PL166693B1

PL166693B1 - Urzadzenie do sterowania silnikiem elektrycznym, zwlaszcza kopalnianej maszyny wyciagowej PL

Info

Publication number: PL166693B1
Application number: PL91291766A
Authority: PL
Inventors: Malcolm E Greenway; Winfried E Schmitt; Rodney S Hamilton
Original assignee: Anglo Amer Corp South Africa
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1995-06-30
Also published as: AU636244B2; PL291766A1; CA2051523A1; DE4130970A1; US5377296A; GB9119952D0; CA2051523C; GB2249294B; DE4130970C2; GB2249294A; AU8459191A

Abstract

r a o b c i a z e n i e s t a n o w i a c e u r z a d z e n i e p r z e n o s n i k o w e p o d t r z y m y w a n e p r z e z l i n i e i t w o r z y u k l a d o s c y l a c y j n y o c o n a j m n i e j j e d n y m n o r m a l n y m s t a n i e o s c y l a c j i , p r z y c z y m d o l i n y j e s t d o l a c z o n y u k l a d p o m i a r o w y o b c i a z e n i a l i n y i u k l a d p o m i a r o w y d l u g o s c i l i n y s p u s z c z a n e j z b e b n a n a p e d z a n e g o p r z e z s i l n i k e l e k t r y c z n y , d o k t ó r e g o j e s t d o l a c z o n y u k l a d p o m i a r o w y p r e d k o s c i o b r o t o w e j s i l n i k a i u k l a d s t e r o w a n i a s i l n i k i e m , k t ó r y j e s t d o l a c z o n y d o s i l n i k a p o p r z e z p o l a c z o n e s z e r e g o w o s t e r o w n i k p r a d u p r z e m i e n n e g o i u k l a d p r z e t w o r n i k a , z n a m i e n n y t y m , z e s i l n i k e l e k t r y c z n y ( 5 ) j e s t d o l a c z o n y p o p r z e z p r z e t w o r n i k p r a d o w y ( 4 ) d o p i e r w s z e g o w e j s c i a u k l a d u s t e r o w a n i a ( 1 ) z a w i e r a j a c e g o j e d n o s t k e a r y t m e t y c z n a ( 1 4 ) , k t ó r e j w y j s - c i e z a d a j a c e j w a r t o s c i p r z y s p i e s z e n i a k a t o w e g o (a x ) j e s t d o l a c z o n e d o w e j s c i a p r a d u ( I ) u k l a d u s t e r o w a n i a ( 1 ) p o p r z e z s u m a t o r ( 1 5 " ) , a w y j s c i e z a d a j a c e j w a r t o s c i p r e d k o s c i ( n x ) j e s t d o l a c z o n e d o w e j s c i a p r e d k o s c i ( n ) u k l a d u s t e r o w a n i a ( 1 ) p o p r z e z s u m a t o r ( 1 5 ' ) i d a l e j p o p r z e z g e n e r a t o r t a c h o m e t r y c z n y ( 1 0 ) p o m i a r u p r e d - k o s c i o b r o t o w e j d o s i l n i k a e l e k t r y c z n e g o ( 5 ) , p r z y c z y m j e d n o s t k a a r y t m e t y c z n a ( 1 4 ) m a t a k z e w y j s c i e z a d a j a c e j w a r t o s c i p r z y s p i e s z e n i a d r u g i e g o s t o p n i a ( r x ) d o l a c z o n e p o p r z e z o b w ó d k o m p e n s a c y j n y ( 3 2 ) i s u m a t o r ( 1 5 ' ) d o w e j s c i a p r e d k o s c i ( n ) u k l a d u s t e r o w a n i a ( 1 ) o r a z w y j s c i e z a d a j a c e j w a r t o s c i p o l o z e n i a ( s x ) d o l a c z o n e d o s t e r o w - n i k a ( 2 ) p o p r z e z p o l a c z e n i e s z e r e g o w e s u m a t o r a ( 1 5 ) , s t e r o w n i k a ( 1 6 ) p o l o z e n i a , s u m a t o r a ( 1 5 ' ) , s t e r o w n i k a ( 1 6 ' ) p r e d k o s c i , s u m a t o r a ( 1 5 " ) i s t e r o w n i k a ( 1 6 " ) p r a d u , o r a z j e d n o s t k a a r y t m e t y c z n a ( 1 4 ) m a w e j s c i e w a r t o s c i p o l o z e n i a ( s ) d o l a c z o n e d o s u m a t o r a ( 1 5 ) i w e j s c i e z a d a - j a c e j w a r t o s c i p o l o z e n i a ( s x ) . Fig.1. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do sterowania silnikiem elektrycznym, zwłaszcza kopalnianej maszyny wyciągowej.

