RU2193630C1 - Excavator electric drive control device - Google Patents
Excavator electric drive control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193630C1 RU2193630C1 RU2001123735A RU2001123735A RU2193630C1 RU 2193630 C1 RU2193630 C1 RU 2193630C1 RU 2001123735 A RU2001123735 A RU 2001123735A RU 2001123735 A RU2001123735 A RU 2001123735A RU 2193630 C1 RU2193630 C1 RU 2193630C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- microcontroller
- converter
- voltage
- current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к управлению горной техникой, а именно к управлению электроприводами механизмов одноковшовых карьерных экскаваторов, в которых требуется ограничение токов, возникающих в режимах с управляющими и возмущающими воздействиями, и может быть использовано для управления электроприводами других горных машин. The invention relates to the management of mining equipment, namely, to control the electric drives of the mechanisms of single-bucket mining excavators, in which the limitation of currents arising in the modes with control and disturbing influences is required, and can be used to control the electric drives of other mining machines.
Известно устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее задающий блок, подключенный через преобразователь, включающий силовой мост, к электроприводу системы Г-Д, датчики тока и напряжения. Задающий блок представляет собой командоаппарат, построенный по кулачковому принципу. Преобразователь содержит датчик питающего напряжения, регулятор питающего напряжения, датчик напряжения возбуждения, регулятор напряжения возбуждения, силовой мост представляет собой суммирующий магнитный усилитель. Устройство снабжено датчиками нагрузки, температуры, скорости, регулятором снижения динамических нагрузок (см. SU 1733577, кл. Е 02 F 9/20, 15.05.92). A device for controlling an electric drive of an excavator is known, comprising a driver unit connected via a converter including a power bridge to an electric drive of the GD system, current and voltage sensors. The master unit is a command device constructed according to the cam principle. The converter contains a supply voltage sensor, a supply voltage regulator, a field voltage sensor, a field voltage regulator, a power bridge is a summing magnetic amplifier. The device is equipped with load, temperature, speed sensors, a regulator for reducing dynamic loads (see SU 1733577, class E 02 F 9/20, 05/15/92).
Известное устройство имеет недостаточно высокую надежность и быстродействие управления. Система управления является температурозависимой. Кроме того, недостатком описанного устройства является высокая утомляемость экскаваторщика, т. к. управление тремя электроприводами осуществляется тремя отдельными кулачковыми командоаппаратами, управление одним из которых производится ногами. Кроме того, изменение позиций командоаппарата требует больших физических усилий от экскаваторщика, вследствие большого числа одновременно коммутируемых электрических цепей. Устройство громоздко и обладает высокой металлоемкостью. The known device has insufficiently high reliability and high-speed control. The control system is temperature dependent. In addition, the disadvantage of the described device is the high fatigue of the excavator, because three electric drives are controlled by three separate cam command devices, one of which is controlled by the feet. In addition, changing the position of the command apparatus requires a lot of physical effort from the excavator, due to the large number of simultaneously switched electrical circuits. The device is bulky and has a high metal consumption.
Известна микропроцессорная система интерактивного автоматизированного управления электроприводами экскаватора-драглайна в режимах транспортировки ковша по траекториям, заданным машинистом (см. автореферат диссертации Коваленко С.И., 1991 г.). The microprocessor system of interactive automated control of electric drives of an excavator-dragline is known in the modes of transportation of the bucket along the trajectories set by the driver (see the abstract of the dissertation Kovalenko SI, 1991).
Известная микропроцессорная система управления электроприводами экскаватора-драглайна не может быть применена для управления электроприводами карьерного одноковшового экскаватора, режим работы которого непредсказуем и вся работа известной системы будет заключаться в очень частом ее "переобучении". The well-known microprocessor-based electric drive control system for an excavator-dragline cannot be used to control electric drives of a career single-bucket excavator, the operation mode of which is unpredictable and all the work of the known system will consist in its very frequent “retraining”.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство комбинированного оптимального управления электроприводами экскаватора (RU 2030521, кл. Е 02 F 9/20, 10.03.95), содержащее задающий блок, подключенный через преобразователь, включающий силовой мост, соединенный с обмоткой возбуждения генератора электропривода системы Г-Д, датчики тока и напряжения. Задающий блок представляет собой командоаппарат, построенный по кулачковому принципу. Преобразователь реализует систему подчиненного регулирования питающего напряжения, состоящую из последовательно соединенных регуляторов питающего напряжения, напряжения возбуждения, силового моста - суммирующего магнитного усилителя и генератора. Устройство снабжено регулятором снижения динамического напряжения, выполненного на двух интеграторах, двух усилителях, шести инвертирующих усилителях и сумматоре. The closest in technical essence to the claimed device is a device for combined optimal control of electric drives of an excavator (RU 2030521, class E 02 F 9/20, 10.03.95), containing a master unit connected via a converter, including a power bridge connected to the excitation winding of the generator GD system electric drives, current and voltage sensors. The master unit is a command device constructed according to the cam principle. The converter implements a system of subordinate regulation of the supply voltage, consisting of series-connected regulators of the supply voltage, excitation voltage, power bridge - a summing magnetic amplifier and generator. The device is equipped with a dynamic voltage reduction regulator made on two integrators, two amplifiers, six inverting amplifiers and an adder.
