Способ программного управления угледобывающим комбайном и система для его осуществления

 

1. Способ программного управления угледобывающим комбайном, заключающийся в измерении пути пройденного комбайном, в задании программы , контроле положения режущих органов и в их перемещении в соответствии с заданной программой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления за счет компенсации влияния нестабильности подщтыбовки забойного конвейера , задают местоположение условно неподвижной точки на сопряжении лавы , фиксируют момент, начала движения комбайна относительно этой точки , измеряют и фиксируют угол наклона корпуса комбайна в момент начала движения, после чего непрерывно измеряют угол наклона корпуса комбайна и пройденный им путь, при равенстве пути , пройденного комбайном, расстоянию между его опорами фиксируют угол наклона корпуса комбайна, преобразуют измеренные и зафиксированные величины в коЬрдинаты траекторий режущих органов относительно условно неподв ижной точки отсчета, причем при за- ,дании программы координаты траекторий фиксируют, а при отработке программ сравнивают текущие значения . горизонтальных координат с зафиксированными , при их равенстве сравнивают текущие значения вертикальных координат с соответствующимизафиксированными , определяют величину и знак рассогласования между ними и перемещение режутцих органов про изводят в соответствии с величиной и знаком полученного рассогласования . (С (Л ND tn

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН ($1)4 Е 21 С 35 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

glut I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ, КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3831914/22-03 (22) 28.12.84 (46) 15.08.86. Бюл. Ф 30 (7 1) Научно-производственное обьединение по созданию и выпуску средств автоматизации горных машин (72) Д.И.Фрегер, Д.И.Евстафьев, К.Ф.Жданов, А.К.Кагвнюк, !O,А.Турицын, А.И.Котлярский и В.A.Ðåçíèêîâ (53) 622.232.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 805957, кл. E 21 С 35/24, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 972089, кл. Е 2 1 С 3$/24, 1982.

I (54) СПОСОБ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

УГЛЕДОБЫВАКИЦИМ КОМБАЙНОМ И СИСТЕМА

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ программного управления угледобывающим комбайном, заключающийся в измерении пути, пройденного комбайном, в задании программы, контроле положения режущих органов и в их перемещении в соответствик с заданной программой, о т л ич вющий с я тем, что, с целью повышения точности управления эа счет компенсации влияния нестабильности подштыбовки забойного конвейе- . ра, задают местоположение условно неподвижной точки на сопряжении лавы, фиксируют момент начала движения комбайна относительно этой точки, иэмерйют и фиксируют угол наклона корпуса комбайна в момент начала движения, после чего непрерывно измеряют угол наклона корпуса комбайна и пройденный им путь, при равенстве пути, пройденного комбайном, расстоянию между его опорами фиксируют угол наклона корпуса комбайна, преобразуют измеренные и зафиксированные величины в коЬрдинаты траекторий режущих органов относительно условно неподвижной точки отсчета, причем при за,дании программы координаты траекторий фиксируют, а при отработке программ сравнивают текущие значения, горизонтальных координат с зафиксированными, при их равенстве сравнивают текущие значения вертикальных координат с соответствующими зафиксированными, определяют величину и знак рассогласования между ними и перемещение режущих органов производят в соответствии с величиной и знаком полувоенного рассогяасоваыия .

1250651

2. Система программного управле— ния угледобывающим комбайном, содержащая программный 6JIoK датчик пути и два блока формирования управляющих сигналов, выходы каждого из которых соединены с входами соответ— ствующих исполнительных элементов, о т л и ч а ю щ а я г. я тем, что, с целью повьпшения точности управления за счет компенсации влияния нестабильности попштыбонки забойного кон— вейера, устройство снабжено датчиком угла продольного наклона комбайна, элементом памяти, счетчиком, датчиками контроля положения режущих органон, концевыми выключателями и блоком преобразования координат, прие V„(t) — скорость опоры А в к-й точке рельефа;

1с (t) — угол наклона вектора скорости опоры в к-й точке рельефа;

1 „ - расстояние между опорой, положение которой контролируется, и геометрическим центром опоры поворотного редуктора соответствующего режущего органа

Q — угол наклона прямой, соединяющей опору, положение которой контролируется, с геометрическим центром опоры поворотного редуктора, на продольную ось комбайна; у (t ) — угол продольного наклона корпуса комбайна;

F8 — длина прямой, соединяющей геометрические центры режущего органа и опоры поворотного редуктора.

