Система автоматического управления очистным комбайном в профиле пласта

/24, 1984 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 410679 (22) 06.08. (46) 15.09. ,(71) Научно нение по со автоматизаци гормаш(72) Д.И,Евстафьев А.И,Котлярский, Ю. и Д.И.Фреге (53) 622,232.72(08 (56) Авторское сьи В 972089, кл, Е 21Авторское свиде У 1250651, кл. Е 2 54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЕ 11 ИЯ ОЧИСТНЫМ КОМБАЙНОМ В ПРОФИЛЕЛАСТА(57) Изобретение относится к угледооывающей пром-ти и предназначено для автоматизации добычных работ, Цель - повышение точности управления эа счет компенсации погрешности преобразования координат, Устр-во содержит датчики (Д) пути угла продольного наклона 4 комбайна, положения 5,6 режущих органов (РО) и Д 8 т 9 порода уголь, С выходов Д 1,4,5 и 6 и элемента 3 памяти сигналы поступают на вхо1423738 координат.На фиг.1 представлена структурная 10 схема системы автоматического управления очистным комбайном в профиле пласта; на фиг,2 - то же,блока преобразования координат (одного канала); на фиг,3 - то же, блока регули рования; на фиг,4 - то же, блока сравнения.Система содержит датчик 1 пути, соединенный с входом счетчика 2, выход которого соединен с входом элемента 3 памяти, датчик 4 угла продольного наклона комбайна, выход которого соединен с вторым входом элемента 3 памяти, датчики 5,6 положения режущих органов, Выходы датчиков 1,4,5,6 и25 элемента 3 памяти соединены с входами блока 7 преобразования координат.Датчики 8,9 порода - уголь соединены своими выходами с входами блока 10 регулирования, третий вход которого 30 зомПри задании программы движения режущих органов комбайна сигналы с выходов датчиков 1,4,5,6 и элемента Э памя-ти,соответствующие пути, пройденному комбайном, углу продольного наклона его ды блока 7 преобразования координат.В элемент 3 памяти производится запись с выхода Д 4 по сигналу счетчика 2, насчитывающего кол-во дискретпройденного пути, соответствующее межопорному расстоянию комбайна, В блоке 7 сигналы преобразовываются в горизонтальные и вертикальные координаты РО относительно условно неподвижной точки отсчета, которые поступаютв программный блок (ПБ) 15 и запоминаются там, Сигналы с Д 8 и 9 поступают в блок 10 регулирования, Выходные сигналы блока 10 несут информацию о величине и направлении необходимого перемещения соответствующегоРО. С первого выхода блока 10 сигнало необходимом перемещении опережающего РО поступает в блок 11 памяти, Посигналу с Д 1 пути в блоке 11 инфорИзобретение относится к угледобывающей промышленности и может быть использовано для автоматического управления очистными комбайн%ми при автоматизации добычных работ. 5Целью изобретения является повышение точности управления за счет компенсации погрешности преобразования мация сдвигается на одну ячейку, ана входы блока 12 сравнения поступаютсигналы необходимых перемещений, определенные для обойм РО при нахождении в одной точке по длине лавы, Свыхода блока 12 сигнал поступает внакапливающий сумматор 13, где суммируются по мере их поступления поправки, определенные при обработке, С выхода сумматора 3 через блок вычитания 14 сигнал поступает на второйвход ПБ 15. Здесь сравниваются вертикальные координаты записанной и реальной траекторий движения РО при равен-стве горизонтальных координат. С выхода БП 15 выдается управляющее воздействие на перемещение РО, котороефиксируется в блоке 16 или 7 и передается на соответствующий исполнительный элемент 18 или 19, 4 ил,соединен с выходами датчика пути, первый выход блока регулирования соединен с первым входом блока 11 памяти, второй вход которого соединен с выходом датчика 1 пути, а выход - с первым входом блока 2 сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 10 регулирования, Выход блока 12 сравнения соединен севходом накапливающего сумматора 13, выход которого соединен с первым входом блока 14 вычитания, второй вход которого ссединен с вторым выходом блошка 7 преобразования координат, а выход - с вторым входом программного блока 15, Первый выход блока 7 преобразования координат непосредственно соединен с первым входом программного блока 15. Выходы программного блока 15 через блоки 16 и 17 формирования управляющих сигналов соединены с соответствующими исполнительными элементами 18 и 19.