Известное устройство имеет недостаточно высокие быстродействие управления и надежность. Постоянная времени преобразователя для магнитных усилителей составляет ~ 0,1 с. Система управления является температурозависимой (из-за наличия суммирующего магнитного усилителя). Преобразователь на основе магнитного усилителя требует больших уровней сигналов управления исходя из своего принципа действия. В частности, для его нормальной работы требуется большой уровень сигнала обратной связи по току, который берется с дополнительных полюсов генератора и двигателя привода. Это напряжение пропорционально току в якорной цепи привода, что как раз и подходит в качестве сигнала обратной связи по току. Но при этом проявляется большая зависимость снимаемого напряжения от температуры. Температурная нестабильность цепи обратной связи магнитного усилителя, равная относительному изменению напряжения обратной связи, снимаемому с обмоток при разной температуре и равном токе, составляет 40%. The known device has insufficiently high control performance and reliability. The converter time constant for magnetic amplifiers is ~ 0.1 s. The control system is temperature dependent (due to the presence of a summing magnetic amplifier). A converter based on a magnetic amplifier requires large levels of control signals based on its operating principle. In particular, for its normal operation, a large level of current feedback signal is required, which is taken from additional poles of the generator and drive motor. This voltage is proportional to the current in the armature circuit of the drive, which is just suitable as a current feedback signal. But at the same time, a large dependence of the removed voltage on temperature is manifested. The temperature instability of the feedback loop of the magnetic amplifier, equal to the relative change in the feedback voltage taken from the windings at different temperatures and equal currents, is 40%.
Кроме того, недостатком описанного устройства является высокая утомляемость экскаваторщика. Устройство громоздко и обладает высокой металлоемкостью. In addition, the disadvantage of the described device is the high fatigue of the excavator. The device is bulky and has a high metal consumption.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в существенном улучшении потребительских, технико-экономических и эксплуатационных свойств электроприводов экскаватора. The problem to which the invention is directed, is to significantly improve the consumer, technical, economic and operational properties of electric excavator drives.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности, быстродействия, в исключении температурной зависимости, в создании удобства обслуживания устройства управления, уменьшении габаритов и материалоемкости, за счет увеличения функциональности оборудования, путем усложнения самого оборудования. The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase reliability, speed, to eliminate temperature dependence, to create ease of maintenance of the control device, to reduce the size and consumption of materials, by increasing the functionality of the equipment, by complicating the equipment itself.
Технический результат достигается тем, что устройство управления электроприводом экскаватора, содержащее задающий блок, преобразователь, включающий датчики тока и напряжения, силовой мост, подключенный к обмотке возбуждения генератора электропривода системы Г-Д, снабжено блоками нормирования сигнала обратной связи по току и напряжению, включенными в систему Г-Д соответственно последовательно и параллельно, пультом наладчика, а преобразователь снабжен первым, вторым и третьим коммутационными блоками, микроконтроллером, блоком питания, блоком индикации, блоком элементов защиты и диагностики, блоком управления силовым мостом, последовательным интерфейсом, через который пульт наладчика соединен с микроконтроллером, к которому двунаправленно подключен блок питания, и через последовательно соединенные блок элементов защиты и диагностики и блок управления силовым мостом подключен силовой мост, выполненный на силовых IGBT-транзисторах, блок питания выполнен по схеме однотактного импульсного преобразователя, а задающий блок выполнен в виде командоконтроллера, реализованного по двухкоординатной резистивной схеме, и подключен посредством двунаправленной связи через первый коммутационный блок к микроконтроллеру преобразователя, к которому через последовательно соединенные второй коммутационный блок, подключенный к микроконтроллеру, и датчик напряжения подключен выход блока нормирования сигнала обратной связи по напряжению, а через последовательно соединенные третий коммутационный блок, подключенный к микроконтроллеру, и датчик тока подключен выход блока нормирования сигнала обратной связи по току, один из выходов микроконтроллера подключен к входу блока индикации. The technical result is achieved by the fact that the excavator electric drive control device comprising a driver unit, a converter including current and voltage sensors, a power bridge connected to the excitation winding of the GD system electric drive generator, is equipped with current and voltage feedback signal normalization units included in GD system, respectively, sequentially and in parallel, by the commissioner’s console, and the converter is equipped with the first, second and third switching blocks, a microcontroller, a power supply I, by an indication unit, a block of protective and diagnostic elements, a power bridge control unit, a serial interface through which the commissioner’s console is connected to a microcontroller to which a power supply is bi-directionally connected, and a power bridge is connected through series-connected protection and diagnostic elements and a power bridge control unit the bridge, made on power IGBT transistors, the power supply unit is made according to the scheme of a single-cycle pulse converter, and the master unit is made in the form of a command controller, realizing a two-coordinate resistive circuit, and is connected via bi-directional communication through the first switching unit to the microcontroller of the converter, to which, through the second switching unit connected to the microcontroller, connected in series and the voltage sensor, the output of the voltage feedback normalization unit is connected, and the third the switching unit connected to the microcontroller, and the current sensor is connected to the output of the unit normalization of the feedback signal current , One of the outputs of the microcontroller is connected to the input of the indication unit.
Сопоставительный анализ с известными устройствами управления электроприводом экскаваторов показывает, что заявляемое решение позволяет наиболее оптимально решить задачу повышения надежности и быстродействия управления. A comparative analysis with the known control devices for electric excavators shows that the claimed solution allows the most optimal solution to the problem of increasing the reliability and speed of control.
К совокупности существенных признаков заявляемого устройства управления электроприводами экскаватора, позволяющих получить упомянутый результат, следует отнести то, что выполнение преобразователя в виде моноблока, состоящего из последовательно соединенных микроконтроллера, блока элементов защиты и диагностики, устройства управления силовым мостом и силового моста, выполненного на силовых IGBT-транзисторах, позволяет в значительной степени увеличить функциональность оборудования, повысить его надежность и быстродействие, упростить наладку и ремонт, снизить эксплуатационные затраты, повысить срок службы экскаватора, уменьшить количество узлов и материалоемкость, уменьшить габариты, вес. To the set of essential features of the claimed device for controlling the electric drives of the excavator, allowing to obtain the aforementioned result, it should be noted that the design of the converter in the form of a monoblock, consisting of a series-connected microcontroller, a block of protective and diagnostic elements, a power bridge control device and a power bridge made on power IGBTs -transistors, can significantly increase the functionality of the equipment, increase its reliability and speed, simplify adjustment and repair, reduce operating costs, increase the service life of the excavator, reduce the number of nodes and material consumption, reduce dimensions, weight.