Kopalniania maszyna wyciągowa wykorzystuje zwykle silnik elektryczny przyłączony do co najmniej jednego bębna linowego, a najczęściej do dwóch bębnów linowych. Do wolnego końca liny nawiniętej na bęben dołączona jest klatka szybowa czyli urządzenie przenośnikowe tak, że obrót bębna powoduje podnoszenie lub opuszczanie urządzenia przenośnikowego w szybie kopalnianym. Zwykle mechanizm nawijający jest skonstruowany tak, że przy podnoszeniu jednego urządzenia przenośnikowego następuje opuszczanie drugiego.

Głębokie szyby kopalniane, takie jakie występują na przykład w przemyśle wydobywczym złota, wymagają zastosowania długich lin. W tych urządzeniach są indukowane drgania w elastycznym układzie zawierającym urządzenia podnośnikowe, liny, elementy bezwładnościowe silnika i bębnów nawijających i innych ruchomych elementów w układzie. Takie drgania są wzbudzane,

166 693 zwłaszcza przy przyspieszeniach bębna nawijającego, które powstają podczas normalnego nawijania i podczas hamowania awaryjnego. Skutkiem tego są wzdłużne dynamiczne przemieszczenia klatki szybowej na końcu liny, mające niedopuszczalnie dużą amplitudę, które powodują wzrost obciążeń rozciągających linę. Istnieje więc konieczność stosowania silniejszych lin niż wymagane przy pracy w warunkach ustalonych, zwiększenie masy liny oraz ograniczenie maksymalnej osiągalnej głębokości szybów.

W urządzeniu według wynalazku silnik elektryczny jest dołączony poprzez przetwornik prądowy do pierwszego wejścia układu sterowania zawierającego jednostkę arytmetyczną, której wyjście zadającej wartości przyspieszenia kątowego jest dołączone do wejścia prądu układu sterowania poprzez sumator, a wyjście zadającej wartości prędkości jest dołączone do wejścia prędkości układu sterowania poprzez sumator i dalej poprzez generator tachometryczny pomiaru prędkości obrotowej do silnika elektrycznego. Jednostka arytmetyczna ma także wyjście zadającej wartości przyspieszenia drugiego stopnia dołączone poprzez obwód kompensacyjny i sumator do wejścia prędkości układu sterowania oraz wyjście zadającej wartości położenia dołączone do sterownika poprzez połączenie szeregowe sumatora, sterownika położenia, sumatora, sterownika prędkości, sumatora i sterownika prądu. Jednostka arytmetyczna ma także wejście wartości położenia dołączone do sumatora i wejście zadającej wartości położenia.

Korzystnie pomiędzy układem pomiarowym długości liny a bębnem jest umieszczony koder obrotowy.

Układ pomiarowy długości liny zawiera korzystnie przetwornik położenia bezwzględnego połączony silnikiem elektrycznym.

W jednym przykładzie wykonania urządzenia według wynalazku układ sterowania silnikiem jest dołączony do układu sterowania hamulcem przez łącze częstotliwości kątowych.

Układ sterowania hamulcem zawiera tachometr pomiaru prędkości bębna liny, dołączony poprzez wyłącznik bezpieczeństwa do generatora przebiegu piłokształtnego dołączonego do sterownika prędkości z regulatorem siły hamowania dołączonym do zaworu hamulca.

