УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА

Предложенное техническое решение относится к горной промышленности, а именно к средствам механизации выемки полезных ископаемых, и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления электроприводами угольных комбайнов для повышения их надежности и производительности, путем применения нейронных сетей.
Известно устройство управления электроприводом очистного комбайна /Серов В.И., Бабокин Г.И., Колесников Е.Б. Система управления частотно-регулируемым электроприводом подачи комбайна. Известия вузов. Горный журнал, 1992, №6, с. 93-96./, содержащее датчик нагрузки асинхронного нерегулируемого электродвигателя исполнительного органа, преобразователь частоты, регулятор нагрузки, блок задания сигнала. Вход преобразователя частоты подключен к сети, а выход соединен с обмоткой статора электродвигателя механизма подачи. Датчик нагрузки подключен к входу электродвигателя исполнительного органа, а его выход соединен с регулятором нагрузки, выход которого соединен со вторым входом преобразователя частоты. Выход блока задания сигнала соединен со вторым входом регулятора нагрузки.
Недостатком известного устройства является то, что при регулировании скорости подачи и постоянной скорости резания изменяется толщина стружки, а шаг резания - расстояние между соседними линиями резания - остается неизменным. Поэтому отношение шага резания к толщине стружки при регулировании скорости подачи изменяется в широком диапазоне, а наименьшие удельные затраты энергии обеспечиваются только при определенном оптимальном соотношении шага резания и толщины стружки. В связи с этим данное устройство не обеспечивает поддержания минимума удельных затрат энергии на отделение угля от массива, что приводит к снижению возможной производительности очистного комбайна.
Наиболее близким техническим решением является устройство управления электроприводом очистного комбайна /Бабокин Г.И., Гнатюк Т.А. Оценка робастности системы управления электроприводом комбайна для различных регуляторов нагрузки. Известия ТулГУ, 2013, №2, с. 10-15./, включающим два асинхронных электродвигателя резания, подключенные к сети переменного тока, два асинхронных электродвигателя подачи, подключенные к выходу преобразователя частоты, содержащее датчик тока резания, регулятор нагрузки, блок сравнения, выход которого соединен с первым входом регулятора нагрузки, блок задания тока резания, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока резания, а выход регулятора нагрузки соединен со вторым входом преобразователя частоты, первый вход которого подключен к сети переменного тока.
Недостатком наиболее близкого технического решения являются: низкая надежность электропривода, обусловленная отсутствием информации о параметрах технического состояния его силовых элементов; низкая производительность работы комбайна, т.к. при превышении параметрами комбайна, таких как: температура и виброускорение силовых элементов электропривода нормативных значений или снижения сопротивления изоляции ниже нормативного, система управления электроприводом комбайна отключает его от электрической сети. Последующее включение электропривода комбайна возможно при устранении неисправности, что приводит к снижению его времени полезной работы и производительности.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности эксплуатации и производительности очистных комбайнов, за счет прогнозирования диагностируемых параметров силовых элементов электропривода и выдачи упреждающих управляющих воздействий на систему управления комбайна и организации своевременного его технического обслуживания и ремонта.
Поставленная задача достигается таким образом, что в устройство управления электроприводом очистного комбайна, включающим два асинхронных электродвигателя резания, подключенные к сети переменного тока, два асинхронных электродвигателя подачи, подключенные к выходу преобразователя частоты, содержащее датчик тока резания, регулятор нагрузки, блок сравнения, выход которого соединен с первым входом регулятора нагрузки, блок задания тока резания, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока резания, а выход регулятора нагрузки соединен со вторым входом преобразователя частоты, первый вход которого подключен к сети переменного тока, дополнительно введены блок контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода, блок датчиков, блок пороговых сигналов и блок сигнализации, причем регулятор нагрузки снабжен вторым входом, соединенным с первым выходом блока контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока датчиков и блока пороговых сигналов, а его второй выход соединен с входом блока сигнализации. Причем, блок контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода содержит блок нормирования, нейросетевой блок и блок анализа, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блок контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом блока нормирования и вторым входом блока анализа, первый вход которого соединен с выходом нейросетевого блока, вход которого соединен с выходом блока нормирования.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства управления электроприводом очистного комбайна, на фиг. 2 представлена структурная схема блока контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода.