Использование микроконтроллера с элементами защиты и диагностики и соответствующим пакетом программ позволяет учитывать не только функциональные возможности используемых компонентов, но и разброс их параметров, зависимость от температуры, чувствительность к помехам различного физического происхождения. Using a microcontroller with protection and diagnostic elements and the corresponding software package allows you to take into account not only the functionality of the components used, but also the spread of their parameters, temperature dependence, sensitivity to interference of various physical origin.
Использование микроконтроллера позволяет многократно уменьшить количество применяемых компонентов, т.е. снизить материалоемкость, уменьшить габариты устройства управления, избавиться от температурной зависимости параметров, т. к. вычисления дают одинаковый результат при любой температуре. Использование микропроцессора позволяет реализовать новые функциональные возможности, например, менять структуру в случае необходимости без изменения или применения новых конструктивных элементов, выполнять одновременно несколько независимых процессов на одной и той же аппаратурной основе (основная работа, диагностика в теневом режиме, связь с другими узлами и т.д.). Using a microcontroller can significantly reduce the number of components used, i.e. reduce material consumption, reduce the size of the control device, get rid of the temperature dependence of the parameters, because the calculations give the same result at any temperature. Using a microprocessor allows you to implement new functionalities, for example, change the structure if necessary without changing or applying new structural elements, perform several independent processes simultaneously on the same hardware basis (main work, diagnostics in shadow mode, communication with other nodes, etc. .d.).
Применение микроконтроллера позволило отказаться от регулирующих элементов, т. е. все регулировки осуществляются изменением программных коэффициентов, и обеспечить стабильность параметров регулятора. The use of the microcontroller made it possible to abandon the regulatory elements, i.e., all adjustments are carried out by changing the program coefficients, and to ensure the stability of the controller parameters.
Микроконтроллер позволяет с помощью кнопок пульта наладчика перейти с просмотра и изменения параметров преобразователя одного электропривода на другой без физических переключений, и все это, не выходя из кабины машиниста, делает очень легкой наладку электроприводов (без паяльника и инструмента), что повышает удобство эксплуатации экскаватора и снижает утомляемость машиниста-экскаваторщика. Легкость наладки позволяет устанавливать параметры такой величины, чтобы учесть особенности работы конкретного экскаватора, сберегая машины и механизмы, задавая более щадящие предельные параметры. Кроме того, микроконтроллер позволит проследить за состоянием внешнего оборудования, за текущим значением токов и напряжений. The microcontroller allows using the buttons of the commissioner’s remote to switch from viewing and changing the parameters of the converter of one electric drive to another without physical switching, and all this, without leaving the driver’s cab, makes it very easy to set up electric drives (without a soldering iron and a tool), which increases the usability of the excavator and reduces fatigue of the excavator driver. The ease of commissioning allows you to set parameters of such a magnitude to take into account the features of a particular excavator, saving machines and mechanisms, setting more sparing limit parameters. In addition, the microcontroller will track the state of external equipment, the current value of currents and voltages.
Использование микроконтроллера позволяет изменять параметры преобразователя таким образом, что в процессе взаимозамены блоков происходит мгновенная настройка параметров преобразователя на выбранный этап электропривода, т. к. параметры каждого типа электропривода находятся в памяти микроконтроллера. Using a microcontroller allows you to change the parameters of the converter in such a way that in the process of interchange of blocks, the parameters of the converter are instantly tuned to the selected stage of the electric drive, since the parameters of each type of electric drive are in the memory of the microcontroller.
Выполнение силового моста на силовых IGBT-транзисторах (биполярные транзисторы с изолированным затвором), обладающих идеальными переключающими свойствами и работающих в качестве ключей, позволяет использовать широтно-импульсную модуляцию для управления мощностью в нагрузке, что дает возможность увеличить быстродействие силового моста и резко снизить электрические потери (по сравнению с силовыми магнитными усилителями). Постоянная времени для заявляемого преобразователя составляет 0,074 с. The implementation of the power bridge on the power IGBT transistors (bipolar transistors with an insulated gate), having ideal switching properties and working as keys, allows the use of pulse-width modulation to control power in the load, which makes it possible to increase the speed of the power bridge and dramatically reduce electrical losses (compared to power magnetic amplifiers). The time constant for the inventive Converter is 0,074 C.
В заявляемом устройстве, использующем преобразователь с силовым мостом на IGBT-транзисторах, общая температурная нестабильность обратной связи по току равна 3,7% (это на порядок меньше температурной нестабильности преобразователя с магнитным усилителем). In the inventive device using a converter with a power bridge on IGBT transistors, the overall temperature instability of the current feedback is 3.7% (this is an order of magnitude less than the temperature instability of the converter with a magnetic amplifier).
