11 ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ГОРНЫХ МАШИН 11.1 Общие сведения
Автоматизированное управление горными машинами соответствует управлению, при котором запуск структурных единиц рассматриваемых технических объектов осуществляется оператором, а последующая их работа выполняется автоматически на основе выработки управляющих воздействий подсистемами автоматизации без участия обслуживающего персонала.
Автоматизация обеспечивает улучшение технико-экономических показателей и социальной эффективности эксплуатации горных машин по сравнению с дистанционным и, тем более, ручным непосредственным управлением за счет:
-	повышения уровня безопасности и снижения энергетических затрат
и утомляемости рабочих;
-	увеличения производительности труда и улучшения параметров
надежности, уменьшения удельных энергозатрат при работе горных ма
шин.
При использовании эффективных подсистем автоматизации создаются условия для вывода персонала в безопасные зоны, что особенно важно при отработке массивов, опасных по внезапным выбросам газа, угля и породы.
Кроме того, для ряда горных машин нового поколения автоматизация обязательна, т.к. ручное управление не может обеспечить их работоспособности. В этом случае при проектировании рассматриваемых объектов необходим мехатронических подход, т.е. такие машины должны создаваться как органически целостные электро-механо-гидро-электронные системы, включающие в качестве изначально одинаково важных, технически равноправных не только электрические, механические, гидравлические структурные единицы, но и аппаратуру автоматизированного управления. В качестве примеров, иллюстрирующих необходимость указанного меха-тронического подхода, можно привести струговые очистные механизированные комплексы с агрегатированными крепями, обеспечивающие дозированную выемку угля (см. п.3.9.1), и очистные комбайны с электрическими регуляторами скорости подачи Vп на основе частотно-регулируемых асинхронных электродвигателей (п.3.6.5).
Можно прогнозировать расширение в дальнейшем области использования перспективного частотно-регулируемого асинхронного электропривода для горных машин, прежде всего для подсистем привода исполнительных органов очистных и проходческих комбайнов, струговых и конвейероструговых установок, бурильных машин, с целью автоматизированного управления скоростью резания Vр для исполнительных органов этих технических объектов.

193
Трудности создания надежных и эффективных подсистем автоматизации сложных горных машин заключаются прежде всего:
а)	в необходимости надежной защиты элементов аппаратуры автома
тизации от вредных воздействий в условиях подъемной добычи полезных
ископаемых (взрывоопасность, ярко выраженный динамический характер
поведения элементов силовых подсистем горных машин, агрессивность
шахтных вод, высокая концентрация токопроводящей пыли и др.) и в ог
раниченных габаритных возможностях встройки элементов аппаратуры в
узлы машин;
б)	в многообразии характеристик и параметров систем горных мас
сивов (как совокупности взаимосвязанных природных подсистем - уголь
ного пласта, кровли и почвы пласта, а также обрушенных горных пород)
при эксплуатации горных машин в различных горно-геологических усло
виях, что требует приспособленности подсистем автоматизации к соответ
ствующей гибкой адаптации к указанным характеристикам и параметрам,
которые могут существенно изменяться в пространстве и во времени даже
в пределах одного и того же забоя;
в)	в большом количестве секций и исполнительных гидроцилиндров
(гидростоек, гидродомкратов, гидропатронов) механизированных крепей,
в многооперационности при функционировании, рассредоточении и высо
кой подвижности объектов управления в составе очистных комплексов и
агрегатов.
Задачи подсистем автоматизации горных машин можно условно разбить на 5 групп.
I.	Управление режимными параметрами (скоростями подачи Vп и ре
зания Vр) в процессе работы машин, разрушающих массив рабочим инст
рументом, с целью обеспечения прежде всего рациональных или требуе
мых значений соответствующих функций цели энергетического характера.
II.	Обеспечение  качественной отработки  выемочными  машинами
выработок по границам «выработка-вмещающие породы».
III.	Управление  рабочими  операциями  секций  механизированной
крепи и става забойного конвейера или базовой балки в составе очистных
комплексов либо агрегатов в соответствии с принятыми технологическими
схемами их работы.
IV.	Обеспечение необходимых видов защит горных машин и обору
дования от различного рода технологических перегрузок и нештатных си
туаций, например, отключение электродвигателей при их опрокидывании
и несостоявшихся пусках, наличии опасной концентрации метана, недо
пустимом снижении расхода и давления воды в подсистеме орошения и др.
V.	Выполнение функций сервисного характера, улучшающих каче
ство эксплуатации горных машин и оборудования. В качестве примера
можно указать следующие функции: диагностическое обеспечение кон
троля технического состояния ответственных узлов; отработка необходи
мых  временных задержек между подачей предупредительных сигналов и