Zaletą wynalazku jest opracowanie urządzenia do sterowania silnikiem elektrycznym, przeznaczonego do normalnej pracy i do hamowania awaryjnego oraz zmniejszającego drgania wzdłużne. Wynalazek umożliwia zasilanie istniejącego układu sterowania silnikiem przez optymalne sygnały zadające dla poprawy dynamicznych charakterystyk roboczych, zwłaszcza przy zastosowaniu w kopalnianych maszynach wyciągowych lub w systemach podnoszących pracujących z długimi linami.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie kopalnianą maszynę wyciągową, fig. 2 - układ sterowania silnikiem elektrycznym kopalnianej maszyny wyciągowej z fig. 1, fig. 3 - układ sterowania hamowaniem maszyny wyciągowej z fig. 1, fig.4a - wykres prędkości obrotowej silnika w funkcji czasu, fig.4b -wykres przyspieszenia w funkcji czasu, fig. 4c - wykres przyspieszenia drugiego stopnia w funkcji czasu, fig. 5a - wykres obciążenia liny w funkcji czasu w znanej maszynie wyciągowej i fig. 5b -wykres obciążenia liny w funkcji czasu w maszynie wyciągowej według wynalazku.

Figura 1 przedstawia schematycznie kopalnianą maszynę wyciągową posiadającą silnik elektryczny 5 mający bliźniacze wały wyjściowe połączone z dwoma bębnami linowymi 6 i 6'. Obciążenia 8 i 8', zwykle klatki szybowe czyli urządzenia przenośnikowe, są dołączone do lin 7 i 7', które są nawinięte na bębny linowe 6 i 6'. Bębny linowe 6 i 6' są połączone z silnikiem elektrycznym 5 w taki sposób, że gdy jedno obciążenie 8 jest opuszczane, to drugie obciążenie 8' jest podnoszone i odwrotnie. Zamiast silnika z bliźniaczymi wałami wyjściowymi, można zastosować silnik z pojedynczym wałem i z właściwym układem przenoszącym.

Układy pomiarowe 9 i 9' długości lin kontrolują długość liny odwiniętej z każdego bębna i wytwarzają sygnały 1 i 1' długości lin doprowadzane do układu sterowania 1, który może stanowić sterownik PLC z pamięcią programowalną. Układy pomiarowe 9 i 9' długości lin dokonują pomiaru długości lin 7 i T przez określanie wielkości i kierunku obrotów koderów obrotowych 13 i 13', które są przyłączone do bębnów liniowych 6 i 6'. Zamiast układów pomiarowych 9 i 9' można zastosować do pomiaru długości lin przetwornik położenia bezwzględnego przyłączony do silnika elektrycznego 5.

166 693

Generator tachometryczny 10 mierzy prędkość obrotową silnika elektrycznego 5 i wytwarza sygnał prędkości n, który jest doprowadzany także do układu sterowania 1. Natomiast przy pomocy przetwornika prądowego 4 jest mierzony prąd silnika i jest wytwarzany sygnał I prądu silnika, który jest doprowadzany również do układu sterowania 1. Układy pomiarowe 11 i 11' obciążeń mierzą chwilową wartość obciążeń rozciągających w linach 7 i 7' i wytwarzają sygnały Z i Z' obciążeń do układu sterowania 1. Układ sterowania 1 ma wyjście połączone ze sterownikiem 2 prądu przemiennego dostarczanego do silnika elektrycznego 5 poprzez układ przetwornika 3.

Silnik elektryczny 5 może być typu przemienno- lub stałoprądowego, włączony w dowolnym układzie napędowym o zmiennej prędkości obrotowej. Układ przetwornika 3 jest przedstawiony dla uproszczenia w postaci pojedynczego obwodu, lecz może on zawierać obwody zarówno stojana jak i wirnika oraz wielofazowe w przypadku napędowych przemiennofazowych. Moment obrotowy silnika elektrycznego 5 jest skutecznie regulowany przez układ sterowania 1 poprzez regulację prądu przemiennego przez sterownik 2 prądu przemiennego. W przypadku układu napędowego przemiennoprądowego sterownik 2 prądu przemiennego steruje również częstotliwością prądu przy pomocy układu przetwornika 3.