Кроме того, выполнение силового моста на силовых IGBT-транзисторах и соответствующая организация блока питания позволяют подключать последний к сети как переменного, так и постоянного тока. Это создает возможность использования генератора собственных нужд (генератора постоянного тока) в качестве источника питания преобразователей всех главных электроприводов экскаватора. Генератор собственных нужд (на чертеже не показан) расположен на одном валу с высоковольтным приводным двигателем и генераторами главных электроприводов, что позволяет, в случае отключения напряжения переменного тока, использовать преобразование энергии инерции вращения группы генераторов в электрическую энергию в течение от 7 с с полной загрузкой ковша до 20 с с пустым ковшом при полной управляемости экскаватором. Это позволяет вывести ковш экскаватора в безопасное положение и опустить его на землю при внезапном отключении питания экскаватора (например, в аварийной ситуации). In addition, the implementation of the power bridge on the power IGBT transistors and the corresponding organization of the power supply allow you to connect the latter to the network of both alternating and direct current. This makes it possible to use an auxiliary generator (DC generator) as a power source for converters of all main excavator drives. The auxiliary generator (not shown in the drawing) is located on the same shaft with a high-voltage drive motor and generators of the main electric drives, which allows, in case of AC voltage disconnection, to use the conversion of the inertia energy of the rotation of the group of generators into electrical energy for 7 seconds with a full load bucket up to 20 s with an empty bucket when fully driven by an excavator. This allows you to bring the excavator bucket to a safe position and lower it to the ground when the excavator suddenly disconnects power (for example, in an emergency).
Блок питания, применяемый в заявляемом преобразователе, выполнен по схеме однотактного импульсного преобразователя, что обеспечивает простоту, надежность и высокий коэффициент полезного действия. The power supply used in the inventive converter is made according to a single-cycle pulse converter, which provides simplicity, reliability and a high efficiency.
Выполнение задающего блока в виде бесступенчато резистивного двухкоординатного командоконтроллера позволяет увеличить быстродействие управления электроприводами и значительно снизить утомляемость машиниста экскаватора, за счет применения потенциометра с малым моментом вращения, практически не требующем усилия при изменении положения. Совмещение в одном командоконтроллере двух задающих блоков - на приводы "подъем" и "вращение" - позволяет управлять одним командоконтроллером по двум координатам с учетом эргономических требований:
- отклонение влево/вправо - поворот влево/вправо,
- отклонение на себя/от себя - подъем/опускание. Второй командоконтроллер также реализован по двухкоординатной резистивной схеме:
- отклонение влево/вправо-сигнал/открывание днища ковша,
- отклонение на себя/от себя - возврат/напор.The execution of the master unit in the form of a stepless resistive two-coordinate command controller allows to increase the speed of electric drive control and significantly reduce the fatigue of the excavator driver, due to the use of a potentiometer with a small torque, which practically does not require effort when changing position. The combination of two master units in one command controller - on the "lift" and "rotation" drives - allows you to control one command controller in two coordinates, taking into account ergonomic requirements:
- deviation to the left / right - rotation to the left / right,
- deviation towards / from yourself - raising / lowering. The second command controller is also implemented on a two-axis resistive circuit:
- deviation to the left / right-signal / opening the bottom of the bucket,
- deviation on / from yourself - return / pressure.
Интерфейс RS 485 с последовательной передачей данных (последовательный интерфейс) введен в преобразователь для организации информационного канала обмена данными с пультом наладчика и другими удаленными объектами, что повышает быстродействие, надежность и удобство наладки и диагностики системы управления, облегчает эти процессы. The RS 485 interface with serial data transmission (serial interface) is introduced into the converter for organizing an information channel for data exchange with the commissioner and other remote objects, which improves the speed, reliability and convenience of setting up and diagnosing the control system, facilitates these processes.
Элементы защиты и диагностики контролируют работу всех блоков, входящих в устройство управления электроприводами экскаватора, повышая надежность его функционирования. Protection and diagnostic elements control the operation of all units included in the excavator's electric drive control device, increasing the reliability of its operation.
Коммутационные блоки, через которые осуществляется подключение ряда блоков к микроконтроллеру, обеспечивают изоляцию электронной схемы привода от внешней аппаратуры. Это необходимо для более глубокой и точной диагностики привода всякий раз при включении питания перед началом работы. Switching blocks, through which a number of blocks are connected to the microcontroller, provide isolation of the electronic drive circuit from external equipment. This is necessary for a deeper and more accurate diagnosis of the drive each time you turn on the power before starting work.
Блоки нормирования тока и напряжения преобразуют реальные значения тока и напряжения (тысячи ампер и сотни вольт) к нормальным значениям напряжения и тока, с которыми работают электронные схемы датчиков тока и напряжения. Это позволяет согласовать нормальную работу этих датчиков с напряжениями и токами якорных цепей различных типов экскаваторов. Current and voltage regulation units convert real values of current and voltage (thousands of amperes and hundreds of volts) to normal values of voltage and current, with which electronic circuits of current and voltage sensors work. This allows you to coordinate the normal operation of these sensors with the voltages and currents of the anchor chains of various types of excavators.
Применение пульта наладчика позволяет производить изменение параметров преобразователя непосредственно во время работы привода экскаватора, измеряя и наблюдая изменение параметров привода, что в значительной мере упрощает и сокращает процесс наладки системы управления, так как параметрами настройки являются только "конечные" параметры, такие как "стопорный ток", "ток отсечки" и т.д., все промежуточные значения микроконтроллер вычисляет сам, причем так, что нет взаимного влияния настраиваемых параметров. The use of the commissioner allows you to change the parameters of the converter directly during operation of the excavator drive, measuring and observing changes in the parameters of the drive, which greatly simplifies and shortens the process of setting up the control system, since the settings are only "final" parameters, such as "holding current "," cut-off current ", etc., the microcontroller calculates all intermediate values by itself, and so that there is no mutual influence of the adjusted parameters.
