10-7. ПРИНЦИПЫ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ЗЕМЛЕСОСНЫХ СНАРЯДОВ (АВТОБАГЕРМЕЙСТЕР)
Выше рассмотрены примеры частичной автоматизации привода механизмов землесосного снаряда. Взаимодействие отдельных механизмов, осуществляемое автоматически, подвержено объективному контролю. Однако на стадии частичной автоматизации не исключается участие оператора в выборе и поддержании общего режима, образующегося в результате совместного действия всех агрегатов землесосного снаряда. Процесс разработки и всасывания грунта, как и гидравлический транспорт смеси, находятся за пределами непосредственного наблюдения оператора, поэтому производительность землесосного снаряда на данной стадии автоматизации зависит целиком, от опыта, внимания, интенсивности работы персонала и других субъективных факторов. Проблема дальнейшего повышения производительности землесосных снарядов решается путем их комплексной автоматизация.
Ниже рассматривается принцип построения системы автоматического управления полным комплексом механизмов землесосного снаряда, получившей название автобагермейстера1.
Рассматриваемая система представляет собой совокупность датчиков параметров, определяющих работу земснаряда и электродвигателей привода исполнительных механизмов. Датчики и двигатели объединены между собой группой логических элементов, обусловливающих направление технологических связей для обеспечения действия отдельных механизмов в требуемой последовательности и надлежащем режиме работы. Предельные значения параметров, определяющих работу системы, фиксируются на схемах сравнения, на реле, содержащих элементы времени, и конечных выключателях. Сигналы для изменения скорости регулируемых приводов (папильонаж) подаются к двигателям через усилители.
Блок-схема (структурная схема) автобагермейстера в упрощенном виде представлена на рис. 10-21.
В системе автоматического регулирования многодвигательным приводом землесосного снаряда имеются следующие двигатели привода отдельных механизмов: Р — двигатель привода рамоподъемной лебедки; ЛП — то же для лебедки левого папильонажа; ПП — то же для лебедки правого папильонажа; ЛС — то же для лебедки левой сваи; ПС — то же для лебедки правой сваи; Ж — то же для жалюзи на всасывающей трубе грунтового насоса.
Регулируемый привод применен только на папильонажных лебедках. Все остальные двигатели — нерегулируемые асинхронные; система автобагермейстера воздействует лишь на включение и отключение этих двигателей. Двигатель привода грунтового насоса, блокированный с приводом насосов вспомогательного водоснабжения, в блок-схеме не показан, однако его включение увязано с программой автобагермейстера в порядке, указанном ниже.
:Механизмами земснаряда управляют сигналы датчиков: Iф — тока двигателя фрезы рыхлителя; Д — давления (напора), развиваемого грунтовым насосом; В — вакуума в корпусе грунтового насоса; γ — консистенции гидросмеси, перекачиваемой грунтовым насосом; H — глубины погружения приемного отверстия с рыхлителем; α —угла между осями выработки (карьера или выемки) и корпуса земснаряда; ДОТ — ослабления троса подъема и опускания рамы; КВЛС— конечных выключателей левой сваи; КВПС — конечных выключателей правой сваи.
Автоматика, построенная на логических элементах, использует информацию двух состояний и осуществляется поэтому в системе дискретного действия (см. §4-5).
В сложном запрограммированном процессе, осуществляемом в дискретной системе, сигналы датчиков непрерывно меняющихся параметров сами по себе управляющими импульсами служить не могут. Выходом датчика в систему регулирования должен являться сигнал, сформированный по принципу информации двух состояний.
1 Система разработана и испытана во Всесоюзном тресте «Гидромеханизация» Минэнерго СССР.
Образование таких сигналов происходит «а схемах сравнения текущего значения параметра с заданной величиной. Элементы сравнения на блок-схеме обозначены СС1. Ту же функцию для информации о пространственных положениях рамы, тросов и свай выполняют конечные выключатели.
Значительную часть системы составляют логические элементы, реализующие функции И, ИЛИ, НЕ, ПАМЯТЬ (триггеры Т) и элементы времени —реле РВ. Логические элементы открывают необходимые связи для осуществления программы автоматического управления и совместно с реле времени определяют общий ритм и сочетание работы отдельных механизмов землесосного снаряда.
Мощность сигнала датчиков недостаточна для управления скоростью регулируемых приводов папильонирования. Поэтому в схему регулирования привода папильонажных лебедок управляющие сигналы поступают через усилители МУ.
На блок-схеме (рис. 10-21) около каждого из двигателей привода исполнительных механизмов указано направление управляющего воздействия автобагермейстера: верх, низ — буквами В и H; влево, вправо— Л и П. Те же обозначения действуют и на линиях связи датчиков положений: курса — α; свай — КВЛС и КВПС.
Анализ всех режимов, предусматриваемых программой автобагермейстера, выходит за пределы настоящей книги. Для понимания основных принципов регулирования, заложенных в систему автоматики, рассмотрим ее работу на стадии грунтозабора в зоне заданного проектного основания выемки. На этой стадии система автоматики выполняет следующие функции: 1) работа на заданной глубине; 2) выбор режима папильонирования; 3) предотвращение срыва вакуума; 4) перекладка свай на заданных курсовых углах; 5) обход препятствий в забое.
Помимо этого, остаются в действии рассмотренные ранее блокировки, предусматривающие: заданную программу пуска грунтового насоса и насосов вспомогательного водоснабжения, запрет одновременного исполнения несовместимых операций и все виды защит.
Земснаряд, оборудованный автобагермейстером, может работать в режимах ручного и автоматического управления. Выбор того или другого режима осуществляется приведением в соответствующее состояние электрической схемы путем выполнения необходимых переключений в ее цепях. Для этой цели служат переключатели (ключи), устанавливаемые в то или иное положение.
