тизации этого процесса. В этом случае все датчики и исполнитель­ ные устройства секции крепи подключаются к соответствующим портам микроконтроллера (или исполнительного модуля) нижнего уровня системы управления передвижкой этой крепи. Схема под­ ключения датчиков и исполнительных устройств секции крепи к микроконтроллеру (исполнительному модулю) нижнего уровня показана на рис. 42.

Рис. 42. Схема подключения датчиков и исполнительных

устройств секции крепи к микроконтроллеру нижнего

уровня

Все датчики секции крепи аналогового типа, поэтому они под­ ключаются к порту аналогового ввода контроллера или модуля. В то время как приводы исполнительных устройств дискретны, по­ этому они подключаются к порту дискретного вывода этого кон­ троллера.

8.4. Схема микропроцессорной распределенной системы управления передвижкой призабойной крепи

Управление передвижкой секций призабойной крепи осущест­ вляют блоки управления, которые являются структурными элемен­ тами микропроцессорных систем.

Современные системы управления передвижкой призабойной крепи строятся на основе распределенных микропроцессорных

встроенным портом аналогового ввода и портом дискретного выво­ да. К порту аналогового ввода подключены датчики следующих ти­ пов:

-СД10 — датчик осадки верхняка секции,

-ДПС 10 — датчик положения конвейера,

-ДПМГ-2У — датчик положения комбайна,

-СД10 — датчик передвижки козырька.

Кпорту дискретного вывода подключены исполнительные уст­ ройства, перечисленные выше.

8.5. Алгоритм управления передвижкой призабойной крепью

Алгоритм управления передвижкой призабойной крепью со­ стоит из двух частей:

1.алгоритма управления крепью в процессе поддержания кров­ ли лавы;

2.алгоритма управления крепью в процессе ее передвижки к груди забоя.

8.5.1. Алгоритм управления крепью в процессе поддержания кровли лавы

Управление поддержанием кровли выработанного пространст­ ва лавы выполняется контроллером верхнего уровня (например, блоком САУК-138М) по алгоритму, который отслеживает всю си­ туацию состояния крепи как в процессе поддержания кровли, так и при передвижке каждой секции. Контроллером верхнего уровня обеспечивается постоянный контроль за состоянием соответствую­ щего распора каждой секции крепи и своевременное оповещение диспетчера о нарушении этого соответствия или об опасности по­ садки секции «на жесткую». Эта аварийная ситуация возникает то­ гда, когда поршень несущего гидродомкрата секции коснется зад­ ней стенки (торца) его гидроцилиндра. В этой ситуации шток гидро­ цилиндра теряет возможность осевого перемещения, поэтому в этом случае гидродомкрат и секция могут быть разрушены возрас­ тающим давлением на щит обрушенной горной массы кровли пла­ ста. Кроме того, в этом случае теряется возможность переместить

распертую секцию, поэтому ее приходится терять или механически вырезать. Немедленное оповещение диспетчера о надвигающейся авариной ситуации (посадке «на жесткую») позволит своевременно принять необходимые меры для ее предотвращения.

Другая аварийная ситуация может возникнуть в случае несвое­ временной передвижки секций крепи (преждевременной или запо­ здалой). Поэтому алгоритм управления крепью на этом уровне дол­ жен своевременно отслеживать эту ситуацию, и в случае ее возник­ новения включить необходимую защиту и также своевременно информировать о ней диспетчера.

С этой целью алгоритм верхнего уровня управления крепью должен своевременно отслеживать по показаниям датчиков поло­ жение комбайна относительно каждой из секций крепи, величину обнажения кровли и степень отставания передвижки секций отно­ сительно исполнительного органа комбайна. Контроллер верхнего уровня должен передать команду соответствующему модулю ниж­ него уровня команду на начало передвижки очередной секции, ко­ торая выполняется по алгоритму следующего уровня.

8.5.2. Алгоритм управления крепью в процессе ее передвижки

Управление крепью в процессе ее передвижки производится ал­ горитмом нижнего уровня, который выполняется микроконтролле­ рами (модулями) нижнего уровня для каждой секции в отдельности. Этот алгоритм должен обеспечивать последовательность выполне­ ния всех операций цикла передвижки. Команда на начало передвиж­ ки секции поступает к микроконтроллеру от контроллера верхнего уровня, который управляет передвижкой всей крепи лавы в целом. По этой команде первоначально опрашивается состояние датчика, контролирующего расстояние исполнительного органа комбайна от верхняка передвигаемой секции. Если это расстояние будет соответ­ ствовать заданному значению, то первоначально включается привод П4, в сторону горизонтального перемещения конвейера.

