Способ автоматического управления комбайном и устройство для его осуществления

 

1. Способ автоматического управления комбайном, заключающийся в измерении отклонения исполнительного органа комбайна от заданного положения в профиле пласта , сравнении отклонения с допуском на точность вождения комбайна и с предельно допустимым значением отклонения и выработке команд управления перемещением исполнительного органа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления исполнительным органом в вертикальной плоскости при прохождении участков сложноскладчатого строения пластов, определяют угол падения крыла проходимой складки, сравнивают его с заданным, и при возникновении отклонения, превышающего предельно допустимое значение, отключают подачу комбайна немедленно при условии, что угол проходимой складки меньще заданного, а в случае, если угол проходимой складки больще заданного, прекращают подачу команд (Л управления перемещением исполнительного органа на отрезке пути, равном щирине сжатой складки, и если на этом отрезке отклонение не станет меньше допустимого, отключают подачу комбййна.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1084441

3(5D

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР /

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ - - -,/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3519835/22-03 (22) 10. 12.82 (46) 07.04.84 Бюл. № 13 (72) А. А. Польщак, Е. С. Кричевский и В. Ф. Муравьев (71) Белорусский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института галургии (53) 622.232.72 (088.8) (56) 1. Ялышев А. У., Лазоренов О. И. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М., «Машиностроение», 1981, с. 151.

2. Авторское свидетельство СССР № 601414, кл. Е 21 С 35/24, 1975 (прототип).

3. Авторское свидетельство СССР № 949175, кл. Е 21 С 35/24, 1980 (прототип) . (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМБАЙНОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ автоматического управления комбайном, заключающийся в измерении отклонения исполнительного органа комбайна от заданного положения в профиле пласта, сравнении отклонения с допуском на точность вождения комбайна и с предельно допустимым значением отклонения и выработке команд управления перемещением исполнительного органа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления исполнительным органом в вертикальной плоскости при прохождении участков сложноскладчатого строения пластов, определяют угол падения крыла проходимой складки, сравнивают его с заданным, и при возникновении отклонения, превышающего предельно допустимое значение, отключают подачу комбайна немедленно при условии, что угол проходимой складки меньше заданного, а в случае, если угол проходимой складки больше заданного, прекращают подачу команд управления перемещением исполнительного органа на отрезке пути, равном ширине сжатой складки, и если на этом отрезке отклонение не станет меньше допустимого, отключают подачу комбайна.

1084441

2. Устройство автоматического управления комбайном, содержащее датчик положения комбайна в профиле пласта, соединенный с выходом блока сигнализации предельно допустимых отклонений и первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика допустимой точности ведения комбайна, а выход подключен к входу блока управления исполнительным органом, датчиком пути и блоком отключения подачи комбайна, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком определения угла проходимой складки, задатчиком величины угла, задатчиком длины пути, ключевым элементом, первым и вторым компараторами, первой и второй схемами совпадений, схемой ИЛИ и инвертором, при этом управляемый вход ключевого элемента соединен с выходом блока управления исполнительным органом, а управляющий вход

Изобретение относится к автоматизации горных машин, в частности к автоматизации управления движением комбайнов в профиле пласта.

Известны способы управления, применяемые в системах автоматического управления по одному параметру (сигналу ошибки), по которым при малых отклонениях регулируемого параметра формируют алгоритмы непрерывного или импульсного управления исполнительными органами, а при появлении сигнала ошибки, превышающего предельные отклонения, осуществляют дополнительную звуковую или световую сигнализации, блокировку соответствующих цепей управления, ввод в работу цепей технологических защит (11.

Для технологической защиты при управлении комбайном в профиле пласта служит цепь отключения подачи. Таким образом, реализация способа приводит к отключению подачи комбайна при каждом отклонении комбайнов в профиле пласта, превышающем заданные допуски, поэтому применение такого способа управления комбайном возможно в условиях спокойной гипсометрии. Прохождение участков интенсивной складчатости требует вмешательства машиниста комбайна.