Рассмотрим работу системы, приняв за исходное следующее состояние земснаряда: приемное отверстие всасывающей трубы опушено и находится в зоне грунтозабора; фреза, грунтовый насос и насос вспомогательного водоснабжения находятся в действии, одна из свай опущена на грунт, напряжение подведено к цепям автоматического управления.
Проследим по блок-схеме действие автоматической системы управления приводами.
1 Схема сравнения может быть построена, например, на двух параллельных потенциометрах, питаемых выпрямленным напряжением, пропорциональным контролируемому технологическому параметру — его текущему значению и задаваемому. Со средних точек потенциометров снимается сигнал разности подаваемых на потенциометры напряжений.
Рама рыхлителя (двигатель Р) может выполнять одно из двух движений: вниз или вверх (Н или В). Разрешающий импульс на движение рамы вниз, как видно из схемы, поступает при наличии выходного сигнала на логическом элементе совпадения И1. Последнее имеет место, с одной стороны — при отсутствии запрещающего сигнала элемента НЕ1, т. е. когда в схеме управления лебедкой рамы отсутствует команда на движение вверх; с другой — на элемент И1 должен поступить разрешающий сигнал элемента совпадения ИЮ, что в свою очередь произойдет при одновременной подаче команды датчиков глубины Н и ослабления троса ДОТ. Таким образом, работа двигателя на опускание рамы происходит, когда этого требует недостаточная, по сравнению с заданием, глубина погружения грунтозаборного устройства (по команде датчика глубины Я) и при условии, что рама не опирается на грунт (контролирует датчик ослабления троса ДОТ).
Подъем рамы рыхлителя происходит при наличии одного из двух сигналов на входе логического элемента ИЛИ2. Один из разрешающих сигналов образуется по команде датчика тока привода фрезы рыхлителя 1ф; импульс тока подается в схему управления фрезой только для подъема рамы и используется при необходимости обхода препятствия. В процессе механического рыхления в зоне грунтозабора могут оказаться включения скальных или других не поддающихся разрушению пород, топляки (затонувшая древесина) и пр.; ток привода рыхлителя при этом резко возрастает, обусловливая команду датчика на подъем рамы. Случайные, непродолжительные толчки тока не повлекут за собой подачи команды на подъем, поскольку информация датчика тока проходит через элемент задержки времени РВ. Другой разрешающий сигнал подъема рамы может поступать при завале приемного отверстия грунтом от датчика вакуума через блок реле БРВ (см. § 10-6). Блок реле вакуума определяет программу вывода земснаряда, из режима гидравлической перегрузки всасывающего устройства твердой фазой смеси путем последовательного воздействия на привод жалюзийного затвора (двигатель Ж) и рамоподъемную лебедку в соответствии с § 10-6. После восстановления нормального режима работы фрезы и всасывающего устройства входные импульсы на элементе ИЛИ2 снимаются и при воздействии сигнала от датчика глубины Н, как указано выше, рама опускается на заданную глубину.
Приводы папильонажных лебедок — левой ЛП и правой ПП — подвержены двоякому воздействию: на реверсирование и на регулирование· скорости. Как видно из блок-схемы, реверсирование осуществляется по команде курсового датчика а и увязано с приводами механизма свайного хода— двигателями ЛС — левой сваи и ПС — правой сваи.
Сигналы курсового датчика направляются одновременно в схему регулирования папильонажными приводами и в схему управления приводами свайных лебедок. Курсовой датчик выдает в систему автобагермейстера информацию о предельных углах папильонирования в виде импульсов, поэтому команда на реверсирование подается через триггеры, запоминающие предшествовавшее состояние схемы привода после снятия входного сигнала (см. § 4-5). В связи с этим необходимые переключения для изменения направления вращения двигателя могут быть произведены только в требуемом порядке, по получении соответствующих сигналов датчика.
Технология работы землесосного снаряда требует одновременного реверсирования обеих папильонажных лебедок. Осуществление этого требования обеспечивается показанными на блок-схеме связями между триггерами Т1 и Т2. Логические элементы совпадения И2—И5 запирают выход команды на реверсирование при наличии запрещающего сигнала со стороны хотя бы одного из датчиков Iф, Д, В, γ по блок-связи ИЛИ1 — ИЛИ2 — И2, И3, И4, И5. Иными словами, любое нарушение нормального режима тока фрезы, давления, вакуума или плотности смеси (в сторону недопустимого повышения этих параметров) исключает реверсирование вплоть до восстановления заданного программой режима.
Скоростью папильонирования управляет датчик консистенции гидросмеси у. Его сигналы поступают в обмотку ОУ магнитных усилителей МУ1—МУ4 системы управления приводом папильонажных лебедок и воздействуют на рабочее напряжение, подаваемое на якорь двигателя, и, следовательно, на его скорость (см. рис. 9-6, 10-13).
Привод сваеподъемных лебедок управляется также по команде датчика курса α. Автоматические связи действуют аналогично группе папильонажного привода. Логические элементы совпадения И6—И9 контролируют положение свай, выдавая управляющий сигнал на своем выходе лишь при наличии разрешающего импульса со стороны конечных выключателей КВЛС и КВПС для нижнего (Н) и верхнего (Д) положений.
Данная блок-схема содержит рассмотренные ранее элементы четырех логических функций, усилители и элементы времени. В качестве электрических схем управления используются также рассмотренные ранее схемы управления приводами.
Блок-схема представляет собой упрощенный макет автобагермейстера. Четкая работа системы в представленном виде затруднительна и требует известных дополнений. Однако данная упрощенная схема позволяет понять основные принципы комплексной автоматизации землесосных снарядов и может служить основой самостоятельного изучения действующих систем автобагермейстера, построенных с применением бесконтактных логических связей.