При срабатывании датчика ДЗ процесс этой передвижки закан­ чивается и включается привод П2 клапана распора в направлении снятия распора секции, по показаниям датчика Д2 контролируется величина снятия распора секции. Как только распор исчезнет,

включается привод П1 в направлении втягивания козырька и одно­ временно включается привод Ш горизонтального перемещения секции в направлении к конвейеру, при этом перемещение секции снова контролируется датчиком ДЗ. Как только секция достигнет заданного положения относительно става конвейера, приводы П1 и ПЗ выключаются и снова включается привод ГО в направлении распора секции, при этом величина распора контролируется датчи­ ком Д2. Как только распор секции достигнет заданного значения, привод П2 выключается и микроконтроллер секции выдает на верх­ ний уровень системы сообщение об окончании передвижки. Пере­ движка может быть прекращена, если секция при перемещении наезжает на какое-нибудь препятствие (этот процесс называется «заякориванием» секции). При «заякоривании» секции микрокон­ троллер секции выдает на верхний уровень сообщение об этой си­ туации и об остановке передвижки секции.

9. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

ПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ

Для проведения подготовительных выработок на шахтах выпол­ няются проходческие работы, которые могут обеспечиваться ком­ байновым или буровзрывным способами. Комбайновый способ про­ ходки шахтных выработок применяется в том случае, если крепость разрушаемой породы невысока. При более высокой крепости породы шахтных выработок применяют буровзрывной способ проходки.

9.1. Автоматизация работы проходческих комбайнов

9.1.1. Требования к системам автоматизации проходческих комбайнов

Системы автоматического управления работой проходческих комбайнов должны обеспечивать:

1.Автоматическое поддержание нагрузки на режущем органе проходческой машины.

2.Автоматическое программное управление траекторией дви­ жения исполнительного органа проходческого комбайна.

3.Дистанционное управление комбайном с выносного пульта управления.

4.Автоматическое управление направленным движением ком­ байна в горной выработке или индикацию его отклонения от заданного направления при ручном и дистанционном управ­ лении.

5.Автоматическую перегрузку отбитой породной массы из на­ копителя в транспортное средство при прерывной откатке породной массы.

Автоматизация поддержания нагрузки на приводе проходче­ ского комбайна обеспечивается теми же средствами, что и для вы­ емочных машин.

Проходка горных выработок по слабым горным породам вы­ полняется проходческими комбайнами с различным типом испол­ нительных органов. Эти исполнительные органы могут быть стре­ ловыми и буровыми. Проходческие комбайны с буровым исполни­ тельным органом за счет его кинематики обеспечивают проходку горных выработок с постоянной формой сечения, поэтому не требу­ ют управления траекторией этого органа.

В свою очередь, проходческие комбайны со стреловым испол­ нительным органом могут обеспечивать проходку выработок лю­ бой формы сечения, для этой цели они оборудуются исполнитель­ ными органами с регулируемой траекторией движения. Схема тако­ го комбайна и траектория движения его исполнительного органа при проходке выработки трапециевидного сечения показана на рис. 44. Для обработки забоя указанной формы сечения исполни­ тельный орган этого комбайна (стрела) должен совершать угловые перемещения относительно забоя выработки, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. В действительности эти угловые перемещения совершаются этим органом относительно продоль­ ной оси комбайна. При этом в вертикальной плоскости исполни­ тельный орган перемещается на угол а, а в горизонтальной — соот­ ветственно на угол р.

Порядок обработки забоя исполнительным органом при работе комбайна следующий. Первоначально фреза исполнительного ор­ гана комбайна перемещается в нижний или верхний угол выработ­ ки, после чего механизмом перемещения комбайна он внедряется

Рис. 44. Схема проходки выработки трапециевидного сечения комбайном

со стреловым исполнительным органом

в забой. После этого внедрения (в нижней части выработки) проис­ ходит горизонтальное перемещение фрезы. При этом постоянно контролируется угол р этого перемещения стрелы.

При достижении заданной величины горизонтального отклоне­ ния стрелы исполнительного органа комбайна по данной (нижней) полосе обработки забоя, подается команда на ее вертикальное пере­ мещение на следующую полосу. При этом также контролируется величина угла а. Таким образом, при проходке выработки проход­ ческим комбайном со стреловым исполнительным органом ирисходит послойная обработка забоя его фрезой с постоянным контролем заданных угловых параметров р и а.

Описанный принцип управления траекторией движения стрело­ вого исполнительного органа проходческого комбайна успешно был реализован только в микропроцессорном варианте системы автома­ тического управления. Структура такой системы показана на рис. 45.

