Устройство для автоматического управления роторной стрелой экскаватора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 41511 Е 02 Р 3/26 О Т ьа ированенени я гнала леме емента И ду блока масадания и к упобратной свяму входу котоока вычислеворота ротобратной связипервому входу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности "Гипроуглеавтоматизация"(56) Авторское свидетельство. СССР У 203034, кл. О 05 В 19/04, 1962Ломакин М.С. Автоматическое уп.равление технологическими процессами карьеров. М., "Недра", 1978, с. 120-124.Авторское свидетельство СССР У 899761, кл. Е 02 Р 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 выделения модуля сигнала, блоком дифференцирования, блоком формирования отсечки, элементами И и ИЛИ, датчикомнагрузки привода ротора, выход которого подключен через компараторыминимальной и максимальной нагрузокк первым входам соответственно элементов И или ИЛИ, а также через блокформирования отсечки к инвертору отсечки и к первому входу ключа отсечки, к второму входу которогоподключен выход инвертора отсечки,первый и второй выходы блока вычисления предельного угла поворота роторной 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 заданияскоростей, выход блок торможенияпривода подключен непосредственно кпервому входу блока масштабированиясигнала задания, а также через детектор нуля к управляющему входу ключа отсечки и через последовательносоединенные блок выделения модуля сигнала, блок дифференкомпаратор скорости иззадания к второму входвыход которого подключвходу элемента И, выходподключен к второму вхштабирования сигнала эравляющему входу ключаэи по скорости, к перврого подключен выход блния линейной скорости ира, первый выход ключапо скорости подключен к1162902блока сравнения, второй выход ключа нения, к третьему и четвертому входамобратной связи по скорости через ин- которого подключены соответственно/вертор обратной связи по скорости выходы блока масштабирования сигналаподключен 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. 5Целью изобретения. является повыше-: ние качества управления.На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - принципиальная схема блока масштдби- О 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 2 О скорости, блок 10 вычисления линейной скорости поворота ротора, эле-, мент И 1, 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 8 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 подключен к входам блока 19 формирования 35 отсечки, компаратора 12 максимальной , нагрузки и входу комнаратора 17 минимальной нагрузки, выход .которогосвязан с одним из входов элемента ИЛИ 16, второй вход которого подклю- ф чен к выходу компаратора 15 скорости изменения сигнала задания, а выход соединен с одним из выходов элемента Н 11, другой вход которого подключен к выходу компаратора 12 .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 задаия связан с одним иэ 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 содним чз входов блока 1 О вычисления.линейной скорости поворота ротора,другой вход которого подключен кодному из выходов блока 1 вычисленияугла поворота роторной стрелы, другой выход которого подсоединен к управляющему входу блока 2 торможения привода, управляемый вход которогосвязан с выходом блока 4 задания ско 1 рости, а выход подключен к другомувходу блока 23 масштабирования сигнала задания и через блок 13 выделения модуля сигнала, блок 4 дифференцирования - к входу компаратора 15 скорости изменения сигнала задания и к входу детектора 22 нуля, выход которого подсоединен к управляющему входу ключа 21 отсечки, одиниз управляющих входов которого черезинвертор 20 отсечки связан с выходомблока 19 формирования отсечки, к которому подключен другой управляющийвход ключа 21 отсечки,Устройство работает следующим образом,Ключ 9 обратной связи по скоростиуправляет блоком обратной сязи по3 1162скорости следящего привода 3 поворотаВ одном из положений этого ключа выходной сигнал блока 1 О вычислениялинейной скорости поворота ротора,представляющий собой произведениесигнала, пропорционального угловойскорости привода поворота, и сигнала,пропорционального радиусу резания, .