АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ ПРЕЖНЕГО И НОВОГО ПОКОЛЕНИЙ

Горбатов П.А., проф., д.т.н.; Потапов В. Г., доц., к.т.н.; Лысенко М.Н., магистрант ДонНТУ

Источник: Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых — 2009 / Матеріали IХ науково-технічної конференції асперантов и студентов. - Донецьк, ДонНТУ - 2009, с. 36-39.

Рассмотрим характеристику особенностей реализации автоматизированных режимов работы комбайнов КДК500 (разработчик – ГП «Донгипроуглемаш») и РКУ13 (разработчик – ОАО «Гипроуглемаш), выбранных в качестве примера представительных очистных машин для выемки пластов средней мощности соответственно нового и прежнего поколений как объектов автоматизированного управления. Подсистемы автоматизированного управления в соответствии с требованиями проекта национального стандарта Украины «Комбайны шахтные очистные. Общие технические условия» должны обеспечивать (по мехатронной терминологии - это F-модель рассматриваемых подсистем): 1) автоматическое регулирование рабочей скорости подачи VП; 2) автоматическую стабилизацию нагрузки электродвигателей исполнительных органов; 3) автоматическую защиту от опрокидываний и несостоявшихся пусков электродвигателей силовых подсистем; 4) отображение контрольной, оперативной и аварийной информации на пульте управления; 5) контроль технического состояния электрических и гидравлических узлов. Рассмотрим особенности режимов 1) и 2). При этом представляется более корректным в терминах «автоматическое регулирование» и «автоматическую стабилизацию» слова «автоматическое» и «автоматическую» заменить на «автоматизированное» и «автоматизированную».

Основные особенности реализуемых автоматизированных режимов работы очистных комбайнов (ОК) КДК500 и РКУ13 следующие.

1. Режимы стабилизации среднего значения заданной скорости подачи VП3 и среднего уровня нагрузки электродвигателей (ЭД) подсистем привода исполнительных органов (мощности Р=Р3), которая соответствует заданному значению тока статора двигателя Iу (току уставки) для обеих рассматриваемых машин, реализуются таким образом. Осуществляется поддержание заданного оператором уставочного значения VПЗ, если средний уровень мощности Р (а, следовательно, и тока статора I) электродвигателей не превышает заданного значения РЗ. Стабилизация нагрузки на уровне РЗ обеспечивается регулированием основного режимного параметра VП, если Р становится больше РЗ. В случае уменьшения Р ниже РЗ происходит реализация поддержания скорости VПЗ. Вышерассмотренные режимы стабилизации для ОК прежнего поколения типа РКУ13 с общим ЭД 2ЭКВЭ4-200У5 с номинальным током IН = 133 А при номинальном напряжении UН = 1140 В обеспечиваются разработанным ОАО «Автоматгормаш им. В.А.Антипова» комплексом устройств автоматизации и управления КУАК-М на основе микропроцессорного регулятора нагрузки с диапазоном величины тока уставки Iу [100, 390], А, и шагом установки I = 10 А. Допускаемая погрешность поддержания Iу («коридор» поддержания) 6%. Режимы стабилизации для ОК нового поколения типа КДК500 с индивидуальным электродвигателем для каждой подсистемы привода исполнительного органа (ПИО) ЭКВ5-250В-У5 с IН = 170 А при U = UН реализуются с помощью комплекса устройств управления (с преобразователем частоты) КМ-ПЧ (разработчик – ГП «Донгипроуглемаш»). Для каждого ЭД верхняя Iвн и нижняя Iнж границы «коридора» поддержания нагрузки резания программно может быть настроены на диапазоны Iвн = (0,75…1,5) IН и Iнж = (0,5…1,25) IН . Если I начинает превышать Iвн , через время задержки З = 0…10 с. начинает снижаться VП, а если I становится равным Iнж , то VП вновь растет до значения VПЗ. Для выпускаемых машин КДК500 принято: Iвн = 1,1*IН = 187 А, Iнж = 0,9*IН = 153 А, З = 1 с. Таким образом, «коридор» поддержания стабильного уровня среднего значения Р соответствует I [15] А.
2. Режимы защит. Для ОК РКУ13 комплексом КУАК обеспечивается защита электродвигателей при опрокидывании и незавершившемся пуске путем автоматического отключения пускателя комбайна. Защита гидравлических подсистем подачи от перегрузок осуществляется с помощью контура автоматической разгрузки основного насоса и предохранительного гидравлического контура. Применительно к каждому ЭД подсистем ПИО комбайна нового поколения КДК500 комплексом КМ-ПЧ обеспечиваются защиты: - от перегрузок; если I > 1,5IН , то через 2 сек происходит остановка машины, а, если нагрузка все же не снизилась, через 5 сек – отключение ЭД привода исполнительных органов; - от опрокидывания; если I > 2,5IН, то через 2 с. также происходит отключение ЭД. Для электродвигателей ЭКВ4-45-6-У5 подсистем подачи комбайна КДК500 с аппаратурой автоматизации КМ-ПЧ обеспечивается защита: - от перегрузок; при I > 1,25IН в течение 5 с. происходит снижение выходной частоты f1 и, следовательно, скорости VП до тех пор, пока нагрузка не достигнет номинального значения, затем f1 поднимается до заданного значения. При этом при превышении током значения IН начинается заполнение счетчика времени перегрузки, а если нагрузка становится ниже IН, то показания этого счетчика уменьшаются. При заполнении счетчика происходит отключение ЭД подсистем подачи; - от опрокидывания; если I > 1,8IН , то через 2 сек происходит отключение ЭД; - от неравномерной нагрузки между электродвигателями обеих подсистем подачи; если отношение тока более нагруженного ЭД к току менее нагруженного двигателя становится более 1,5, то в течение 30 с. происходит отключение двигателей. Кроме того, у обоих ОК имеется целый ряд других защит, которые в настоящей работе не рассматриваются (от перегрева ЭД, от отсутствия воды в подсистеме пылеподавления и охлаждения, от неотключения тормозов подсистем подачи и др.). При этом у КДК500 количество защитных функций выше, чем у РКУ13. Автоматизированные режимы работы применительно к мехатронным объектам – комбайнам нового поколения (на примере КДК500 с комплексом устройств управления КМ-ПЧ на современной элементной базе) отличаются прежде всего значительным увеличением числа контролируемых и диагностируемых параметров и использованием четко задаваемых и имеющих малые значения времен задержек, соответствующих началу процесса регулирования после достижения нагрузками соответствующего уровня. Это, безусловно, свидетельствует о радикальном улучшении качества автоматизированного управления этими машинами за счет высокого уровня интеллектуализации процесса управления на основе синергетической интеграции традиционных (механических, электротехнических и гидравлических) структурных элементов ОК с информационно-электронными.

Вышеуказанные особенности очистных комбайнов нового поколения с современными комплексами устройств управления (типа КМ-ПЧ) позволяют обеспечить повышение таких макроуровневых показателей, интегрально характеризующих технический уровень рассматриваемых мехатронных объектов, как производительность при высокоинтенсивных режимах работы, надежность и безопасность при их функционировании.