способ управления электроприводами главного движения экскаватора

Формула изобретения

Способ управления электроприводами главного движения экскаватора, при котором формируют сигналы задания для приводов напора, подъема и поворота или хода с помощью двух командоаппаратов, измеряют напряжения и токи якорных обмоток двигателей приводов и формируют сигналы управления для усилителей мощности соответствующих приводов в функции сигналов задания и измеренных значений токов и напряжений соответствующих двигателей с помощью микроконтроллерных регулирующих устройств, в которые записывают настроечные параметры всех приводов с помощью пульта наладчика, отличающийся тем, что дополнительно в памяти каждого микроконтроллерного регулирующего устройства хранят идентификационные номера всех приводов главного движения, соответствующие их назначениям, а сигналы задания для приводов формируют в виде последовательных кодов, содержащих информацию об идентификационном номере привода и величине задающего воздействия.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию горнодобывающих машин и предназначено для использования в низковольтных комплектных устройствах карьерных экскаваторов.

Известны способы управления электроприводами главного движения экскаватора, при которых формируют сигналы задания для приводов напора, подъема и поворота в режиме "экскавация" или хода в режиме "ход" с помощью двух командоаппаратов, измеряют напряжения и токи якорных обмоток двигателей приводов и формируют с помощью регулирующих устройств сигналы управления для усилителей мощности, обеспечивающих электропитание двигателей в функции сигналов задания и измеренных значений токов и напряжений соответствующих двигателей (Патент РФ №2030521, МПК E 02 F 9/20, 10.03.92; Рейнгольд Ю.Р. Новые разработки для модернизации электроприводов экскаваторов / Электротехника, 2001, №1, с.30-36).

При реализации известных способов обеспечивается управление приводами главного движения в зависимости от сигналов, формируемых машинистом с помощью командоаппаратов. При этом в системах электроприводов экскаваторов предусмотрено использование двух усилителей мощности для управления электродвигателями напора и поворота в режиме "экскавация" и двумя двигателями хода в режиме "ход". Переключение усилителей производится с помощью коммутационной аппаратуры по команде машиниста. При этом не предусматривается изменение настроек регуляторов в системах управления соответствующих приводов. В результате этого снижается качество процессов управления приводами.

Следовательно, недостаток известных способов - низкое качество процессов управления при разных режимах работы экскаватора.

Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является способ управления электроприводами главного движения экскаватора, при котором формируют сигналы задания для приводов напора, подъема и поворота или хода с помощью двух командоаппаратов, измеряют напряжения и токи якорных обмоток двигателей приводов и формируют сигналы управления для усилителей мощности соответствующих приводов в функции сигналов задания и измеренных значений токов и напряжений соответствующих двигателей с помощью микроконтроллерных регулирующих устройств, в которые записывают настроечные параметры всех приводов с помощью пульта наладчика (Патент РФ № 2193630, МПК E 02 F 9/20. Опубл. 21.11.2002).

Согласно предлагаемому способу обеспечивается управление приводами главного движения экскаватора в зависимости от сигналов, формируемых машинистом с помощью командоаппаратов. При этом в системах электроприводов экскаваторов предусмотрено использование двух усилителей мощности для управления электродвигателями напора и поворота в режиме "экскавация" и двумя двигателями хода в режиме "ход". Переключение усилителей производится с помощью коммутационной аппаратуры по команде машиниста. При этом не предусматривается автоматическое изменение настроек регуляторов в системах управления соответствующих приводов, которые заносятся в память микроконтроллерных регулирующих устройств с пульта наладчика. Однако известно, что оптимальным процессам управления для разных приводов экскаватора соответствуют не только разные настройки, но и различные алгоритмы (Вуль Ю.Я., Ключев В.И., Седаков Л.В. Наладка электроприводов экскаваторов. - М.: Недра, 1975. - 312 с.). При работе разных приводов с одними и теми настройками регуляторов снижается качество процессов управления приводами.

Следовательно, недостаток известных способов - низкое качество процессов управления при разных режимах работы экскаватора.

