SU1285149A1 - Способ управлени стреловым исполнительным органом горнопроходческого комбайна - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горной промышленности и позвол ет с высокой точностью управл ть стрело-- вым исполнительным органом (ИО) комбайна . Путем управлени  перемещени ми ИО с переносного пульта блока дистанционного управлени  выполн етс  образцовый цикл обработки забо . В течение этого цикла в программное устройство записываютс  величины направлени  и последова- тв льности перемещений ИО. В соответствии с записанной программой при последующих циклах обработки забо  управл ют перемещени ми ИО. Относительно пройденной выработки непрерывно измер ют текущее значение смещени  корпуса комбайна. В зависимости от отклонени  его от заданного корректируют программу перемещений ИО как в процессе записи, так и при ее воспроизведении. Способ позвол ет обрабатывать забой в выработках с высокой запыленностью и опасных по внезапным выбросам бвз посто нного присутстви  человека. 3 ил. (Л 00 сд со

Description

Изобретение относитс  к горной промышленности, а именно к способам обеспечени  направленного движени  горнопроходческого комбайна со стреловым исполнительным органом при про ведении горных выработок шахт и рудников .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности управлени .

На фиг.1 изображена схема,иллюстрирующа  пересчет величины смещени  комбайна на коронку исполнительного органа; на фиг.2 - размещение датчиков на корпусе комбайна; на фиг.З - блок-схема устройства,  вл ющегос  примером конкретной реализации способа.

На фиг.1 прин ты следующие условные обозначени : к рассто ние меж ду точками измерени  (рассто ние меж ду датчиками смещени  комбайна); t - длина стрелы исполнительного органа; d.- угол поворота стрелы относительно продольной оси комбайна; р- угол поворота оси комбайна относительно продольной оси выработки; m - точка на режущей коронке, дл  которой определ етс  смещение; т, - местонахождение датчика 1 смещени ; m - местонахождение датчика 2 смещени ; а - величина смещени  корпуса комбайна относительно стенки вы- рабртки, измеренна  датчиком 1; а - величина смещени  корпуса комбайна относительно стенки выработки, из- меренна  датчиком 2.

Представим комбайн и соединенный с ним исполнительный орган в виде пр мой линии.

В соответствии с прин тыми обозначени ми на фиг.1 уравнение пр мой, проход щей через две точки, будет

иметь вид:

.,

е - v

(1)

Отсюда:

Если исполнительный орган повернут на угол о1 относительно продольной оси комбайна, а тот , в свою очередь , повернут на угол относительно продольной оси выработки, то:

х Ер- cos ( + р ) + tg. cos j3 ; X I f cos и.

20

Подставив значени  х и х в выражени  (2), получим:

У . L-C2S l i±l LlJ 92S (а -а )t Ij cos -1

-Й1(3)

в .у (а,,,- а) cos (ci+p) + а. (4)

Поскольку угол в обычно имеет значение не более 4-5° (при включенных распорных устройствах), то можно прин ть cos/ 1, кроме того, при установке датчиков 1 и 2 смещени  можно выполнить условие tg tp и тогда величина смещени  коронки исполнительного органа у будет равна:

у (а - а ) cos(A + а

(5)

Учитыва , что угол поворота исполнительного органа в горизонтальной плоскости о(. не превыщает 35 - 45°, то в зависимости от требуемой точности коррекции программы можно принимать или не принимать во внимание вли ние этой величины на значение Уф.„Так, если допустить, что fc;osX- 1,, то формула (5) значитель-. но упроститьс  и будет иметь вид:

у 2а - а .

(Т| о, 1

(6)

При этом величина абсолютной погрешности пересчета смещение корпуса комбайна на коронку исполнительного органа составит:

).) + у, .

X - X 2 1

Так как х 0, у a,,,j, то:

У 5- (а - а) + а

X, «

(2)

й.У У - У 2а - а. - cos( + р) ( а,) + aj (а,- а,) 1 - cos (о(, +р)1

а относительна  погрешность будет равна:

Так, если а О, а 500 Ы 45°, /3 О, то

мм.

лу (а - а J С 1 - cos (ot 4 ) 1 1

500 (1 - cos 45) 150 мм.