Как и прежде, основу такой системы составляет микропроцес­ сорный контроллер с портами аналогового и дискретного ввода, а также с портами дискретного и импульсного вывода. К порту дис­ кретного ввода подключены кнопки «пуск» и «стоп», а к порту ана­ логового ввода подключены датчики Da и D0 углового перемеще­ ния исполнительного органа комбайна. К порту дискретного выво-

Рис. 45. Структура системы автоматического управления траекторией

исполнительного органа проходческого комбайна

да подключены исполнительные электрогидроклапаны ЭГК1, ЭГК2, ЭГКЗ, ЭГК4, с помощью которых происходит управление угловым положением исполнительного органа комбайна (ИОК). Для внедрения фрезы в забой включают на заданное время привод механизма подачи комбайна (ППК). Время внедрения контролиру­ ется таймером контроллера.

Система работает по алгоритму, представленному на рис. 46.

Рис. 46. Алгоритм управления траекторией исполнительного органа

проходческого комбайна

После запуска этого алгоритма производится ввод в память контроллера заданных значений угловых параметров положения исполнительного органа комбайна на каждой подосе обработки за­ боя и число полос обработки забоя этой фрезой, а также времени ра­ боты привода подачи комбайна при внедрении в забой. Затем пара­ метру /первоначально присваивается значение 1, это означает пере­ ход к очередной (первой) полосе обработки забоя. После этого производится включение на заданное время через таймерный порт привода подачи комбайна на забой, в результате чего фреза испол­ нительного органа внедряется в забой. Этот процесс продолжается до тех пор, пока фактическое время работы этого привода не срав­ няется с заданным. Как только это произойдет, привод подачи ком­ байна отключается и алгоритм переходит к циклу управления поло­ жением фреза на заданной полосе обработки забоя.

В этом цикле первоначально производится опрос датчика Dp. После этого показания датчика сравниваются с заданным значением параметра р на данной полосе обработки забоя. Если отклонение Ар (разность заданного и фактического значений этого параметра) ока­ жется равным нулю, то происходит переход к опросу показаний дат­ чика по следующему параметру а. Если же отклонение Ар не равно нулю, то включается.один из электрогидроклапанов ЭГК1 или ЭГК2, управляющих перемещением в горизонтальной плоскости исполни­ тельного органа комбайна в сторону, зависящую от знака этой разно­ сти. В этом цикле происходит возврат на опрос состояния датчика Dp до тех пор, пока отклонение Др не будет равным нулю. Только после этого выключаются включенные электрогидроклапаны и происхо­ дит переход к контуру аналогичного регулирования, но уже по пара­ метру а. Как только и этот процесс закончится, то к параметру / до­ бавляется единица, что означает переход фрезы исполнительного ор­ гана комбайна на следующую полосу обработки забоя.

В процессе каждого суммирования параметра /результат срав­ нивается с числом обрабатываемых полос N. Если суммарный пара­ метр /окажется больше числа //, то это признак конца обработки за­ боя при данном внедрении в него фрезы исполнительного органа комбайна. Истинность этого условия переводит алгоритм к повтор­ ному внедрению фрезы в массив забоя, в результате чего цикл отра­ ботки забоя продолжается.

Для автоматического вождения проходческого комбайна в за­ данном направлении применяют различные способы такого вожде­ ния. Мы рассмотрим только два из них:

1.Вождение комбайна по направлению лазерного луча.

2.Вождение комбайна по гирокомпасу.

9.1.3,1. Автоматическое вождение проходческого комбайна в заданном направлении по лазерному лучу

Принцип автоматического вождения проходческого комбайна по лазерному лучу показан на рис. 47, а. Согласно этому принципу, источник лазерного излучения 1 подвешивается в верхней части выработки и ориентируется в заданном направлении с помощью геодезических приборов. Датчик 2, воспринимающий лазерное из­ лучение, устанавливается в верхней части корпуса комбайна. Этот датчик (рис. 47, б) представляет собой щит с установленными на нем фотодиодами, воспринимающими лазерное излучение. Эти фо­ тодиоды располагаются группами следующего назначения:

-в центре щита устанавливается центральный фотодиод ds> который воспринимает только заданное направление луча, все остальные группы фотодиодов регистрируют отклоне­ ние комбайна от этого направления;

-Фотодиоды осевой группы d{) d2, d3, d4регистрируют откло­ нение луча от соответствующей оси.

-Фотодиоды межосевой группы g t, g2t g3, g4регистрируют от­ клонение луча, попавшего на межосевую область щита, ко­ гда он не попадает ни на одну из его осей.

