Содержание
Повышение эффективности производства на современном этапе его развития обеспечивается широким внедрением компьютерных информационных технологий на базе микропроцессорной техники.
В данной статье рассмотрим как ПЛК помогает решить производственные вопросы в области автоматизации производственных систем.
Формирование структурной схемы системы управления
Применение компьютерных систем управления на конвейерном транспорте позволяет:
- Сократить износ лент и расход электроэнергии при неравномерных грузопотоках.
- Сократить состав аппаратуры автоматизации за счет использования многофункциональных микропроцессорных контроллеров.
- Позволяет существенно увеличить объем и качество информации о работе конвейеров, представляемой оператору (диспетчеру) компьютером.
- Повысить надежность работы и реализовать самодиагностику системы автоматизации. Это позволяет увеличить пропускную способность конвейерных линий.
- Позволяет оператору выбрать и реализовать оптимальную стратегию управления конвейерным транспортом: максимально сократить простои источников грузопотоков и минимизировать затраты на транспортирование единицы массы груза.
- Реализовать дополнительные функции управления, в частности, стабилизировать погонную загрузку и осуществить ускоренный пуск протяженной линии в случае оснащения конвейеров регулируемым электроприводом, либо применения управляемых усредняющих бункеров.
Управляющая часть компьютерной системы управления конвейерной линией представляет собой:
- При этом каждый МК решает задачи локального управления отдельным конвейером.
- Верхний уровень системы управления это, автоматизированное рабочее место оператора.
- Сеть микропроцессорных контроллеров (МК), сопряженных с управляющим компьютером оператора.
- Управляющий компьютер решает задачи оптимизации, координированного управления конвейерами и визуализации их функционирования.
Реализация компьютерной системы требует создания аппаратного и программного обеспечений, способных осуществить управление конвейерной линией в реальном времени.
В КузГТУ разрабатывается компьютерная система управления неразветвленной конвейерной линией, ленточные конвейеры которой имеют нерегулируемые электроприводы, натяжные устройства и тормоза дискретного действия.
Структурная схема системы автоматизации такой конвейерной линии представлена на рисунке 1:
На схеме приняты следующие обозначения:
- RS 232/485, RS 485/232 — встраиваемые преобразователи интерфейсов.
- УК — управляющий компьютер, персональный или промышленный.
- НУ — натяжное устройство, электродвигатель-редуктор-лебедка.
- МБУ — микропроцессорный блок управления конвейером.
- ДЭ — датчики срабатывания электрической защиты.
- ДО — датчики экстренного останова конвейера.
- П — пускатель электродвигателей конвейера.
- ДН — датчики аварийного натяжения ленты.
- ПТ — пускатель электромагнита тормоза.
- МК — микропроцессорный контроллер.
- М3 — модуль контроля завала ленты.
- ПН — пускатель натяжной лебедки.
- ДТ — датчики включения тормоза.
- М — электродвигатель конвейера.
- МС — модуль контроля скорости.
- Т — электромагнитный тормоз.
- ЗС — звуковой сигнализатор.
- СС — световой сигнализатор.
- ДЛ — датчики схода ленты.
- ДС — датчики скорости.
- МП — модуль питания.
- ДЗ — датчики завала.
В качестве датчика скорости используется типовой датчик ДКС, представляющий собой синхронный тахогенератор, приводимый в действие движущейся лентой, а именно:
- ДН — динамометр с двумя контактами, первый из которых срабатывает при недопустимо низком, а второй — при недопустимо высоком натяжении ленты.
- ДЭ — реле срабатывания электрозащиты являются электроконтактными датчиками дискретного действия.
- ДТ — концевой выключатель.
- Датчик ДЗ — электронный.
- Датчики ДЛ — (КСЛ-2).
Для формирования дискретных сигналов контроля скорости и завала ленты используются модули МС и М3 представленный на рисунке 2:
где
- Ус — усилитель.
- ДС — датчик скорости.
- ПЭ — пороговый элемент.
- ДЗ — датчик завала ленты.
- FДС — частота выходного напряжения.
- VЛ — фактическая скорость движения ленты.
- ПЧН — преобразователь частоты в напряжение.
- VЛ НОМ — номинальная скорости движения ленты.
