Автоматизированная система управления рабочим процессом роторного экскаватора

СОГОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Г 9 ц 5 Е 02 Г 3/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР л у )Ы 9 Т;,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3 О гпОМиЮ(56) Авторское свидетельство СССР М 910942, кл. Е 02 Г 3/26, 1979,Авторское свидетельство СССР М 1469030, кл. Е 02 Г 3/26, 1984.(54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА(57) Изобретение относится к автоматизации производственных процессов на открытых горных разработках, Цель изобретения - повышение произ-сти роторного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций. Система содержит измерители нагрузки привода 3 ротора, уровня 4 вибраций металлоконструкций и произв-сти 5 по массе, выходы которых через блоки установки масштабов (БУМ) 8 - 10 подключены к входам селектора 14 максимального сигнала, Выход селектора 14 подключен к входу сглаживающего фильтра 15. Дополнительно система снабжена датчиками Д) высоты 1 подуступа, толщины 2 стружки, скорости 16 поворота и угла 24 поворота, задатчи ком 12 произв-сти, измерителем 6 нагрузки привода поворота, блоками 7, 18 умножения, блоками 13, 17, 26 деления, двумя БУМ 11, 20, коммутатором 22, задатчиком 19 максимального сигнала задания скорости поворота, селектором 23 минимального сигнала, блоком 25 определения косинуса угла поворота и пороговым элементом 21. Сигналы с Д 1 и 2 поступают на блок 7, с выхода которого сигнал, пропорциональный произведению, поступает на вход блока 13, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 12. Выходной сигнал блока 13, пропорциональный скорости поворота, поступает на один из входов селектора 23, на другой вход которого поступает сигнал с задатчика 19, С выхода селектора 23 сигнал поступает на один вход блока 26. Сигналы с выходов измерителей 3-6 через БУМ 8-11 поступают на входы селектора 14, а его выхода через фильтр 15 - на входы порогового элемента 21 и блока 17, 2 ил.1703797 Изобретение относится к автоматизации производственных процессов на открытых орных разработках, а именно к поворота, третий вход соединен с выходом первого блока 13 деления, второй вход которого соединен с выходом задатчика 12 объемной производительности и первый вход соединен с выходом первого блока 7 умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика 1 высоты подступа и второй вход соединен с выходом датчика 2 толщины стружки, выход селектора 23 минимального сигнала соединен с вторым вхоавтоматизации рабочео процесса роторных экскаваторов, работающих в условиях 510 сложноструктурных забоев.Цель изобретения - повышение производительности роторного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций.На фиг. 1 изображена структурная схема автоматизированной системы управления рабочим процессом роторного дом третьего блока 26 деления, а выходы измерителей 3-6 соответственно нагрузки привода ротора, уровня вибраций, производительности по массе и нагрузки привода прворота через блоки 8-11 установки масш 15 табов соединены соответственно с первым - четвертым входами селектора 14 максимального сигнала, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 15.Блок 25 определения косинуса угла поворота включает генератор 27 импульсов, модуль 28 постоянной памяти, выходной запоминающий элемент 29 и элемент 30 задержки. Адресный вход модуля 28 постоянной памяти является входом блока, вход считывания соединен с выходом генератора 27 импульсов и входом элемента 30 задержки, выход которого соединен с входом записи выходного запоминающего эле. 20 25 30 35 40 45 дом датчика 16 скорости поворота и выход деления формируется сигнал, пропорцинальный значению скорости поворота, оределяемой выражениемн50Ь Ьиячгде Чп - значение скорости поворопри котором обеспечивается номиналыобъемная производительность;ц" - номинальное значение объемпроизводительности роторного экскав;ра;Кр- коэффициент разрыхления экскамаксимального сигнала задания скорости руемого ископаемого(Кр 1),соединен с вторым входом второго блока 17, деления, первый вход которого соединен с выходом сглаживающего фильтра 15 и входом порогового элемента 21, а выход - с входом пятого блока 