подается непосредственно на однй извходов блока 5 сравнения, благодаря 10чему система управления приводомповорота оказывается замкнутой жесткой отрицательной обратной связью поскорости поворота ротора, Такая система обладает высокой точностью ибыстродействием при отработке сигналов задания, поступающих с выходаблока 23 масштабирования сигнала задания, и в момент защиты привода ротора от чрезмерных нагрузок, т,е. при 20работе блока 19 отсечки.Входной сигнал блока 23 масштабирования сигнала задания формируетсяблоком 2 торможения привода в моментприближения ротора к линии, образую- дщей боковой уступ, или блоком 4 задания скорости при управлении скоростью поворота роторной стрелы вручнуюмашинистом, 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 темпизменения сигнала задания превышаетнекоторый уровень, установленный на35компараторе 15 скррости изменения сигнала задания, компаратор срабатываети на его входе элемента ИЛИ 1 б появляется единичный сигнал. Такой же40сигнал появляется на втором входе элемента ИЛИ, когда нагрузка на приводеротора превышает допустимый уровеньи срабатывает компаратор 17 максимальной нагрузки. Ноявление хотя бы на45одном из входов элемента ИЛИ единичного сигнала приводит к появлению такого же сигнала на его выходе, и,следовательно, на одном иэ входовэлемента И 11,На втором входе этого элементасигнал логической единицы появляетсяпри срабатывании компаратора 12 минимальной нагрузки, что происходитпри наличии на приводе некоторои минимальной нагрузки, Таким образом,если изменяется сигнал задания приво-да поворота и при этом осуществляется 902 4выемка горной массы, т.е, привод ротора нагружен или нагрузка на приводе ротора превьппает некоторый допустимый уровень, то на выходе элементаИ появляется единичный сигнал, который приводит ключ 9 в такое положение,при котором привод поворота замыкается отрицательной обратной связью поскорости,В процессе разрушения забоя ротором, когда нагрузка на его приводене превышает допустимого предела ипри 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 выходной 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 вустройстве .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 приводомповорота 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 положи тельном 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 20 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 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 собой соответствующим образом.Скорость следящего привода Ы при статическом регулировании в установившемся режиме определяется из выражения 45Кр ( вЯ"- Ф1-К К 1+ Кр Кгде К - коэффициент передачи прямого контура системы регу- Млирования;К - коэффициент передачи датчика скорости;М - момент нагрузки;О - коэффициент, характеризующий жесткость механическойхарактеристики приводногодвигателя;- выходное напряжение блока3торможения привода,Знак плюс соотвеТствует отрицательной обратной связи, знак минус- положительной.Так как выходной сигнал датчика скорости Ц пропорционален Ы , то выражение (1) можно записать в виде3 Щгде К=КК - коэффициент передачиразомкнутой системы,Для систем управления приводомгорных машин, исходя из устойчивостисистемы регулирования К выбираетсяне более 3-4,Например, если К=1, то, как следует из выражения (2, . отличается от 0 на 503, т,еошибка по заданию составляет 503, что недопустимо.Эта.ошибка полностью компенсируется, если сигнал Ц.1 перед подачейна блок сравнения умножить на коэффициент, равный11 КВ этом случае ( = 1+1, отМ1куда видно, что ошибка по заданиюотсутствует,Таким образом, если система управления приводом замкнута отрицательной обратной связью, то 11 умножается на величину, а при заФ Кмыкании системы положительной обратной связью Ц - умножается на коэф 1-Кфициент, равныйПри отрицательной обратной связи, открыт транзистор Т 1 (Т 2 закрыт) и Уумножается на коэффициент передачи0 С.В 1+Кв, кПри положительной обратной связи открыт транзистор Т 2 (Т 1) закрыт и (1 умножается на коэффициент ос 11 =- ККИсточником экономической эффективности предлагаемого устройства яв 1ляется повышение эксплуатационной производительности роторного экскаватора за счет снижения простоев, вызываемых повышенным износом егоэлементов, подвергающихся динамическим нагрузкам. При этом снижение динамических нагрузок на 5-207 позволяет повысить эксплуатационную производительность примерно на 27.Редактор О. Буг Корректор В.Бутяг Заказ 4069/27 Подписноета СССР тии аб.; д. 4/5ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Моск