一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法及系统，控制方法步骤包括为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩；根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位；控制系统包括和控制方法完全对应的转矩包络线控制程序单元和换挡程序单元。本发明截割变频器不会因负载快速增大而过载跳闸，能够自动实现换档，截割变频器不报故障而又能正常高效工作、简化了掘进机截割变频器操作，降低了操作人员的劳动强度，使得掘进机自动保持强大的破岩能力和高效工作状态。
【专利说明】
一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及悬臂式掘进机的截割变频器控制技术，具体涉及一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]悬臂式煤矿掘进机截割变频电机采用截割变频器驱动后，一般采用2个速度(高低两档)或3个速度(高中低三档)来进行截割。当截割软煤岩时，采用高档，以达到最高截割效率;当截割硬煤岩时，采用中档或低档，以获得较大扭矩破岩。事实上，截割作业时速度档位切换完全依靠操作人员，掘进机运用好与否跟操作人员关系很大，主要是操作人员的经验，操作人员可凭经验听截割声音或观察操作箱上截割变频电机负荷来切换档位，而在大多数的情况下，操作人员为了赶进度或懒于换档一直工作在高速档，即使遇到硬煤岩，也不会切换到中低速以增加扭矩，这样直至截割变频电机因扭矩不足而过流跳闸。
[0003]目前掘进机的截割速度档位完全人工操作，通过操作人员人为操作相应档位按钮进行切换，由于操作人员的经验差别、换档的及时性，不只是直接影响到掘进机的掘进效率，更重要的是截割变频电机容易过流跳闸，并引起电气、机械方面的故障。另一方面，由于掘进机在掘进巷道时，因地质条件的不确定性，这一段巷道煤岩较硬时，另一段煤岩又较软，或者巷道上方较硬，下方较软，甚至整个断面煤岩软硬就具有不确定性，因此完全依靠人工换档无法实现很好地自由切换，也不是理想和高效的换档方式。目前暂时还没有采用自动换档的方式来解决截割变频器换档调速的问题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题，提供一种截割变频器不会因负载快速增大而过载跳闸，能够自动实现换档，截割变频器不报故障而又能正常高效工作、简化了掘进机截割变频器操作，降低了操作人员的劳动强度，使得掘进机自动保持强大的破岩能力和高效工作状态的悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法及系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法，步骤包括:
1)为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩；
2)根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位。
[0006]优选地，所述步骤2)的详细步骤包括:
2.1)为每一个档位初始化设置电流定值、转矩定值、额定转速和降档转速，控制截割变频器工作在默认档位，默认档位为截割变频器的当前档位；
2.2)检测截割变频电机的电流、转矩和转速，如果截割变频电机的电流小于当前档位对应的电流定值、转矩小于当前档位对应的转矩定值、转速等于当前档位对应的额定转速三个条件同时满足，则跳转执行步骤2.3);如果截割变频电机的电流增加至当前档位对应的电流定值、转矩增加至当前档位对应的转矩定值、转速降低至当前档位对应的降档转速三个条件同时满足，则跳转执行步骤2.4)；
2.3)判定当前档位之上是否有更高档位，如果有则控制截割变频器工作在更高档位，该更高档位为截割变频器的当前档位;跳转执行步骤2.2);
2.4)判定当前档位之下是否有更低档位，如果有则控制截割变频器工作在更低档位，该更低档位为截割变频器的当前档位;跳转执行步骤2.2)。
[0007]优选地，所述步骤2.1)中的默认档位为截割变频器的最高档位。
[0008]本发明还提供一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制系统，包括:
转矩包络线控制程序单元，用于为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩；
换挡程序单元，用于根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位。
[0009]优选地，所述换挡程序单元包括:
默认档位设置子模块，用于为每一个档位初始化设置电流定值、转矩定值、额定转速和降档转速，控制截割变频器工作在默认档位，默认档位为截割变频器的当前档位；
档位切换判断模块，用于检测截割变频电机的电流、转矩和转速，如果截割变频电机的电流小于当前档位对应的电流定值、转矩小于当前档位对应的转矩定值、转速等于当前档位对应的额定转速三个条件同时满足，则调用加档模块;如果截割变频电机的电流增加至当前档位对应的电流定值、转矩增加至当前档位对应的转矩定值、转速降低至当前档位对应的降档转速三个条件同时满足，则调用减档模块；
加档模块，用于判定当前档位之上是否有更高档位，如果有则控制截割变频器工作在更高档位，该更高档位为截割变频器的当前档位；
减档模块，用于判定当前档位之下是否有更低档位，如果有则控制截割变频器工作在更低档位，该更低档位为截割变频器的当前档位。
[0010]优选地，所述默认档位设置子模块的默认档位为截割变频器的最高档位。