Система работает следующим обра 3423738соответственно горизонтальная и вертикальная координаты геометрического центра реку щего органа;расстояние от верхней полки конвейера до почвы пласта в том из сопряжений лавы со штре ком, откуда было начато движение;длина проекции расстояния между опорами комбайна на его продоль ную ось;разность пути, пройденного комбайном, и суммы целого числа длин проекций расстоянии 45 между опорами на продольную ось комбайна, укладывающихся на дли" не пройденного пути;угол продольного наклоО на корпуса комбайна при достижении нуля разно-. стью пройденного пути и суммы целого числа длин проекций на про-.дольную ось комбайна расстояния между опорами на длине пройден" ного пути; где х, у у,мои корпуса, положению его режущих органов и углу продольного наклона комбайна при кратности пройденного пути расстоянию между опорами комбайна, поступают на входы блока 7 преобразова 5 ния координат. Запись в элемент 3 памяти угла продольного наклона комбайна с выхода датчика 4 производится по сигналу счетчика 2, насчитавшего количество дискрет пройденного пути, соответствующее межопарному расстоянию комбайна. В блоке 7 преобразования координат поступившие от датчиков значения преобразуются в горизонтальные и вертикальные координаты режущих органов относительна условно неподвижной точки отсчета по следующим рекурентным зависимостям;нУ = уО+ 1 мюо з 1 п Ч + 1 кэ 1 п м++ "оп соя (6 + ч) + 1 со з а Фк- последний зафиксированный Г,;расстояние между опорой комбайна, положение которой контролируется, и геометрическимцентром опоры поворотного редуктора соответствующего режущего органа;О угол наклона прямой,соединяющей опору комбайна,положение которой контролируется, и геометрический центр опоры редуктора к продольной осикомбаина,р - угол продольного наклонакорпуса комбайна;угол наклона прямой,соединяющей герметическиецентры режущего органаи опоры поворотного редуктора;1- длина отрезка прямой,соединяющей геометрические центры режущего органа и опоры поворотногоредуктора,На фиг,2 представлена структурнаясхема из каналов блока 7 преобразования координат - канала преобразования координат верхнего режущего органа.В его состав входят: счетчик 20,выход которого соединен через элементы 21, 22 умножения, с входами сумматоров 23,24, Второй выход счетчика 20через ключи 25,26 соответственно накапливающие сумматоры 27, 28 и элементы 29, 30 умножения, связан с входами сумматоров 23, 24, Информационный вход ключа 25 и второй вход элемента 21 умножения связаны с выходомсинусного функционального преобразователя 31, Информационный вход ключа 26 и второй вход элемента 27 умножения связаны с выходом косинусногофункционального преобразователя 32.Выход второго синусного функционального преобразователя 33 через соответствующий элемент 34 умножения связан с входом сумматора 23. На сумматор 23, кроме того, поступает сигнал,пропорциональный у , записанный оператором вручную, Выход второго косинусного преобразователя 35 через элемент 36 умножения связан с входомсумматора 24. Выход сумматора 37 сое25 дине с входами третьих синусого Функционального преобразователя 38 и косицусного функционального преобразователя 39,выходыкоторых через соот 5 ветствующие элементы 40,41 умножения связаны с входами сумматоров 23,24 соответствено, Вход счетчика 20 связан с выходом датчика 1 пути (фиг,) входы сиусого и косинусного функссиоцального преобразователей 31, 32 соединены с выходом элемента 3 памяти, вход с умматора 37 - с выходом датчика 4 угла продольного маклоа комбайна, входы сицусного 33 и косинусцого 35 (Фиг.2) Фукциональцых преобразователеи соединены с датчиком 5 контро:ся положения верхнего режущего оргаа (Фиг . 