Автоматизация добычных процессов на открытых горных работах

5. Автоматизация добычных процессов на открытых горных работах

Одноковшовый экскаватор является универсальной машиной, способной выполнять работы в сложных горно-геологических условиях. На карьерах применяются в основном прямая лопата и драглайн. Последовательность выполнения операций, органы и приемы управления, методы и средства контроля производственной ситуации для обеих машин близки, поэтому основные принципы автоматизации управления ими имеют незначительные отличия.

Автоматизация управления рабочим процессом одноковшового экскаватора связана с принципиальными и техническими трудностями, поскольку рабочий процесс экскаватора характе­ризуется большой неопределенностью производственной ситуа­ции. Известно, что наиболее эффективна и легче осуществима автоматизация процессов с высокой повторяемостью производ­ственной ситуации. Поэтому достоинства одноковшового экска­ватора (универсальность и приспособляемость к изменению ус­ловий работы) в отношении его автоматизации представляются как недостатки. Ведь система управления, которой оборудуется экскаватор, должна обладать такой же приспосабливаемостью к изменению производственной ситуации, как и сама машина. Вы­сокая адаптация машиниста экскаватора, как звена управляю­щей системы, объясняется прежде всего широкими адаптацион­ными возможностями человека.

А

/ — верхний уровень управления; 2 — нижний уровень управления; 3 — объект управ­ления; 4—6 — приводы подъема, напора (тяги) и поворота экскаватора включая уси­лительно-преобразовательные части систем управления; 7—9—системы управления приводами подъема, напора (тяги), поворота экскаватора; 10— 21 — измерители пара­метров объекта с фильтрами н устройствами масштабирования; И—управляющая вычислительная машина с устройством индикации контролируемых параметров; 23— машинист экскаватора; 24— 26— ключи выбора режимов; и_п,, и„, V-, и'„, 11' , Уд—

напряжения, пропорциональные заданию скорости вращения приводов подъема, напора (тяги), поворота

нализ управления одноковшовым экскаватором показывает, что логика управления им очень сложна, количество используе­мой информации велико, а технические средства получения этой информации (например, аналог зрительного анализатора) в на­стоящее время отсутствуют. Поэтому полное отстранение чело­века от управления современным одноковшовым экскаватором неосуществимо. Следовательно, автоматизация одноковшового экскаватора должна быть направлена не на отстранение чело­века от управления, а на улучшение функционирования системы управления, включающей человека, расширение ее функциональ­ных возможностей и улучшение качественных показателей. Не­обходимо создавать комбинированные системы управления, со­четающие достоинства человека-оператора и автоматических устройств.
Такие системы основаны на иерархическом принципе с дву­мя уровнями управления. На верхнем уровне управления маши­нист осуществляет формирование и контроль выполнения про­граммы работы электроприводов экскаватора, а также непо­средственное управление основными приводами на отдельных участках рабочего процесса. Нижний уровень включает локаль­ные системы управления основными приводами экскаватора, которые работают по заданиям и программам верхнего уровня на тех участках рабочего процесса, где требуется выполнение достаточно точных и быстрых управляющих воздействий и где все разнообразие производственных ситуаций может быть учте­но программой работы, задаваемой верхним уровнем.

Упрощенная структурная схема двухступенчатой системы уп­равления экскаватором показана на рис. 5.1. Штриховые линии относятся только к драглайнам, штрихпунктирные - только к прямым лопатам, сплошные - общие для обоих типов экскаваторов.

Системы управления основными электроприводами экскава­тора должны обеспечивать выполнение этими приводами задан­ной программы движения. К качеству регулирования электро­привода предъявляются следующие основные требования: час­тота вращения двигателя не должна уменьшаться с ростом на­грузки; момент привода и ток цепи при перегрузках не должны превышать заданных значений; момент двигателя должен из­меняться плавно; входные управляющие сигналы должны обе­спечивать высокую точность работы.

В системе автоматического управления процессом копания экскаватора ЭКГ-8 предусматривается: регулирование толщины стружки в зависимости от нагрузки привода подъема, коррек­ция по скорости напора в функции угла наклона рукоятки и коррекция скорости подъема в зависимости от нагрузки при­вода подъема. Необходимость такой коррекции обусловлена тем, что в забоях с неоднородным грунтом при встрече ковша с неэкскавируемым препятствием двигатель напора реверсируется и при этом значительно уменьшается толщина стружки или ковш полностью выходит из забоя. Подъем в этот момент происходит со скоростью, близкой к максимальной. После обхода препятст­вия, пока привод напора развивает полную скорость вперед, при­вод подъема, двигаясь с максимальной скоростью, проходит часть траектории, удаляя ковш от забоя. Достигнув полной ско­рости вперед, привод напора не успевает вторично эффективно заглубить ковш. Это вызывает необходимость повторного копа­ния для заполнения ковша и приводит к существенному увели­чению длительности операции копания. В пологих и относитель­но удаленных от экскаватора забоях скорость привода напора оказывается недостаточной для поддержания необходимой тол­щины стружки. Для устранения этого недостатка системой фор­мируется статическая характеристика привода подъема, описы­ваемая следующими уравнениями:

до первичного заглубления ковша:
U_п = U₀ при 0 ≤ I_п ≤ I_ост;
U_п = U₀ – kI_п при I_отс < I_п ≤ I_ст;
после вторичного заглубления ковша:
U_п = U₁ при 0 ≤ I_п ≤ 0.85I_ост;
U_п = U₀ при 0.85I_ост < I_п ≤ I_ост;
U_п = U₀ – kI_п при I_отс < I_п ≤ I_ст;
Где U₀, U₁ - значения напряжения привода подъема, выбран­ные при формировании его статической характеристики; I_п - ток якоря привода подъема; I_отс - ток отсечки; I_ст - стопорный ток якоря привода подъема; U_п - напряжение генератора подъ­ема; k - коэффициент пропорциональности.

По данным испытаний, применение системы стабилизации нагрузки подъемного двигателя позволяет снизить длительность процесса копания на 10—30 %. Автоматическая стабилизация нагрузки подъемного двигателя путем регулирования толщины стружки при достаточно быстродействующем и устойчивом регу­лировании позволяет повысить степень заполнения механиче­ской характеристики двигателя подъема, практически устранить стопорение ковша, снизить напряженность труда машиниста.