Известен способ автоматического управления комбайном (2), заключающийся в измерении отклонения исполнительного органа комбайна от заданного положения в профиле пласта, сравнении отклонения с допуском на точность вождения комбайна и с предельно допустимым значением отклонения и выработке команд управления перемещением исполнительного органа.

1О

25 зо соединен с выходом первой схемы совпадений, первый вход которой подключен к выходу первого компаратора, а второй вход соединен с выходом блока сигнализации предельно допустимых отклонений и первым входом второй схемы совпадений, второй вход которой через инвертор соединен с выходом первого компаратора, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход подключен к входу блока отключения подачи комбайна, соответствующие входы первого компаратора подключены к выходам блока определения угла проходимой складки и задатчика величины угла, соответствующие входы второго компаратора подключены к выходам датчика пути и задатчика длины пути, а выход первой схемы совпадений подключен к управляющему входу датчика пути.

Устройство, реализующее этот способ, позволяет осуществлять автоматическое вождение комбайна в профиле пласта в условиях спокойной гипсометрии при отсутствии резких перегибов маркирующего прослойка (2).

При сложной гипсометрии отрабатываемого пласта данные способ и устройство не обеспечивают достаточной точности вождения комбайна. Это связано с тем, что микроскладки с размерами. превышающими поле зрения фотоэлектрического датчика, приводят к подаче команд на перемещение исполнительного органа комбайна, т.е. устройство не предусматривает мер по фильтрации высокочастотной составляющей складчатости, поэтому профиль выработки не является оптимальным. Увеличение поля зрения датчика могло бы повысить представительность информации о положении комбайна в профиле пласта. Однако отсутствие признаков, по которым можно отличить контролируемый прослоек от таких же соседних, не позволяет значительно увеличить вертикальный размер поля зрения. А для обеспечения возможности автономного слежения за прослойком при наличии перегибов пласта, необходимо ограничить горизонтальный размер поля зрения датчика.

Другим недостатком этого устройства является возможность потери информации о положении комбайна в профиле пласта при прохождении опрокинутых образных складок или складок с амплитудами, превышающими диапазон допустимых перемещений сервомеханизма датчика. Потеря информации требует включения цепи технологической защиты и вмешательства машиниста комбай10844

55 на для управления. Поэтому область применения данного устройства ограничена участками с отсутствием заметной микроскладчатости.

Известны также устройства для контроля положения комбайна в профиле пласта, использующие различие в уровнях естественной радиоактивности сильвинитовых и галитовых слоев (2). Благодаря тому, что слои значительно меньше подвержены складчатости, чем отдельные пакеты и прослойки, а также из-за высокой проникающей способности гамма-излучения калия такой способ контроля обеспечивает большую представительность информации по сравнению с фотоэлектрическим. Усреднение информации из объема полусферы с радиусом порядка толщины слоя полного поглощения гамма-излучения в руде (несколько десятков сантиметров) позволяет ослабить влияние микроскладок с теми же размерами на показания датчика.

Второй вход элемента ИЛИ известного устройства соединен с выходом второго компаратора, а выход подключен к входу блока отключения подачи комбайна, соответствующие входы первого компаратора подключены к выходам блока определения угла проходимой складки и задатчика величины угла, соответствующие входы второго компаратора подключены к выходам датчика пути и задатчика длины пути, а выход первой схемы совпадения подключен к управляющему входу датчика пути.

Однако при прохождении участков интенсивной складчатости слоев с характерными размерами складок и крутыми углами падения крыльев могут возникать отклонения, превышающие предельно допустимые значения. Так, например, если контролируемая граница раздела слоев находится в средней части сечения выработки, то допустимые относительные смещения датчика и контролируемого слоя не должны превышать диапазона перемещения сервомеханизма устройства автономного слежения и эти смещения должны быть меньше расстояния до кровли и почвы выработки. В реальных условиях контроль положения комбайна в профиле пласта часто требуется осуществлять относительно верхней границы отрабатываемого пласта, так как от этого зависит устойчивость кровли выработки. В таком случае допустимый диапазон смещений определяется мощностью слоя породы, присекаемой из кровли.