Изобретение относится к угольной промышленности, предназначено для автоматического управления режущими органами угольного комбайна и может быть использовано при автоматизации очистных работ, в частности при автоматизации угледобывающего комбайна в условиях выемки угля без постоянного присутствия людей в забое.

Цель изобретения — повышение точности управления эа счет компенсации влияния нестабильности подштыбовки забойного конвейера.

На фиг. 1 схематически изображен участок конвейерного става и очист— ного комбайна;на фиг. 2 — структурная схема системы программного управления; на фиг. 3 — функциональная схема блока преобразования координат.

Положение любой точки комбайна относительно начала координат (фиг.1) может быть определено как сумма положений этой точки относительно одной иэ опор, например А, и этой опоры относительно начала координат.

Движение комбайна по произвольному рельефу описывается системой дифференциальных уравнений:

3р de .Ч Мз у,М Р..соб(Д p(t) — Юрсовсс()— —.Ч„ М СОНГ 1 РО.+ "(>" 11, Ю гд

1О

20

При движении комбайна не по проЗО извольному рельефу, а по направляющим конвейерного става, возможно аналитическое решение приведенных дифференциальных уравнений ° чем выходы концевых выключателей подключены к первому входу элемента памяти, первый выход датчика пути через счетчик подключен к второму входу элемента памяти, а первый выход датчика угла продольного наклона комбайна к третьему входу элемента памяти, выход которого, а также выходы датчиков контроля положения режущих органов и вторые выходы датчиков пути и угла продольного наклона комбайна соединены с входами блока преобразования координат, выходы которого подключены к программному блоку, выходы последнего связаны с входами блоков формирования управляющих сигна.лов.

1250651

SS к ! р Q 5» (,+ 3„5ivl f „Я „5inф g)ФЕр5iпg =! к- р со5 ; Р,co5g„+L>„co5qQ+p)lpga с,5 (1) где х, у — соответственно горизонтальная и вертикальная обобщенная координата геометрического центра режущего органа; у — расстояние от верхней полки конвейера до почвы пласта в том иэ сопряжений лавы со штреком, где быпо начато движение комбайна;

1 — длина рештака скребкового конвейера;

1 — путь, пройденный опорой по рештаку, на котором она находится;

20 — угол продольного наклона рештака конвейера, равный углу наклона опоры; — углы наклона каждого из

25 ранее пройде нных решт ахов.

1 „ — расстояние между опорой, положение которой контролируется, и. геометрическим центром опоры поворотного редуктора соответствующего режущего органа, Ц вЂ” угол наклона прямой, соединяющей опору, положение которой контролируется, и геометрический центр опоры поворотного редуктора, на продольную ось комбайна; I — угол продольного наклона корпуса комбайна; о — угол наклона прямой, соединяющей геометрические центры pe его органа и опоры поворотного редуктора;

13 — длина прямой, соединяющей геометрические центры режущего органа и опоры поворотного редуктора..

Исследования показывают, что при подстановке вместо величин углов наклона рештаков значений углов наклона корпуса комбайна в точках, отстающих друг от друга на расстоянии, равном длине проекции на ось, параллельную корпусу комбайна, отрезка прямой, соединяющей геометрические центры шарнирного крепления опор комбайна, точность преобразования координат при максимуме подштыбовки снижается не более чем на 27. Таким образом, для компенсации подштыбовки рационально использовать вместо соотношения (1) следующее выражение: к-с

; . „«,„,>е, „

ià1 х-< х=Р "М ;+0,-54,. Г "5 9 ).ЕР.,5, (2) где х, у — соответственно горизонтальная и вертикальная обобщенные координаты геометрического центра режущего органа; у — расстояние от верхней полки конвейера до почвы пласта в том из сопряжений лавы со штреком, откуда было начато движение;

1„ „- длина проекции расстояния между опорами комбайна на сго продольную ось;

1„ — разность пути, пройденного комбайном, и суммы целого числа длин проекций расстояния между опорами на продольную ось комбайна, укладывающихся на длине пройденного пути ш, — угол продольного наклона корпуса комбайна при достижении нуля разностью пройденного пути и суммы целого числа длин проекций на продольную ось комбайна расстояния между опорами на длине пройденного пути; ф „ — последний зафиксированный

Vqр расстояние между опоройэ положение которой контролируется, и геометрическим центром опоры поворотного редуктора соответствующего режущего органа;

Я вЂ” угол наклона прямой, соединяющей опору, положение которой контролируется, и геометрический центр опоры редуктора, к продольной оси комбайна; — угол продольного наклона корпуса комбайна, с6 — угол наклона прямой, соединяющей геометрические центры режущего органа и!

