Автоматизированный электропривод горных машин и установок

4. Автоматизированный электропривод горных машин и установок

Скиповые подъемные машины рудника «Таймырский» размещены в башенном копре и предназначены для выдачи руды с горизонта 1150м. (для северной ветви) – 1345м. (для южной ветви).

Основное требование к системе автоматического управления подъемной установкой – точное выполнение заданной диаграммы скорости вне зависимости от загрузки подъемных сосудов и других внешних факторов, влияющих на нагрузку приводного двигателя подъемной установки.

Системы автоматического управления грузовых и грузолюдских подъемных установок должны отвечать требованиям экономичности, обеспечивать надежность и безопасность работы подъема во всех режимах, а именно:

-  малую скорость при снятии подъемных сосудов с брусьев

-  реализацию заданных законов в период разгона, торможения и дотягивания, исключающих появление ускорений и замедлений, превышающих предельно допустимые значения, устанавливаемые из условий исключения проскальзывания канатов по шкиву трения и возникновения недопустимых динамических нагрузок.

-  отключение электропривода и включение рабочего тормоза при стопорении с контролем положения сосудов при загрузке и разгрузке.

-  контроль работы загрузочно-разгрузочных устройств и состояния технологического оборудования подъемной установки.

-  контроль отклонения скорости и включения защитных устройств при привешениях скоростью допустимых значений.

-  защиты от переподъемов, нулевую и максимальную защиты.

-  предусматривать остановку сосудов в промежуточных точках ствола.

световую сигнализацию о режимах работы подъемной установки в здании подъемной машины, у оператора загрузочного устройства, у диспетчера.

Современные регулируемые электроприводы постоянного тока для автоматизированных подъемных установок выполняют на основе двигателей постоянного тока с независимым возбуж­дением.

Поскольку регулирование скорости осуществляется за счет изменения напряжения, подводимого к якорю двигателя, то в качестве преобразователя напряжения постоянного тока наибо­лее перспективны тиристорные управляемые выпрямители, кото­рые могут подключаться непосредственно к якорной обмотке приводного двигателя либо к обмотке возбуждения генератора постоянного тока, питающего приводной двигатель.

Управление приводами с вентильными выпрямителями осу­ществляется с помощью электронных регуляторов, обладаю­щих большим быстродействием.

Разрабатываются и применяются унифицированные системы регулирования с последовательной коррекцией, выполняемой активными звеньями, построенными на операционных усилите­лях постоянного тока (с коэффициентами усиления в разомкну­том состоянии не менее 10⁴), имеющих следующие преимущест­ва:

- реализацию с высокой точностью желаемых передаточных функций,

- малую мощность управления усилителей, что позво­ляет применять датчики и задатчики параметров с очень малой выходной мощностью;

 - легкость и простоту наладки систем уп­равления электроприводами.

Построение систем управления на базе использования усилителей обеспечивает возможность широкой унификации схем и конструкций элементов, в том числе различного рода функциональных и других аналоговых устройств, предназ­наченных не только для автоматизации электроприводов, но и для решения задач автоматизации технологических процессов.

4.1.Обоснование принятого способа и аппаратуры автоматизации

Поскольку для подъемных установок накладываются ограничения по скорости и ускорению, вызванные требованием снижения динамических нагрузок в канатах и обеспечением комфорта при перевозке людей, то не требуется быстрого изменения величины и знака электромагнитного момента двигателя. Нет также необходимости в быстром реверсе скорости в технологических и аварийных режимах. Реверс скорости производится только из состояния покоя после остановки электродвигателя. Поэтому оказывается желательным и возможным применение для шахтных подъемных машин привода по системе ТП—Д с нереверсивным силовым ТП и реверсивным ТВ. Такой привод является экономичным и надежным, может обеспечивать требуемую плавность изменения скорости, ускорения и момента двигателя.

Преимущества систем подчиненного управления применительно к приводам подъемных машин.

