Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ З
ГЛАВА 1. Обзор научно-исследовательских работ по проблеме стабилизации
нагрузки ленточного конвейера 7
1.L Обзор работ, посвященных исследованию шахтных грузопотоков .7
1.2. Обзор работ, посвященных способам регулирования погонной
нагрузки конвейера 19
1.3. Выводы по главе и постановка задачи исследования 31
ГЛАВА 2, Разработка и исследование комплексной модели конвейерной
установки 33
2.1- Модель движения ленты магистрального конвейера 33
2Л.1- Модель конвейера с однобарабанным приводом и
натяжным устройством, расположенным в хвостовой части 33
2Л .2, Модель конвейера с однобарабанным головным приводом и
натяжным устройством, расположенным в головной части 47
2.2.Разработка модели частотноуправляемого электропривода
магистрального конвейера 55
2.2.1, Модель электропривода на основе трехфазного
асинхронного двигателя 55
2.2.2. Модель частотно-векторной системы управления
электроприводом 66
2.3. Модель совместного движения конвейерной ленты с приводом..„77
ГЛАВА 3. Синтез системы стабилизации погонной нагрузки конвейера 80
3 Л.Синтез регулятора скорости движения конвейерной ленты 80
3.2, Синтез структуры задатчика управляющего сигнала 89
З.З.Разработка структуры двухконтурной системы стабилизации
погонной нагрузки конвейера 95
ГЛАВА 4. Синтез регулятора натяжения ленты 97
4Л. Модель конвейера для синтеза регулятора натяжения 97
4.2. Разработка алгоритма подсистемы стабилизации тягового фактора
для конвейера с различным расположением натяжного устройства ..Л 02
4.3. Синтез регулятора натяжения и исследование подсистемы
стабилилизации натяжения 115
ГЛАВА 5. Исследования комплексной модели стабилизации погонной
нагрузки магистрального конвейера 120
5.1. Модельные исследования двухконтурной системы стабилизации
погонной нагрузки конвейера 120
5.2. Оценка эффективности применения регулирования скорости
движения конвейера 127
5.3. Комплекс программных средств, разработанный для исследования
системы стабилизации погонной нагрузки ленточного конвейера 132
5.4. Предложения по технической реализации 134
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
Список литературы 140
Приложение 1 145
Приложение 2 149
Приложение 3 158
Введение к работе
Широкое использование конвейерного транспорта на шахтах и
карьерах является одним из важных факторов повышения технического
уровня и эффективности функционирования горного производства. В
последнее время большинство шахт переходят на поточное и поточно-
циклическое транспортирование. Рост грузопотоков и длин
транспортирования обусловил необходимость создания
высокопроизводительных ленточных конвейеров большой длины и мощности с применением дорогих синтетических и резинотросовых лент. Это приводит к значительному увеличению стоимости конвейерной установки. В настоящее время коэффициент использования таких дорогих установок на горных предприятиях страны составляет в среднем 50...70% по производительности и 60...70% по времени. Такое неэффективное использование конвейерных установок связано и с тем, что поступающие от горных машин грузопотоки обладают значительной неравномерностью по амплитуде и наличием большого числа интервалов отсутствия груза. Это приводит к неоправданным затратам электроэнергии, износу ленты, роликов, увеличению холостого пробега ленты. Таким образом, проблема повышения экономической эффективности конвейерных установок при их эксплуатации на горных предприятиях является актуальной. Один из путей решения этой проблемы состоит в согласовании режимов работы ленточного конвейера с параметрами поступающего на него грузопотока, например, путем применения автоматического управления скоростью движения ленты конвейера в зависимости от текущей величины поступающего на него грузопотока.
Идея работы. Идея работы состоит в разработке алгоритмов управления, основанных на непрерывном отслеживании величины грузопотока, поступающего на конвейер, и изменении скорости движения ленты конвейера пропорционально этой величине таким образом, чтобы загрузка ленты была близка к номинальной.
Цель работы. Целью исследования является разработка структуры системы автоматического управления и алгоритмов управления скоростью движения конвейерной ленты, которые позволят обеспечить рациональную загрузку конвейера насыпным грузом при условии обеспечения беспробуксовочной работы главного привода конвейера при любом изменении скорости движения ленты.
Научные положения и их новизна.