Układy pomiarowe 11 i 11' obciążeń mierzą obciążenia rozciągające w linach przez pomiar obciążeń na kołach linowych wieży szybowej kopalnianej maszyny wyciągowej. Masy obciążeń 8 i 8' można obliczyć na podstawie sygnałów Z, Z' obciążeń, uwzględniając masę na jednostkę długości lin i sygnały 1 i 1' długości lin.

Obciążenia 8 i 8' wraz z linami 7 i 7' oraz bębnami liniowymi 6 i 6' i silnikiem elektrycznym 5 stanowią elementy układu oscylacyjnego. Wówczas gdy silnik elektryczny 5 jest nieruchomy, bębny 6 i 6' są także nieruchome. Obciążenia 8 i 8' wraz z linami 7 i 7' stanowią układy sprężystobezwładnościowe, które są niesprzężone. Wówczas gdy silnik elektryczny 5 jest w ruchu, sytuacja zmienia się. Po pierwsze układy sprężysto-bezwładnościowe, zawierające obciążenia i liny, zostają sprzężone za pośrednictwem silnika elektrycznego 5. Długości lin 7 i 7' zmieniają się w sposób ciągły, powodując zmianę częstotliwości drgań własnych obu układów sprężysto-bezwładnościowych. Całkowity moment bezwładnościowy silnika elektryczengo 5 i bębnów linowych 6 i 6' pozostaje prawie stały, ponieważ gdy obciążenie 8' jest opuszczane, obciążenie 8 jest podnoszone i odwrotnie. Oznacza to, że wzrost momentu bezwładnościowego bębna linowego 6, spowodowany nawijaniem liny, jest prawie dokładnie kompensowany przez zachodzące równocześnie zmniejszenie momentu bezwładnościowego bębna linowego 6'. Charakterystyki oscylacyjne układu mogą mimo to zmieniać się w wyniku sprzężenia obu układów sprężystobezwładnościowych. Jednak sterowanie silnikiem elektrycznym 5 jest wystarczająco sztywne, aby zapewnić traktowanie układów sprężysto-bezwładnościowych jak niesprzężonych nawet podczas ruchu silnika.

Sytuacja rozpatrywana poniżej dotyczy przypadku, kiedy silnik elektryczny 5 jest nieruchomy. W praktyce jest to przypadek najważniejszy, ponieważ drgania mogą być wzbudzane podczas rozruchu i zatrzymywania silnika wskutek występującego przy tym przyspieszenia lub opóźnienia. W omówionych powyżej warunkach odsprzężenia, częstotliwość kątową w, drgań własnych układu sprężysto-bezwładnościowego można obliczyć z równania:

z,tan(z,)=p 1/M (1) gdzie p jest masą na jednostkę długości liny, 1 jest długością liny, M jest masą liny oraz ζ, = ω, ly/p/EA, gdzie E jest skutecznym modułem Younga, A jest przekrojem poprzecznym stalowej liny 7 oraz ω, jest określone jako ω,= 2π/Ί\ (2) gdzie Ti jest okresem drgań własnnch układu oraz i j eet liczbą całkowitą 0, 1, 2,.....

Podstawową częstotliwość drgań własnych układu można r^lljZ^^^ć przez rozwiązanie równania (1) dla oznaczonej na fig. 3 najmniejszej wartości częstotliwości kątowej ω_ο lub największej wartości okresu drgań własnych To. Wartości składowych haamonizzyzh można otrzymać z innych rozwiązań. Podobne równania stosuje się do drugiego układu zawierającego obciążenie 8' i linę 7'.