Таким образом, при интенсивной складчатости будет происходить потеря информации о положении комбайна в профиле пласта и необходимо вмешательство машиниста комбайна для управления. Следовательно, область применения известных устройств ограничена в основном участками со спокойным залеганием пластов.

t0

15 го

25 зо

41

Известно устройство для автоматическо го вождения горного комбайна по гипсометрии пласта (3) в профиле пласта, соединенное с входом блока сигнализации предельно допустимых отклонений и первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика допустимой точности ведения комбайна, а выход подключен к входу блока упнавления исполнительным органом, датчиком пути и блоком отключения подачи комбайна.

Оптимальной траекторией движения комбайна является та, которая обеспечивает минимальное среднеквадратичное отклонение профиля проходимой выработки от профиля пласта. В условиях сложной гипсометрии наблюдаются складки с большими амплитудами и крутыми углами падения крыльев.

Технология комбайновой выемки ограничивает уклоны проходимых выработок, поэтому для обеспечения оптимальности траектории необходим прогноз о поведении пласта. Поскольку информация о положении комбайна поступает с боковой стенки выработки, то в канале получения информации существует транспортное запаздывание, величина которого определяется расстоянием вдоль от проходимой выработки между контролируемой точкой и той точкой исполнительного органа, в которой осуществляется окончательная отделка выработки.

При наличии такого запаздывания экономически целесообразно повторять складки, длина которых по крайней мере в два раза превышает величину транспортного запаздывания. Складки с меньшей длиной не должны учитываться при регулировании.

Способ фильтрации микроскладок, основанный на интегрировании выходного сигнала датчика по отрезку пути проходимой выработки, приводит к тому, что точка наблюдения фактически смещается назад йа половину длины отрезка интегрирования. Это увеличивает величину транспортного запаздывания, что в свою очередь требует фильтровать складки большой длины. Поэтому известный способ применим только для таких отрезков интегрирования, которые не слишком увеличивают величину транспортного запаздывания. Следовательно, оптимизация траектории движения комбайна касается только микроскладок и не затрагивает складок с размерами порядка метра.

При прохождении участков сложноскладчатого строения могут возникать локальные отклонения исполнительного органа комбайна от заданного положения в профиле пласта, превышающие предельно допустимые значения, что будет приводить к отключению подачи комбайна. Поэтому устройство не обеспечивает требуемой точности вождения в сложных горногеологических условиях.

Цель изобретения — повышение точности управления исполнительным органом комбайна в вертикальной плоскости при

1084441

1О

15 го

I ð))xI)æäI IIии участков сложноскладчатого

: !) ос I I I I ÿ и 1 истов.

11оставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в измерении отклонения исполнительного органа комбайна

uт заданного положения в профиле пласта, сравнении отклонения с допуском на точ)юсть вождения комбайна и с предельно допустимым значением отклонения и выработке команд управления перемещением исполнительного органа, определяют угол падения крыла проходимой складки, сравнивают его с заданным, и при .возникновении отклонения, превышающего предельно допустимое значение, отключают подачу комнайна немедленно при условии, что угол проходимои складки меньше заданного, а в случае, если угол проходимой складки больше заданного, прекращают подачу команд управления перемещением исполнительного органа на отрезке пути, равном ширине сжатой складки, и если на этом отрезке отклонение не станет меньше предельно допустимого, отключают подачу комбайна.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик положения комбайна в профиле пласта, соединенный с выходом блока сигнализации предельно допустимых отклонений и первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика допустимой точности ведения комбайна, а выход подключен к входу блока управления исполнительным органом, датчиком пути и блоком отклк)чения подачи комбайна, дополнительно снабжено блоком определения угла проходимой складки, задатчиком величины угла, задатчиком длины пути, ключевым элементом, первым и вторым компараторами, первой и второй схемами совпадений, схемой