На чертеже представлена структурно-функциональная схема устройства управления электроприводами экскаватора (на чертеже представлен моноблок преобразователя для одного электропривода, в системе управления таких моноблоков, как минимум, три). The drawing shows a structural-functional diagram of a device for controlling an electric drive of an excavator (the drawing shows a monoblock of a converter for one electric drive, at least three in the control system of such monoblocks).
Устройство содержит командоконтроллер 1, реализованный по двухкоординатной резистивной схеме, состоящий из двух независимых задающих блоков (по каждой координате) 2, 3, преобразователь 4, обмотку возбуждения генератора 5, генератор 6, блок нормирования сигнала обратной связи по напряжению 7, блок нормирования сигнала обратной связи по току 8, двигатель 9. Преобразователь 4 выполнен в виде моноблока, который состоит из коммутационных блоков 10, 11, 12 (10 - первый коммутационный блок, 11 - второй коммутационный блок и 12 - третий блок), датчика тока 13, датчика напряжения 14, микроконтроллера 15, блока элементов защиты и диагностики 16, блока управления силовым мостом 17, силового моста 18. В преобразователь 4 входят также последовательный интерфейс 19, блок индикации 20 и блок питания 21. Пульт наладчика 22 может быть отключен по окончании процесса наладки и диагностики. Командоконтроллер 1 соединен с коммутационным блоком 10, выход которого соединен, посредством двунаправленной связи, с первым входом микроконтроллера 15, первый выход которого подключен через последовательно соединенные (посредством двунаправленной связи вход-выход) блок элементов защиты и диагностики 16, устройство управления 17 силовым мостом и силовой мост 18 к обмотке возбуждения 5 генератора 6. Микроконтроллер 15 посредством двунаправленной связи через последовательный интерфейс 19 может подключаться к удаленному пульту наладчика 22 и к системе управления и сбора данных, что позволяет осуществлять комплексное управление экскаватором с функциями проверки отдельных узлов и механизмов экскаватора. The device comprises a controller 1, implemented by a two-coordinate resistive circuit, consisting of two independent master units (for each coordinate) 2, 3, a converter 4, an excitation winding of a generator 5, a generator 6, a unit for normalizing the feedback signal for voltage 7, a unit for normalizing the feedback signal current communication 8, motor 9. Converter 4 is made in the form of a monoblock, which consists of switching blocks 10, 11, 12 (10 - the first switching block, 11 - the second switching block and 12 - the third block), current sensor 13, dates voltage 14, microcontroller 15, protection and diagnostics unit 16, power bridge control unit 17, power bridge 18. The converter 4 also includes a serial interface 19, an indication unit 20, and a power supply 21. The commissioner 22 can be turned off at the end of the process adjustment and diagnostics. The controller 1 is connected to a switching unit 10, the output of which is connected, via bi-directional communication, to the first input of the microcontroller 15, the first output of which is connected through a series of connected (via bidirectional input-output communication) block of protection and diagnostics 16, the control device 17 of the power bridge and the power bridge 18 to the excitation winding 5 of the generator 6. The microcontroller 15 through bidirectional communication through a serial interface 19 can be connected to a remote control panel 22 and to control and data acquisition system, which allows for integrated management of the excavator with the functions of checking individual components and mechanisms of the excavator.
Система сбора данных экскаватора предназначена для сбора информации в процессе эксплуатации экскаватора об электрических, термических, механических и других видах нагрузок всех устройств и механизмов экскаватора, последующей обработки и определения предаварийных и аварийных состояний экскаватора, ресурсов работы этих устройств и механизмов, ведение протоколов данных и их передачу на центральный диспетчерский пункт. Предупреждение неадекватного поведения машиниста экскаватора, обеспечение безопасности ведения работ, отслеживание выработки экскаватора т.д. Для реализации этого все устройства и механизмы должны быть оснащены соответствующими датчиками и интерфейсами передачи информации к центральному узлу системы. В предлагаемой системе имеются все электрические данные о главных приводах, которые могут быть переданы центральному узлу через последовательный интерфейс типа RS 485. The excavator data collection system is designed to collect information during the operation of the excavator about the electrical, thermal, mechanical and other types of loads of all excavator devices and mechanisms, the subsequent processing and determination of the emergency and emergency conditions of the excavator, the operating resources of these devices and mechanisms, maintaining data protocols and their transfer to the central control center. Prevention of inadequate behavior of the excavator driver, ensuring the safety of work, tracking excavator development etc. To implement this, all devices and mechanisms should be equipped with appropriate sensors and interfaces for transmitting information to the central node of the system. The proposed system has all the electrical data about the main drives, which can be transmitted to the central node via a serial interface such as RS 485.
Последовательно в цепи генератор 6 - двигатель 9 включен блок нормирования сигнала обратной связи по току 8, подключенный к микроконтроллеру 15 через третий коммутационный блок 11, а параллельно - блок нормирования сигнала обратной связи по напряжению 7, соединенный с микроконтроллером 15 через второй коммутационный блок 12. Сигнал обратной связи по току поступает на вход коммутационного блока 11, который через датчик тока 13 подключен ко второму входу микроконтроллера 15. Сигнал обратной связи по напряжению поступает на вход коммутационного блока 12, выход которого через датчик напряжения 14 подключен к третьему входу микроконтроллера 15. К микроконтроллеру 15 подключены также последовательный интерфейс 19, блок индикации 20. Питание компонентов, составляющих моноблок преобразователя 4, осуществляется от блока питания 21, также входящего в моноблок преобразователя 4, блок питания 21 выполнен по схеме однотактного импульсного преобразователя, что обеспечивает простоту, надежность и высокий коэффициент полезного действия. In series with the generator 6 - engine 9, the current feedback signal rationing unit 8 is connected to the microcontroller 15 via the third switching unit 11, and the voltage feedback signal normalization unit 7 is connected to the microcontroller 15 through the second switching unit 12 in parallel. The current feedback signal is fed to the input of the switching unit 11, which is connected through the current sensor 13 to the second input of the microcontroller 15. The voltage feedback signal is fed to the input of the switching unit and 12, the output of which through the voltage sensor 14 is connected to the third input of the microcontroller 15. A serial interface 19, an indication unit 20 are also connected to the microcontroller 15. The power components that make up the monoblock of the converter 4 are supplied from the power supply 21, also included in the monoblock of the converter 4, the power supply 21 is made according to the scheme of a single-cycle pulse converter, which provides simplicity, reliability and high efficiency.
