33.21-5-05я73
A22
УДК 622.012:002.2-52

Автоматизация процессов подземных горных работ / Под ред. проф. А. А. Иванова. - К.; Донецк: Вища шк. Головне изд-во, 1987.-328 с.
Стр. 109-118.

        Регулятор нагрузки и скорости подачи УРАН. Для добычных комбайнов (например, К-101, КШ-1КГ) со встроенной гидравлической подающей частью типа 1Г-405 освоено производство более совершенного регулятора УРАН, который имеет блочное построение и выполнен на интегральных микросхемах.
        Регулятор имеет повышенную точность регулирования нагрузки и большее быстродействие, которое обеспечивается непрерывной отработкой рассогласования по скорости и сочетанием непрерывного и импульсного способов отработки по нагрузке.
        Функциональная схема регулятора УРАН приведена на рис. 5.4. В блоке регулирования скорости управляющие сигналы формируются соотношением фактической и заданной скоростей с учетом степени загрузки двигателя резания.
        Необходимая величина и направление подачи задаются реверсивным задатчиком скорости ЗС. В зависимости от заданного направления подачи сигнал с ЗС подается на усилители А1 или А2. После усилителей сигналы подаются на диоды VD15 или VD14 трехвходовой схемы выделения наибольшего сигнала.
        Фактическая скорость подачи измеряется реверсивным датчиком скорости BV с обособленными выходами для каждого направления движения. После выпрямления сигналов выпрямителями VI и V2 они подаются на резистивную схему сравнения С2. Выходной сигнал, отображающий величину и направление фактической скорости подачи, после фильтров Z3 и Z2 поступает на диоды VD17 или VD23.

        Выходной сигнал трехвходовой схемы выделения наибольшего сигнала подается на каналы увеличения и уменьшения скорости подачи через усилители DA8, A3, К1, А7 к электрогидрораспределителю ЭГР или по каналу DA9, А4, К2, А8 на второй вход ЭГР. В этих каналах реле К1 и К2 осуществляют гальваническую развязку искроопасных цепей регулятора и искробезопасных цепей ЭГР.
        На диоды VD18 и VD19 поступает выходной сигнал реле контроля превышения фактической скорости подачи над заданной. Реле выполнено на операционном усилителе DA6. Выходной сигнал DA6 формируется за счет подачи на его инвертирующий вход сигнала о модуле фактической скорости подачи (через VD16, VD21), а на неинвертирующий вход — сигнала о модуле заданной скорости подачи (через VD11, VD12).
        Выходные сигналы трехвходовых схем выделения из них наибольшего по цепям А и В подаются на трехпозиционный релейный элемент DA8, DA9 блока выходных усилителей, где сравниваются фактическая и заданная скорости подачи. Выходные сигналы с усилителей DA8, DA9 через усилители мощности A3, А4 включают реле К1 или К2. Контакты реле через усилители А7, А8 включают электрогидрораспределитель ЭГР, регулирующий скорость подачи.
        Обнуление скорости подачи при пусках комбайна осуществляется следующим образом. При подаче напряжения питания включается реле времени РВ1 и на 2—3 с электронный ключ SA шунтирует выходы задатчика ЗС, что равносильно заданию нулевой скорости. Этого времени достаточно для установки статора гидронасоса подачи в нейтральное положение и обеспечения плавного набора скорости не-зависимо от положения переключателя S задатчика ЗС.
        Для включения реле управления предохранительной лебедкой предусмотрен усилитель А5, сигнал для которого формирует схема совпадения DD. На выходе DD сигнал появляется только при нейтральном положении задатчика ЗС или при шунтировании его ключом SA при пусках. В этом случае на обоих выходах задатчика отсутствуют сигналы, а на выходе элемента DD возникает максимальное напряжение.
        Канал регулирования нагрузки БКН воздействует на канал регулирования скорости через выходные цепи 8 и 11. Сигналы датчиков тока в масштабирующих устройствах приводятся к одинаковым величинам при одинаковых загрузках через схему выделения наибольшего из них ВНС и фильтр Z1, поступают в схему сравнения, выполненную на операционном усилителе DA1. В DA1 на второй вход подается опорный сигнал с задатчика нагрузки ЗН. При номинальной загрузке всех двигателей сигналы на обоих входах DA1 одинаковы и его выходной сигнал отсутствует.
        Рассмотрим взаимодействия БКН и БКС при различных сочетаниях загрузки двигателей и скоростей подачи. Если скорость подачи меньше заданной (v_ф < v_з) и двигатели недогружены более чем на 25 %, на выходе DA1 формируется сигнал, вызывающий появление высоких постоянных напряжений на обоих выходах формирователя F. Сигнал с выхода 11 через VD22 пройти не может и не влияет на работу БКС. Сигнал с выхода 8 через VD10 подается на инвертирующий вход DA6 и вызывает отрицательное напряжение на его выходе, что подзапирает диоды VD18 и VD19, но не влияет на работу БКС. Следовательно, при недогрузах более 25 % блок канала скорости формирует управляющие сигналы без учета БКН.
        Так как v_ф < v_з, то с выхода А1 от ЗС через VD15 на сборную шину А выдается большее напряжение, чем от датчика скорости BV через диод VD23 на шину В.