166 693

Sygnały Z i Z' obciążeń lin 7 i 7' są dostarczone z układów pomiarowych 11 i 11' obciążeń do układu sterowania 1 wraz z sygnałami 1 i 1' długości lin z układów pomiarowych 9 i 9' długości lin. Układ sterowania 1 oblicza wówczas masy M i M' obciążeń 8 i 8', a następnie częstotliwości kątowe ω, oraz ω, drgań własnych układów niesprzężonych, stosując znane moduły Younga E, E', przekroje poprzeczne A i A' oraz masy p i p' na jednostkę długości tych lin 7 i 7'. Układ sterowania 1 oblicza w sposób ciągły częstotliwości kątowe ω, i ωί

Wówczas gdy wymagana jest zmiana prędkości, to albo za pomocą rozkazu wydanego ręcznie przez operatora albo rozkazu wydanego przez zapamiętany program, układ sterowania 1 oblicza pokazane na fig. 4a - 4c zadające wartości sygnału prędkości n^x, sygnału przyspieszenia kątowego a* i sygnału przyspieszenia drugiego stopnia rX silnika elektrycznego 5 tak, że w obu układach oscylacyjnych drgania nie są wzbudzane. Przyspieszenie drugiego stopnia r odpowiada drugiej pochodnej prędkości względem czasu, to znaczy:

r = d²n/dt² (3)

Zapobieganie wzbudzeniu drgań można na przykład osiągnąć przez zastosowanie okresów przyspieszenia drugiego stopnia, w których przyspieszenie to jest różne od zera, jako równych okresowi drgań własnych układu. Istotne jest to, że przy najniższej częstotliwości kątowej ω_οdwóch niesprzężonych układów, drgania w podstawowym stanie pracy nie są wzbudzane, jako że uzyskane drgania mają największą amplitudę.

Zamiast lub w uzupełnieniu, do zadającej wartości prędkości nX można dodać dodatkową zadającą wartość prędkości Δ nX pokazaną na fig. 4a, w celu stłumienia drgań w innym stanie pracy układu lub w celu dalszego stłumienia drgań w tym samym stanie pracy. Ta dodatkowa zadająca wartość prędkości Δ nX jest równa zadającej wartości przyspieszenia drugiego stopnia rX, podzielonej przez kwadrat kątowej częstotliwości w wybranym stanie pracy. Podstawowy stan pracy układu niesprzężonego, nie wybrany do zadawania okresu przyspieszenia drugiego stopnia, jest zwykle wybierany do obliczania dodatkowej zadającej wartości prędkości ΔnX, to znaczy:

Δ nX = ^/ωο’² (4)

Stosowanie dodatkowej zadającej wartości prędkości Δ nX zależnej od przyspieszenia drugiego stopnia rX jest traktowane jako kompensacja. Przy stosowaniu takiej kompensacji nie jest istotne, czy okres przyspieszenia drugiego stopnia jest dopasowany do okresu drgań własnych, jak to opisano powyżej, choć zwykle ma to miejsce.

Figura 2 przedstawia schemat blokowy automatycznego układu sterowania 1 silnikiem z fig. 1, posiadającego pętlę sprzężenia zwrotnego, który zawiera jednostkę arytmetyczną 14 przystosowaną do odbioru zadających wartości sX położenia, na przykład dla obciążenia 8 albo z zewnątrz albo z programu zapamiętanego w pamięci układu sterowania. Jednostka arytmetyczna 14 oblicza oznaczone na fig. 2 zadające wartości sterowania nX, α i rX, sterujące silnikiem elektrycznym 5 na podstawie różnicy między zadającą wartością położenia sX i oznaczonym na fig. 2 rzeczywistym położeniem s obciążenia 8. Jednostka arytmetyczna 14 daje na wyjściu zadające wartości sterowania nX, α i rX oraz zadającą wartość położenia sX.

