Анализ алгоритмов управления крановыми механизмами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ алгоритмов управления крановыми механизмами

Поляк-Брагинский Н.В.

Исходя из анализа процессов, влияющих на общую надежность механизмов крана, для исключения аварийного сброса груза, система управления простым механизмом подъема должна контролировать:

· защиту от самопроизвольного включения механизма при возможных перебоях в электропитании, т.н. «нулевую защиту;

· исправность преобразователя, питающего электродвигатель и самого электродвигателя, этот контроль может выполняться в преобразователе - на блок управления должен приходить сигнал «исправность» после подачи на электродвигатель небольшого задания на движение;

· срабатывание тормоза, не допуская включения приводного электродвигателя на полную мощность при закрытом тормозе, контроль должен проводиться в блоке управления тормозом - на блок управления приходят сигналы подтверждения открытия тормоза и его исправности;

· настройку каждого тормоза, предупреждая персонал о необходимости его настройки при опасном изменении параметров пружины и обкладок, контроль должен проводиться в блоке управления тормозом - на блок управления постоянно приходит сигнал «исправность тормоза» подтверждающий, что параметры тормоза в норме;

· неподвижность груза в период его остановки в промежуточном, по высоте, положении. Независимо от наличия команды на движение блок управления определяет приход импульсов, снимаемых с датчика положения ротора, и вырабатывает сигнал аварии при нулевом задании на движение и получении импульсов, свидетельствующих о движении ротора. Измерение времени между импульсами при наличии команды на движение позволит определить превышение скорости вращения ротора, что также может быть отнесено к аварийным сигналам. Единственной, возможной реакцией схемы управления на такое состояние должно быть одновременное включение аварийной сигнализации и электропривода механизма в направлении движения, т.е. вниз на некоторое, заранее заданное время. Возможно введение в алгоритм управления нескольких попыток останова. Такой режим может быть оправдан возможной разболтанностью шарниров и, возможным изменением тормозных свойств при изменении их положения. Даже при удачной попытке остановить механизм система не должна самостоятельно выключать сигнализацию, а регистрация факта нарушения тормозных свойств обязательна.

· положение груза, предотвращая сброс каната с барабана и упор подвески в конструкции крана - сигналы разрешения движения в заданном направлении, которые вырабатываются конечными выключателями или командоаппаратом;

· нагрузка привода, обеспечивающая выключение или останов привода в случае его перегрузки, этот контроль может выполняться в преобразователе - наличие сигнала о превышении тока должно инвертировать сигнал, дающий разрешение на движение.

Логика работы системы управления минимальным механизмом может быть описана следующим уравнением:

(1)

Где - разрешение работы всех механизмов,

- наличие напряжения питания на системе управления,

- разрешение на работу от блока управления тормозом,

- нулевое положение командоконтроллера (механизм не имеет задания на движение),

- сигнал, характеризующий превышение скорости,

- наличие превышения нагрузки,

, - задание направления движения с пульта управления (вперед, назад),

, - разрешение направления движения с конечного выключателя (вперед, назад).

(2)

(3)

Здесь - разрешение на открытие тормоза;

, - задание преобразователю направления движения (вперед, назад);

- командоконтроллер не установлен в нуль (нулевой контакт разомкнут), т.е. движение санкционировано;

- преобразователь отозвался на подачу минимального задания;

- сообщение от блока управления тормозом о его открытии;

- наличие такой скорости механизма, которая не разрешает наложение тормоза;

- разрешение на полное задание скорости механизма.

(4)

(5)

(6)

(7)

Где - запуск таймера для исключения «дребезга» (время 0,5с);

- состояние работы таймера, запущенного для контроля скорости (время определяется конструкцией и параметрами датчика);

- сигнал, характеризующий нормальное состояние механизма подъема;

- наличие импульса от датчика положения ротора (ротор провернулся);

- сигнал квитирования с пульта управления:

(8)

(9)

(10)

Где - сигнал квитирования с пульта управления.