1)Фукциоирование канала преобразо с 1 г ция координат верхнего (аналогично и ссссжссего) режущего органа сводится к пересчету дацных, поступивших от ца.чиков 1,34,5, и координаты верх- :сего режущего органа по зависимостям (1). Группы блоков, представленсьсе сса Фиг, реализуют различные сла-, с замше из формул (1). После выполнесссссс всех преобразоваий (поятных из ссазссачегссш блоков) на выходе суммато- З 0 ра 23 появляется сигнал, соответствующий значению вертикальной координаты режущего органа (выход 2 блока 7 сс-с Фиг,1), а на выходе сумматора 24 горизонтальной координаты режущего35 оргаа (выход 1 блока 7), Выходы сумматора 23 обоих каналов блока 7 условно показаны на Фиг,1 одной лиией (выход 1 блока 7). Лалогично изображенс,с одной линией выходы сум 40 ".саторов 24 для обоих каналов (выход 2 блока 7), Координаты каждого режушес о органа поступают в программный блок 15, где запоминаются.При отработке программы операции, 45 выполняемые всеми перечисленными блоками, кроме программного, повторяются. Кроме того, датчики 8,9 порода уголь контактируют расположения соответствуюших режущих органов относительно границ пласта с боковыми породами и сигальс с их выходов поступают в блок 10 регулирования.Согласно Фиг.3 блок 10 регулирования содержит: синхронизаторы 42, выходы которых соединены с задатчиками 43 времени и первыми входами счетчиков 44 синхроимпульсов, выходы задатчиков 43 времени соединены с вторыми входами элементов 45 совпадения,на первые входы которых поступают -сигналы от датчиков 8,9 породауголь, а выходы соединены с первымивходами счетчиков-накопителей 45, Выход датчика 1 пути (фиг,1) соединенс входом триггера 47, выходы которого через реле 48 задержки временисоединены с управляющими входами ключей 49.50, информационные входы которых соединены соответственно с выходами счетчиков-накопителей 46 исчетчиков 44 синхроимпульсов, выходыключей 49 соединены с первым входомделителя 51, второй вход которого соединен с выходами ключей 50, а выход - с первыми входами пороговыхэлементов 52 и 53, выходы реле 48 задержки времени соединены также с входами элементов 54 задержки, выходыкоторых соединены с вторыми входамисчетчиков-накопителей 46 и счетчиков 44 синхроимпульсов и с управляющими входами ключей 55, входьс которыхсоединены с задатчиками 56 уставок,а выходы - с вторыми входами пороговых элементов 52,53. Первый выход порогового элемента 52 соединен с первыми входами элементов 57, 58 совпадения, второй выход его - с первымивходами элементов 59, 60 совпадения,первый вход порогового элемента 53соединен с третьими входамиэлеь; нтов 57,58 совпаденгся, а еговторой выход - с третьими входамиэлементов 59,60 совпадения. Вторыевходы элементов 57,59 совпадения соединены с выходом элемента 54 задержки для опережающего режущего органа,а вторые входы элементов 58,60 совпадения - с выходом элемента 54 задержки для отстающего режущего органа. Блок 10 регулирования работает следующим образом.Синхронизаторы 42 выдают сигнал, соответствующий началу цикла измерения, по этому сигналу задатчики 43 времени формируют временной интервал - цикл измерения, в течение которого сигналы от датчиков 8,9 порода - уголь проходят через элементы 45 совпадения и накапливаются в счетчиках 46, Одновременно подсчитывается количество синхроимпульсов (циклов измерения) в счетчиках 44, При прохождении комбайном определенного пути а выходе датчика 1 пути появляется сигнал, пе 1423738реключающий триггер 47 н противоположное состояние, при этом изменится состояние его выходов и сработает одно из реле 48 задержки времени. При этом откроются соответствующие клю 5 чи 49,50, и на.входы делителя 51 поступят сигналы с выходов соответствующих счетчика-накопителя 46 и счетчика 44 синхроимпульсов. Дели тель 51 делит количество сигналов от датчика 8 или 9 порода - уголь на количество циклов измерения, т.