СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ГОРНОЙ ПОГРУЗОЧНОЙ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области автоматизации горного оборудования, а точнее к автоматизации погрузки разрыхленной горной массы машинами, имеющими рабочий орган непрерывного действия в виде парных нагребающих лап, и может быть использовано в указанных погрузочных машинах как в подземных условиях (шахты, рудники), так и на открытых горных разработках и складах сыпучих материалов.
Известны устройства для автоматического управления механизмом подачи погрузочной машины:
1) с регулируемым приводом постоянного тока - Система автоматического регулирования нагрузки погрузочных машин непрерывного действия [Текст] / Б.А. Верклов, А.И. Ровенок, Б.А. Жуков. - Горный журнал, №10, 1970.
2) с двухдифференциальным гидроприводом - авт. св. 420793, включающее перегрузочный конвейер, ходовую тележку, электродвигатель с насосом, гидромоторы и дифференциальный редуктор,
3) с асинхронным приводом с релейным и импульсным регуляторами - по основному авт. св. 956710, содержащее исполнительный механизм, электродвигатель, измеритель нагрузки, задатчики верхнего и нижнего уровней нагрузки, элементы сравнения, усилители, фильтр и управляемый ключ.
Цель создания данных устройств - повышение надежности погрузочной машины за счет исключения перегрузки привода нагребающей части (устройства 1 и 2) и исключения работы машины с порожним перегрузочным конвейером при выгрузке объема штабеля между двумя очередными циклами маневрирования (устройство 3).
Недостатком устройств 1 и 2, согласно исследованиям, опубликованным в статье Хазанович, Г.Ш. Экспериментальные исследования производительности погрузочного органа с нагребающими лапами [Текст] // Г.Ш. Хазанович, С.Е. Лоховинин. - Шахтный и карьерный транспорт. - М.: Недра, 1984, №9. - С. 159-164., является неэффективность применения при погрузке штабеля горной массы высотой более 0,5 метра.
Недостаток устройства 3 заключается в фиксированных настройках уровней задатчиков, определяемых оператором интуитивно или на основе собственного опыта эксплуатации..
Цель полезной модели - достижение максимально возможной величины средней производительности погрузочной машины при выгрузке объема штабеля между двумя очередными циклами маневрирования за счет автоматической настройки системы на оптимальные параметры в зависимости от сочетания условий работы погрузочной машины при одновременном повышении надежности системы в целом путем исключения перегрузок электродвигателей и трансмиссий.
Поставленная цель достигается за счет того, что система автоматического управления подачей погрузочной машины непрерывного действия оснащена датчиками производительности, нагрузки электропривода нагребающей части, напряжения питания электродвигателей, угла поворота ведущих дисков, частоты включений механизма подачи машины на штабель, и микроконтроллерным устройством автоматического управления, в состав которого введен блок задатчиков верхнего и нижнего уровня нагрузки и блок автоматической настройки уровней задатчиков в зависимости от текущих условий работы машины, обеспечивая максимально возможную производительность погрузочной машины при одновременном повышении надежности системы в целом путем исключения перегрузок электродвигателей и трансмиссий.
На чертеже (фиг. 1) представлена структурная схема погрузочной машины, оборудованная системой автоматического управления подачей.
Устройство в составе погрузочной машины и системы автоматического управления подачей состоит из исполнительного органа 2, приводимого в движение электродвигателями M1 и М2, мгновенное значение суммарного тока которых измеряется датчиком нагрузки D2 (например, трансформатором тока); угол поворота ведущих дисков нагребающих лап фиксируется датчиком угла поворота D2 (например, энкодер). Горная масса 1 поступает на перегрузочный конвейер 3, приводимый в движение электродвигателем М3, мгновенное значение тока которого фиксируется датчиком производительности D3 (например, трансформатором тока). Сигналы с датчиков D1-D3 поступают на микроконтроллерное устройство управления 8. Электродвигатель М4, через редуктор 6 приводит в движение ходовую часть 4 и гидронасос 5; Подача машины на штабель производится включением блока гидроцилиндры-фрикционные муфты 7, гидравлическая жидкость к которым поступает через электрогидрозолоткик 9.
Переключатель режима работы 11, имеющий три положения - выключено, ручное управление, автоматическое управление, позволяет выбирать режим работы системы автоматического управления, и осуществляет передачу управляющих сигналов либо от микроконтроллерного устройства управления 8, либо от пульта ручного управления 12.