Задание величины скорости может осуществляться двумя способами. Наиболее старый и, до последнего времени, традиционный способ задания скорости - использование контактного командоконтроллера. При этом по мере поворота рукоятки управления последовательно замыкаются контакты, задающие уровни скорости. В настоящее время часто используются бесконтактные устройства бесступенчато задающие уровень задания. Для управления подъемным краном, где не всегда возможно обеспечить четкую видимость места посадки груза, а главное, увидеть момент касания грузом места установки, более подходящим стоит считать ступенчатое задание скорости. В этом случае крановщик может анализировать движение груза не только визуально, но и по времени движения на установленной ступени скорости. Величина скорости по ступеням задается зависимостями:

, , ……., (11)

(12)

Где - максимальная паспортная скорость механизма;

- минимальная паспортная скорость механизма;

- число ступеней скорости;

- значение скорости на ступени.

При таком задании скорости ее величина должна формироваться по следующим зависимостям:

, , …… , (13)

Где , - команды на формирование напряжения задания соответствующей ступени;

, - сигналы, характеризующие положение рукоятки управления.

При управлении механизмом от бесступенчатого устройства подобная логика должна формироваться внутри системы управления силовым преобразователем, а сигналы, необходимые для этого - во внешнем программируемом контроллере. Бесступенчатая система задания скорости больше подходит для механизмов, которые используются в автоматизированных системах, где ручное управление используется только для перевода механизма из одного рабочего положения в другое без выполнения операций требующих высокой точности движений.

Аварийные сигналы и сигнал «норма» подаются на пульт управления для сигнализации. Сигналы квитирования, порожденные в пульте управления и вызвавшие их состояния должны регистрироваться в аварийном регистраторе с сохранением их времени появления. Время сохранения информации должно составлять не менее месяца, что даст возможность надежно анализировать причины возможных аварий.

Управление многодвигательным приводом (рис. 2.1 и 2.2), дополнительно требует контроля положения и исправности аварийного тормоза и контроля надежности останова любого из двигателей при возникновении в его ветви неисправности - блок управления верхнего уровня принимает сигналы (и) от блока управления дополнительным тормозом.

Управление многодвигательным приводом (рис.3), кроме того, при возникновении аварии требует останова одноименных остановленному приводу двигателей во всех суммируемых парах, а также контроля и удержания равенства нагрузок каждого из двигателей. Такая задача может быть решена анализом сигналов исправности ( и ) соответствующих преобразователей, т.е. разрешение на работу дается при условии исправности всех заявленных на одновременную работу преобразователей, этот анализ должен производится в блоке управления верхнего (среднего) уровня.

Для получения возможности работы с многодвигательным приводом в формулы 1 - 3, описывающие работу элементарной ячейки, необходимо ввести элементы разрешения работы от блока управления верхнего уровня, где эти сигналы и формируются по заданной для данного привода логике.

Управление механизмами подъема специальных грузов (рис. 4.1 и 4.2), кроме описанных выше требований, присущих механизму, работающему на одну подвеску, требует введения функций взаимного контроля и регулирования положения отдельных подвесок. В случае работы с контейнером это только поддержание синхронности их движения. При работе с совком или грейфером необходима отработка задания рассогласования подвесок при опорожнении совка или закрытии или открытии грейфера (не моторного). В последнем случае желательно использование регулятора соотношения нагрузок приводов подъема и замыкания грейфера. Измерение нагрузок поможет выделить моменты закрытия и открытия грейфера. Регулятор соотношения нагрузок может удержать его крайние положения без применения дополнительных датчиков контроля положения грейфера за счет заданного небольшого перекоса нагрузок на лебедках.

Управление многодвигательным приводом механизма передвижения требует введения в работу контроля и регулирования положения перемещаемого механизма относительно рельса. Введение в работу такой системы уменьшает силовые воздействия на направляющие ролики или реборды ходовых колес. Эти элементы, в таком случае, могут включаться в работу только в редких случаях.