Моноблок преобразователя 4 представляет собой функционально законченное устройство, которое интегрирует в себе полный набор блоков, необходимых для осуществления функции управления одним из главных электроприводов одноковшового карьерного экскаватора по системе Г-Д посредством регулирования тока независимой обмотки возбуждения генератора. The monoblock of converter 4 is a functionally complete device that integrates a complete set of blocks necessary for the control function of one of the main electric drives of a single-bucket mining excavator according to the GD system by adjusting the current of the independent excitation winding of the generator.
Моноблок преобразователя 4, применяемый для управления главными электроприводами экскаватора с системой Г-Д, реализует систему подчиненного регулирования, используя задание от командоконтроллера 1, ОС по току якоря, ОС по напряжению якорной цепи. The monoblock of converter 4, used to control the main electric drives of the excavator with the G-D system, implements a subordinate control system using the task from the command controller 1, OS for the armature current, OS for the voltage of the armature circuit.
Конструктивно моноблок преобразователя 4 оформлен в прямоугольный металлический корпус. Structurally, the monoblock of the converter 4 is decorated in a rectangular metal case.
В нижней части моноблока расположен печатный узел блока питания 21, который формирует все необходимые для работы моноблока напряжения:
- 5 В, 300 мА, стабилизированное, для питания микроконтроллера и связанных с ней цепей;
- 5 В, 20 мА, стабилизированное, для питания датчика тока 13;
- 5 В, 20 мА, стабилизированное, для питания датчика напряжения 14;
- 5 В, 120 мА, стабилизированное, для питания драйвера интерфейса типа RS 485 19;
- 12 В, 100 мА, стабилизированное, для питания реле (на чертеже и в описании не обозначены);
- 18 В, 75 мА, стабилизированное, для питания драйверов силовых транзисторов.In the lower part of the monoblock there is a printed unit of the power supply 21, which forms all the voltage necessary for the monoblock to work:
- 5 V, 300 mA, stabilized, for powering the microcontroller and its associated circuits;
- 5 V, 20 mA, stabilized, to power the current sensor 13;
- 5 V, 20 mA, stabilized, to power the voltage sensor 14;
- 5 V, 120 mA, stabilized, for supplying an interface driver of type RS 485 19;
- 12 V, 100 mA, stabilized, to power the relay (not shown in the drawing and description);
- 18 V, 75 mA, stabilized, to power the drivers of power transistors.
Блок питания 21 выполнен по схеме однотактного импульсного ШИМ преобразователя. The power supply 21 is made according to the scheme of a single-cycle pulse PWM converter.
Пульт наладчика 22 функционально состоит из:
- центрального микроконтроллера;
- ЖК-дисплея;
- клавиатуры;
- интерфейса связи с удаленными объектами типа RS 485;
- блока питания.The commissioner 22 functionally consists of:
- central microcontroller;
- LCD display;
- keyboards;
- communication interface with remote objects of type RS 485;
- power supply.
Схема пульта наладчика на чертеже не показана. The diagram of the commissioner is not shown in the drawing.
Пульт наладчика 22 предназначен для просмотра изменения параметров моноблока преобразователя 4. Связь с преобразователем 4 осуществляется по витой паре в соответствии со стандартом RS 485. Пульт наладчика 22 может работать одновременно с тремя моноблоками преобразователей, в этом случае три преобразователя и пульт наладки объединяются в сеть. The commissioner 22 is designed to view changes in the parameters of the monoblock of the converter 4. Communication with the converter 4 is carried out via twisted pair cable in accordance with the RS 485 standard. The panel of the commissioner 22 can operate simultaneously with three monoblocks of the converters, in this case the three converters and the commissioning console are connected to the network.
Информация о параметрах преобразователя выводится на ЖК-дисплей пульта наладчика 22 в удобной форме, параметры сгруппированы по функциональному признаку. Information about the parameters of the Converter is displayed on the LCD display of the commissioner 22 in a convenient form, the parameters are grouped according to a functional attribute.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Входными сигналами для моноблока преобразователя 4 являются сигналы:
- сигнал задания, который преобразователь получает от командоконтроллера 1, определяющий скорость движения электропривода;
- сигналы обратной связи по напряжению и току якорной цепи, необходимые для работы двухконтурной системы подчиненного регулирования, которая реализована с помощью программной модели в преобразователе 4;
- релейные сигналы, определяющие режимы работы преобразователя 4 (тип электропривода, работа/ход, ограничения движения ковша и рукояти, включение возбуждения).The input signals for the monoblock Converter 4 are the signals:
- the reference signal that the converter receives from the command controller 1, which determines the speed of the electric drive;
- feedback signals on the voltage and current of the anchor circuit, necessary for the operation of a dual-circuit system of subordinate regulation, which is implemented using the software model in the converter 4;
- relay signals that determine the operating modes of the transducer 4 (type of electric drive, work / move, restrictions on the movement of the bucket and handle, the inclusion of excitation).
