microbik.ru
1
5.6 Требования, предъявляемые к электроприводу шахтной подъёмной установки и его системе управления.
5.6.1 Общие требования к электроприводу шахтной подъёмной установки.
По надёжности. Электрооборудование подъёмной установки относится к классу (группа А) − этому соответствует вероятность работы на промежутке времени 720 ч P=0.95, средняя наработка на отказ: Тотк=15000 ч, при времени восстановления (времени ремонта tрем=0.5 ч, времени простоя после аварии tавар=0.5 ч и времени работы в сутки tрабсут=15…18 ч.

Техническая целесообразность и экономичность эффективного регулируемого привода почти во всём диапазоне мощностей доказана.

Выбор системы управления зависит от глубины подъёма, типа подъёмной машины, подъёмного сосуда, количества горизонтов и расстояния межу ними.

Электропривод подъёмной установки должен обеспечивать:

а) работу с пониженной скоростью от 0.3 до 1 м/с при снятии сосуда с жёстких посадочных устройств;

б) замедление подъёмных сосудов, не превышающих 1 м/с2 для всех типов вертикальных и наклонных установок;

в) ограничение ускорений величиной 1 м/с2 для людских подъёмов, а для грузовых подъёмов они определяются проектированием;

г) отсутствие проскальзывания каната по футеровке на всех участках движения сосудов;

д) устойчивую максимальную скорость при равномерном ходе независимо от нагрузки на валу двигателя и направления движения;

е) движение сосудов с пониженной скоростью при доятгивании, в результате чего должна быть скомпенсирована погрешность системы регулирования.

Для клетевых подъёмов жёстким закреплением концов канатов на барабанах путь дотягивания определяется только абсолютной ошибкой регулирования по пути в процессе замедления. Для скиповых подъёмов путь дотягивания определяется ошибкой по пути в процессе замедления и величиной пройденного пути движения скипа в разгрузочных кривых.

Путь движения с пониженной скоростью со шкивом трения для клетевых подъёмов определяется абсолютной ошибкой регулирования по пути в процессе замедления и максимально возможным упругим проскальзыванием каната. Для скиповых подъёмников со шкивом трения путь дотягивания увеличивается из−за движения сосуда в разгрузочных кривых., таким образом, для клетевых барабанных шахтных подъёмных установок необходимо принимать равным 0.5…1 м, для клетевых со шкивом трения − 1…1.5 м, для скиповых барабанных − 2.5…3.5 м, для скиповых со шкивом трения − 3…3.5 м.

В подъёмных установках с автоматизированным регулируемым приводом система управления должна обеспечивать поддержание максимальной скорости с точностью не менее и скорости дотягивания

Наилучшей системой автоматического управления для шахтной подъёмной установки является система с ограничением рывка и ускорения. Во всех системах автоматического управления приводом шахтной подъёмной установки с заданием программы движения в функции времени можно считать возможным достижение требуемого режима без дополнительной корректировки диаграммы скорости по пути только в период разгона.

Период замедления, как показывает опыт эксплуатации шахтных подъёмных установок, применение дискретного в отдельных точках или непрерывного контроля движения подъёмного сосуда по пути является обязательным.

Обеспечение необходимой точности остановки сосудов на многогоризонтных клетевых установках усложняется из−за изменения нагрузки от одного знака номинала до другого при подходе клети к заданному уровню с двух сторон. При очень больших глубинах упругая деформация канатов столь значительна, что механические устройства не могут обеспечивать её компенсацию, поэтому следует отдать предпочтение регулированию положения подъёмного сосуда посредством электропривода, создающего электромагнитный момент для управления положением сосуда на весу (так называемая плавающая подвеска).
5.6.2 Унифицированная тахограмма движения шахтной подъёмной установки.
Максимальную скорость для подъёма выбирают для ряда исполнений установок с учётом максимально допустимых vmaxдоп, и оптимальных величин vmaxопт скоростей. Оптимальные величины максимальной скорости vmaxопт и ускорения аmaxопт применяются в соответствие с ранее допустимыми рекомендациями, а для клетевых шахтных подъёмных установок выдерживают правила безопасности:




(для скипа)


м/с (для клети).

Эти параметры нормируются правилами безопасности.