Разработана математическая модель сложной многомерной системы управляемого движения ленты, динамики натяжного устройства, частотно-управляемого асинхронного электропривода магистрального конвейера, позволяющая исследовать конвейерную установку как единый объект управления, моделировать технологический процесс транспортирования случайного грузопотока и искать решение задачи стабилизации погонной нагрузки конвейера в классе линейных оптимальных регуляторов.
Найдены зависимости между технологическими параметрами конвейера, позволяющие стабилизировать натяжения в ветвях ленты, снижая тем самым динамические усилия в ленте, стабилизировать тяговый фактор конвейера в режимах разгона, торможения и движения конвейера с постоянной скоростью.
Разработана структура многоконтурной автоматической системы регулирования погонной нагрузки конвейера, стабилизации тяговой способности привода, которая позволяет реализовать алгоритм оптимальной загрузки конвейера, беспробуксовочную работу привода в режимах разгона, торможения и движения конвейера с постоянной скоростью.
Разработан алгоритм управления движением ленты, который обеспечивает плавное изменение скорости, соответствующее случайному входному грузопотоку, снижение динамических нагрузок в ленте, уменьшение количества пуско-тормозных режимов, уменьшение холостого пробега ленты.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается корректным применением известных методов математического анализа, теории вероятностей, теоретической механики, теории управления, теории регулируемого электропривода, компьютерного моделирования и достаточной близостью результатов модельного управляемого движения результатам реального движения, взятых с осциллограмм натурных испытаний и движения в производственных условиях.
Научное значение работы состоит в том, что создана новая математическая модель конвейерной установки, которая позволяет адекватно описывать процессы управляемого движения ленты конвейера и исследовать процесс транспортирования горной массы; создан алгоритм и разработана структура двухконтурной системы автоматического управления движением лепты, которая обеспечивает стабилизацию
технологически рационального значения тягового фактора и статистически номинальную погонную загрузку полотна конвейера; разработана методика синтеза регулятора в пространстве состояний, который позволяет изменять скорость движения ленты конвейера с оптимальным квадратичным критерием, определяемым свойствами самого конвейера.
Практическое значение работы состоит в том, что разработанные
алгоритмы управления позволят повысить эффективность использования конвейерного транспорта как по производительности, так и по времени, приблизив загрузку ленты конвейера к оптимальной. При регулировании скорости снижаются износ ленты и расход электроэнергии, появляется возможность уменьшить ширину ленты и рассчитывать ее не но максимальному ірузопотоку, возникающему в отдельные моменты, а по вычисляемому за определенный интервал времени среднему значению. При этом будет обеспечиваться беспробуксовочная работа привода конвейера, что уменьшает динамические усилия в ленте и снижает коэффициент запаса по прочности конвейерной ленты, позволяя выбирать для конвейера менее дорогие типы ленты.
Реализация результатов. Алгоритм управления движением ленты конвейера и предложения по технической реализации системы управления движением приняты к использованию отделом АСУ ЗАО "НВТ-Автоматика" при создании автоматизированных систем доставки угля к угольным складам. Комплексная модель конвейерной установки принята отделом электронных технологий и документооборота ОАО "ВНИИПТмаш" для исследовании динамики при проектировании мощных ленточных конвейеров, алгоритмы управления скоростью конвейера приняты для оценки эффективности регулирования скорости конвейера при определенных типах грузопотоков. Методы составления математических моделей сложных многомерных нелинейных систем в пространстве состояний, анализа и синтеза алгоритмов управления движением приняты для использования в учебном процессе при подготовке дипломированных специалистов по направлению «Автоматизация и управление» Московского государственного горного университета. Разработанная на базе современного программного обеспечения модель движения ленты магистрального конвейера с регулируемым электроприводом, позволяющая исследовать пусковые и тормозные режимы ленточного конвейера, принята на кафедре "Горных машин и транспорта" МГТУ для использования в учебном процессе при проведении лабораторных работ и курсового проектирования.
Апробация работы* Основные положения и результаты работы докладывались на научном симпозиуме "Неделя горняка " (1998, 2001, 2002, 2003), на семинарах кафедры "Автоматики и управления в технических системах11 МГГУ, ЗАО "НВТ - Автоматика", ОАО "ВНИИПТмаш", ФГУП "Гипроуглеавтоматизация".
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в трех статьях и одной брошюре [15, 16, 17 ,18].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 46 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 62 наименований и 3 приложения.
Работа выполнена па кафедре "Автоматики и управления в технических системах" Московского государственного горного университета.