Система управления направленным вождением проходческо­ го комбайна по лазерному лучу выполнена в двухконтурном вари­ анте. Один из этих контуров управления следит за положением лу­ ча на датчике (щите). Второй контур этой системы регулирует от­ клонение продольной оси комбайна от координатных осей датчика, ориентированного лазерным лучом в заданном направле­ нии. Необходимость введения двухконтурной системы связана с большой инерционностью управления положением комбайна от­ носительно лазерного луча, поэтому гораздо легче ориентировать

Рис. 47. Схема управления движением проходческого комбайна по лазерному лучу

щит относительно этого луча, а систему управления пространст­ венным положением комбайна проще ориентировать при этом от­ носительно положения датчика (щита).

На рис. 47, в представлена структурная схема системы авто­ матического управления положением датчика (щита) относитель­ но направления лазерного луча. Система выполнена в микропро­ цессорном варианте. К каждому каналу порта дискретного ввода подключена определенная группа фотодиодов. Так, к каналу ввода In dQпараллельно подключены все фотодиоды групп d\ и g4, а к ка­ налу ввода In d\ аналогично подключены фотодиоды групп d2и g\ и т. д. Только к каналу In d4единично подключен центральный фо­ тодиод ds.

Попадание луча на группу фотодиодов d\ и g4вызывает появле­ ние единичного цифрового сигнала (в шестнадцатиричной системе счисления это число 01), аналогично датчики группы d2 и g { дают числовой сигнал 02, а группы d2, g2и d4i g2дают в этой же системе счиления соответственно цифровые сигналы 04 и 08. Сигнал датчи­ ка d5формирует цифровой код 10.

Каждый из каналов порта дискретного вывода включает при­ вод перемещения щита в определенном направлении, причем сиг-

нал фотодатчиков осевой группы включает привод щита таким об­ разом, чтобы переместить луч лазера к центральному фотодиоду. Высвечивание фотодиодов межосевой группы вызывает включение тех приводов перемещения щита, которые сдвигают положение лу­ ча в сторону фотодиодов осевой группы. В результате реализации такого принципа включения приводов положение луча на щите по­ следовательно смещается в сторону центрального фотодиода. Ал­ горитм управления перемещением датчика (щита) контроля на­ правления движения проходческого комбайна показан на рис. 48.

После запуска этого алгоритма происходит опрос состояния порта дискретного ввода контроллера. Затем через условные коман­ ды производится анализ цифрового сигнала, полученного из этого порта. Выполнение одного из условий состояния порта дискретного

Рис. 48. Алгоритм управления перемещением датчика контроля

направления движения проходческого комбайна

ввода контроллера включает провод соответствующего направле­ ния перемещения щита.

Только в случае попадания луча на центральный фотодиод d5 цикл опроса порта продолжается без изменений положения щита. Если же порт дискретного ввода будет формировать цифровой сиг­ нал, не удовлетворяющий вышеперечисленным условиям, то на эк­ ране оператора появляется сообщение «Луч не попал на датчик», что означает выход луча за пределы поля щита или неспособность луча достичь этого поля. Эта ситуация требует ручного вмешатель­ ства в процесс управления и новой настройки системы.

Перемещение щита относительно продольной оси комбайна вызывает рассогласование сигналов первоначальной инструмен­ тальной настройки вторичного контура управления, который при этом, стараясь свести это рассогласование к нулю, ориентирует комбайн относительно согласованного положения щита. Однако этот процесс очень инерционный, поэтому за один цикл компенса­ ции этого рассогласования щит несколько раз может менять свое положение относительно направления лазерного луча.

9.1.3.2.Автоматическое вождение проходческого комбайна

взаданном направлении по гирокомпасу

Гирокомпасом называют прибор, предназначенный для изме­ рения углового положения каких-либо объектов. В нашем случае этим прибором можно замерять угловое отклонение траектории движения проходческого комбайна от заданного направления.

Чувствительным элементом гироскопа является вращающееся тело (волчок), ось вращения которого сохраняет пространственное положение первоначальной раскрутки. Если это тело первоначаль­ но раскрутить, то его ось вращения всегда будет сопротивляться из­ менению ее первоначальной ориентации. Этот эффект заложен в принцип работы гирокомпаса.

Принцип автоматического вождения проходческого комбайна по гирокомпасу показан на рис. 49.

Согласно этому принципу, гирокомпас регистрирует угол а от­ клонения движения комбайна от заданного направления. Величина этого отклонения передается регулятору, который в точке А траек­ тории движения комбайна сводит это рассогласование к нулю. Од-