Цель предлагаемого изобретения - повышение качества процессов управления приводами главного движения экскаватора в различных режимах работы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления электроприводами главного движения экскаватора, при котором формируют сигналы задания для приводов напора, подъема и поворота или хода с помощью двух командоаппаратов, измеряют напряжения и токи якорных обмоток двигателей приводов и формируют сигналы управления для усилителей мощности соответствующих приводов в функции сигналов задания и измеренных значений токов и напряжений соответствующих двигателей с помощью микроконтроллерных регулирующих устройств, в которые записывают настроечные параметры всех приводов с помощью пульта наладчика, дополнительно в памяти каждого микроконтроллерного регулирующего устройства хранят идентификационные номера всех приводов главного движения, соответствующие их назначениям, а сигналы задания для приводов формируют в виде последовательных кодов, содержащих информацию об идентификационном номере привода и величине задающего воздействия.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемое техническое решение имеет следующие новые признаки (операции):

- в памяти каждого микроконтроллерного регулирующего устройства хранят идентификационные номера всех приводов главного движения, соответствующие их назначениям;

- сигналы задания для приводов формируют в виде последовательных кодов, содержащих информацию об идентификационном номере привода и величине задающего воздействия.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна".

При реализации предлагаемого изобретения повышается качество регулирования во всех режимах работы экскаватора. Это обеспечивается использованием во всех приводах унифицированных микроконтроллерных блоков управления, в памяти которых хранятся все идентификационные номера систем управления приводами (подъем, напор, поворот, ход) и соответствующие им оптимальные алгоритмы и параметры настройки регуляторов. Сигналы задания для приводов формируются в зависимости от положений командоаппаратов и режима работы экскаватора (экскавация/ход) в виде последовательных кодов, содержащих идентификационные номера приводов и напряжения задания. Сигнал задания, поступающий на вход микроконтроллерного блока управления и содержащий идентификационный номер привода, в зависимости от этого номера инициализирует соответствующую программу оптимального управления этим приводом.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и горных машин.

Операции:

- в памяти каждого микроконтроллерного регулирующего устройства хранят идентификационные номера всех приводов главного движения, соответствующие их назначениям;

- сигналы задания для приводов формируют в виде последовательных кодов, содержащих информацию об идентификационном номере привода и величине задающего воздействия, в известных способах аналогичного назначения не обнаружены.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором в качестве примера показана упрощенная типовая функциональная схема экскаватора ЭКГ-15, поясняющая способ управления электроприводами главного движения экскаватора. Функциональные схемы других отечественных экскаваторов аналогичны и отличаются только составом и параметрами применяемого электрооборудования.

На чертеже обозначено: 1 - пульт машиниста; 2 - модуль индикации на пульте машиниста; 3 - устройство обработки сигналов командоаппаратов; 4 и 5 - командоаппараты; 6-13 - двигатели постоянного тока; 14-21 - обмотки возбуждения двигателей; 22-24 - тиристорные преобразователи электропитания обмоток возбуждения двигателей; 25-35 - автоматические выключатели; 36-39 - контакты коммутаторов переключения режима работы (экскавация/ход); 40-42 - генераторы; 43-45 - токоизмерительные шунты; 46-48 - обмотки возбуждения генераторов; 49-51 - тиристорные преобразователи управления возбуждением генераторов; 49-54 - автоматические выключатели с отключающими катушками; 52-54 - системы управления тиристорными преобразователями соответственно 49, 50 и 51; 58-60 - блоки управления возбуждением генераторов; 61-65 - понижающие трансформаторы; 66 - блок формирования сигналов управления приводами; 67 - блок реле технологических защит; 68 - контроллер состояния оборудования; 69 - блок реле управления и автоматики. Три электропривода главного движения экскаватора (напора, подъема и поворота) выполнены по системе генератор-двигатель. Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (или группа двигателей) 6-13 управляются напряжениями с выходов генераторов постоянного тока 40-42. Выходные напряжения генераторов 40-42 регулируются путем изменения токов возбуждения с помощью трехфазных реверсивных тиристорных управляемых выпрямителей ПГ 46-48. Управление тиристорными преобразователями осуществляется с помощью микроконтроллерных систем СУ 55-57, выполняющих функцию формирователей импульсов управления тиристорами. Блоки управления БУ 58-60 осуществляют формирование сигналов управления для тиристорных преобразователей 46-48 в функции сигналов задания и обратных связей по току и напряжению генераторов 40-42. Электропитание тиристорных преобразователей 46-48 производится с помощью трехфазных трансформаторов TVC 61, TVS 62 и TVH 63.

Электропитание шести обмоток возбуждения двигателей напора 14, поворота 17-19 и подъема 20, 21 производится с помощью трех трехфазных тиристорных управляемых выпрямителей ПД 22-24. При этом к выходу каждого преобразователя подключены две последовательно соединенные обмотки возбуждения. Питание преобразователей ПД производится с помощью двух трехфазных понижающих трансформаторов TVM1 64 и TVM2 65. В системе электропитания обмоток возбуждения двигателей предусмотрена стабилизация токов возбуждения.

В режиме "ход" якорные обмотки двигателей хода М1Р 7, М2Р 8 получают питание от генераторов соответственно напора и поворота. Обмотки возбуждения двигателей хода 15 и 16 подключены к источнику постоянного напряжения 115 В.