Применение задатчика интенсивности разгона для механизма подъема обычно не требуется, хотя желательно, для исключения влияния веса груза на динамику механизма.

Для обеспечения движения с разрешенными ускорениями и, учитывая большой разброс величины полезной нагрузки, очень желательно применение задатчика интенсивности разгона. Для обеспечения долговечности тормозов и предотвращения резких толчков при торможении механизма тормоз необходимо накладывать только по достижении механизмом заданной минимальной скорости после предварительного управляемого торможения электродвигателем. Кроме того, применение задатчика интенсивности разгона может уменьшить загрузку электродвигателя за счет уменьшения величины требуемого пускового момента для привода механизма, оставив настройку ограничителя пускового тока для моментов преодоления местных сопротивлений (рельсовых стыков и неровностей).

При наезде на концевой выключатель допустимо неконтролируемое наложение тормоза, т.к. в этой зоне необходимо сохранить минимальное значение тормозного пути для предотвращения удара по тупикам (см. формулы 1 и 2).

В аварийных случаях, для многодвигательного механизма передвижения, допускается работа одного из двух преобразователей (при неисправности второго), но тормоза должны быть открыты все. Такой режим включается специальной командой, с пульта управления, для аварийного завершения начатой операции с некоторым перегрузом двигателей по сравнению с номинальным режимом.

Такой режим допустим потому, что обычно двигатели механизма передвижения, по статической мощности, загружены на 30-40% для обеспечения заданной частоты пусков и возможности движения на малой скорости. Резервироваться должны не только преобразователи, но и программируемые контроллеры нижнего уровня.

Регуляторы положения, соотношения нагрузок и элементы связи с внешними системами управления решаются в программируемом контроллере среднего (верхнего) уровня. Конкретное их решение зависит от конкретного аппаратного решения, как устройств управления, так и силовых преобразователей, в частности от наличия и типа датчиков нагрузки, положения и пр.

Предполагаемые варианты построения схем управления для описанных выше механизмов представлены на рисунках 1 - 4. Все приведенные блок схемы состоят из следующих узлов:

1 - пульт управления;

2 - программируемый контроллер нижнего уровня;

3 - элементы сигнализации;

4 - частотный преобразователь;

5 - блок управления тормозом;

6 - датчик положения ротора двигателя (рабочего органа);

7 - датчики, или датчик, концевой защиты;

8 - электродвигатель;

9 - электромагнит тормоза;

10 - программируемый контроллер среднего (верхнего) уровня.

механизм многодвигательный привод передвижение

Хорошо заметно, что блок схемы представленные на рисунках 3 - 4 включают в себя как элемент схему представленную на рисунке 1. Такая схема может управлять одним или двумя подключенными к одному преобразователю параллельно, электродвигателями. При необходимости одновременного управления парой тормозов допустимо их параллельное подключение к одному преобразователю в том случае, если контроль их положения осуществляется с помощью отдельных датчиков, или контроль их положения не требуется, что можно допустить при построении схемы управления механизмами передвижения или поворота.

Удвоенное количество тормозов применяется для механизмов подъема работающих с жидким металлом или опасными грузами.

В статье посвященной обзору существующих схем крановых механизмов выделены девять основных схем крановых механизмов. Параметры, описывающие их количественный состав и их привязка к предлагаемым блок схемам, сведены в таблицу 1.

Таблица 1.Состав элементов приводов

В каждом из описанных механизмов могут быть выделены группы, состоящие из одного, двух электродвигателей и тормозов, которые могут быть выделены в относительно самостоятельно управляемые группы, которые, в необходимых случаях, должны объединяться системой управления среднего уровня (10) включающей в себя устройства выравнивания нагрузки, управления взаимным положением частей механизма. Система среднего уровня должна распределять по элементарным ячейкам сигналы управления и суммировать, по необходимости, аварийные и блокировочные сигналы, соединяя, таким образом, систему верхнего уровня (управление краном в целом) с элементарными ячейками.

Размещено на Allbest.ru