Устройство управления электроприводом очистного комбайна, включающим два асинхронных электродвигателя резания соответственно 1 и 2, два асинхронных электродвигателя подачи соответственно 3 и 4, содержит датчик тока резания 5, преобразователь частоты 6, регулятор нагрузки 7, блок сравнения 8, блок задания тока резания 9, блок датчиков 10, блок пороговых сигналов 11, блок сигнализации 12 и блок 13 контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода. Два электродвигатели резания 1 и 2 подключены к сети переменного тока, два электродвигателя подачи 3 и 4 - к выходу преобразователя частоты 6, первый вход которого также подключен к сети переменного тока.
Датчик тока резания 5, который измеряет ток электродвигателей резания 1 и 2, соединен с первым входом блока сравнения 8, второй вход которого соединен с выходом блока задания тока резания 9. Выход блока сравнения 8 соединен с первым входом регулятора нагрузки 7, выход которого соединен со вторым входом преобразователя частоты 6.
Блок 13 контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода содержит блок нормирования 14, нейросетевой блок 15 и блока 16 анализа. Первый и второй выходы блока 16 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 13 контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом блока нормирования 14 и вторым входом блока 16 анализа результатов контроля и прогноза. Первый вход блока 16 соединен с выходом нейросетевого блока 15, вход которого соединен с выходом блока нормирования 14.
Регулятор нагрузки 7 своим вторым входом, соединен с первым выходом блока 13 контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода (первым выходом блока анализа 16), второй выход блока 13 (второй выход блока анализа 16) соединен с входом блока сигнализации 12. Первый вход блока 13 (вход блока нормирования 14) соединен с выходом блока датчиков 10, т.е. датчиков температуры обмоток статора электродвигателей 1-4 и масла их редукторов, датчиков виброускорений подшипников электродвигателей 1-4 и шестеренчатых пар их редукторов, а также сопротивления изоляции электрической сети, питающей электрооборудование комбайна. Выход блока пороговых сигналов 11 соединен со вторым входом блока 13 (входом блока анализа 16).
Работает устройство управления электроприводом очистного комбайна следующим образом.
Ф
З
Регулятор нагрузки 7, обеспечивает поддержание на заданном уровне тока наиболее загруженного электродвигателя резания 1 или 2 - I, сигнал о величине которого снимается с датчика нагрузки 5. Этот сигнал сравнивается в блоке сравнения 8 с сигналом задания I, с выхода блока задания тока резания 9.
Ф
З
При выполнении условия I>I уменьшается скорость подачи комбайна, влияющая на толщину стружки угля, отделяемого от массива и на момент сопротивления электропривода, путем подачи соответствующей команды на преобразователь частоты 6 с выхода регулятора нагрузки 7.
АДi
Pj
П
ИЗ
пор.п
пор.i
пор.из
На вход блока нормирования 14 (первый вход блока контроля и прогнозирования параметров элементов электропривода 13) подаются сигналы с блока датчиков 10 пропорциональные данным температуры обмоток статора электродвигателей - t и масла редукторов t, виброускорений подшипников gэлектродвигателей и шестеренчатых пар редукторов, а также сопротивления изоляции электрической сети R, питающей электрооборудование комбайна. В блоке нормирования происходит преобразование данных, измеренных в различных шкалах к некоторому диапазону - т.е. нормирование, для последующей нейросетевой обработки. Нейросетевой блок 15 прогнозирует указанные параметры на период прогноза и в блоке анализа 16 происходит сравнение результатов прогноза с заданными нормативными (пороговыми) значениями, (g, t, R)- получаемыми с блока пороговых сигналов 11.
К
При достижении прогнозными параметрами температуры и виброукорений пороговых значений, блок 13 (блок анализа 16) формирует сигнал U на снижение скорости подачи комбайна, что приводит определенному снижению нагрузки на силовые элементы электропривода. Электропривод комбайна работает с пониженной на (5 - 10)% нагрузкой до технологических перерывов или плановых профилактических ремонтных работ, когда устраняются возможные дефекты силовых элементов. Если в процессе работы контролируемые параметры приходят в норму и прогноз также благоприятен, заданный режим работы электропривода восстанавливается.
При достижении прогнозным значением сопротивления изоляции шахтной сети предельно допустимого минимального значения, режим работы электропривода не изменяется, но в автоматизированную систему участка и шахты подается сигнал с выхода блока сигнализации 12 о необходимости ее восстановления в ближайшее время.
Таким образом, предлагаемое введение дополнительного блока контроля и прогнозирования параметров силовых элементов позволяет прогнозировать значения контролируемых параметров, на предмет достижения ими пороговых (критических) значений. По результатам прогноза изменяется режим работы комбайна, и выдаются упреждающие рекомендации по техническому обслуживанию электропривода. В результате повышается надежность и производительность очистных комбайнов, за счет увеличения продолжительность времени его безаварийной работы.