Система оснащена дисплеем 10, который позволяет выводить информацию о текущем состоянии системы автоматического управления и машины в целом, и портом Р, использующемся для подключения внешних устройств (для сбора данных о работе устройства, настройки и устранения неисправностей, обновления программного обеспечения микроконтроллерного устройства управления).
Устройство работает в следующих режимах:
1. Режим автоматического управления (основной режим).
Микроконтроллерное устройство автоматического управления подачей проверяет отклонение напряжения питающей сети и при его изменении больше, чем на 5% от номинального значения, производит перерасчет номинальных значений токов двигателей, а при критических отклонениях управление передается в подпрограмму обработки нештатных ситуаций.
Далее производит сравнение текущей нагрузки на привод нагребающей части с установленными значениями задатчиков, и при совпадении уровня нагрузки с текущим установленным значением верхнего(нижнего) задатчика нагрузки вырабатывает соответствующий управляющий сигнала выключения(включения) подачи,
Дальнейшим шагом работы микроконтроллерного устройства автоматического управления, является сравнение текущих характеристик режима работы погрузочной машины с матрицей состояний, записанной в памяти микроконтроллера, которая представляет собой набор всех возможных сочетаний отклонений контролируемых параметров (производительность, состояние подачи, частота включения подачи и нагрев электродвигателей) и совокупность правил изменения значений уровней задатчиков (для поддержания контролируемых величин на соответственном уровне), в соответствии с которыми, при необходимости, блок автоматической настройки уровней задатчиков производит изменение настроек задатчиков
2. Режим ручного управления
Является дополнительным (аварийным) режимом работы система автоматического управления подачей погрузочной машины и используется при маневрировании и/или в случае возникновения нештатных ситуаций, связанных либо с условиями погрузки горной массы (например, наличие негабаритов в штабеле), либо в случае неисправности системы автоматического управления.
В данном режиме работы происходит сбор и накопление данных о текущем состоянии погрузочной машины и расчет эквивалентного тока для оценки нагрева двигателей, но функции автоматического управления отключены.
3. Режим тестирования.
Является дополнительным режимом работы системы автоматического управления и используется для сбора данных о состоянии погрузочной машины и системы автоматического управления.
Система переходит на данный режим работы в следующих случаях:
• включение микроконтроллерного устройства управления;
• переход с ручного режима работы на автоматический;
• возникновение нештатных ситуаций.
При включении микроконтроллерного устройства управления происходит проверка исправности основных узлов системы и контроль следующих показателей:
- соответствие напряжения питания и тока электродвигателей допустимым значением;
- исправность системы датчиков (наличие сигналов и их соответствие диапазону ожидаемых значений);
- исправность системы включения-отключения подачи.
В случае возникновения неисправностей из числа перечисленных системой запускается подпрограмма «обработки нештатных ситуаций», входящая в состав программного обеспечения микроконтроллерного устройства автоматического управления, которая производит их классификацию, фиксирует информацию о нештатной ситуации в памяти микроконтроллера, информирует оператора о характере возникших неисправностей, принимает решение либо о самостоятельном устранении ошибки (в том случае, если неисправность устранима программно-аппаратными средствами) и выводит сообщение о результатах, либо выключает подачу машины на штабель, переключает систему в режим ручного управления (в том случае, если неисправность возникла во время работы системы в режиме автоматического управления) и переводит систему в режим ожидания дальнейших команд оператора.
Оператор в зависимости от степени тяжести возникших неисправностей принимает решение либо об их устранении (в том случае если работы по устранению неисправности возможно произвести непосредственно на месте, например, перезагрузка системы, сброс к начальным настройкам и т.д.), либо о полном переходе на ручной режим управления (если неисправность связана с управляющим блоком мехатронной системы и не устранима без ремонтных работ) до конца рабочей смены, либо о полном прекращении эксплуатации.
Такой подход к решению поставленной задачи позволил объединить преимущества релейного управления - фиксированное количество состояний системы, и программного управления - анализ и обработка данных, поступающих с датчиков, которая дает возможность оценить характер и скорость изменения нагрузки на привод нагребающей части. Это, в свою очередь, позволяет достичь максимально возможной производительности погрузочной машины, избежать ложных срабатываний системы при кратковременных пиках нагрузки, которые не являются показателями общего характера протекающего процесса, реализовать «опережающее управление», и обеспечить повышение общей надежности системы "погрузочная машина - подсистема автоматического управления".