2 <<)65!

oi7npbi il

Жуще1 О <)р3 сlll;3 и !Ilnpbl ПО воротнс ги редуктора.

В сис rtlM<, программного управления входят датчик 1 угла пр«дильц ги ня— клона комбайна, эпеме 337 - памяти, счетчик 3, датчик 4 пути, пр<.йдецного комбайном,датчики 5 и 6 контроля положения режущих органов . Эт<3 дят— чики распо. 3ожены ня комбайне, Концевые выключатели 7 H 8 рясп<. 3 жены по концам скребковигс к<7пвеllt ря, Выходы вс:ех датчиков и 4 — 6 и элемен— та памяти 2 соединены с вход< и блока 9 преобразования координат, выходы которого через программный бпск

10 и ссответствующие блок.t 11 и 12 формирования упря33.<я3<>щих .игпяпив соединены с соответствующими входами исполнител3 llliK ° 7. <е":» гов 1 3 и 14, я выходы конце I!bIK 37ык«х<чятепей и 8

СОЕДИНЕНЫ С ВХОДЯМИ вПЕМС П7 à ltcl— мяти.

Способ про граммн<7ги управлс<ния угледобывающим комбяйнсм ос ущес..твпя— ется с. помощью предлагаемой еиг темы следующим образом.

Во время движения оч3<стного комбайна с выхода датчика 1 сигналы, пропорциональные углу продольного наклона комбайна, поступают ня вход элемента 2 памяти, Одновременно с выхода датчика 4 пути на вход счетчика 3 поступают сигналы квантования по пути с шагом, например, 0,1 м.

В счетчике 3 они подсчитываются и при количестве импульсов, пропорциональном расстс7я3333ю между <Зпорами комбайна, счетчик переполняется и обнуляется. При этом с выхода счет— чика 3 на вход элемента 2 памяти поступает сигнал, tto Kn7 opnMy vttgop— мация из последнего заносится в блок 9 преобразования координат, а в самом элементе памяти происходит стирание ранее имевшейся информации и запись сигнала с выхода датчика 1 продольного угла наклона KOM байна. При начале движения комбайна от одного из штреков по сигналу одного из концевых выключателей 7 и 8 в элементе памяти 2 происходит первая запись информации об угле ггроцольного наклона комбайна. Сигналы вых 7дов датчиков 1 и 4-6 и элемента 2 памяти поступают на входы

6<3окя 9 пре<7бразова33ия координат.

> Работа и устройство блока 9 прес бр 3.3ot<7II»il „оирдинат поясняется фиг . 3, ня китором изображена функциональная схема одного из двух ана.<и3 ич<3ых его каналов — канала преибрязо7<яния координат верхнего режущего органа.

В:3ок 9 содержит счетчик 15, выход к<>тироги связан через элементы 16 и

17 умножения с входами сумматоров

18 и 19. Второй выход счетчика через ключи 20 и 21 соответственно накап— пивающие сумматоры 22 и 23 и элементы умножения 24 и 25 связан с входами сумматоров 18 и 19. Информацион20 ный вход ключа 20 и второй вход элемента !6 умножения связаны с выходом

<.инусного функционального преобразователя 26. Информационный вход ключа

2! и второй вход элемента 17 умноже25 ния связаны с выходом косинусного функциональног о преобразователя 27.

Выход второго синусного функционального преобразователя 28 через соответствующий элемент 29 умножения связан с входом сумматора 18.Выход второгn кисинусного преобразователя 30 через элемент 31 умножения связан с входим сумматора 19. Выход сумматора 32 соединен с входами третьих35 синусного 33 и косинусного 34 функциональных преобразователей, выходы которых через соответствующие элементы умножения 35 и 36 связаны с входами сумматоров 18 и 19 соответственно.