Figury 4a - 4c przedstawiają zadające wartości sterowania nX, α~, τ' oraz dodatkową zadającą wartość prędkości Δ nX, które są wytwarzane przez układ sterowania. Różnica między zadającą wartością położenia sX i rzeczywistym położeniem s obciążenia 8 jest obliczana w funkcjonalnym sumatorze 15. Różnica ta jest dostarczana jako sygnał wejściowy do sterownika 16 położenia, którego sygnał wyjściowy określa zadającą wartość prędkości. Przy ręcznej obsłudze układu sterowania ta wartość zadająca może być ustalona przez operatora. Amplituda zadającej wartości prędkości jest ograniczona do wartości nX + Ι/ωο², a różnica między otrzymaną w ten sposób zadającą wartością prędkości i oznaczoną na fig. 2 prędkością n jest obliczana w dodatkowym sumatorze funkcjonalnym 15'. Sygnał wyjściowy sumatora 15' jest podawany jako sygnał wejściowego do sterownika 16 prędkości, którego sygnał wyjściowy, określający zadającą wartość prądu, jest ograniczany w podobny sposób przez zadającą wartość przyspieszenia kątowego α* przed obliczeniem różnicy między tą wartością i prądem I silnika elektrycznego 5 w trzecim sumatorze funkcjonalnym 15. Ta wartość różnicowa służy jako sygnał wejściowy dla dodatkowego sterownika 16 prądu, którego sygnał wyjściowy jest doprowadzany do sterownika 2 prądu przemiennego.

166 693

Kompensację można również stosować do stłumienia drgań w dwóch stanach pracy układu równocześnie. W tym przypadku dodatkowa zadająca wartość prędkości Δn^x jest sumą ważoną zadającej wartości przyspieszenia drugiego stopnia rX i drugiej pochodnej względem czasu zadającej wartości przyspieszenia drugiego stopnia d^zr /dl. Jeżeli mają być skompensowane częstotliwości drgań własnych ωχ i ω_γ, dodatkowa zadająca wartość prędkości jest dana przez:

Δη^χ

W²y

·) ' {-/żh;) d²r^x dx² (5)

Jeżeli należy uzyskać kompensację dwóch stanów pracy, to musi być stosowana funkcja odniesienia prędkości nX ze skończoną pochodną czwartego stopnia d⁴nX/dt⁴. Dwie funkcje, które spełniają to kryterium, są następujące:

1. Stała pochodna czwartego stopnia

32a dt⁴

2. Funkcja odniesienia przyspieszenia z cykloidalnym początkiem oX

2π t

2ir

To

2jt \ To gdzie ofm jest wartością zadającą maksymalnego przyspieszenia, a T_o jest czasem przyspieszenia drugiego stopnia.

Obwód kompensacyjny 32 jest włączony pomiędzy jednostkę arytmetyczną 14 i sumatorem 15'.

Układ sterowania 1 steruje silnikiem elektrycznym 5 przy pomocy sterowania położeniem i sterowania prędkością wtórną i prądem. W tym przypadku sterowanie prądem jest równoważne sterowaniu przyspieszeniem. Silnik elektryczny 5 nadąża szybko za sterowaniem zadającymi wartościami prędkości n_X, przyspieszenia kątowego a^x i przyspieszenia drugiego stopnia r^x z typowym opóźnieniem czasowym poniżej 0,1 s. Dzięki zapobieganiu niepożądanym drganiom lin 7, 7' zmniejsza się wartości szczytowe obciążenia lin i umożliwia się użycie lin o mniejszym przekroju poprzecznym lub podnoszenie cięższych ładunków z większych głębokości.

Jeżeli parametry robocze silnika elektrycznego 5 zmieniają się podczas pracy, na przykład gdy zmienia się prędkość n i układów sprężysto-bezwładnościowych nie można rozpatrywać jak rozsprzężonych, to trzeba je traktować jako sprzężone. W tym przypadku drgania własne układu można określić, wykorzystując wyniki symulacji układu lub przebiegów próbnych, jeżeli rozwiązanie komputerowe jest zbyt skomplikowane lub niemożliwe z innych przyczyn.