В исследованиях обычно используется следующая зависимость для определения оптимальной величины скорости подъёма для скипа:

(5.9)

Цикл подъёма должен осуществляться пол оптимальной диаграмме движения с ограничением ускорения и рывка. Рекомендуется при разработке и внедрении современных систем привода и автоматики шахтной подъёмной установки применять унифицированную диаграмму скорости (рисунок 5.11). Принятие унифицированной пятипериодной диаграммы движения основывается на необходимости аналогичности применения всех типов исполнений шахтных подъёмных установок. Осуществление трёх периодов движения во всех диаграммах не вызывает сомнения: основного периода разгона, движения с установившейся скоростью и основного периода замедления. В любой диаграмме скорости применяют период с установившейся сниженной скоростью vдот, на которой компенсируются ошибки управления скоростью в течении всех предыдущих периодов и дополнительно для скиповых машин ограничиваются нагрузки на разгрузочные кривые. Для клетевых подъёмных машин обеспечивается комфортность подхода к консольной точке пути, а для многоканатных машин компенсация переползания каната относительно ведущего шкива. Заданная унифицированная диаграмма движения допускает изменение величин v, a, ρ, изменение всех периодов времени t, но с ограничением этих величин в соответствии с технологией и правилами безопасности. Возможность и целесообразность использования унифицированной пятипериодной тахограммы движение является единственным условием универсальной системы автоматического управления шахтной подъёмной установкой. Унифицированная диаграмма является оптимальной. Поставленные к ней требования по ограничению величин v, a, ρ дополняются следующими условиями:









где Hп − полный путь движения сосудов, ∆h − путевая ошибка.

Для клети и скипа путевые ошибки принимаются:

Скорость дотягивания должна быть стабильной от цикла к циклу. Столкновение клети с жёсткими упорами при vдот>vдот.доп оказывается опасным для жизни.

Унифицированная диаграмма не изменяясь качественно, может варьироваться по величине разных параметров. При разъезде между далеко отстающими горизонтами для компенсации ошибки по пути диаграмма может дополниться промежуточной корректировочной скоростью с теми же ограниченными параметрами v, a, ρ.
5.6.3 Расчёт промежуточной корректировочной скорости подъёмной установки для компенсации ошибки по пути.
Применение задатчика интенсивности на входе системы регулирования, то есть задание скорости в функции времени приводит к погрешностям по пути в конце цикла. В связи с этой погрешностью неизбежным является участок дотягивания на тахограмме, а также разброс точки перехода на дотягивание в зависимости от концевой нагрузки. Это влечёт за собой удлинение участка дотягивания на тахограмме, который должен быть не короче ошибки по пути, накопленной в процессе снижения скорости. Для того, чтобы уменьшить потерю времени на корректировку ошибки по пути вводят промежуточную корректировочную скорость vk (рисунок 5.12). Общее время корректировки зависит от правильного выбора vk. Протяжённость участка, где должна поддерживаться скорость vk, должна быть не менее накопленной на участке снижения скорости погрешности по пути s1:

(5.10)

где δv – ошибка по скорости. Протяжённость участка, где необходимо поддерживать скорость дотягивания должна быть не менее:

(5.11)

где ∆s2 − ошибка по пути на участке дотягивания. Общее время корректировки − это превышение длительности цикла из−за накопления ошибок ∆s1 и ∆s2:

(5.12)

(5.13)

Оно равно:

(5.14)

Для того, чтобы определить оптимальное значение vk, необходимо найти минимум функции τ=f(vk):

(5.15)

Отсюда:



Кривые τ=f(vk) − рисунок (5.13) построены для следующих сходных данных:

Vдот=0.5 м/с; a=0.75 м/с2; δv=0.5 м/с. Эти кривые подтверждают важность установления оптимальной vk. Чем больше vmax, тем больше выигрыш производительности при правильном выборе vk.
5.6.4 Требования к точности системы управления шахтной подъёмной установкой.