20 установки масштаба, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора 22, вход управления которого соединен с выходом порогового элемента 21 и выход соединен с первым входом селектора 23 минимального сигнала, второй вход которого с вторым информационным входом коммутатора 22 и выходом задатчика 19 экскаватора; на фиг. 2 - пример выполнения блока определения косинуса угла поворота,Автоматизированная система управления рабочим процессом роторного экскаватора включает датчик 1 высоты подуступа, датчик 2 толщины стружки, измерители нагрузки привода ротора 3, уровня вибраций металлоконструкции 4, производительности по массе 5, и нагрузки привода поворота 6, первый блок 7 умножения, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 блоки установки масштабов, задатчик 12 объемной производительности, первый блок 13 деления, селектор 14 максимального сигнала, сглаживающий фильтр 15, датчик 16 скорости поворота, второй блок 17 деления, второй блок 18 умножения, эадатчик 19 максимального сигнала задания скорости поворота, пятый блок 20 установки масштаба, пороговый элемент 21, коммутатор 22, селектор 23 минимального сигнала, датчик 24 угла поворота, блок 25 определения косинуса угла поворота и третий блок 26 деления. Вход блока 25 определения косинуса угла поворота соединен с выходом датчика 24 угла поворота и выход соединен с первым входом третьего блока 26 деления, выход которого является выходом системы, и с первым входом второго блока 18 умножения, второй вход которого соединен с выхомента 29, информационный вход которогс соединен с выходом модуля 28 постоянноь памяти и выход является выходом блока.Автоматизированная система управле ния рабочим процессом роторного экскава тора работает следующим образом.Сигналы с выходов датчиков 1 и 2, прс порциональные соответственно высоте по уступа йпу и толщине стружки Ьс, поступаю на входы блока 7 умножения, с выхода кот рого сигнал, пропорциональный произвед нию Ьпу Ьс, поступает на первый вход бло 13 деления, на второй вход которого пост пает сигнал с выхода задатчика 12 объемн( производительности. На выходе блокаТаким образом, величина сигнала задания с выхода задатчика 12 объемной производительности должна быть такой, чтобынОчсигнал Хч, задания скорости поворота свыхода блока 13 деления обеспечивал номинальное значение объемной производительности при любых Ьпу и Ьс в заданныхдиапазонах их изменения,Сигналы с выходов измерителей 3 - 6 через блоки 8-11 установки масштабов в масштабах, выбранных по критериюравноинтенсивного воздействия на оборудование в соответствии с выражениемК 1 Х 1 р = К 2 Не = Кз Хящ = К 4 Х 3 д = Хн, (2)где К 1. К 2, Кз, К 4 - масштабные коэффициенты;н н нХр, Хв, Хе Ха - сигналы на выходах измерителей 3-6 соответственно нагрузки привода ротора, уровня вибраций,производительности по массе и нагрузкипривода поворота,(соответствующие номинальным значениямизмеряемых параметров, поступают соответственно на первый - четвертый входы селектора 14 максимального сигнала, навыходе которого формируется сигнал, определяемый выражениемХаах(т) = МАХК 1 Хр(1), К 2 ХВ(1) Кз ХяК 4 Хп Гй)1 (3)который затем поступает на вход сглаживающего фильтра 15, с выхода которого сигнал, определяемый выражениемХпех(т) =,Г Хмдх (1) й (4)Тгде Т. - скользящий интервал сглаживания,поступает на первый вход блока 17 деления,на второй вход которого поступает сигнал свыхода блока 18 умножения, на первый входкоторогопоступает сигнал с выхода блока25 определения косинуса угла поворота, навход которого поступает сигнал с выходадатчика 24 угла поворота, и на второй входблока 18 умножения поступает сигналХч,(1) с выхода датчика 16 скорости поворота. На выходе блока 18 умножения формируется сигнал Хч, (т) , определяемыйвыражениемХч( 1) = Хч(1 ) сов дЪ, (5) где рп - угол поворота,На выходе блока 17 деления формируется сигналХн(т) =Хч(т)10 Кб = ХЧ(т), (7)махгде Кб - масштабный коэффициент;Хмех" - номинальное значение сигнала на выходе сглаживающего фильтра 15, равное Хн.Такое масштабирование осуществляется для того, чтобы при номинальной величинесигнала на выходе блока 15 сигнал задания скорости привода поворота с выхода блока 20 установки масштаба, сформированный в функции парамЕтрсв Х (т), ХВ(1),Хяп (1) и Х(1), был равен текущему значению сигнала задания скорости поворота. Коэффициент Кб иэ формулы (7) равен Хн.