включением электродвигателей или между последовательными включениями электродвигателей; дистанционное управление электродвигателями и исполнительными гидроцилиндрами; автоматизированное управление наращиванием и разборкой бурового става и т.д.
Подсистемы автоматизации горных машин и оборудования должны формироваться на основе приспособленных к работе в подземных условиях компьютеров, эффективно работающих датчиков разных типов и современных средств отображения информации о состоянии управляемых технических объектов.
При создании рассматриваемых подсистем должна сохраняться возможность непосредственного управления горными машинами для проведения пусконаладочных и ремонтных работ.
11.2       Основные   задачи   автоматизации   выемочных   и   бурильных машин
Рассмотрим особенности решения приведенных в подразделе 11.1 задач автоматизации I и II групп применительно к выемочным и бурильным машинам.
Основными управляемыми режимными параметрами при отсутствии
регулирования скорости резания Vр являются:
а)	для очистных комбайнов - скорость перемещения (подачи) Vn
корпусной подсистемы вдоль забоя, изменяемая с помощью регуляторов
скорости в составе подсистем перемещения;
б)	для проходческих комбайнов стреловидного типа, имеющих в со
ставе подсистем подвески и перемещения исполнительных органов (ИО)
регулируемые объемные гидропередачи «насосы - гидродомкраты», - ско
рость перемещения Vп ИО при последовательной обработке забоя;
в)	для бурильных машин вращательного бурения при наличии в со
ставе подсистем подвески и перемещения ИО гидроцилиндровых податчи-
ков с регулируемыми объемными гидропередачами - скорость перемеще
ния (подачи) Vn органа со связанными с ним корпусными узлами на забой;
г)	для конвейероструговых установок в составе очистных агрегатов,
имеющих в составе системы гидропривода регулируемые объемные гид
ропередачи «насосы - гидродомкраты», - скорость перемещения Vn ИО на
забой при выполнении операций зарубки и отбойки.
При этом, как показано в разделе 6, указанные в пункте г) перемещения в зависимости от конкретного построения очистных агрегатов могут осуществляться с помощью подсистем перемещения крепи и конвейе-роструговой установки (операция зарубки у агрегатов АМ1Ц и АФК) и подсистем подвески и перемещения ИО (например, операция отбойки у агрегата АМЩ).

195
Автоматизированное управление рассматриваемыми режимными параметрами для этих машин осуществляется регуляторами режимов работы (в литературе их называют также регуляторами нагрузки или регуляторами нагрузки и скорости), которые обеспечивают реализацию соответствующих алгоритмов управления скоростью Vп при изменении свойств разрушаемых горных массивов.
В качестве примера можно привести следующие алгоритмы управления скоростью подачи Vn очистных комбайнов, оснащенных приводными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами:
1)	стабилизация заданного значения скорости Vn (а, следовательно, и
средней толщины стружки hср и теоретической производительности О),
если средние уровни мощностей наиболее нагруженного двигателя под
систем привода ИО и наиболее нагруженного двигателя подсистем пере
мещения комбайна, а также суммарный ток электропривода машины не
превышают заданных соответствующими токовыми уставками значений;
2)	стабилизация на заданном уровне среднего значения мощности
наиболее нагруженного электродвигателя в составе комбайна путем соот
ветствующего изменения скорости Vn При таком режимном варианте,
часто в литературе называемом минимальным, hср=Vаr, Q=Vаr.
При невыполнении условий реализации первого режима регуляторы должны обеспечивать переход к реализации второго режима с последующим возвратом к первому при отсутствии вышеуказанных превышений.
При этом для очистных комбайнов с двумя вынесенными подсистемами перемещения с цепным тяговым органом одновременно должна обеспечиваться координация текущих значений угла расположения звездочки, подтягивающей холостую ветвь цепи, по отношению к звездочке, перемещающей рабочую ветвь тягового органа, Эта координация необходима для реализации заданного среднего уровня тягового усилия в холостой ветви цепи и минимизации амплитуд колебательных составляющих нагрузок в тяговом органе, обусловленных характером работы зацеплений «звездочка - круглозвенная цепь». Указанная задача должна решаться с помощью подсистем автоматизации также применительно к струговым и конвейероструговым установкам с двумя подсистемами привода ИО.
При использовании частотно - регулируемых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором для подсистем приводов ИО очистных и проходческих комбайнов, бурильных машин, струговых и конвейероструговых установок в качестве управляемого режимного параметра будет выступать также скорость резания Vр. В этом случае для современных очистных комбайнов, проходческих комбайнов стреловидного типа при выемке породных забоев, бурильных машин вращательного бурения, конвейероструговых установок в составе очистных агрегатов (прежде всего реализующих фронтальную схему разрушения массива) регуляторы режимов работы должны обеспечивать автоматизированное управление дву-