И7И и инвертором, при этом управляемый вход ключевого элемента соединен с выходом блока управления исполнительным органом, а управляющий вход соединен с выходом первой схемы совпадений, первый вход которой подключен к выходу первого компаратора, а второй вход соединен с выходом блока сигнализации предельно допустимых отклонений и первым входом второй схемы совпадений, второй вход которой через инвертор соединен с выходом первого компаратора, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход подключен к входу блока отключения подачи комбайна, соответствующие входы первого компаратора подключены к выходам блока определения угла проходимой складки и задатчика величины угла, соответствующие входы второго компаратора подключены к выходам датчика пути и задатчика длины пути, а выход первой схемы совпадений подключен к управляющему входу датчика пути.

Физически предлагаемый способ основан на различии средних углов падения крыльев складок разной ширины. Так, например, слоевые складки на Верхнекамском месторождении калийных солей имеют амплитуду

1- — l,5 м и ширину 0,6 — 0,8 м. По степени сжатия преобладают крутые и полукрутые складки. Широко развиты сжатые складки.

Для пластовых складок характерны ширина и длина 15 — 20 м по амплитуде от 0,5 до 4 м. По степени сжатия преобладают пологие и плоские, сжатые составляют всего 0,5 /р. Для зональных и межзональных складок отношение амплитуды к длине складки еще меньше, чем для слоевых. Поэтому, контролируя угол, можно предсказать, какой длины складку начинает проходить комбайн и в соответствии с этим выбрать алгоритм управления.

Так, при прохождении участка сжатых складок с большой амплитудой и относительно незначительной длиной (единицы метров) оптимальной будет траектория, повторяющая средний угол падения пласта.

Поэтому на таком участке могут вообще не потребоваться дополнительные управляющие воздействия для изменения положения исполнительного органа.

С другой стороны, если отклонение превысило предельно допустимое значение при прохождении широкой складки, необходимо отключить подачу и произвести операции по отгону комбайна и зачистке почвы выработки. Такая ситуация возникает, если угол падения широкой складки превышает величину допустимого уклона выработки.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить прохождение в режиме автоматического управления участков сложноскладчатого строения и уменьшить количество случаев, которые требуют вмешательства машиниста. Прекращение подачи команд управления перемещением исполнительного органа на отрезке пути, равном ширине сжатой складки, позволяет увеличить точность управления и тем самым уменьшить разубоживание добываемой руды.

На чертеже изображена блок схема предлагаемого устройства.

Датчик 1 положения комбайна в профиле пласта механически связан с исполнительным органом 2 комбайна 3. Выход датчика 1 соединен с первым входом блока 4 сравнения, к второму входу которого подключен задатчик 5 допустимой точности ведения комбайна. Выход датчика 1 подключен также к входу сигнализатора 6 предельно допустимых отклонений. К входам первого компаратора 7 подключены блок 8 определения угла проходимой складки и задатчик 9 величины угла.

Выход первого компаратора подключен к первому входу первой схемы 10 совпадений, а второй ее вход — к выходу сигнализатора 6 предельных отклонений. Выход первой

1084441

ВНИИПИ Заказ 1948 26

Филиал ППП «Патент», г. схемы совпадений соединен с управляющими входами ключевого элемента 11 и датчика 12 пути. Ключевой элемент включен на выходе блока 13 управления перемещением исполнительным органом, вход которого подключен:к выходу блока 4 сравнения. Входы второй схемы 14 совпадений подключены к выходу сигнализатора предельных отклонений и через инвертор 15 — к выходу первого компаратора, а ее выход к первому входу схемы ИЛИ 16, второй вход которой подключен к выходу второго компаратора 17. Входы второго компаратора соединены с выходами датчика 12 пути и задатчика 18 длины пути. Выход схемы ИЛИ соединен с блоком 19 отключения подачи комбайна.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии комбайн расположен в заданном положении относительно пласта. При этом сигнал на выходе датчика 1 положения комбайна не выходит за пределы зоны нечувствительности устройства, определяемой настройкой за датчика 5 допустимой точности, сигнал на выходе блока 4 сравнения отсутствует, поэтому блок 13 не вырабатывает команд управления перемещением исполнительного органа комбайна.