Такую погрешность коррекции программы можно считать вполне удовлетворительной , исход  из требований точности проведени  выработок (+ 200 мм) комбайновым методом. В зависимости от имеющихс  аппаратных средств и требуемой точности определени  величины у , последнюю можно вычислить либо более точно по выражени м (4) и (5),. либо менее точно - по выражению (6).

Таким образом, если на комбайне избирательного действи  разместить два датчика смещени  его относительно контура (стенок) пройденной выработки , причем один из них (датчик 2) установить на пр мой, перпендикул рной продольной оси комбайна и проход щей через ось подвижного соединени  исполнительного органа и корпуса комбайна (в данном случае относительно оси, в которой совершаетс  горизонтальное перемещение орга- на), а другой (датчик 1) - на рассто нии от первого, равном длине стрелы исполнительного органа, и прин ть угол 0, то смещение коронки ис- поттительного органа при изменении положени  комбайна в выработке может быть рассчитано по Лормуле:

,У (а - а ) cos t +

(7)

де у ot

линейное смещение коронки исполнительного органа; 50 угол поворота исполнительного органа относительно продольной оси комбайна;

а - показание датчика 2 смещени  корпуса комбайна относи- 55 тельно. контура пройденной выработки;

а, - показание датчика 1 смещени  корпуса комбайна относительрю контур  пройденной выработки.

При программном управлении исполнительными органами проходческих комбайнов обработка информации производитс  в цифровом виде, причем каждому программируемому перемещению исполнительного органа соответствует свой цифровой код. Так, в- комплексе устройств автоматизации КУАП-1 проходческого комбайна 4ГТП-2М положение исполнительного органа определ етс  8-разр дньгм двоичным кодом и изменению этого кода на единицу младшего разр да соответствует линейное перемещение исполнительного органа по забою на 25 мм. Вычисленна  величина смещени  коронки исполнительного органа у может быть использована в качестве корректирующего сигнала запрограммированных перемещений при соответствующем масщтабировакии и представлении ее в том цифровом виде , в котором работает программное устройство.

Следовательно, величина корректи- . рующего сигнала у системы програм- много управлени  исполнительным органом проходческого комбайна избирательного действи  будет иметь вид:

у Ку К cosd (2а , - а ), (8)

к 2. 1 .

где К - масштабный коэффициент,

позвол ющий согласовать абсолютные значени  величины корректирующего сигнала и величины запрограммированного перемещени , привод щие к одной и той же величине смещени  исполнительного органа.

В свою очередь

где Р - количество единиц младшего

разр дного датчика; S - смещение исполнительного органа или корпуса комбайна, соответствующее по датчику величине Р мм.

Так, дл  комплекса устройств автоматизации КУАП-1 К г-.

Пример конкретного выполнени  устройства, реализующего данный способ, показан на фиг.2 и 3.

Устройство содержит датчики 1 и 2 смещени  комбайна.

Датчик 3 горизонтального положе- чи  преобразует угол поворота исполнительного органа в горизонтальной плоскости в 8-й разр дный двоичный код Гре  (этот код наиболее часто примен етс  в различных датчиках угла поворота), который поступает дл  обработки в блок программный ,

Датчики смещени  комбайна привод тс  в движение с помощью специальных копирных механизмов 4 и 5, которые скольз т по зат жкам и аркам пройденной и закрепленной выработки и которые преобразовывают перемещение корпуса комбайна в горизонтальной плоскости в угловые перемещени  чувствительных элементов датчиков, а те, в свою очередь, преобразовывают их в соответствующий по величине 8-й разр дный код Гре .

Датчик 3 горизонтального положени  исполнительного органа размещаетс  непосредственно на оси поворота исполнительного органа в горизонтальной плоскости, датчик 2 находитс  на пр мой, перпендикул рной продольной оси комбайна и проход щей через ось вращени  в горизонталной плоскости исполнительного органа , датчик 1 находитс  на рассто нии от датчика 2 равном длине стрелы исполнительного органа.

Механизм привода датчиков 1 и 2 выполнен так, чтобы смещению комбайна в горизонтальной плоскости на 25 мм соответствовало изменение величины у на единицу младшего разр да . Из этого следует, что линейны перемещени ми а и а датчиков 1 и 2 смещени  по фиг,2 будут соответ- ствовать дес тичные эквиваленты двоичных кодов соответственно А, и Аг,.

1 25 1 а 25 г

а вычисление у сведетс  к расчету:

у 2А2 - А1.