40 Вход счетчика 15 (фиг. 3) связан с выходом датчика 4 пути (фиг. 2), ВХОДЫ С3333УСНОГО И КОСИНУСНОГО ФУНКциональных преобразователей 26 и 27 (фиг. 3) соединены с элементом 2 памяти (фиг. 2), выход сумматора 32 с выходом датчика 1 (фиг. 2) угла продольного наклона корпуса комбайна.

Входы синусного 28 (фиг. 3) и ко<:инусного 30 (фиг. 3) функциональных

50 преобразователей соединены с датчиками контроля положения верхнего режуще3 о органа 5 (фиг. 2). На сумматор

18 (фиг. 3), кроме того, поступает сигнал, пропорциональный у,записан55 ный оператором вручную.

Канал преобразователя координат верхнего режущего органа работае r следующим образом.

1250651

При перемещении комбайна на заданное расстояние, определяемое принятым шагом квантования и равное, например, О, 1 м, с выхода датчика 4 пути (фиг. 2) приходит импульс и содержимое счетчика 3 увеличивается на 1, Содержимое счетчика 15 (фиг.3) пропорциональное величине 1„ в зависимости (2) поступает на вход эле- 1 ментов 16 и 17 умножения (фиг. 3), На вход синусного и косинусного функциональных преобразователей 26 и

27 (фиг. 3) с выхода элемента 2 памяти (фиг. 2) поступает сигнал, про.— порциональный величине угла „, а с их выходов — сигналы, пропорциональные sin(p и созе, поступают на фI(IPx вторые входы соответствующих блоков

16 и 17 (фиг. 3) умножения. При этом 20 на выходах блоков 16 и 17 (фиг. 3) умножения формируются сигналы, пропорциональные соответственно 1 sin(g

К ф3к и 1„созц „(см. (2) . При перемещении опоры на длину, равную длине проекции расстояния между опорами комбайна на его продольную ось, содержимое счетчика 15 (фиг. 3) обнуляется, а с его второго выхода на управляющие входы ключей 20 и 21 (фиг. 3) посту- ЗО пает отпирающий импульс. Через открывщиеся ключи 20 и 2 1 (фиг. 3) с выхода косинусного функционального преобразователя 27 (фиг. 3) сигнал, пропорциональный соз ч < поступает на вход сумматора 23 (фиг, 3), где складывается с его содержимим. Вновь образовавшаяся сумма остается в сумматоре. На входе сумматора 23 (фиг.3) ° таким образом, появляется сигнал, 40

«-1 пропорциональный X cos Cg . Анало) al ф! гично с помощью синусного функционального преобразователя 26 ключа

20 и сумматора 22 (фиг. 3) на выходе последнего появляется сигнал, 1

Ф 4 пропорциональный величине + sincp

1 el

У

В элементах 24 и 25 умножения сигналы с выходов сумматоров 22 и 23 (фиг. 3) соответственно умножаются на константу, пропорциональную проекции расстояния между опорами комбайна на его продольную ось 1„ „.

53

С выхода элемента 24 умножения на вход сумматора 18 (фиг. 3) поступает сигнал, пропорциональный величине 1„,„, s in@ °, а с выхода элементт) та 25 умножения на вход сумматора

19 поступает сигнал, пропорциональк- ° ный величине 1„ „ cosg ;. Аналоi -1 (pç гичным образом сигнал с выхода датчика 1 (фиг. 2) угла продольного наклона корпуса комбайна суммируетсй в сумматоре 32 с сигналом, пропорциональным углу наклона прямой, соединяющей контролируемую опору и геометрический центр опоры редуктора верхнего режущего органа, к продольной оси комбайна. Полученная сумма преобразуется в синусном и косинусном функциональных преобразователях

33 и 34 соответственно и умножается в элементах умножения 33 и 36 на константу, пропорциональную 1 . Таоп ким образом, на входы сумматоров

18 и 19 поступают сигналы, пропорциональные 1 „sin(Q+Q) и 1 „cos((}+g) соответственно.