Реализация систем подчиненного управления как многократно интегрирующих позволяет обеспечить минимальные ошибки регулирования по управлению и нагрузке. В таких системах статическая ошибка равна нулю при изменении в широких пределах статической нагрузки подъемных установок, весьма малыми оказываются динамические ошибки регулирования. На основе построения САУ как многократно интегрирующей с астатизмом второго порядка обеспечивается удовлетворение технологических требований по точности и быстродействию подъемных установок всех типов и исполнении.

Уменьшение времени цикла и повышение производительности подъемной установки обеспечивается:

- гарантированной линейностью изменения скорости; уменьшением периода трогания машин;

- четкостью повторения заданной диаграммы скорости при оптимальном использовании перегрузочной способности двигателя; большой точностью поддержания максимальной скорости, а также сниженной скоростью дотягивания;

- повышением точности остановки машины и подъемных сосудов в конце пути; исключением пауз для маневров при, ручном управлении и неточной остановке

Применением систем подчиненного управления достигаются:

- достаточная точность задания скорости и высокая точность регулирования скорости и отработки заданной диаграммы;

- стабильность программы скорости с помощью задатчика интенсивности, заменяющего программно-профильное устройство, практическое исключение разрегулирования устройства задания скорости, исключение необходимости его подстройки и возможности неквалифицированного вмешательства для изменения заданной программы движения;

- повышение безопасности эксплуатации подъемной установки;

- после аварийной остановки подъемной машины, когда участок пути от места остановки до точки нормального замедления оказывается меньше пути разгона, дальнейший разгон ограничивается точкой нормального замедления; после аварийной остановки машины на пути замедления продолжение движения возможно только на сниженной скорости дотягивания;

- линейность изменения заданной и действительной скорости;

- замена линии рыскания прямолинейным изменением скорости повышает к. п. д. установки, уменьшает эффективную мощность двигателя и расход электроэнергии;

- возможность ограничения пусковой мощности привода и улучшения работы высоковольтной сети;

- более высокие показатели формирования диаграммы движения;

стабильность скорости, ускорения, скорости нарастания тока якорной цепи привода, рывка, ограничение предельного тока; ограничение параметров диаграммы движения при пуске с середины ствола после аварийной остановки подъемной машины.

Применение систем подчиненного управления позволяет получить оптимальные диаграммы по нагрузкам на кинематические звенья подъемной установки (на машину и подъемные канаты). При этом увеличивается надежность машины за счет улучшения динамических свойств привода, снижается темп усталостного износа, повышается срок службы оборудования. При улучшении режима работы оборудования уменьшаются затраты и время ухода за оборудованием.

При автоматическом выполнении цикла подъема существенно улучшается работа подъемной установки, так как выбор оптимальной диаграммы скорости осуществляется применением электронного программного устройства — задатчика интенсивности и САУ — УБСР.

Принцип подчиненного регулирования заключается в том, что выходное напряжение регулятора является входным сигналом для следующего внутреннего контура управления. Характер переходного процесса в системе определяется типами звеньев в системы.

Задача всех регуляторов сводится к формированию определенного переходного процесса. Каждый регулятор должен произвести компенсацию максимальной постоянной времени, которая входит в данный контур регулирования. Так как на практике невозможно абсолютно компенсировать постоянную времени, то система настраивается на определенный оптимум.

Настройка системы заключается в обеспечении минимального времени регулирования и не превышения величиной перерегулирования допустимого критического значения. Это означает, что передаточная функция замкнутой системы состоящая из двух звеньев оптимизируется к следующей передаточной функции:

 , (4.1)

где отношение постоянных времени T₂/T₁=m=2 – условие настройки на технический оптимум.

Регулирование тока якорной цепи.

Согласно общему методу синтеза систем подчиненного регулирования расчет параметров систем подчиненного регулирования производят путем последовательной оптимизации отдельных контуров регулирования, заключающейся в приведении передаточной функции замкнутого контура в соответствии с поставленными требованиями.