(9)

Информаци  от датчиков 1 - 3 поступает дл  обработки в программное устройство. Программное устройство

5

5

системы программного управлени  комбайна выполнено на интегральных мик- росхемах серии К176 и К 190, его структурна  схема представлена на фиг.3.

В программном устройстве прин т последовательный способ передачи информации , что позвол ет сократить число св зей между отдельными блока- ми и некоторые из них упростить (сумматоры , преобразователи кода,устройство сравнени ), Программное устройство содержит коммутатор 6 датчиков положени , на вход которого подключены датчики положени  исполнительного органа комбайна, преобразователь 7 кода Гре  датчиков положени  в двоичный код, сумматор 8 коррекции , узел 9 приема команд, обеспечи- 0 вающий прием команд дис анцйонного управлени  программно-управл емыми механизмами комбайна из блока дистанционного управлени , запоминающий блок 10 вида (горизонтальное, вертикальное и т,д.) и величины перемещени  исполнительного органа, блок 11 сравнени , пульт 12 местного управлени  режимами работы устройства программного, блок 13 расчета вели- чины ручной коррекции, вводимой при необходимости машинистом перед каждым новым циклом воспроизведени  прог граммы, блок 14 выдачи команд из программного устройства в блок дистан- 5 ционного управлени , блок 15 управлени , ключ 16 вида коррекции, обеспе- . чивающий прием программным устройством ручной коррекции (положение РК) либо автоматической коррекции (поло- 0 жение АК), клочи 17 и.18.опроса датчиков 2 и 1 смещени  комбайна соответственно по фиг.2, преобразователи 19 и 20 кода Гре  в двоичный код, первый сумматор. 21, инвертор 45 22, второй сумматор 23, элементы 17- 23 образуют блок 24 расчета величины автоматической коррекции.

Способ управлени  стреловым ис- 50 полнительным органом горнопроходческого комбайна с помощью предлагаемого устройства осуществл етс  следующим образом.

При записи программы образцового 55 цикла перевод т переключатель режимов на пульте 12 местного управлени  в положение Запись. Машинист, управл   исполнительными органами комбайна с переносного пульта блока ди7I

станционного управлени , выполн ет образцовый цикл обработки забо , при этом р программное устройство поступают команды о виде выполн емого движени  (например, горизонтальное движение исполнительного органа ГИО

и т. д.) .I

При этом блок 15 управлени  обе- спечит следующую последовательность

работы устройств программного устро ства, в такте Т1 производитс  установка всех устройств блока в исходное состо ние, в такте Т2 узел 9 приема команд кодирует вид выполн емого движени  в соответствующий код, который записываетс  в запоминающий блок 10, ив соответствии с этим кодом подключаетс  дл  опроса и съема информации датчик положени  исполнительного органа,соответству- ющий выполн емому движению, если выполн етс  горизонтальное движение исполнительного органа- и ключ 16 установлен в положение АК, то одновременно с опросом датчика горизон- тального положени  будет произведен опрос датчиков 1 и 2 смещени  корпуса комбайна ключами 17 и 18 опроса, в такте ТЗ осуществл етс  поразр дное преобразование показаний опро- шенных датчиков из кода Гре  в двоичный код, вычисление величины 2А2 сумматором 16, вычисление разности 2А2 -, А1 вторым сумматором 23, суммирование величины корректирующего сигнала, поступающего с выхода второго сумматора 23 на один из входов сумматора Я коррекции, с показанием датчика положени  в двоичном коде, постпупающего с выхода преобразова- тел  7,,, в момент,когда машинист прекращает выполн ть , программируемое движение, исчезает код движени  и в момент прихода очередного такта Т4 последнее.скорректированное по- . казание датчика с выхода сумматора 8 коррекции будет записано в пам ть запоминающего блока 10.

Аналогично производитс  запись и всех других программируемых движе НИИ исполнительного органа с той лишь разницей, что величина автоматической коррекции поступает на сумматор 8 коррекции только при выпол- нении горизонтального движени  исполнительного органа, в других слУ ча х величина корректирующих сигна- лов равна 0.

498

Величина корректирующего сигнала от блока 13 расчета ручной коррекции (в случае, если ключ 16 установлен в положение РК) в режиме записи программы вообще не поступает .

