работу привода поворота на более мягкой механической характеристике, что, в свою очередь, способствует снижению амплитуды колебаний усилий в приво дах и конструктивных элементах роторного экскаватора. Таким же образом система управления должна работать при отсутствии нагрузки на приводе ротора, что исключает появление колебательных процессов в приводе поворота из-за наличия больших зазоров в зубчатом зацеплении поворотного круга.

В рассмотренных случаях сигнал на выходе элемента И 11 равен нулю и ключ 9 находится в таком положении, при котором рыходной сигнал блока

10 подается на блок 5 сравнения через инвертор 8. Коэффициент переда» чи инвертора выбирается таким, чтобы коэффициент электромеханической связи привода поворота для данного типа экскаватора имел максимальное значение. В этом случае максимальным является демпфирование колебаний в приводах и конструктивных элементах роторного экскаватора.

Каждой структуре системы управления следящего привода поворота должен соответствовать определенный масштаб сигнала задания, при котором статическая ошибка системы по заданию была бы равной нулю, Эта задача в устройстве .решается блоком

23 масштабирования сигнала Ъадания, который, в частном случае, представляет собой набор резисторов с последовательно выключенными транзисторными ключами, управляемыми выходными сигналами логического элемента И 11.

Отсечка по нагрузке привода ротора в системе управления приводом

1162902 поворота действует как отрицательная обратная связь, которая включается в работу, когда нагрузка на приводе ротора, измеряемая датчиком

18 нагрузки, превышает допустимый 5 уровень. Нагрузка на приводе ротора не меняет своего знака при изменении направления движения привода поворота, т.е. при изменении знака сигнала задания. Для сохранения в системе знака обратной связи по нагрузке при изменении знака сигнала задания в устройство введены детектор 22 нуля, ключ 21 и инвертор 20. При положительном знаке сигнала задания детектор нуля влкючает ключ 21 таким образом, что выходной сигнал блока 19 отсечки,.имея отрицательный знак,, поотупает на вход блока 5 сравнения, минуя инвертор 20. При отрицательном 2Р знаке сигнала задания ключ включается так, что выходной сигнал блока 19 подается на вход сравнения через инвертор 20.

Блок 13 выделения модуля сигнала 25 в простейшем случае представляет собой двухполупериодный выпрямитель, знак выходного, сигнала которого не зависит от знака входного сигнала, Блок 19 формирования отсечки пред- Зр ставляет собой усилитель, выходной сигнал которого появляется после достижения входным сигналом некото, рого заданного порога, Принципиальная схема блока 23 масштабирования сигнала задания состоит из транзисторных ключей Т 24, Т 25, резисторов 26 — 28, импульсного усилителя 29 и операционного усилителя 30, соединенных между со- 4 бой соответствующим образом.

Скорость следящего привода Ы при статическом регулировании в установившемся режиме определяется из выражения 45

"пр "ос, "пр "ос где К вЂ” коэффициент передачи прямого контура системь регу- М лирования;

К - коэффициент передачи датчика скорости;

N - момент нагрузки; р — коэффициент, характеризующий жесткость механической характеристики приводного двигателя;!! — выходное напряжение блока

3 торможения привода, Знак плюс соответствует отрицательной обратной связи, знак минусположительной.

Так как выходной сигнал датчика скорости Ц,, пропорционален Ы, то выражение (1) можно записать в виде

3 Щ

0 = + — 7

1+k !+К где К=К „ К вЂ” коэффициент передачи разомкнутой системы, Для систем управления приводом горных машин, исходя из устойчивости системы регулирования, К выбирается не более 3-4.

Например, если К=l, то, как следует из выражения (21, Ll отличается от ).1 íà 50Х т.е ° ошибка по заданию составляет 50Х что недопустимо.

Эта.ошибка полностью компенсируется, если сигнал Ц .перед подачей на блок сравнения умножить на коэффициент, равный !

+К

В этом случае Ц = U > +, отМ

1 куда видно, что ошибка по заданию отсутствует.

Таким образом, если система управления приводом замкнута отрицательной обратной связью, то U умножается на величину, а при за!

1K мыкании системы положительной обратной связью U - умножается на коэф1-K фициент, равный

При отрицательной обратной связи, открыт транзистор Tl (Т2 закрыт) и

У умножается на коэффициент передачи

Ы

B 1 + К в, к

При положительной обратной связи открыт транзистор Т2 (Tl} закрыт и

Ug умножается на коэффициент ос q = — К

К

Источником экономической эффективности предлагаемого устройства яв1 ляется повышение эксплуатационной производительности роторного экскаватора за счет снижения простоев, вызываемых повышенным износом его элементов, подвергающихся динамическим нагрузкам. При этом снижение динамических нагрузок на 5-207 позволяет повысить эксплуатационную производительность примерно на 27..

li62902

Составитель А. Ремизов

Техред Л.Микеш Корректор В.Бутяга.Редактор О. Бугир

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4069/27 Тираж 649 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5