При движении комбайна может возникнуть отклонение, превышающее величину зоны нечувствительности, но меньшее предельно допустимых отклонений. При этом на выходе сигнализатора предельных отклонений присутствует сигнал логического нуля, который поступает на вход первой схемы 10 совпадений. Поэтому на выходе этой схемы присутствует сигнал логической единицы, который открывает ключевой элемент 11 и блокирует работу датчика 12 пути. Блок 13 в соответствии с выбранным алгоритмом вырабатывает команды, которые проходя через открытый ключевой элемент 11, управляют перемещением исполнительного органа комбайна, таким образом, чтобы уменьшить возникшее отклонение. В таком режиме устройство работает до тех пор, пока отклонение не станет меньше зоны нечувствительности, после чего комбайн приходит в исходное состояние и подача команд управления прекращается.

При прохождении складок большой амплитуды могут возникнуть отклонения, превышающие предельно допустимые Значения, определяемые настройкой. задатчика 6. При этом на его выходе формируется сигнал логической единицы. В случае, если увеличение отклонения происходит медленно (угол падения крыла проходимой складки меньше угла, определяемого настройкой задатчика 9) то на выходе первого компаратора 7 при5

45 сутствует сигнал логического нуля, на выходе инвертора 15 — сигнал логической единицы, а на выходе второй схемы 14 совпадений — сигнал логического нуля. Этот сигнал, проходя на выход схемы ИЛИ 16, поступает в блок 19 и вызывает отключение подачи ком байна 3. При этом для управления комбайном при прохождении пологой складки большой амплитуды требуется участие машиниста.

Если до возникновения отклонения, превышающего предельно допустимые значения, изменение величины отклонения происходило быстро (складка имеет угол падения крыла, превышающий заданный), то на выходе первого компаратора появляется сигнал логической единицы. На выходе второй схемы 14 совпадений — также сигнал логической единицы. Поэтому при возникновении предельно допустимого отклонения не происходит немедленного отключения комбайна. Появление двух логических единиц на входе первой схемы 10 совпадений приводит к появлению логического нуля на ее выходе„который запирает ключевой элемент 11 и разрешает поступление сигналов с датчика 12 пути. Запертый ключевой элемент блокирует прохождения сигналов управления с выхода блока 13, поэтому исполнительный орган 2 комбайна остается в положении, которое он занимал до возникновения предельно допустимого отклонения. При дальнейшем движении комбайна сигнал на выходе датчика пути увеличивается пропорционально длине отрезка выработки, проходимой с момента возникновения предельного отклонения. В случае, если на длине отрезка, определяемого настройкой задатчика 18, не произошло. уменьшение отклонения ниже предельно допустимого, то на выходе второго компаратора формируется сигнал логического нуля, который, проходя на выход схемы ИЛИ 16, вызывает отключение подачи комбайна. Если на заданном отрезке отклонение уменьшилось, то на выходе первой схемы совпадений формируется сигнал логической единицы, который открывает ключевой элемент 11, снимая тем самым блокировку на прохождение команд управления исполнительным органом. Одновременно этот сигнал устаналивает на выходе датчика пути нулевой аналоговый сигнал и схема приходит в состояние, которое было до возникновения предельных отклонений.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить алгоритм автоматического управления, при котором возможно прохождение участков сложноскладчатого строения с амплитудами складок, превышающими предельно допустимые значения.

Тираж 564 Подлисное

Ужгород, ул. Проектная, 4