Моноблок преобразователя 4 изменяет ток возбуждения генератора таким образом, чтобы напряжение, развиваемое генератором, было пропорционально напряжению задания. При этом обеспечивается ограничение тока якорной цепи на заданном уровне, минимальное время и гладкость переходных процессов, отсутствие перерегулирования напряжения и тока в цепи якоря генератора. The monoblock of the converter 4 changes the excitation current of the generator so that the voltage developed by the generator is proportional to the voltage of the reference. This ensures the limitation of the current of the anchor circuit at a given level, the minimum time and smoothness of transient processes, the absence of overshoot of voltage and current in the generator armature circuit.
В микроконтроллере 15 входные аналоговые сигналы преобразуются в цифровые коды, которые обрабатываются по заданным алгоритмам. На основании проведенных вычислений микроконтроллер 15 формирует ШИМ сигнал управления силовыми IGВТ-транзисторами, включенными по схеме полностью управляемого моста. In the microcontroller 15, the input analog signals are converted into digital codes, which are processed according to specified algorithms. Based on the calculations, the microcontroller 15 generates a PWM control signal for power IGWT transistors connected according to the scheme of a fully controlled bridge.
Сигналы от одного из командоконтроллеров 1, в зависимости от режима работы - РАБОТА или ХОД, через коммутационный блок 10 (твердотельные реле) поступают на блок элементов защиты и диагностики 16. После фильтрации помех сигналы непосредственно попадают на входы микроконтроллера 15. The signals from one of the command controllers 1, depending on the operating mode — WORK or STROKE — through the switching unit 10 (solid state relays) are fed to the block of protection and diagnostic elements 16. After filtering the interference, the signals directly go to the inputs of the microcontroller 15.
Сигналом задания для моноблока преобразователя 4 служит сигнал от командоконтроллера 1, пропорциональный углу отклонения ручки командоконтроллера 1. Напряжение сигнала задания измеряется относительно опорного напряжения, вырабатываемого также командоконтроллером 1. Питание командоконтроллера 1 формируется в самом преобразователе 4 блоком питания 19. The reference signal for the monoblock of the converter 4 is the signal from the controller 1, proportional to the angle of deviation of the handle of the controller 1. The voltage of the reference signal is measured relative to the reference voltage generated by the controller 1. The power of the controller 1 is generated in the converter 4 by the power supply 19.
Микроконтроллер 15, в зависимости от того, функцию какого электропривода он реализует, формирует характеристики электропривода подъема, напора, вращения или хода. Выбор необходимых параметров осуществляется автоматически. The microcontroller 15, depending on the function of which electric drive it implements, forms the characteristics of the electric lift, pressure, rotation or stroke. The selection of the necessary parameters is carried out automatically.
Основа преобразователя 4 - микроконтроллер. Он имеет аналого-цифровой преобразователь (АЦП), перепрограммируемые в системе память программ и память коэффициентов, оперативную память, генератор ШИМ и другую периферию. На АЦП подаются напряжения задания и ОС по току и напряжению. На основе этого формируется сигнал ШИМ с учетом текущих коэффициентов, формируются статические и динамические характеристики, обслуживается порт RS 485, проводится диагностика в типовом режиме и осуществляются функции защиты блока. При этом, исходя из соотношения напряжений задания и ОС по току и напряжению, которые говорят о состоянии привода, вычисляются оптимальные параметры статических и динамических характеристик. Это обеспечивает низкий коэффициент динамичности привода и благоприятные режимы стопорения механизмов при одновременном увеличении производительности экскаватора, в частности, за счет согласованности взаимодействия приводов напора и подъема, т.е. применены элементы адаптивного привода. The basis of converter 4 is a microcontroller. It has an analog-to-digital converter (ADC), program memory and coefficient memory, program memory, PWM generator and other peripherals that are reprogrammable in the system. The voltage of the reference and OS are supplied to the ADC by current and voltage. Based on this, a PWM signal is formed taking into account current coefficients, static and dynamic characteristics are generated, the RS 485 port is maintained, diagnostics are performed in a typical mode, and block protection functions are carried out. In this case, based on the ratio of the reference voltage and the operating current and voltage, which indicate the state of the drive, the optimal parameters of static and dynamic characteristics are calculated. This provides a low coefficient of drive dynamism and favorable locking modes of mechanisms while increasing excavator productivity, in particular, due to the coordination of the interaction of pressure and lift drives, i.e. elements of adaptive drive are applied.
Выходным сигналом преобразователя 4 является переменное напряжение широтно-импульсной модуляции (ШИМ), подключенное к независимой обмотке возбуждения одного из генераторов главных электроприводов. The output signal of the Converter 4 is an alternating voltage pulse width modulation (PWM) connected to an independent excitation winding of one of the generators of the main electric drives.
Параметры электроприводов определяются параметрами, запрограммированными в память преобразователя 4. Программирование параметров электроприводов осуществляется при наладке или ремонте экскаватора с помощью мобильного специального устройства - пульта наладчика 22. The parameters of the electric drives are determined by the parameters programmed into the memory of the converter 4. The programming of the parameters of the electric drives is carried out during commissioning or repair of the excavator using a mobile special device - the commissioner’s console 22.
Особенность заявляемого устройства состоит еще и в том, что при внезапном отключении напряжения питания экскаватора не произойдет падение ковша или неуправляемое движение поворотной платформы даже в случае неисправных механических тормозов. A feature of the claimed device also lies in the fact that with a sudden shutdown of the power supply voltage of the excavator, the bucket will not fall or the uncontrolled movement of the turntable will occur even in the case of faulty mechanical brakes.