        Такое соотношение на сборных шинах приводит к появлению отрицательного потенциала на выходе DA8 и положительного на выходе - DA9. Цепочка A3, К1, А7 отключится; А4, К2, А8 — включится, что переведет ЭГР в положение увеличения скорости подача в непрерывном режиме (табл. на рис. 5.4, первая строка). При уменьшении недогруза до зоны 5—25 % соотношение сигналов на выходе DA1 таково, что на выходе 8 формирователя F положительное напряжение сменяется импульсным. В блоке канала скорости это также переведет усилитель А8 из постоянно включенного состояния в импульсно включаемое. Интенсивность увеличения скорости и нагрузки уменьшаются (табл. на рис. 5.4, вторая строка).
        При номинальной загрузке (с точностью ± 5 %) положительные импульсы с выхода 8 исчезают и на нем появляется отрицательное напряжение, которое из-за встречного включения VD10 в БКС не проходит. Усилитель DA6 оказывается под воздействием положительного сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход. После усиления такой сигнал через диоды VD18 и VD19 переводит усилители DA8 и DA9 в отключенное состояние. Воздействие на ЭГР прекращается. Таким образом, при номинальной загрузке двигателей скорость увеличиваться не может, даже если она меньше заданного значения.
        При перегрузке в пределах 5—25 % состояние сигнала на выходе 8 формирователя F не меняется, остаются включенными К1, А7 и К2, А8. На выходе 11 появляются импульсы отрицательной полярности, которые через диод VD22 и электронный ключ SA импульсно закорачивают выходы задатчика скорости, что приводит к импульсному включению реле обнуления подачи КЗ, А6 и переводу ЭГР в режим уменьшения скорости подачи.
        Если перегруз не уменьшится, а возрастет за пределы 25 %, то КЗ, А6 включатся постоянно на снижение скорости подачи до нуля. При другом соотношении скоростей (v_ф > v_з) процессы протекают аналогично, а состояние элементов показано в таблице (рис. 5.4).
        Принципиальная схема регулятора УРАН приведена на рис. 5.5, Питание регулятора напряжением 27 В постоянного тока осуществляется от источника с пульсацией не более 20 мВ, а датчиков скорости подачи — от двух гальванически несвязанных обмоток искробезопасным напряжением 3,5 В.
        Канал регулирования скорости подачи и блок выходных устройств работают следующим образом. Необходимые величины и направление скорости подачи устанавливаются переключателем S3. Задатчик скорости представляет собой переключатель с последовательно включенными резисторами, которые совместно с резисторами R1 и R2 в блоке БКС образуют делитель напряжений. Сигнал, величина которого пропорциональна задаваемой скорости, в зависимости от выбранного направления движения подается через резистор R7 блока БКС и переход «база — эмиттер» транзистора VT2 на анод диода VD15 или через резистор R8 и переход «база — эмиттер» транзистора VT3 на анод диода VD14. На диодах VD15, VD17, VD19 и VD14, VD18, VD23 выполнены трехвходовые схемы выделения наибольшего сигнала, выходы которых подключены ко входам трехпозиционного элемента (цепи 22, 23), расположенного в блоке БВУ. Так как входы трехпозиционного элемента достаточно низкоомны для лучшей защиты от помех, то сигналы с задатчика снимаются через эмиттерные повторители, выполненные на транзисторах VT2, VT3. Последние служат также для того, чтобы исключить влияние на сигналы, поступающие на входы трехпозиционного элемента при шунтировании уставки в режимах ограничения скорости подачи.
        Скорость подачи комбайна измеряется датчиком, представляющим собой дифференциальный индуктивный датчик, реагирующий на перемещения статора гидронасоса. Датчик скорости содержит две катушки индуктивности — L1 и L2, внутри которых перемещается сердечник, механически связанный со статором гидронасоса комбайна.
        В зависимости от величины и направления перемещения сердечника изменяются индуктивные сопротивления катушек, а следовательно, и протекающие в них токи. Последовательно с обмотками включены сопротивления (они же являются ограничительными элементами для обеспечения искробезопасности источников), величина которых соизмерима с индуктивными сопротивлениями катушек L1 и L2. При перемещении сердечника датчика изменяются напряжения на катушках, которые поступают на выпрямительные мосты VD1, VD2 с нагрузочными резисторами R3, R4.
        Так как упомянутые выше мосты включены встречно, то на их катодах выделяется разность падений напряжений, которая пропорциональна перемещению сердечника ДС и в зависимости от направления движения прикладывается к резисторам R10 или R11.