Аналогично с помощью синусного и косинусного функциональных преобразователей соответственно 28 и 30 и элементов умножения 29 и 3 1 сигнал, пропорциональный углу наклона поворотного редуктора М, с выхода датчика 5 (фиг. 2) контроля положения верхнего режущего органа относительно корпуса комбайна преобразуется в сигналы, пропорциональные величинам lg s in g и 1$ c os g которые гоступают на входы сумматоров 18 н 19 (фиг. 3) соответственно. На вход сумматора 18 (фиг. 3) также поступает сигнал, пропорциональный величине уо, ранее записанный вручную оператором. Сумматоры 18 и 19 (фиг, 3) суммируют поступающие на их входы сигналы, и сигнал на их выходе пропорционален обобщенным координатам верхнего резущего органа, определенным в соответствии с зависимостью (2).

Аналогично построен канал преобразования коорДинат нижнего режущего органа. !

Сигналы, пропорциональные обобщенным координатам Х, У каждого режущего органа поступают в программный блок 10 (фиг. 2), где фиксируются при задании программы. При отработке програьеаи в блоке программном произ1250651

15.

S0 водится сравнение текущих значений координаты У и зафиксированных при равенстве соответствующих величин Х.

Сигналы рассогласования, пропорциональные разности текущих и зафиксированных значений координат нижнего и верхнего режущих органов, поступают на входы соответствующих блоков 11 и 12 (фиг. 2) формирования управляющих сигналов. Они представляют собой последовательные соединения порогового устройства, ждущего мультивибратора и схемы умножения на знаковую функцию входного рассогласования. При достижении рассогласованием текущих и зафиксированных координат величины, равной шагу отработки, срабатывает пороговое устройство и по его сигналу адущий мультивибратор формирует импульс, длительность которого пропорциональна шагу отработки.

Этот иипульс умножается на знаковую функцию рассогласования текущих и зафиксированных координат и поступает на вход соответствующего исполнительного элемента 13 или 14 (фиг.

2), которые осуществляют перемещение режущих органов.

В качестве датчика угла наклона корпуса комбайна может прииеняться компенсационный емкостный измеритель угла отклонения от вертикали с синусным выходом и аналого-цифровым преобразователем. Аналогичные датчика, определяющие угол наклона поворотного редуктора, могут использоваться в качестве датчиков 5 и 6 положения режущих органов. В качестве датчика 4 пути, пройденного комбайном, может использоваться датчик типа ДМК.

Блок 9 преобразования координат, программный блок 10 и блоки 11 и 12 формирования управляющих сигналов реализуются на операционных усилителях, например 157 серии, микросхемах 176, 56 1, 580, 252 и 212 серий, полевых и биполярных транзисторах, электромагнитных реле в типовом включении.

В качестве исполнительных элементов 13 и 14 может использоваться электрогидропривод очистного комбайна.

Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с известным является более высокая точность управления. При ручной коррекции программа с целью компенсации накопления ошибки погрешность управления на каждом цикле равна сумиарному объему штыбовой подушки. Так, при толщине штыбовой подушки 30 ми на половине длины лавы и мощности пласта 1 м из-эа влиянщ1 подштыбовки потеряно 1,5Х добываемого угля, что при производительности лавы 300 т/сут составит ежесуточно 4,5 т/угля.

Кроме того, при эксплуатации известной системы необходим осмотр лавы после каждого выемочного цикла, что в условиях выемки без постоянного присутствия людей в забое, длине лавы 200 м и скорости перемещения человека по лаве 4 м/мин составит

50 мин, т.е. при 6-часовом раоочем дне составит потерю 14Х рабочего вре" мени горнорабочего после каждого цикла. При реализации предлагаемого изобретения эти потери угля и рабочего времени исключаются за счет автоматической компенсации подштыбовки.

Таким образом предлагаемое изобретение по сравнению с базовым объектом характеризуется отсутствием присечек породы sa счет компенсации подштыбовки конвейера, возможностью автоматического распознавания и парирования отказов электрогидропривода управления положением исполнительных органов относительно корпуса комбайна, воэможностью повышения безопасности ведения очистных работ эа счет исключения необходимости визуального осмотра лавы между выемочными циклами для ручной корректировки программы для компенсации подштыбовки конвейера.

Составитель M.Àêñåíîâ

Редактор М.Недолухенко Техред Н.Ходанич Корректор С.йекмар

Заказ 4383/24 Тиран 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уигород, ул. Проектная, 4