Układ jest możliwy do pełnego wykorzystania tylko wtedy, gdy niepożądane drgania lin są usunięte we wszystkich warunkach, to znaczy nawet wówczas, gdy maszyna wyciągowa pracuje w stanie hamowania awaryjnego. Korzystne jest, jeżeli mechaniczne hamulce bezpieczeństwa, normalnie zainstalowane na bębnach linowych 6 i 6', są sterowane również w opisany powyżej sposób.

Figura 3 przedstawia schemat blokowy układu sterowania 18 hamulcem 17 z fig. 1, posiadającego pętlę sprzężenia zwrotnego, dla mechanicznego hamulca bezpieczeństwa 17 związanego z bębnem linowym 6. Każdy z bębnów linowych 6 i 6' ma co najmniej dwa mechaniczne hamulce bezpieczeństwa, chociaż dla uproszczenia przedstawiono tylko jeden hamulec bezpieczeństwa. Prędkość v bębna linowego 6 jest mierzona w sposób ciągły za pomocą tachometru 19, którego sygnał wyjściowy jest dostarczany do generatora 21 przebiegu piłokształtnego za pośrednictwem przełącznika 20, który jest zamknięty podczas normalnej pracy. Generator 21 przebiegu piłokształtnego odbiera w sposób ciągły sygnały odpowiadające częstotliwościom kątowym w₀ i w₀' oraz innym możliwym częstotliwościom kątowym obliczonym przez układ sterowania 1. Na podstawie przekazywanych wartości częstotliwości kątowych ω_ο i ω_ο' generator 21 przebiegu piłokształtnego oblicza zadającą wartość prędkości v^x podnoszenia bębna linowego 6. Różnica między zadającą wartością prędkości v^x i rzeczywistą prędkością v jest obliczana w sumatorze funkcjonalnym 22. Do tej różnicyjest dodawana w razie konieczności dodatkowa zadająca wartość prędkości Δv^x zależna od prędkości przyspieszenia drugiego stopnia. Przy normalnej pracy kopalnianej maszyny wyciągowej, obliczona w powyższy sposób różnica, która jest stosowana jako

166 693 sygnał wejściowy sterownika 23 prędkości wynosi zero w wyniku regulacji sterowania generatorem 21 przebiegu piłokształtnego do zadającej wartości n* z jednostki arytmetycznej 14. W wyniku tego sygnał wyjściowy sterownika 23 prędkości, który jest proporcjonalny do zadającej wartości siły hamowania F^x wynosi również zero. Przy normalnej pracy hamulec bezpieczeństwa 17 nie jest pobudzany.

Wówczas gdy ma być uruchomione hamowanie awaryjne, na przykład przy nieprawidłowym działaniu układu sterowania, wyłącznik 20 jest otwierany. Wówczas na wejściu generatora 21 przebiegu piłokształtnego nie występuje żaden sygnał. Generator 21 przebiegu piłokształtnego reguluje teraz zadającą wartość zadaną prędkości yX na zero, uwzględniając ostatnio przekazane częstotliwości kątowe ω_α i ωθ tak, że bęben linowy 6 i obciążenie 8 przechodzą do stanu spoczynkowego. Sygnał wejściowy sterownika 23 prędkości oraz jego sygnał wyjściowy podczas hamowania nie są już równe zeru. Różnica między zadającą wartością siły hamowania Fx i wartością siły hamowania F, otrzymaną z układu pomiarowego 30, jest obliczana w sumatorze funkcjonalnym 24 i odpowiednio do tej różnicy w obwodzie regulatora 25 siły hamowania jest wytwarzany sygnał uruchamiający zawór 26. Zawór sterujący 24, który jest korzystnie zaworem proporcjonalnym, reguluje ciśnienie generatora 27 siły hamowania i tym samym siłę hamowania F hamulca bezpieczeństwa 17. Ponieważ charakterystyki czasowe zadającej wartości prędkości yX są dostosowane do parametrów oscylacyjnych układu, jak to opisano powyżej, to zapobiega się oscylacjom układu nawet poczas hamowania awaryjnego.