е, на его выходе появляется значение, равное среднему числу сигналов от датчика порода - уголь за цикл измерения,Это значение поступает в пороговые элементы 52 и 53, где сравнивается с уставками, поступившими иэ соответствующего задатчика 56 уставок через ключ 56, открытый по сигналу реле 48 задержки времени с запаздыванием (в элементе 54 задержки) на время срабатынания делителя 51. Сигнал с выхода 54 задержки поступает также на 25 вторые входы соответствующих счетчиков 44, 46 и обнуляет их, подготавливая к следующим циклам измерения. Пороговые элементы 52, 53 сравнивают сигналы, поступившие на их входы: при З 0 среднем количестве сигналов с датчика порода - уголь, меньше уставки Порода , сигналы появляются на первых выходах пороговых элементов 52, 53 и приводят к срабатыванию элемен 35 тов 57 или 58 совпадения (управление 1 11от породы ); если среднее количество сигналов датчика порода - уголь больше уставки Уголь", сигналы появляются на вторых выходах элементов 52, 4 О 53 и приведут к срабатыванию элементов 59 или 60 совпадения (управление 1 11от угля ), в остальных случаях ни один из элементов 57-60 не сработает. Вторые входы элементов 57, 59 и 58, 45 60 совпадения соединены с выходами соответствующих элементов 54 задержки для того, чтобы выдавать управляющий сигнал только на тот режущий орган, сигналы с датчика порода - уголь 5 О которого анализируются в данный момент. После прохождения комбайном заданного пути вновь появится сигнал на выходе датчика 1 пути, который переведет триггер 47 в противоположное состояние, и весь описанный цикл повторится для другого режущего органа, Таким образом, на выходах элементов 57, 59 совпадения появляются сигналы,представляющие кодовую комбинацию для управления опережающим органом (выход 1 блока 10), на выходах элементов 58, 60 - для управления отстающих (ныход 2). Эта кодовая комбинация несет информацию о величине и направлении (энаке) необходимого перемещения соответствующего режущего органа. Необходимое перемещение режущего органа соответствует обнаруженному датчиком 8 или 9 рассогласова" нию, должно обеспечить оставление угольной пачки заданной толщины и может быть как шаговым, так и пропорциональным. С выхода 1 блока 10 сигнал о необходимости перемещении опережаюшего органа поступает в блок 3.1 памяти, где хранится до момента прихода в ту же точку по длине лавы отстающего режущего органа. Блок 11 памяти строится по принципу сдвигоного регистра, количество ячеек которого равно числу циклов анализа информации датчика порода - уголь на пути, равном расстоянию между режущими органами комбайнаПосле каждого такого цикла информация в блоке 11 памяти сдвигается по сигналам датчика на одну ячейку, самая старая теряется и на освободившееся место записывается новая с выходаблока 30, Таким образом, на входы блока 32 сравнения поступают необходимые леремещения, определяемые для обоих режущих органов комбайна при нахождении их в одной и той же точке по длине лавы.Блок 12 сравнения (фиг,4) содержит элементы сравнения знаков, элемент 62 выделения меньшего абсолютного значения и регистр 63. На входы элемента 61 из блоков 10 и 11 поступают знаковые разряды их выходных сигналов, а на входы элемента 62 абсолютные числовые значения. Выход элемента 62 соединен с входом регистра 63, знаковый разряд которого соединен со знаковым разрядом одного из входных сигналов, а выход регистра является выходом блока 12 сравнения.