В системе регулирования скорости соподчиненным является контур регулирования тока якорной цепи. Общепринятый принцип оптимизации из условия технического оптимума базируется на упрощенной структурной схеме двигателя постоянного тока, не учитывающей обратной связи по э.д.с., на постоянстве параметров и линейности характеристик элементов, входящих в контур регулирования тока.

Объектом регулирования для контура тока является тиристорный преобразователь и ДПТ-НВ, передаточная функция которых:

; (4.2)

где К_ТП – коэффициент усиления ТП,

К_Т – коэффициент обратной связи по э.д.с.,

R – сопротивление якорной цепи,

T_m - постоянная времени ТП,

T_Я – постоянная времени якорной цепи.

При T_m > T_Я внутреннюю обратную связь по э.д.с. не учитывают.

Передаточная функция замкнутого контура тока:

; (4.3)

По условию технического оптимума принимается T₁= T_m и а_Т=2 – коэффициент демпфирования.

При этом обеспечивается оптимальное качество регулирования в смысле минимума перерегулирования при высоком быстродействии, но не учитывается скорость нарастания тока якорной цепи, которая регламентируется рядом технологических условий работы электропривода подъема.

Одно из требований к системе регулирования тока – необходимость ограничения скорости нарастания тока якорной цепи. Для этого используют двухконтурную систему регулирования тока якорной цепи с дополнительным контуром ограничения его производной. При этом настройка внутреннего контура (значение а_Т) определяется уже не требованиями ограничения di_Я/dt, а из условия согласования работы внутреннего и внешнего контуров, что достигается при выполнении неравенства

t_Р.ВН =< t_Р.ВШ

в котором время регулирования внешнего контура превышает время регулирования внутреннего.

На основании этого можно записать:

 ; (4.4)

где T_m - эквивалентная некомпенсируемая постоянная контура тока.

Регулирование скорости.

При синтезе контура регулирования скорости необходимо учитывать, что САУ должна быть двукратноинтегрирующей и обеспечивать требуемую точность отработки заданной диаграммы скорости.

Задача синтеза контура регулирования скорости – определение оптимальных его параметров, т.е. коэффициентов а_С и b_С из условия обеспечения требуемого быстродействия при заданных параметрах внутреннего контура регулирования тока.

Передаточная функция замкнутой САУ скоростью имеет вид:

; (4.5)

Для определения желаемой передаточной функции задаются масштабом времени:

Z = t_рег / t_н

Где t_н – нормированное время переходного процесса, вычисляемое по нормированным переходным функциям:

t_рег = 5dv_max/a_max

Здесь t_рег – время регулирования, определяемое по величине допустимой динамической ошибки d, максимальной скорости движения подъемных сосудов v_max, максимальному ускорению в период разгона и замедления а_max.

Подбирая параметры системы а_Тq_m и Z добиваются удовлетворительного качества регулирования при малых значениях а_Тq_m и больших значениях Z. При увеличении а_Тq_m и уменьшении Z увеличиваются перерегулирование и колебательность процесса.

Особенность статических систем автоматического регулирования координат электропривода — возникновение статической ошибки, характеризующей различие между заданным и действительным значениями регулируемого параметра в статически режимах . Применительно к системам автоматического регулирования электроприводом рудничных подъемных установок, под статическим режимом понимают режим движения с установившейся скоростью.

При этом статическую ошибку системы автоматического регулирования оценивают разностью между заданной и действительной скоростями движения, выраженными в абсолютных или относительных единицах:

Dn= n_задан - n_действ ; d=(n_задан - n_действ)/ n_б ,

где n_задан , n_действ , n_б — соответственно заданная, действительная и базовая скорости. За базовую скорость обычно принимают максимальную скорость движения подъемных сосудов.

Статическая ошибка — одна из количественных оценок качества процесса регулирования — зависит от управляющего и возмущающего воздействий, параметров электропривода и параметров системы автоматического регулирования. Возмущающее воздействий (в системе электропривода рудничных подъемных установок — статическое усилие, обусловленное разностью статических натяжений поднимающейся и опускающейся ветвей каната) в значительной степени изменяется в зависимости от типа и исполнения подъемной установки.