W innym przykładzie wykonania sygnał wyjściowy sterownika 23 prędkości jest proprocjonalny do położenia mechanizmu hamulcowego hamulców bezpieczeństwa 17. W tym przypadku obwód regulatora 25 stanowi regulator położenia hamulca a układ pomiarowy 30 dokonuje pomiaru położenia hamulca 17.

Układ sterowania hamowaniem jest korzystnie skonfigurowany nadmiarowo. Częstotliwości własne ω₀ i ωθ stanowią korzystnie wartości wejściowe podawane do sterownika hamulców za pośrednictwem sprzęgu 28, który może być sprzęgiem standardowym.

Figury 5a i 5b przedstawiają wykresy obciążenia liny w funkcji czasu w znanej maszynie wyciągowej i w maszynie wyciągowej według wynalazku, z których widać, że drugi przebieg jest korzystniejszy.

Fig 2

Fig. 3.

Przyspieszenie

Fig. 4b

Przyspieszenie drugiego stopnia

U· i_r

Fig. 4c

Obciążenie liny

Fi g.5b

Fig.1.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do sterowania silnikiem elektrycznym, zwłaszcza kopalnianej maszyny wyciągowej, które zawiera obciążenie stanowiące urządzenie przenośnikowe podtrzymywane przez linię i tworzy układ oscylacyjny o co najmniej jednym normalnym stanie oscylacji, przy czym do liny jest dołączony układ pomiarowy obciążenia liny i układ pomiarowy długości liny spuszczanej z bębna napędzanego przez silnik elektryczny, do którego jest dołączony układ pomiarowy prędkości obrotowej silnika i układ sterowania silnikiem, który jest dołączony do silnika poprzez połączone szeregowo sterownik prądu przemiennego i układ przetwornika, znamienny tym, że silnik elektryczny (5) jest dołączony poprzez przetwornik prądowy (4) do pierwszego wejścia układu sterowania (1) zawierającego jednostkę arytmetyczną (14), której wyjście zadającej wartości przyspieszenia kątowego (a^x) jest dołączone do wejścia prądu (I) układu sterowania (1) poprzez sumator (15), a wyjście zadającej wartości prędkości (nX)jest dołączone do wejścia prędkości (n) układu sterowania (1) poprzez sumator (15') i dalej poprzez generator tachometryczny (10) pomiaru prędkości obrotowej do silnika elektrycznego (5), przy czym jednostka arytmetyczna (14) ma także wyjście zadającej wartości przyspieszenia drugiego stopnia (rX) dołączone poprzez obwód kompensacyjny (32) i sumator (15') do wejścia prędkości (n) układu sterowania (1) oraz wyjście zadającej wartości położenia (sX) dołączone do sterownika (2) poprzez połączenie szeregowe sumatora (15), sterownika (16) położenia, sumatora (15'), sterownika (16') prędkości, sumatora (15) i sterownika (16) prądu, oraz jednostka arytmetyczna (14) ma wejście wartości położenia (s) dołączone do sumatora (15) i wejście zadającej wartości położenia (sX).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pomiędzy układem pomiarowym (9, 9') długości liny a bębnem (6, 6') jest umieszczony koder obrotowy (13,13).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ pomiarowy (9, 9') długości liny zawiera przetwornik położenia bezwzględnego połączony z silnikiem elektrycznym (5).

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że układ sterowania (1) silnikiem jest dołączony do układu sterowania (18) hamulcem (17) przez łącze (28) częstotliwości kątowych (ω, ωο).

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że układ sterowania (18) hamulcem (17) zawiera tachometr (19) pomiaru prędkości (v) bębna (6) liny, dołączony poprzez wyłącznik (20) bezpieczeństwa do generatora (21) przebiegu piłokształtnego dołączonego do sterownika (23) prędkości z regulatorem (25) siły hamowania dołączonym do zaworu (26) hamulca (27).