[0011]本发明悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法具有下述优点:
1、本发明为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩，转矩包络线控制功能的增加，使截割变频电机输出特性变软，截割变频器不会因负载快速增大而过载跳闸，正是利用此功能，可以通过主控制器对截割变频器的运行状态实时监测，根据预设条件实现截割变频器速度档位自由切换。
[0012]2、本发明根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位，能够自动实现换档，截割变频器不报故障而又能正常高效工作、简化了掘进机截割变频器操作，降低了操作人员的劳动强度，使得掘进机自动保持强大的破岩能力和高效工作状
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【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
[0014]图2为应用本发明实施例方法的截割变频器控制系统结构示意图。
[0015]图3为本发明实施例截割变频电机的转矩转速特性曲线。
[0016]图4为本发明实施例步骤2)的流程示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了简化说明，下文将以该截割变频器自动换档高档位和低档位为例，对本发明悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法进行说明。
[0018]如图1所示，本实施例悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法的步骤包括:
1)为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩；
2)根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位。
[0019]如图2所示，本实施例在传统常规控制系统的基础上增加一个自动与手动切换按钮，也就是在保留原有手动换档功能的基础上，增加一个自动换档按钮，都接入主控制器。按下自动换档按钮，则系统自动进入自动换档模式，同时操作箱的显示屏上显示为自动换档模式。主控制器(或PLC)通过CAN总线(或其他通讯方式)与截割变频器进行通讯控制，实时读写截割变频器的参数;截割变频器控制截割变频电机，并实时采取截割变频电机的速度信号;截割变频器工作状态及重要参数通过显示屏显示。需要说明的是，传统常规控制系统的转速闭环控制功能的截割变频器工作原理为:当速度给定值不变的运行工况下，负载增大时，截割变频器输出转矩也会随着负载增大而增大，以维持转速稳定；同样工况下，负载减小时，输出转矩也会随着负载减小而减小。因此，传统常规控制系统的转速闭环控制功能的截割变频器是没有转矩包络线控制功能的。本实施例中为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩，转矩包络线控制功能的增加，使截割变频电机输出特性变软，截割变频器不会因负载快速增大而过载跳闸，正是利用此功能，可以通过主控制器对截割变频器的运行状态实时监测，根据预设条件实现截割变频器速度档位自由切换，具体表现为:当截割变频器工作在某个速度档位时，输出转矩是完全根据截割变频电机的转矩转速特性曲线(参见图3)而设置，什么样的速度对应其相应的输出转矩。如图3所示，高档1500r/min对应 1265N.m，中档 1000r/min对应 1900N.m，低档500r/min对应3200N.m;因此，SP使当前负载变大，电机输出转矩不够也还是同样转矩输出，不会因转速下降而增大电机转矩。
[0020]如图4所示，步骤2)的详细步骤包括:
2.1)为每一个档位初始化设置电流定值、转矩定值、额定转速和降档转速，控制截割变频器工作在默认档位，默认档位为截割变频器的当前档位；
2.2)检测截割变频电机的电流、转矩和转速，如果截割变频电机的电流小于当前档位对应的电流定值、转矩小于当前档位对应的转矩定值、转速等于当前档位对应的额定转速三个条件同时满足，则跳转执行步骤2.3);如果截割变频电机的电流增加至当前档位对应的电流定值、转矩增加至当前档位对应的转矩定值、转速降低至当前档位对应的降档转速三个条件同时满足，则跳转执行步骤2.4)；
2.3)换高档位:判定当前档位之上是否有更高档位，如果有则控制截割变频器工作在更高档位，该更高档位为截割变频器的当前档位;跳转执行步骤2.2)；
2.4)换低档位:判定当前档位之下是否有更低档位，如果有则控制截割变频器工作在更低档位，该更低档位为截割变频器的当前档位;跳转执行步骤2.2)。
[0021]需要说明的是，图4仅仅是以高档位和低档位为例进行说明，因此截割变频器工作在高档位时，当前档位即为高档位;截割变频器工作在低档位时，当前档位即为低档位;毫无疑问，该步骤2)还可以进一步扩展到更多档位的情况。
[0022]本实施例中，步骤2.1)中的默认档位为截割变频器的最高档位(例如1500r/min)。
[0023]本实施例悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制系统为主控制器上实现的程序，本实施例悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制系统包括:转矩包络线控制程序单元，用于为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩;换挡程序单元，用于根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位。