        Сигналы с резисторов R10 и R11 поступают на входы активных фильтров нижних частот с величиной среза f₀ = 10 Гц, выполненных на операционных усилителях DA5 и DA7. Частотные характеристики фильтров определяются элементами С1, СЗ, R13, R17, R18 и С8, С13, R15, R30, R3I, коэффициент усиления по напряжению — резисторами R13, R17 и R15, R30. Здесь активные фильтры применены для получения достаточно высокой фильтрации сигналов с датчика скорости подачи.
        Сигналы с выходов активных фильтров поступают на диоды VD17 и VD23. Через схемы выделения наибольших сигналов VD14, VD18, VD23 и VD15, VD17, VD19 сигналы с датчика скорости и ее задатчика поступают по цепям 22, 23 на входы релейного трехпозиционного элемента блока БВУ, выполненного на операционных усилителях DA8, DA9, охваченных положительными обратными связями (резисторами R58, R79). Входы усилителей подключены к резистор ному мосту R67, R68, R72, R73, сравнивающему величины фактической и заданной скоростей. Зона нечувствительности определяется величиной сопротивления резисторов R67, R72. Резисторы R64, R75 при отключенном блоке БКС служат для защиты входов операционных усилителей по синфазному сигналу. Выходной сигнал операционных усилителей DA8, DA9 через ключи на транзисторах VT11, VT12 включает реле К1 или К2. Контакты реле, в свою очередь, через эмиттерные повторители VT8, VT10 подключают электрогидрораспределители управления скоростью подачи комбайном. Реле К1, К2 служат для гальванической развязки искроопасных цепей регулятора и искробезопасных цепей электрогидрораспределителей.
        Для включения реле обнуления и управления предохранительной лебедкой в блоке БВУ имеются ключи, выполненные на транзисторах VT5, VT7, VT9; входы ключей VT5, VT7 соединены с эмиттерным повторителем задатчика скорости подачи. При нейтральном положении переключателя задатчика скорости открыт ключ VT9, a VT5, VT7 закрыты. Во всех других положениях этого переключателя ключ VT9 закрыт, а в зависимости от заданного направления движения комбайна открыт ключ VT5 либо VT7.
        Реле контроля превышения фактической скорости подачи над заданной выполнено на операционном усилителе DA6 в блоке БКС. На его неинвертирующий вход через схему выделения наибольшего сигнала (диоды VD11, VD12) подается модуль заданного значения скорости подачи, а на инвертирующий вход через схему выделения наибольшего сигнала (диоды VD16, VD21) — модуль фактического значения скорости подачи.
        Выход реле контроля DA6 через схему выделения наибольшего сигнала подключен ко входам релейного трехпозиционного элемента. Для защиты входов операционного усилителя DA6 по синфазному и дифференциальному сигналам на неинвертирующий вход подан постоянный потенциал через резистор R25 от делителя напряжения R33 — R36.
        Обнуление скорости подачи при пуске комбайна происходит следующим образом. Так как в начальный момент после пуска комбайна конденсатор С22 блока БКС разряжен, то транзистор VT4 открыт, вследствие чего открыт диод VD20 и к базе эмиттерного повторителя VT1 приложен потенциал, соответствующий нулевой уставке скорости подачи. Это приводит к отпиранию диодов VD5, VD6 и шунтированию сигнала с задатчика скорости. Время обнуления скорости подачи при пуске определяется параметрами элементов С22 и R50 и составляет 2—3 с.
        Канал регулирования по току состоит из датчиков тока, задатчика тока, масштабирующего устройства (уставка по току), уставки длительности импульса и блока канала нагрузки.
        Канал регулирования по току работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный максимальному току двигателей или суммарному их току, через схему выделения наибольшего сигнала (диоды VD7, VD8 и VD9) поступает на RС-фильтр, выполненный на резисторах R21, R22 и конденсаторе С4 в блоке БКН. Через резистор R21 происходит заряд конденсатора С4, а через R22 — его разряд.
        С выхода фильтра сигнал, пропорциональный наибольшему току, и опорное напряжение с резистора R62 подаются на входы вычитающего устройства, выполненного на операционном усилителе DA1. С выхода усилителя разность токов, усиленная в 20—22 раза, для обеспечения статической зоны нечувствительности по току ±5 л подается на вход активного фильтра нижних частот второго порядка DA2 с величиной среза f₀ = 10 Гц. Параметры фильтра нижних частот определяются элементами R38, R40, С14, С15. С выхода активного фильтра сигнал поступает на вход релейно-импульсного элемента, выполненного на операционных усилителях DA3, DA4 в блоке БКН, воздействующего на скорость подачи. Релейно-импульсный элемент имеет пять режимов работы в зависимости от соотношения величины опорного напряжения Uоп, выделяемого на резисторе R62 и напряжения, снимаемого с конденсатора С4. Рассмотрим каждый из этих режимов.
        Недогруз двигателя более 25 %, т.е.

