Размещено на http://www.allbest.ru/

Система диспетчеризации карьер: от программируемого контроллера к бортовому компьютеру

Владимиров Д.Я., Протасов Д.Е.

В статье рассматривается необходимость модернизации оборудования мобильных объектов в системе диспетчеризации горно-транспортного комплекса. Обосновывается целесообразность применения бортового компьютера. Приводятся характеристики новой разработки - интеллектуальной панели ИП-01 и дается описание преимуществ ИП-01 перед СКЗ -02.01.

Задачу диспетчеризации подвижных объектов, как правило, можно разделить на три взаимосвязанных направления: диспетчерский программно-аппаратный комплекс, канал радиосвязи и оборудование, устанавливаемое на мобильные объекты. Важность и эффективность работы каждого из направлений зависит от области применения диспетчеризации и решаемых ею задач. Так, в горнодобывающей промышленности диспетчерская система является основой для автоматизации горно-транспортного комплекса и выполняет следующие функции [1]:

– управление экскаваторно-автомобильным и железнодорожным комплексами, а также буровыми станками и вспомогательным оборудованием в режиме реального времени;

– мониторинг работы оборудования (двигателей и узлов автосамосвалов, эксплуатации шин, заправок и расхода топлива);

– управление и контроль объемов и качества руды;

– контроль движения горной массы, соблюдения транспортом маршрутов и скоростных режимов и многое другое.

Очевидно, что источником данных для любой диспетчерской системы является оборудование, устанавливаемое на мобильные объекты - получение координат, сбор данных с датчиков и их первичная обработка производятся непосредственно на борту. Традиционно для этого на мобильные объекты устанавливается программно-аппаратный комплекс, состоящий из датчиков, навигационного оборудования, средств связи и программируемых логических контроллеров. Примером такого комплекса может служить Система Контроля Загрузки и Топлива (СКЗиТ), устанавливаемая на самосвалы БелАЗ и работающая в составе системы диспетчеризации КАРЬЕР (рис. 1).

Рис. 1. Оборудование мобильного объекта

диспетчеризация модернизация компьютер контроллер

Ядром системы СКЗиТ является программируемый логический контроллер СКЗ-02.01, построенный на основе микропроцессора Infineon C167. Структурная схема контроллера представлена на рис. 2.

Для связи с объектной частью контроллер содержит 8 дискретных входов, 8 токовых входов, 2 счетных входа, 8 дискретных выходов. Также имеются внешние информационные интерфейсы: 2 интерфейса RS-232 и интерфейс CAN. Контроллер не имеет встроенных средств отображения информации, и для этого используется внешний блок индикации P120, подключаемый по интерфейсу RS-232. Как и большинство программируемых логических контроллеров, СКЗ-02.01 не имеет развитых средств ввода данных, типа клавиатуры или «мыши», его программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми устройствами на базе PC или ноутбука, со специальным программным обеспечением и отладочным кабелем. Датчики и исполнительные устройства подключаются к контроллеру централизованно, но существует возможность использования внешних концентраторов сигналов или интеллектуальных датчиков с цифровым выходом, подключаемых, например, по шине CAN. Для получения навигационных данных и связи с радиостанцией используется специальный радионавигационный блок (РНБ), интегрируемый внутрь корпуса контроллера.

Рис. 2. Структура микроконтроллера СКЗ-02.01

В процессе почти десятилетней эксплуатации системы КАРЬЕР перед ней ставились все новые задачи: самонаведение буровых станков на проектную точку без предварительной маркшейдерской выноски, передача трехмерной карты на борт экскаватора с целью корректировки в реальном времени положения его ковша, видеонаблюдение за объектами и другие задачи, требующие значительной скорости обработки данных. Решение этих задач стало возможным благодаря распространению цифровых технологий радиосвязи, таких как WiMax и MESH [2], позволяющих передавать большие объемы данных с высокой скоростью и надежностью даже в условиях карьера. Возросшие требования к обработке трафика и общему быстродействию, а также к мультимедийным возможностям создали предпосылки к использованию более производительного бортового оборудования. Кроме того, помимо недостаточной вычислительной мощности, программируемые микроконтроллеры имеют ряд присущих им недостатков: сложность написания и модернизации программного обеспечения, необходимость высокой квалификации у программистов и обучения персонала, выполняющего обслуживание и первоначальную настройку системы, отсутствие развитого интерфейса c оператором (HMI).