[0024]本实施例中，换挡程序单元包括:
默认档位设置子模块，用于为每一个档位初始化设置电流定值、转矩定值、额定转速和降档转速，控制截割变频器工作在默认档位，默认档位为截割变频器的当前档位；
档位切换判断模块，用于检测截割变频电机的电流、转矩和转速，如果截割变频电机的电流小于当前档位对应的电流定值、转矩小于当前档位对应的转矩定值、转速等于当前档位对应的额定转速三个条件同时满足，则调用加档模块;如果截割变频电机的电流增加至当前档位对应的电流定值、转矩增加至当前档位对应的转矩定值、转速降低至当前档位对应的降档转速三个条件同时满足，则调用减档模块；
加档模块，用于判定当前档位之上是否有更高档位，如果有则控制截割变频器工作在更高档位，该更高档位为截割变频器的当前档位；
减档模块，用于判定当前档位之下是否有更低档位，如果有则控制截割变频器工作在更低档位，该更低档位为截割变频器的当前档位。
[0025]其中，默认档位设置子模块的默认档位为截割变频器的最高档位。截割变频器工作时默认在高速档位运行。截割变频器在运行时，主控制器通过CAN总线与之通讯，实时监测截割变频电机的电流、转矩、转速。如果截割变频电机的电流增加至当前档位对应的电流定值、转矩增加至当前档位对应的转矩定值、转速降低至当前档位对应的降档转速三个条件同时满足，则调用减档模块，以增加截割电机输出转矩，增强破岩能力；如果截割变频电机的电流小于当前档位对应的电流定值、转矩小于当前档位对应的转矩定值、转速等于当前档位对应的额定转速三个条件同时满足，则调用加档模块，以提高截割电机的截割效率。
[0026]需要说明的是，本实施例中仅仅是以设置高档位和低档位为例进行的示例性说明，毫无疑问，在上述记载，本领域技术人员也可以根据需要设置更多速度档，其原理与本实施例完全相同，故在此不再赘述。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法，其特征在于步骤包括: I)为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩； 2 )根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位。2.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法，其特征在于，所述步骤2)的详细步骤包括: 2.1)为每一个档位初始化设置电流定值、转矩定值、额定转速和降档转速，控制截割变频器工作在默认档位，默认档位为截割变频器的当前档位； 2.2)检测截割变频电机的电流、转矩和转速，如果截割变频电机的电流小于当前档位对应的电流定值、转矩小于当前档位对应的转矩定值、转速等于当前档位对应的额定转速三个条件同时满足，则跳转执行步骤2.3);如果截割变频电机的电流增加至当前档位对应的电流定值、转矩增加至当前档位对应的转矩定值、转速降低至当前档位对应的降档转速三个条件同时满足，则跳转执行步骤2.4)； 2.3)判定当前档位之上是否有更高档位，如果有则控制截割变频器工作在更高档位，该更高档位为截割变频器的当前档位;跳转执行步骤2.2); 2.4)判定当前档位之下是否有更低档位，如果有则控制截割变频器工作在更低档位，该更低档位为截割变频器的当前档位;跳转执行步骤2.2)。3.根据权利要求2所述的悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制方法，其特征在于，所述步骤2.1)中的默认档位为截割变频器的最高档位。4.一种悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制系统，其特征在于包括: 转矩包络线控制程序单元，用于为截割变频器的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，使得截割变频器的输出转矩为截割变频电机当前转速在其转矩转速特性曲线上对应的输出转矩； 换挡程序单元，用于根据截割变频电机的电流、转矩和转速来自动切换截割变频器的工作档位。5.根据权利要求4所述的悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制系统，其特征在于，所述换挡程序单元包括: 默认档位设置子模块，用于为每一个档位初始化设置电流定值、转矩定值、额定转速和降档转速，控制截割变频器工作在默认档位，默认档位为截割变频器的当前档位； 档位切换判断模块，用于检测截割变频电机的电流、转矩和转速，如果截割变频电机的电流小于当前档位对应的电流定值、转矩小于当前档位对应的转矩定值、转速等于当前档位对应的额定转速三个条件同时满足，则调用加档模块;如果截割变频电机的电流增加至当前档位对应的电流定值、转矩增加至当前档位对应的转矩定值、转速降低至当前档位对应的降档转速三个条件同时满足，则调用减档模块； 加档模块，用于判定当前档位之上是否有更高档位，如果有则控制截割变频器工作在更高档位，该更高档位为截割变频器的当前档位； 减档模块，用于判定当前档位之下是否有更低档位，如果有则控制截割变频器工作在更低档位，该更低档位为截割变频器的当前档位。6.根据权利要求5所述的悬臂式掘进机截割变频器自动换档的控制系统，其特征在于，所述默认档位设置子模块的默认档位为截割变频器的最高档位。
【文档编号】E21C31/02GK105863632SQ201610413646
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】伍普照, 贺文, 熊颉, 施蔚加, 刘东山, 胡喜斌, 李超, 贾岩, 丁晓帆, 黎凯平, 贺梁
【申请人】株洲中车时代装备技术有限公司