Предпочтительными для управления приводом шахтной подъёмной установки являются астатические системы автоматического управления, но могут применяться и статические системы автоматического управления повышенной точности. Для статической системы автоматического управления установившаяся ошибка поддержания максимальной скорости должна быть в пределах:



где δVm − относительное значение установившейся ошибка по скорости с максимальной скоростью, ∆v − абсолютное значение установившейся ошибки по скорости при движении с максимальной скоростью. Оно не должно выходить за указанные пределы при изменении нагрузки на валу двигателя: для клетевого подъёмника − для скиповых подъёмников −

При движении со скоростью дотягивания ошибка по скорости должна лежать в пределах:



где D − диапазон регулирования скорости. Обычно статическая ошибка со скоростью дотягивания должна быть меньше или равна 10%. Тогда коэффициент усиления системы автоматического управления равен:

(5.16)

Динамическая ошибка δVдин в режиме установившегося слежения с amax принимается на уровне статической ошибки:



где v3(t) − заданная скорость, vд(t) − действительная скорость. Для точного выполнения заданной диаграммы скорости вне зависимости от нагрузки астатической системы автоматического управления достаточно обладать астатизмом первого порядка для отработки задающего программного воздействия по линейному закону и астатизмом второго порядка по возмущающему воздействию в виде нагрузки, изменяющейся от цикла к циклу.

При применении системы подчинённого регулирования для выполнения указанных условий регулирующее воздействие должно быть результатом двукратного интегрирования. При использовании астатической системы автоматического управления ошибки в установившемся режиме являются ошибками задания скорости δVпрогр и измерения действительной скорости δТГ. Тогда ошибка задания равна:


5.6.5 Требования к системе регулирования подъёмного сосуда на заданном уровне (плавающая подвеска).
Точная остановка подъёмных сосудов может быть выполнена на основе выравнивания подъёмного сосуда на заданном уровне посредством электропривода и датчика положения, который при ходе сосуда выше или ниже заданного положения выдаёт непрерывно изменяющийся сигнал управления знака и величины, необходимых для обеспечения действия электропривода на возвращение сосуда на заданный уровень. Основными необходимыми элементом должен быть датчик положения сосуда, основанный на непосредственном определении положения подъёмного сосуда на уровне загрузки−разгрузки, а также устройство включения системы автоматического управления в конце движения на скорости дотягивания.

На процессы в системе автоматического управления оказывают влияние вид и параметры путевой характеристики датчика положения подъёмного сосуда. Характер изменения напряжения датчика определяет ограничение параметров движения (ускорения и рывка). Величины a и ρ определяются не только условием ограничения усилий в электромеханическом оборудовании, но также и физиологическим воздействием на людей. По последнему ограничению величину ρ ограничивают временем реакции человека tp на возникновение ускорения а. Из этого условия допустимая величина рывка равна: ρ=2.5…5 м/с3 при а=0.5…1 м/с2 и tp=0.2 c. При этих ограничениях обеспечивается достаточно спокойное движение (без неприятных ощущений человека) Учёт производных по пути выше третьей практического значения не имеет. Для уменьшения путевой ошибки выравнивание подъёмного сосуда может быть использована корректировка характеристики положения по статической нагрузке. Для этой цели применяются устройства измерения статической нагрузки, выполненные на основе вычитания из полного тока его динамической составляющей, или на основе измерения упругой деформации каната. При больших значениях упругой деформации каната применяются системы регулирования положения подъёмного сосуда в процессе загрузки−разгрузки посредством электропривода обязательно.

Эта система должна обеспечивать амплитуду колебаний каната Акол заданной величины с обеспечением времени разгрузки и темпа загрузки ∆QГ/∆t, которые являются функциями:



Здесь ck − жёсткость каната, Hп − полная глубина подъёма, Amax − максимальное удлинение каната при полной загрузке. Датчик перемещения подъёмного сосуда в зоне действия LДП (датчика положения) с допустимым статическим Lдоп и динамическим ∆hдин отклонением сосуда от заданного уровня, а также по линейной зоне характеристике датчика положения с учётом требований линейного регулирования:



Отсюда получаем соотношения:

при Umax=10 B и lлин.доп>∆hдин,

где Uдпmax − максимальное выходное напряжение датчика положения. Оптимальное регулирование положение должно удовлетворять требованию комфортности движения (ограничение величин v, a, ρ), поддержание t3max, а также требованию обеспечения качественных показателей система автоматического управления по времени регулирования и перерегулированию. Точность остановки и удержания сосуда посредством электропривода и системы автоматического управления на заданному уровне принимают: