Способ автоматического регулирования нагрузки привода резания угольных комбайнов

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом выемки угля комбайнами, в частности для автоматического управления нагрузкой привода резания угольных комбайнов путем регулирования скорости подачи. Задачей изобретения является повышение надежности системы управления скоростью подачи и стабилизация нагрузок электродвигателя резания угольного комбайна. Регулирование осуществляется по двум каналам. Для этого в способе задают уставку номинального тока, непрерывно измеряют потребляемое двигателем резания угольного комбайна мгновенное значение тока и определяют средний ток. Дополнительно определяют дисперсию тока. Сравнивают средний ток с уставкой номинального тока и регулируют скорость подачи комбайна путем поддержания их равенства. Новым является то, что задают уставку дисперсии тока, сравнивают ее с определяемой выше дисперсией тока и дополнительно регулируют скорость подачи комбайна путем поддержания их равенства. 2 ил.

Изобретение относится к системе автоматического управления процессом выемки угля комбайнами и, в частности, предназначено для автоматического управления приводом подачи угольного комбайна.

Известен способ управления посредством регулятора нагрузки типа "Уран" (Б. Я.Стариков, В.Л.Азарх, З.М.Рабинович. Асинхронный электропривод очистных комбайнов. - М.: Недра, 1981 г.), включающий задание номинального тока и тока отсечки электродвигателя привода резания и непрерывное изменение мгновенного значения потребляемого тока.

Этот способ имеет существенные недостатки: 1. Не защищает электродвигатель от перегрева; 2. Вызывает автоколебания скорости подачи комбайна из-за низкого быстродействия системы управления скоростью подачи и наличия существенных нелинейностей в гидравлической части механизма подачи.

Известен способ управления горным комбайном (патент РФ N 2057931, МКл. E 21 C 35/24, опубл. 10 апреля 1996 г.), обеспечивающий регулирование нагрузки привода резания путем изменения скорости подачи угольного комбайна, включающий задание уставок номинального тока и тока отсечки и непрерывное измерение мгновенного тока I(р) электродвигателя привода резания горного комбайна, используемого для определения эффективного тока, который сравнивают с током уставки, и поддерживают их равенство изменением скорости подачи комбайна, сравнивают мгновенные значения тока электродвигателя привода резания горного комбайна с заданным током отсечки и при превышении мгновенным током тока отсечки мгновенно снижают скорость подачи.

Недостатком является низкая надежность управления из-за отсутствия прогнозирования максимальных нагрузок, что обусловило наличие второго канала регулирования - отсечки.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ автоматического управления скоростью подачи угольных комбайнов (патент РФ N 2066757, МКл. E 21 C 35/24). Способ включает задание уставки номинального тока, непрерывное измерение потребляемого двигателем резания угольного комбайна мгновенного значения тока и определение среднего тока, определение дисперсии тока, сравнение среднего тока с уставкой номинального тока и регулирование скорости подачи комбайна путем поддержания их равенства. По значению дисперсии тока определяют среднеквадратичное отклонение потребляемого тока, а по нему определяют вероятное значение максимального тока двигателя I_max. Сравнивают I_max с уставкой отсечки, устанавливаемой автоматически в функции величины напряжения на зажимах двигателя. При превышении I_max уставки отсечки снижают уставку тока.

Данный способ позволяет регулировать нагрузку двигателя резания, однако не отражает его нагрева, что нежелательно для угольных комбайнов.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности системы автоматического управления скоростью подачи и стабилизация нагрузок электродвигателя резания угольного комбайна путем прогнозирования величины максимальных нагрузок в приводе резания.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматического управления нагрузкой привода резания угольных комбайнов путем регулирования скорости подачи, включающем задание уставки номинального тока, непрерывное измерение потребляемого двигателем резания угольного комбайна мгновенного значения тока и определение среднего тока, определение дисперсии тока, сравнение среднего тока с уставкой номинального тока и регулирование скорости подачи комбайна путем поддержания их равенства, задают уставку дисперсии тока, сравнивают ее с дисперсией тока и дополнительно регулируют скорость подачи комбайна путем поддержания их равенства.

Для вычисления дисперсии D₁ может быть применена формула Где I(p) - мгновенное значение тока двигателя резания, I_ср - средний ток, k₁ - коэффициент передачи апериодического звена, определяемый необходимой чувствительностью системы управления, Т - постоянная времени, которая должна быть в 10...20 раз больше времени затухания корреляционной функции графика потребляемого двигателем резания тока.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана блок-схема устройства, которое может быть применено для реализации способа, а на фиг. 2 - результаты математического моделирования системы.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства. Устройство содержит по первому каналу последовательно соединенные датчик тока 1, апериодическое звено 2 для осреднения значения потребляемого тока, а по второму каналу - датчик тока 1, апериодическое звено 2, сумматор 3, квадратор 4, апериодическое звено 5, механизм подачи 7, электродвигатель резания 8. Выходы обоих каналов соединены первым и вторым входами элементов с зонами нечувствительности сумматора 6.

Апериодические звенья 2 и 5 выполнены с постоянной времени Т, которая должна быть в 10... 20 раз больше времени затухания корреляционной функции графика потребляемого двигателем резания тока, что составляет Т = (5...10) секунд. Зона нечувствительности по первому каналу равна заданному значению среднего тока нагрузки электродвигателя резания. Зона нечувствительности по второму входу равна допустимой дисперсии тока двигателя резания.

На два входа сумматора 6 подаются сигналы обратных связей, а на третий вход - сигнал, пропорциональный заданной скорости подачи угольного комбайна.

На фиг. 1 также показаны элементы функциональной схемы угольного комбайна: К, К_м - коэффициенты пропорциональности между соответственно скоростью подачи V_п и моментом сопротивления M_с(р) и током двигателя резания I(p) и моментом, развиваемым последним.

Все вычислительные блоки выполняются на серийных микросхемах.

Достижение поставленной задачи подтверждено результатами математического моделирования предлагаемой системы, приведенными на фиг. 2. Здесь встречаются следующие обозначения.

I - мгновенное значение тока нагрузки, I_ср - среднее значение тока нагрузки,
(I-I_ср)²- квадрат разности мгновенного и среднего тока нагрузки,
D₁ - дисперсия тока нагрузки.

Суть способа состоит в использовании автоматического регулирования скорости подачи комбайна по двум каналам. При нормальной работе комбайна средний потребляемый ток двигателя резания не должен превышать номинальный ток. Автоматическое регулирование состоит в том, что при превышении средним потребляемым током номинального тока, которому соответствует уставка в виде зоны нечувствительности второго входа сумматора 6, включается отрицательная обратная связь, воздействующая на снижение скорости подачи. По второму каналу производится вычисление дисперсии D₁ потребляемого тока на элементах схемы 1, 2, 3, 4, 5. При превышении дисперсией ее уставки, определяемой зоной нечувствительности первого входа сумматора 6, включается отрицательная обратная связь, воздействующая на снижение скорости подачи до величины, соответствующей заданному значению дисперсии.

Система автоматического управления не требует настройки по месту и определяется только параметрами электродвигателя резания и может производиться на заводе-изготовителе угольных комбайнов. Кроме того, регулирование по дисперсии потребляемого тока позволяет прогнозировать величину токовых нагрузок и ограничивать их величиной, не вызывающей опрокидывания двигателя, а также прогнозировать нагрев электродвигателя резания, так как дисперсия потребляемого тока равна
D=(I_э²-I_ср²)=² (k_ф²-1)
где I_э - эквивалентный (греющий) ток,
I_ср - средний потребляемый ток,
k_ф - коэффициент формы графика тока, показывающий, во сколько раз греющий ток двигателя превышает средний ток.

Использование предлагаемого способа позволит повысить надежность привода комбайна, так как в большей степени по сравнению с прототипом отвечает случайному характеру нагрузки системы угольный комбайн - угольный пласт.

Формула изобретения

Способ автоматического управления нагрузкой привода резания угольных комбайнов путем регулирования скорости подачи, включающий задание уставки номинального тока, непрерывное измерение потребляемого двигателя резания угольного комбайна мгновенного значения тока и определение среднего тока, определение дисперсии тока, сравнение среднего тока с уставкой номинального тока и регулирование скорости подачи комбайна путем поддержания их равенства, отличающийся тем, что задают уставку дисперсии тока, сравнивают ее с дисперсией тока и дополнительно регулируют скорость подачи комбайна путем поддержания их равенства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2