При воспроизведении программы обработки забо  перевод т переключатель режимов на пульте 12 местногр управлени  в положение воспроизведение , а нажатием на нем кнопки Пуск определ ют момент начала воспроизведени  программы.

В такте Т1 элементы программного устройства устанавливаютс  в исходное состо ние.

В такте Т2 производитс  выбор кода и величины первого запрограммированного движени .

В соответствии с кодом вида движени , прин того с выхода запоминаю- п.гего блока 10, производитс  опрос соответствующего датчика положени  блока 6 опроса датчиков, а в случае, если код вида движени  соответствует горизонтальному перемещению исполнительного органа, опращиваютс  также и датчики 1 и 2 смещени  корпуса комбайна .

В такте ТЗ производитс  поразр дное преобразование показаний датчика положени  и датчиков смещени  в случае выполнени  горизонтального движени  из кода Гре  в двоичный код соответственно преобразовател ми 7 и 19 и 20, вычисление величины 2А2, 2А2 - А1 сумматорами 21 и 23, вычисление величины корректирующего сигнала сумматором 8 аналогично тому, как это осуществл лось при записи программы . В этом же такте ТЗ.происходит поразр дное сравнение величины запрограммированного перемещени , полученного с выхода запоминающего блока 10 и с выхода сумматора 8 коррекции в блоке 11 сравнени .

В зависимости от результата сравнени  на выходе блока 11 сравнени  может быть получен.один из трех сигналов Р - равно, Б - больше, М - меньше.

В такте Т4 по одному из сигналов неравнозначности Б или М и коду вида движени , поступившему с выхода запоминающего устройства, в дешифраторе устройства выдачи команд будет сформирована команда, реализаци  ко- торой через блок дистанционного управ

9 12

лени  и электрогидропереключатели комбайна приведет к перемещению исполнительного органа, повороту вала датчика положени , к соответствующему уменьшению неравнозначности по абсолютной величине величин, поступающих на вход блока 11 сравнени . Если в результате отработки неравнозначности величина перемещени , прин та  с выхода сумматора 8 коррекции сравн етс  с величиной, прин той из запоминающего блока 10, то на выходе блока 11 сравнени  исчезнет один из присутствующих сигналов неравнозначности и по витс  сигнал Р - равно, который, поступив в блок 15 управлени , позволит выработать в нем сигналы дл  выбора очередного кода и величины программированного движени  и процесс его воспроизведени  повторит с  аналогично описанному.

Выполнение автоматической коррекций программы в приведенном примере реализации способа можно проиллюстрировать следующим образом. Допустим , что запись программы производилась без обработки забо , комбайн, не испытыва  реакцию забо , не смещалс  относительно контура выработки , величина автоматической коррекции программы соответствовала тому положению комбайна, которое Ьн за- ницал в момент начала записи программы .

Предположим, что показани  датчиков 1 и 2 были равны и соответствовали , в двоичном, коде числу 001П1ППО. Как известно, веса разр - . дов двоичне)го числа соответствуют

р ду 2 ; 7. .% 2 2, 2% 2% 2, следовательно , приведенное двоичное число соответствует дес тичному эквиваленту АО.

Величина 2А2 в данном случае будет равна:

00101000

+

ooiO|ggg

01010000 , что соответствует .числу 80 А1 - 00101000 - (эквивалент 40) ,

2А2 - А1 80 - 40 40 и действительно:

2А2 - А1 2А2 + (Л + I );

А 11010111;

А + 1 11010111;

+

1

11011000

.А2 + (А J+ 1) 01010000

+

11011022

00101000, что со- от ветствует числу 40.

Число 00101000 и будет играть роль корректирующего сигнала. Допустим , что образцовый цикл состо л из записи одной точки, соответствовавшей показанию датчика горизонтал1г- .ного положени , в двоичном коде 10000000 (дес тичный эквивалент 128). В запоминающий блок 10 будет записано следующее скорректированное число:

10000000 +

00101000

10101000 - (эквивалент 168).

Если перевести программное устройство в режим воспроизведени , отвести исполнительный орган от положени , при котором была произведена запись программы и подавать команду Пуск, то система программного управлени , отработав возникшее рассогласование вернет исполнительный орган в точку записи программы.

Предположим, что комбайн развернулс  против часовой стрелки, так что показание датчика 2 смещени  уменьшилось на 8 единиц, а показание датчика 1 увеличилось на 8 единиц, что в двоичном коде будет соответствовать числам соответственно: 00100000 - (эквивалент - 32), 00110000 - (эквивалент 48).