При работе роторного экскаватора поэкскавации полезного ископаемого требуеетребмый сигнал Хч(1) задания скоростиповорота в функциии параметров Х (1)Хв(1), Хя,(1) и Хп(1) определяется в соответствии с выражениемфтреб Хч(1)25 Хчп (1) = Кб-1 (8)потребт,е. при Хмах(1)Хн сигнал Хч(1) уменьшается относительно Хч(т) на необходимую в текущий момент времени величину, апри Хех(с)сХн увеличивается. Таким образом обеспечивается адаптация формируеетребмого сигнала Хч (1) к текущему35 значению сигнала Хч(1) задания скорости поворота.Сигнал с выхода блока 20 установкимасштаба поступает на первый информационный вход коммутатора 22, на второй ин 40 формационный вход которого поступаетсигнал Хч,х, соответствующий максимально допустимому сигналу задания скорости поворота, с выхода задатчика 19, Навход управления коммутатора 22 поступает45 сигнал с выхода порогового элемента 21,порог срабатывания которого равен Хн. Если величина сигнала Хех(т), поступающегона вход порогового элемента 21 с выходасглаживающего фильтра 15, меньше Х тосигнал на его выходе равен "0", и на выходкоммутатора 22 проходит сигнал Хн,хПри Хмех(т)Хн срабатывает пороговый элемент 21, и сигнал "1" с его выхода, поступающий на вход управления коммутатора 22,обеспечивает прохождение на его выходтребсигнала Хч (1) с выхода блока 20 установки масштаба, 1703797нЧчСигналы Хчс выхода блока 13 деления, ХЧттптах с выхода задатчика 19 и сигтребНаЛХЧпптах ИЛИ ХЧп (т) С ВЫХОда коммутатора 22 поступают на соответствующие входы селектора 23 минимального сигнала, с выхода которого сигнал, определяемый выражениемнпт 1 пччХЧп (т) = ГГ 1 ПХЧп, ХЧп мах ПРИ Хмах (1)ХН (9) или выражениемгпмнп ччНХЧп ф = П 11 ПХЧп, ХЧп тпахтребХЧп, пРиХмах ( 1 )ХН(10) поступает на второй вход третьего блока 26 деления, на первый вход которого поступает сигнал, соответствующий косинусу угла поворота р, с выхода блока 25 определения косинуса угла поворота. На выходе блока 26 деления формируется итоговый сигнал задания скорости поворота, определяемый выражениемтппХчХЧ(1) = ", (11) скорректированный по косинусу угла поворота для компенсации серповидности реза.Если ни оДин из паРаметРов Х 1 р(т) ХВ(1), Хт 1 пт (т) И Х 1 п (т) НЕ ЯВЛЯЕТСЯ КРИтИЧ- ным в текущий момент времени, т.е, в качестве сигнала задания скорости поворота исгользунЧч чч ЕтСя СИГНаЛ ХЧ, ПрИ ХЧптах ) ХЧОбЕС- печи вается номинальная объемная ПРОИЗВОДИтЕЛЬНОСтЬ. КаК ТОЛЬКО Хмах(1) Становится больше Хн, в качестве сигнала задания скорости поворота используется сигналтребХЧСИГНаЛ ХЧп мах яВЛяЕтСя ОГраНИ- чивающим и величина его равна максимально возможному сигналу задания скорости поворота для автоматизируемого типа экскаватора.Таким образом, система позволяет автоматически формировать наиболее рациональный сигнал задания скорости поворота,Блок 25 определения косинуса угла поворота работает следующим образом,На вход блока поступает двоичный код, пропорциональный текущему значению угла поворота, являющийся кодом адреса ячейки памяти модуля 28 постоянной памяти, в которой записано значение косинусаго угла. При поступлении импульсов с выхода генератора 27 импульсов на входсчитывания модуля 28 постоянной памяти код, пропорциональный косинусу угла поворота, с выхода модуля 28 поступает на вход выходното запоминающего элемента 29 и записывается в него импульсом с выхода элемента 30 задержки, на вход которого поступают импульсы с выхода генератора 27 импульсов. Время задержки равно приблизительно 2 мкс (время необходимое для установления на выходе модуля 28 считываемого кода). Элемент задержки задержки задерживает только фронт поступающего на его вход импульса. Срезы входного и выходного импульсов совпадают во времени.Если система реализована на цифровых блоках, то выходной запоминающий элемент 29 представляет собой регистр с параллельной записью информации. Если система реализована на аналоговых блоках, то выходной запоминающий элемент представляет собой последовательно соединенные регистр с параллельной записью информации и цифроаналоговый преобразователь.