С учетом новых требований и указанных недостатков была разработана так называемая «интеллектуальная панель» ИП-01. Она представляет собой промышленный компьютер со встроенным сенсорным ЖК-дисплеем, имеющим светодиодную подсветку (рис. 3). Конструктивно компьютер выполнен в виде единого блока и предназначен для установки на подвижные объекты с целью мониторинга, диагностики его параметров и управления различными узлами. Конструктивное решение корпуса изделия позволяет встраивать его в панель приборов, например, автосамосвала.

Рис. 3. Интеллектуальная панель ИП-01

Интеллектуальная панель имеет следующие характеристики:

– оперативная память - 128 МБ, DDR;

– FLASH-память - 1 ГБ;

– интерфейс CAN 2.0B - 2 шт.;

– интерфейс RS-232 - 2шт.;

– интерфейс RS-485 - 2шт.;

– интерфейс Ethernet 10/100 Base-/TX. IEEE 802.3 и 802.3u;

– аудиовыход;

– выход DVI - используется при подключении внешнего ЖК-монитора;

– USB 2.0.

Панель ИП-01 питается от источника постоянного напряжения в диапазоне +18...+32 В. При подаче напряжения до +70 В блок не выходит из строя. Имеется защита от подключения питания в обратной полярности. Цепи связи ИП-01 с объектом контроля гальванически изолированы от внутренних цепей блока. Рабочий диапазон температур от минус 30 до плюс 65°С. Температура хранения от минус 40 до плюс 85°С. Наработка на отказ - не менее 36000 часов. Средний срок службы с учетом проведения восстановительных работ - не менее 10 лет. Гарантийный срок - 18 мес.

Устройство построено на базе процессора Marvell XScale-PXA320 806 МГц и работает под управлением операционной системы Windows CE 5.0. Возможно использование ОС Linux. Технические характеристики ИП-01 позволяют решать массу задач контроля и диагностики работы автосамосвалов, экскаваторов и других мобильных объектов горно-транспортного комплекса и значительно упрощают работу водителей и механиков. Вот только некоторые из преимуществ:

– возможность в режиме реального времени наблюдать за параметрами работы объекта, т.е. ИП-01 способна заменить полностью приборную панель самосвала, экскаватора и, при соответствующей доработке, любого подвижного объекта горно-транспортного комплекса;

– простой и удобный графический пользовательский интерфейс и развитые средства его разработки (Microsoft Windows .NET Framework);

– фиксирование эксплуатационных параметров и различных событий во время работы благодаря большому объему памяти;

– при использовании ИП-01 в качестве цифровой панели приборов уменьшается количество жгутов под панелью за счет того, что все концентраторы данных располагаются ближе к узлам и агрегатам а/с, а информация передается по шине CAN;

– непосредственное подключение высокоскоростных устройств передачи данных посредствам Ethernet и возможность удаленного управления ИП-01;

– возможность двусторонней передачи сообщений от диспетчера к водителю, голосовое озвучивание сообщений;

– эргономичность;

– простота использования оператором и обслуживающим персоналом достигается за счет возможности подключения внешних устройств ввода-вывода, таких как мышь, графический монитор, звуковые колонки и т.п.;

– благодаря использованию ОС Windows CE снижается стоимость разработки прикладного программного обеспечения под нужды конкретного заказчика.

С точки зрения пользователя, система из «черного ящика», с которым эффективно можно было работать только с помощью подсоединенного ноутбука, превращается в полноценную компьютерную систему диагностики узлов и агрегатов, мониторинга работы водителя и обслуживающего персонала и контроля за техническим состоянием а/с в период между техобслуживанием. Таким образом, интеллектуальная панель ИП-01 является не просто программируемым логическим контроллером, выполняющим одну определенную задачу, а становится полноценным бортовым компьютером. Более 100 комплектов мобильного оборудования с ИП-01 уже эксплуатируются в составе системы диспетчеризации КАРЬЕР на предприятиях Сибирской Угольной Энергетической Компании.

Литература

1. Владимиров Д.Я., Клебанов А.Ф., Перепелицын А.И. Система диспетчеризации «КАРЬЕР»: от мониторинга большегрузных автосамосвалов к управлению горно-транспортным комплексом и оптимизации горных работ в карьере // Горная промышленность. - 2004. - №4.

2. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. - М.: Техносфера, 2005.

Размещено на Allbest.ru