При определении величины корректирующего сигнала получим:

55 2А2 2. 32 64;

2А2 - А1 2А2 + (At + ) 64 - 48 16,

П

что в двоичном виде будет так:

2А2 . 00100000

+

00100000

01000000 - (эквивалент 64 )

А: + .1 11001111 I

110100000

2А2 + (А + 1) 01000000. + 11010000

00010000 - (эк- вивалент 16)

Таким образом, показание датчика оризонтального положени  будет скорректировано не на 40, а на 16 и дл  того, чтобы исполнительному органу достичь записанного в пам ти значени  168 при очередном цикле воспроизведени , система программного управлени  вынуждена будет до- вернуть его на величину 40 - 16 24, что в двоичном коде будет иметь вид: 00011000, име  в виду, что показани  датчика 3 по фиг.З при его повороте слева направо возраста- ют,

В выработке это будет выгл деть так: комбайн вместе со своим исполнительным органом развернулс  вле- во, величина корректирующего сигнала по отношению к его величине при записи уменьшилась на 24, а следовательно , дл  достижени  числа 168,исполнительный орган должен повернуть- с  не до показани  по датчику горизонтального положени  128, а до показани  128 ±24 152, т.е. исполнительный орган относительно корпуса комбайна повернетс  правее числа 128 и при достижении по датчику положени  числа 152 займет в забое то же положение, которое он занимал при записи программы.

Аналогично можно рассмотреть от- работку автоматической коррекции программы в режимах записи и воспроизведени  программы при развороте комбайна вправо и его параллель

5

O

5

0

5 0 5

0 5 0

5

4912

ных смещени х влево и вправо относительно его первоначального положени .

Ручна  коррекци  программы может -вводитьс  между циклами воспроизведени  прбграммы, а ее величина в течение .цикла обработки забо  не измен етс .

Г

Введение в известную схему системы программного управлени  двух датчиков смещени  корпуса комбайна относительно контура выработки, устройства расчета автоматической коррекции , состо щего из ключей опроса датчиков смещени , преобразователей кода датчиков смещени  из кода Гре  в двоичный, сумматора, обеспечивающего получение удвоенного значени  величины кода одного из датчиков смещени , инвертора и сумматора , обеспечивающего получение самой величины корректирующего сигнала с соответствующими св з ми позволило осуществить автоматическую коррекцию программы обработки забо  при смещени х комбайна в выработке .

Блок 24 расчета автоматической коррекции может быть также реализован на базе микропроцессора. При этом по витс  возможность рассчитывать более точно значение у, , учи- ;тыва  вли ние на эту величину уг- лов oi и р .

Таким образом, введение блока 24 расчета автоматической коррекции программы и датчиков смещени  комбайна позволит осуществить способ управлени  стрелой комбайна, выполн ющий обработку забо  с коррекцией по фактическому смещению корпуса с целью более точного управлени  прохождением выработки в услови х высокой запыленности .

Способ управлени  уменьшает переборы вмещающих пород. Управление комбайном сводитс  к функци м контрол  за перемещением исполнительного органа , а заданное направление выработки вьщерживаетс  автоматически за счет введени  коррекции по фактическому смещению корпуса комбайна.

Программное управление с автоматической коррекцией повышает эффективность работы комбайна, особенно в выработках с высокой запыленностью и опасных по внезапным выбросам, так

I

как создаст услепш  дл  обработки забо  без ггосто нного присутстви  человека.

Claims (1)

1. Формула изобретени  5

   Способ управлени  стреловым испол нительным органом горно-проходческого комбайна, заключающийс  в выполнении образцового цикла обработки за бо , записи величины, направлени  и последовательности перемещений испол нительного органа и управлении перемещени ми исполнительного органа при последующих циклах обработки забо 

   5

   51441Л

   в соответствии с программой перемещений , записанной в течение образцового цикла, с тличагощийс  тем, что, с целью повышени  точности управлени , измер ют текущее значение смешени  корпуса комбайна относительно контура пройденной выработки , определ ют соответствующее этому смещению отклонение исполнительного органа и корректируют в соответствии с величиной и направлением этого отклонени  программу перемещений исполнительного .органа как в процессе ее записи, так и при ее воспроизведении .

   (О

   15

   И///