Сопряжение системы управления крановыми ЭП с ПК

 

В настоящее время большое распространение получили персональные компьютеры. В перспективе можно использовать ПК в качестве контролирующей системы – системы, которая могла бы следить за параметрами крана (положение стрелы, скорость работы двигателей и пр.) и с помощью, которой можно было бы производить удаленное управление крановыми электроприводами. Таким образом, наличие крановщика не являлось бы уже обязательным, а за погрузочные работы ответственность лежала на операторе. При этом один оператор может отвечать за 2 крана.

На начальном этапе можно рассматривать персональные компьютеры лишь в качестве корректирующих устройств, что позволит более экономно и более эффективно расходовать ресурсы.

 

Проблемы сопряжения ПК – система управления – кран:

1. Наличие высококвалифицированного персонала для обеспечения бесперебойной работы системы

2. Обеспечение безопасности

3. Создание благоприятных условий окружающей среды для работы ПК

 

Принцип построения системы.

Система управления краном, разрабатываемая в данной работе, может быть подключена к персональному компьютеру посредством шлейфов. Присоединение можно производить как к последовательному, так и к параллельному порту, однако для этого требуется дополнительная разработка управляющих программ. Со стороны компьютера также требуется разработка и последующая установка программного обеспечения. При этом надо очень внимательно подходить к выбору операционной системы и языка программирования для создания рабочих приложений.

На данной момент пока не существует 100% надежных операционных систем, которые не дают сбоев в работе. Однако ОС, выпускаемые фирмой Microsoft являются максимально приближенными к данному условию. При этом логичнее и целесообразнее использовать операционные системы типа DOS, вследствие того, что данная операционная система не является многозадачной, что позволяет выполнять более корректно требуемую задачу и не происходит спонтанное расходование ресурсов. Плюс, не имеет смысла использовать многозадачные операционные системы, так как единственной дополнительной задачей может являться только самодиагностика системы, но данную операцию можно встроить как в само программное обеспечение слежения за крановыми показателями, так и оформить как отдельную программу. Альтернативной операционной системой может являться также и специально разработанная ОС для выполнения необходимых операций, однако это влечет за собой проблему набора большого штата высококвалифицированных программистов, что в некоторых условиях не может быть выполнено.

Ограничения, накладываемые на ПК, управляющий или следящий за состоянием кранового электрооборудования.

Следует по возможности избежать объединения управляющих компьютеров в сеть в том случае, если рабочие станции разнесены по разным помещениям, так как в современных условиях следует максимально защитить работу компьютеров от различных диверсионных действий, которые могут повлечь за собой порчу имущества, гибель людей или, в самых тяжелых случаях, массовые отравления различными ядовитыми веществами. Каждый ПК должен быть лишен каких-либо систем ввода-вывода за исключением клавиатур, т.е. никакая информация не должна поступать на данный компьютер извне. Это позволит избежать появления на ПК различного рода вредоносных программ (вирусы, spy ware, трояны и пр.). Системы ввода-вывода могут быть подключены только специализированным обслуживающим персоналом. Каждая рабочая станция должна проходить полную системную проверку не реже 4х раз в год, при этом в случае установки ОС MS DOS желательным является использования тестовой программы AMI Diagnostic 5.42, так как на данный момент это одна из наиболее качественных программ, позволяющих производить тестирование каждого из узлов ПК.

Проблема использования ПК в качестве управляющих и следящих систем сопряжена с большими трудностями, однако использование таких систем позволит уменьшить время простоя, увеличить срок службы оборудования и облегчить работу оператора-крановщика.

 

Описание схемы

Схема управления реализована на промышленном микроконтроллере КР580ИК80А. Связь между микроконтроллером и силовой частью осуществляется посредством связки светодиод-фототиристор, что обеспечивает гальваническую развязку силовой части и схемы управления.

Силовая часть схемы реализована на тиристорных ключах, включенных встречно-параллельно,что обеспечивает бесконтактное включение электродвигателей.

Регулирование скоростей вращения двигателей М1 и М2 осуществляется широтно-импульсным преобразователем, сигнал на который так же через гальваническую развязку поступает от микроконтроллера. Сигнал представляет импульсы периодом 100 мкс и длительностью от 4 до 25 мкс.