        В этом режиме потенциал на входе релейно-импульсного элемента (точка соединения резисторов R61, R65) выше потенциала точки А. На выходе операционного усилителя DA3 потенциал положительный относительно точки С, так как на неинвертирующем входе потенциал равен U_А + U_пр.к (U_А — потенциал в точке А относительно точки С; U_пр.к — падение напряжения на кремниевом диоде VD31 в прямом направлении), а на инвертирующем входе — U_А + U_пр.г (U_пр.г — падение на германиевом диоде VD29 в прямом направлении).
        Потенциал выходного напряжения операционного усилителя DA4 также положительный, потому что потенциал на неинвертирующем входе относительно точки С равен U_пр.к диода VD37, а на инвертирующем входе — U_пр.г диода VD44.
        Так как на выходах операционных усилителей DA3 и DA4 высокие положительные потенциалы (выше сигнала с задатчика скорости), канал тока не влияет на работу канала скорости.
        Недогруз от 5 до 25 %, т. е.

        В этом режиме состояние операционного усилителя DA4 остается без изменения, а усилитель DA3 будет генерировать прямоугольные импульсы, так как потенциал на входе релейно-импульсного элемента меньше потенциала точки А. В данном случае потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя DA3 будет больше, чем на неинвертирующем (конденсатор С25 разряжен). Усилитель DA3 опрокидывается и конденсатор С25 заряжается по цепи: точка А, конденсатор С25, диод VD26, резистор R53, выходное сопротивление усилителя DA3, «минус» источника питания, пока потенциал на инвертирующем входе не станет ниже потенциала на неинвертирующем входе и усилитель не опрокинется в первоначальное состояние (на выходе появится положительный потенциал относительно точки С). После этого последует разряд конденсатора С25 по цепи: точка А, резисторный делитель, выходное сопротивление операционного усилителя DA3, резисторы R51, R52, резисторы в задатчике длительности, диод VD26A, «минус» конденсатора С25. Длительность паузы (0,8—1,2с) определяется величиной сопротивления резистора R53, а импульса (0,1—0,35 с) — величинами сопротивлений резисторов R51, R52 и положением переключателя S1 задатчика длительности.
        В данном режиме релейно-импульсный элемент воздействует на канал скорости. При условии v_ф < v_y скорость подачи увеличивается импульсно, так как потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя DA6 (блока БКС) во время паузы будет ниже, чем на неинвертирующем входе. Вследствие этого большим положительным сигналом с выхода DA6 через диоды VD18, VD19 и трехпозиционный элемент в блоке БВУ периодически отключаются электрогидрораспределители управления скоростью подачи.
        Номинальная загрузка двигателя, т.е.