Аналоговый вариант системы может быть реализован на базе субблоков комплекса КМ 2201 (СУПС), серийно выпускаемого ПО "Точэлектроприбор" (г. Киев) (блоки установки масштабов - Ф 5173, селекторы максимального и минимального сигнала - Ф 5196, блоки деления и умножения - Ф 5178, сглаживающий фильтр - Ф 5197). В качестве коммутатора можно использовать микросхему К 561 КП 1, представляющую собой мультиплексор аналоговых сигналов.В качестве модуля постоянной памяти, входящего в состав блока 25 определения косинуса угла поворота, можно использо вать микросхемы К 573 РФ 2 или К 1601 РР 1 с организацией 2 КХ 8, т,е. содержащих по 2048 8-разрядных ячеек памяти и являющихся энергонезависимыми (сохранение информации при отсутствии питающего напряжения),Использование автоматизированной системы управления рабочим процессом роторного экскаватора обеспечит повышение производительности роторного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций в конкретных горно-геологических условиях с часто меняющимися физико-механическими свойствами забоя по ходу отработки реза, повышение надежности и долговечности основных узлов экскаватора, увеличение коэффициента 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 технического использования роторного экс 1703797 10каватора во времени за счет уменьшения простоев, связанных с авариями или выходом за строя отдельных наиболее важных узлов экскаватора, вызванных частыми отклонениями параметров, характеризующих 5 интенсивность нагружения оборудования, за допустимые пределы, исключение субьективного влияния оператора-машиниста роторного экскаватора на процесс экскавации, 10 Формула изобретенияАвтоматизированная система управления рабочим процессом роторного экскаватора, содержащая измерители нагрузки 15 привода ротора, уровня вибраций металлоконструкций и производительности по массе, выходы которых соответственно через первый, второй и третий блоки установки масштабов подключены соответственно к 20 первому, второму и третьему входам селектора максимального сигнала, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности ро торного экскаватора путем повышения точности и устойчивости управления при обеспечении работы экскаватора в заданных пределах режимов нагружения агрегатов и металлоконструкций, она дополнительно 30 снабжена датчиком высоты подуступа, датчиком толщины стружки, датчиком скорости поворота, датчиком угла поворота, задатчиком объемной производительности, измерителем нагрузки привода поворота, первым и вторым 35 блоками умножения, первым, вторым и третьим блоками деления, четвертым и пятым узлами установки масштабов, коммутатором, задатчиком максимального сигнала задания скорости поворота, селектором минимального сигнала, блоком определения косинуса угла поворота, вход которого соединен с выходом датчика угла поворота, а выход соединен с первым входом третьего блока деления и с первым входом второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости поворота, а выход соединен с вторым входом второго блока деления, первый вход которого соединен с выходом сглаживающего фильтра и с входом порогового элемента, выход второго блока деления соединен с входом пятого блока установки маСштаба, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, вход управления которого соединен с выходом порогового элемента и выход соединен с первым входом селектора минимального сигнала, второй вход последнего соединен с вторым информационным входом коммутатора и с выходом задатчика максимального сигнала задания скорости поворота, причем выход датчика высоты подуступа соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика толщины стружки, а выход первого блока умножения соединен с первым входом первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом задатчика объемной производительности, а выход -с входом третьего блока деления, выход которого является выходом системы, а выход измерителя нагрузки привода поворота через четвертый блок установки масштаба соединен с четвертым входом селектора максимального сигнала.1703797 Составитель В,ЧупринТехред М,Моргентал Корректор А,Осауленко Редактор И.Горная Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 46 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5