Синхронизация вращения ротора двигателей осуществляется за счет обработки микроконтроллером входных величин с датчиков тока и напряжения, т.е. значений цифровых сигналов А,В ППА3 и В,С ППА4, данные сигналы реализуют обратную связь по току и ЭДС ротора.

 

Для того чтобы подготовить схему к работе, необходимо включить аппараты видимого разрыва QF1.1 и QF2.1 для питания силовой части электропривода и воздушный выключатель QS, для питания схемы управления.

При подаче напряжения на схему управления микроконтроллер выполнит проверку всех входов на наличие сигналов и перейдет в режим ожидания сигнала нулевого уровня на канале С0 программируемого параллельного адаптера ППА1, что соответствует положению рукоятки командоконтроллера в «0».

Работа схемы.

Зачерпывание груза.

Нажимается педаль, командоконтроллер переводится в положение «1» подъема, при этом микроконтроллер выдает на выходах А0, А1 порта А ППА1 сигналы единичного уровня, данные сигналы открывают транзисторы VT1-VT4 схемы управления и через светодиоды VD1.1-VD1.3, VD1.6-VD1.8, при этом, открываются соответствующие симмистеры, VS1.1-VS1.3, VS1.6-VS1.8. На цепь статора двигателя М1 поступает напряжение. Одновременно с этим с выхода А3 ППА1 поступает сигнал на подачу напряжения на магнитный гидротолкатель М3. Кроме этого, на выходах А4, А5, А7, так же присутствует сигнал единичного уровня, для подачи напряжения на М2 и М4. Двигатель М2 вращается на сверхмалых оборотах, для протягивания провисающего троса.

Через 7 секунд после начала операции закрытия грейфера микроконтроллер ожидает сигнал на входе С6 ППА2, что соответствует замыканию конечного выключателя закрытия грейфера. При отсутствии сигнала микроконтроллер ожидает еще 7 секунд, если сигнал не появился, то выдается сообщение об аварии. При наличии данного сигнала на выход В5 ППА1 подается световой сигнал о закрытии грейфера и микроконтроллер автоматически переходит в режим подъема груза.

Подъем груза.

Подъем груза осуществляется при положении рукоятки командоконтроллера 1,2,3 подъем. При переводе рукоятки командоконтроллера в положение 1 подъема, на выходах А0,А1, А3, А4, А5, А7 ППА1 присутствует сигналы единичного уровня, которые открывают транзисторные каскады и по управляющим каналам оптопар протекает ток, при этом открываются тиристорные ключи и получают питание двигатели М1, М2, и МГТ М3, М4. Импульсы с выходов В2 и В3 ППА1 через оптопары VU1.17 и VU2.17 осуществляют открытие и закрытие транзисторов VT1.3 и VT2.3, что обеспечивает регулирование скорости вращения роторов двигателей М1 и М2. При положении рукоятки командоконтроллера 2 и 3 подъема изменяется только длительность импульсов на выходах В2 и В3 ППА1, что обеспечивает изменение скорости вращения.

Спуск груза.

Спуск груза в положениях рукоятки командоконтроллера 1 и 2 осуществляется методом динамического торможения, за счет открытия транзисторов VT1.1, VT1.2, VT2.1 и VT2.2 импульсами с выходов В0 и В1 ППА1. При положении 3 рукоятки командоконтроллера осуществляется силовой спуск груза.

Открытие грейфера.

Открытие грейфера осуществляется только при нажатой педали и положении рукоятки командоконтроллера 1 режима спуска.

 

В данной схеме предусмотрены следующие виды защит и блокировок.

Защиты.

- Защита от минимального напряжения силовой части электропривода, реализована применением датчиков напряжения в цепи статора. Сигнал с датчика поступает на АЦП, где преобразуется в цифровой вид и поступает на микроконтроллер.

- Защита от максимального тока силовой части электропривода, реализована применением датчиков тока в цепи статора. Сигнал с датчика поступает на АЦП, где преобразуется в цифровой вид и поступает на микроконтроллер.

Блокировки.

- Нулевая блокировка, реализована применением датчиков напряжения в цепи статора. Сигнал с датчика поступает на АЦП, где преобразуется в цифровой вид и поступает на микроконтроллер.

- Блокировка ограничения высоты подъёма груза, реализована на конечных выключателях SQ1 и SQ2.

- Блокировка положения грейфера, реализована на дифференциальной рейке, имеющей контакты SQ3 и SQ4.