        В этом режиме состояние операционного усилителя DA4 остается без изменения, а потенциал выходного напряжения усилителя ВАЗ в блоке БКН по отношению к точке С будет отрицательным. Величина статической зоны нечувствительности по току определяется соотношением резисторов R54, R61, R65, R75 в блоке БКН. В этом случае релейно-импульсный элемент воздействует на работу каналов скорости. При v_ф < v_y потенциал инвертирующего входа операционного усилителя DA6 будет ниже потенциала неинвертирующего входа, который большим положительным сигналом выключит DA8, DA9 в БВУ.
        Перегруз двигателя от 5 до 25 %, т.е.

        В этом режиме состояние усилителя DA3 в блоке БКН останется без изменения, а усилитель DA4 начнет генерировать прямоугольные импульсы, так как потенциал на неинвертирующем его входе, обусловленный сигналом на входе релейно-импульсного элемента, станет ниже потенциала на инвертирующем его входе и усилитель опрокинется. Конденсатор С30 начнет разряжаться по цепи: «плюс» конденсатора С30, диод VD47, резисторы R80, R81 и резисторы задатчика длительности, выходное сопротивление усилителя DA4, резистор R74, «минус» конденсатора С30.
        Разряд конденсатора С30 продолжается до тех пор, пока потенциал на инвертирующем входе усилителя DA4 не станет ниже потенциала на неинвертирующем, что приведет к первоначальному состоянию усилителя DA4, и конденсатор С30 начнет заряжаться по цепи: выход усилителя DA4, резистор R78, диод VD46, конденсатор С30, резистор R74, «минус» источника питания.
        Длительность паузы (0,8—1,2 с) определяется величиной сопротивления резистора R78, а импульса (0,1—0,35 с) — величинами сопротивлений резисторов R80, R81 и положением переключателя в задатчике длительности.
        В данном режиме релейно-импульсный элемент воздействует на канал скорости. Так как во время импульса с выхода усилителя DA4 блока БКН поступает сигнал в блок БКС малой величины, то диод VD20 открыт и транзистор VT1 уменьшает уставку скорости подачи до нулевого значения, что повлечет импульсное снижение скорости подачи.
        Перегруз двигателя более чем на 25 %, т.е.

        В этом режиме состояние операционного усилителя DA3 в блоке БКН останется без изменения, а усилитель DA4 перестанет генерировать прямоугольные импульсы и сигнал на его выходе установится отрицательный по отношению к точке С, что приведет к непрерывному уменьшению скорости подачи.

Библиотека