Сигналы, соответствующие необходимым перемещениям режущих органов, н виде кодовых комбинаций поступают на входы блока 12, причем знаковые разряды сигналов поступают на входы элемента 61 сравнения знаков (может быть реализован на базе логического элемента сложения мо модулю два). Абсолют1423738 ствующими исполнительными элементами положения режущих органов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности управления за счет компенсации влияния изменения условий залегания пласта и погрешности преобразования координат, она снабжена двумя датчиками порода - уголь, блоком регулирования, блоком памяти, блоком сравнения, н,ьапливающим сумматором и блоком гь итания, причем выходы датчиков награда - уголь соединены с первым и вторым входами блока регулирования, третий вход которого соединен с выходом датчика агути, первый выход блока регулирования соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом датчика пути, а выход - с первым входом блока сравнения, второй входкоторого соединен с вторым выходомблока регулирования, а выход блока сравнения соединен с входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом блока вычитания, второй вход которого соединен с вторымвыходом блока преобразования координат, а выход - с вторым входом программного блока 9ные значения необходимых перемещений также в виде кодовых комбинаций поступают на входы элемента 62 (реализуется на базе логического элемента срав 5 нения), на выходе которого появляется меньшее из абсолютных значений перемещений и поступает на вход регистра 63, На вход знакового разряда регистра 63 поступает один иэ знаковых разрядов, пришедших на входы элемента 61, При совпадении знаков необходимых перемещений режущих органов на выходе элемента 61 сравнения появляется сигнал, который поступает на уп равляющий вход регистра 63 и разрешает запись информации, поступившей на его входыИнформация, соответствующая меньшему из необходимых перемещений режущих органов с соответствующим знаком (поправка), поступает с выхода регистра 63 на вход накапливающего сумматора 13, где суммируется с уже имеющимся значением.Накапливающий сумматор 13 предназ начен для случая, когда совпадение направлений перемещения режущих органов и, следовательно, введение поправки в программу отработки встречается при обработке неоднократно, В ЗО этом случае все поправки, определенные при отработке, суммируются по мере их поступления с учетом знаков в сумматоре 13Таким образом, в любой момент отработки на выходе накапливающего сумматора 13 грисутствует суммарная поправка, полученная на всем пройденном участке лавы. Эта поправка поступает на вход блока 14 вычитания.С выхода блока 7 преобразования ко- б ординат на входы программного блока 15 поступают вертикальная (выход 2 блока 7) и горизонтальная (выход 1 блока 7) координаты режущих органов, При залси программы движения Режущих органов координаты без изменений запоминаются в программном блоке 15, а при отработке из вертикальной координаты вычитают поправку в блоке 14 вычитания с учетом знаков. В самом начале отработки накапливающий сумматор 13 обнуляется, В программном блоке 15 при отработке программь 1 происходит сравнение вертикальных координат записанной и реальной траекторий дви" жения режущих органов при равенстве горизонтальных координат, Если рассогласование между вертикальными координатами больше допустимого, программный блок 15 выдает управляющеевоздействие на перемещение режущегооргана, которое формируется в блоке 16или 17 (для опережающего или отстающего режущего органа), и затем соответствующий исполнительный элемент 18или 19 перемещает указанный режущийорган на определенное расстояние,Формула изобретенияСистема автоматического управления очистным комбайном в профиле пласта, содержащая датчик пути, выход которого через счетчик соединен с вхо" дом элемента памяти, датчик угла продольного наклона комбайна, выход которого соединен с 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 с входом программного блока, выходы которого через блоки формирования управляющих сигналов сс единены с соответ1423738 Рлт Бл Лу Составитель М.Аксенов Техред А.Кравчук Корректор С,Черни Редактор М.Келемен Заказ 4619/37 Тираж 459 Подписное В 11 ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5