Преимуществом разработанной схемы включения преобразователей 4 является то, что генератор собственных нужд, питания преобразователей 4 и обмоток возбуждения двигателей главных приводов находятся на одном валу с генераторами всего преобразовательного агрегата. При отключении напряжения 6 кВ, преобразовательный агрегат продолжает вращаться в силу своей большой инерционности. При этом на генераторе собственных нужд сохраняется напряжение, и главные приводы экскаватора остаются полностью управляемыми в течение нескольких секунд. Управляемость главных приводов в этом режиме сохраняется при снижении напряжения генератора цепей управления до 60 В. The advantage of the developed scheme for switching on converters 4 is that the auxiliary generator, power supply of the converters 4 and the field windings of the main drive motors are located on the same shaft as the generators of the entire converter unit. When the voltage of 6 kV is turned off, the converter unit continues to rotate due to its large inertia. At the same time, voltage is maintained on the auxiliary generator, and the main drives of the excavator remain fully controllable for several seconds. The controllability of the main drives in this mode is maintained when the voltage of the control circuit generator is reduced to 60 V.
Использование заявляемого изобретения позволит:
повысить технико-эксплуатционные показатели системы управления электроприводами и экскаватора в целом;
- увеличить срок службы экскаватора;
- снизить эксплуатационные затраты;
- упростить процессы наладки, диагностики и ремонта системы управления, а значит, уменьшить время простоя экскаватора;
- увеличить производительность экскаватора;
- упростить процесс управления электроприводами экскаватора;
- в значительной степени снизить утомляемость оператора-экскаваторщика;
- снизить материалоемкость и габариты системы управления электроприводами экскаватора.Using the claimed invention will allow:
to increase the technical and operational performance of the electric drive control system and the excavator as a whole;
- increase the life of the excavator;
- reduce operating costs;
- to simplify the processes of commissioning, diagnostics and repair of the control system, which means to reduce the downtime of the excavator;
- increase the productivity of the excavator;
- simplify the process of controlling the electric drive of the excavator;
- significantly reduce the fatigue of the operator-excavator;
- reduce material consumption and dimensions of the control system of the electric drive of the excavator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001123735A RU2193630C1 (en) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | Excavator electric drive control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001123735A RU2193630C1 (en) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | Excavator electric drive control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2193630C1 true RU2193630C1 (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=20252850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001123735A RU2193630C1 (en) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | Excavator electric drive control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193630C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA012259B1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-08-28 | Игорь Александрович Амелько | Excavator electrical drive's control unit |
| CN102162266A (en) * | 2011-03-05 | 2011-08-24 | 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 | Numerically controlled three-degree-of-freedom coordinated control electric drive system for large-sized mining excavator |
| EA018596B1 (en) * | 2010-08-23 | 2013-09-30 | Игорь Александрович Амелько | Excavator electric drive control device |
| EA021834B1 (en) * | 2012-05-04 | 2015-09-30 | Игорь Александрович Амелько | Excavator electric drive control device |
-
2001
- 2001-08-27 RU RU2001123735A patent/RU2193630C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA012259B1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-08-28 | Игорь Александрович Амелько | Excavator electrical drive's control unit |
| EA018596B1 (en) * | 2010-08-23 | 2013-09-30 | Игорь Александрович Амелько | Excavator electric drive control device |
| CN102162266A (en) * | 2011-03-05 | 2011-08-24 | 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 | Numerically controlled three-degree-of-freedom coordinated control electric drive system for large-sized mining excavator |
| CN102162266B (en) * | 2011-03-05 | 2012-07-25 | 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 | Numerically controlled three-degree-of-freedom coordinated control electric drive system for large-sized mining excavator |
| EA021834B1 (en) * | 2012-05-04 | 2015-09-30 | Игорь Александрович Амелько | Excavator electric drive control device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5045988A (en) | Isolated adjustable frequency AC inverter control | |
| TW342547B (en) | Power factor controller for active converter | |
| CA2001854C (en) | Control apparatus of dc power coupling system | |
| CN104615129B (en) | AC servo motor hardware-in-the-loop test device | |
| RU2193630C1 (en) | Excavator electric drive control device | |
| CN112910098A (en) | Novel open-source real-time testing platform for motor frequency converter | |
| CN101015115A (en) | Motor controller | |
| CN210181177U (en) | Motor parameter setting and testing system | |
| CN104616575B (en) | A kind of Digital Electric electronic experimental device | |
| CN2217021Y (en) | Tilting mechanism Frequency-changing and speed adjusting driving means for tilting mechanism of converter | |
| CN215871256U (en) | Power drive control circuit and system | |
| CN205829517U (en) | A kind of AC voltage-regulating speed-regulating apparatus | |
| RU19936U1 (en) | INTELLIGENT FIELD CONTROLLER FOR CONTROL OF ELECTRICAL EXECUTIVE MECHANISMS BUZ-2 | |
| Petrovcic et al. | A microcomputer-based speed controller for lift drives | |
| JPH02280688A (en) | Inverter device | |
| CN209878945U (en) | Mobile frequency conversion speed regulator comprehensive test vehicle | |
| KR20190091915A (en) | Independent integrated motor control system for controlling multiple motor | |
| JPS6124088B2 (en) | ||
| CN111338397B (en) | Control system of variable working condition rotor test bed | |
| CN220693014U (en) | Multi-motor control circuit, control device and electric control product | |
| CN101582647A (en) | High-accuracy pulse/direct current digital power of ionic accelerator | |
| CN202261141U (en) | Intelligent driving system of stepping motor | |
| CN213915507U (en) | Wire drawing machine | |
| JPS60257790A (en) | Controller of ac elevator | |
| Mahmoud et al. | Relative stability enhancement for brushed DC motor using a PLL interfaced with LabVIEW |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200828 |