Задание скорости движения приводов осуществляется машинистом с помощью командоаппаратов КА1 и КА2. Устройство обработки сигналов командоаппаратов УОСК 3 предназначено для преобразования выходных сигналов командоаппаратов в систему цифровых сигналов управления приводами главного движения.

Блок формирования сигналов управления приводами 66 формирует сигналы задания для приводов главного движения в функции выходных сигналов УОСК 3 и состояния цепей защиты и блокировок.

Контроллер состояния оборудования 68 производит сбор информации о состоянии реле управления и автоматики экскаватора и формирует сигналы управления для контакторов возбуждения генераторов и сигнал в виде последовательного кода для модуля индикации 2.

Модуль индикации 2 размещен в кабине машиниста и предназначен для отображения с помощью светодиодов информации о включенном состоянии электрооборудования.

Устройство обработки сигналов командоаппаратов УОСК 3 выполняет следующие функции:

- аналого-цифровое преобразование выходных сигналов командоаппаратов;

- формирование последовательного кода управления приводами на выходе;

- формирование дискретных сигналов управления включением приводов (напор, поворот, подъем).

Сигнал управления приводами передается с выхода устройства 3 в специальном формате со скоростью 9,6 кБод на вход блока формирования сигналов управления приводами 66, на входах которого также действуют:

- логические сигналы включения приводов подъема, напора, поворота, хода;

- логический сигнал "Переподъем";

- логические сигналы ограничения напора вверх и вниз (входы RC2).

Блок формирования сигналов управления приводами 66 формирует на трех выходах сигналы задания в виде последовательных цифровых кодов для управления приводами напора, поворота и подъема в зависимости от цифрового сигнала, сформированного устройством обработки сигналов командоаппаратов, и сигналов аппаратуры управления и защиты. Цифровые сигналы управления приводами формируются в виде последовательных кодов, содержащих информацию об идентификационном номере привода и величине сигнала задания.

Три микроконтроллерных блока управления приводами БУ 58-60 имеют идентичные схемы. В их памяти хранятся идентификационные номера всех приводов и соответствующие им программы преобразования сигналов задания и обратных связей по току и напряжению в сигналы управления усилителями мощности. В режиме "экскавация" цифровые коды, действующие на входах БУ 58 и БУ 59, содержат идентификационные номера, соответствующие приводам напора и поворота. При этом в блоках управления инициализируются программы, обеспечивающие оптимальное управление приводами напора и поворота. В режиме "ход" цифровые коды, действующие на входах БУ 58 и БУ 59, содержат идентификационные номера, соответствующие приводам хода. При этом в блоках управления инициализируются программы, обеспечивающие оптимальное управление приводами хода.

Следовательно, во всех режимах работы экскаватора управление приводами осуществляется в соответствии с оптимальными алгоритмами и параметрами без дополнительных настроек. Этот положительный эффект достигается за счет специальной микроконтроллерной реализации блоков управления, устройства обработки сигналов командоаппаратов и блока формирования сигналов управления приводами и применения нового алгоритма обработки и передачи сигналов в системе.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество регулирования во всех режимах работы экскаватора за счет автоматического включения оптимальных алгоритмов управления в соответствии с командами управления машиниста.

Другим важным достоинством предлагаемого способа является полная унификация блоков управления, обеспечивающая их взаимозаменяемость без настройки.

Предлагаемый способ управления электроприводами главного движения экскаватора реализован и успешно испытан на отечественных экскаваторах ЭКГ-10, ЭКГ-12,5 и ЭКГ-15.

Следовательно, использование в предлагаемом способе управления электроприводами главного движения экскаватора, при котором формируют сигналы задания для приводов напора, подъема и поворота или хода с помощью двух командоаппаратов, измеряют напряжения и токи якорных обмоток двигателей приводов и формируют сигналы управления для усилителей мощности соответствующих приводов в функции сигналов задания и измеренных значений токов и напряжений соответствующих двигателей с помощью микроконтроллерных регулирующих устройств, в которые записывают настроечные параметры всех приводов с помощью пульта наладчика, дополнительно операций хранения в памяти каждого микроконтроллерного регулирующего устройства идентификационных номеров всех приводов главного движения, соответствующих их назначениям, и формирования сигналов задания для приводов в виде последовательных кодов, содержащих информацию об идентификационном номере привода и величине задающего воздействия, обеспечивает повышение качества процессов управления при различных режимах работы.

Использование предлагаемого технического решения на экскаваторах позволит повысить производительность работ в горной промышленности.