- Un — постоянное напряжение на выходе ПЧН, пропорциональное fДС.
- hзад — заданный уровень заполнения ленты материалом в точке перегрузки.
- h — фактический уровень заполнения ленты материалом в точке перегрузки.
- Рисунок А — статические характеристики каналов контроля скорости движения ленты.
- Рисунок Б — статические характеристики каналов контроля завала конвейера в точке перегрузки.
- Uвых1 — выходной сигнал модуля МС, определяющий моменты включения и отключения тормоза при пуске и останове конвейера.
- Uвых — выходной сигнал модуля М3, определяющий момент возникновения завала в точке перегрузки материала на другой конвейер.
- Uвых2 — выходной сигнал модуля МС, определяющий моменты окончания пуска и аварийного отключения конвейера при снижении скорости ленты на 25 % от номинального значения.
Модуль скорости формирует два выходных сигнала:
- Первый Uвых1 используется для управления тормозом при пуске/останове конвейера.
- Второй Uвых2 — для управления последовательным пуском конвейеров линии и аварийного отключения конвейера при недопустимом снижении скорости движения ленты.
Модуль завала ленты формирует сигнал Uвых на отключение конвейера при достижении уровня заполнения ленты заданного значения.
Цифровой канал связи управляющего компьютера с микроконтроллерами конвейеров включает в себя встроенные в компьютер и микропроцессорные блоки преобразователи интерфейсов RS 232/485 и линию связи — витую пару проводников.
Описание алгоритмов работы системы управления
Система управления, включающая в себя датчики, вычислительную сеть и пусковую аппаратуру обеспечивает выполнение следующих требований:
Управление:
- Выбор режима управления, дистанционно-автоматический от компьютера оператора или местный от микропроцессорных блоков конвейера.
- Автоматический последовательный пуск/останов конвейеров в линии в функции скорости с корректировкой по времени.
- Автоматическое управление натяжным устройством каждого конвейера путем увеличения натяжения ленты на время пуска на 30-50 % от рабочего натяжения.
- Автоматическое управление тормозом каждого конвейера в функции скорости ленты: тормоз включается при скорости 0,05 ʋд ном и ниже, а при скорости ленты 0,1 ʋд ном и выше — отключается.
- Экстренный останов конвейерной линии с любой точки трассы по команде эксплуатационного персонала воздействием на датчик экстренного останова.
Автоматическая защита конвейеров путем отключения аварийного конвейера и всех последующих за ним в направлении против грузопотока в следующих ситуациях:
- Снижение скорости ленты на 25 % от номинального значения.
- Аварийное натяжение ленты; — завал ленты в точке перегрузки.
- Сход ленты, вызывающий сброс с конвейера транспортируемого материала.
- Срабатывание электрической защиты в пускателе конвейера.
- Затянувшийся пуск конвейера (время пуска превышает заданное значение).
Контроль, сигнализация, индикация:
- Непрерывное измерение скорости движения ленты каждого конвейера.
- Контроль времени звучания предупредительной и аварийной сигнализации и времени пуска каждого конвейера.
- Предупредительная звуковая сигнализация по линии перед ее включением в работу либо пуском любого конвейера.
- Местная сигнализация о режиме управления (световая) и аварийном отключении конвейера (обезличенная звуковая и световая с указанием причины аварийного отключения).
- Индикация на мониторе оператора мнемосхемы конвейерной линии с анимацией движения элементов конвейеров, расшифровкой причин аварийного отключения конвейеров как в графической форме (изменением цвета конвейера на мнемосхеме), так и в текстовой форме с соответствующими комментариями.
Документирование истории процесса управления.
Концепция функционирования системы заключается в следующем:
- Управляющий компьютер, получив от оператора команду «Пуск линии».
- Далее используя информацию о состоянии и параметрах работы конвейеров, формирует и передает поочередно команды «Пуск конвейера» микропроцессорным контроллерам, которые обеспечивают реализацию этих команд.
- Аналогично осуществляется оперативный останов конвейерной линии.
- Аварийное отключение конвейера осуществляется соответствующим МК по сигналам датчиков этого конвейера.
- Отключение последующих за аварийным конвейеров выполняется микроконтроллерами по командам управляющего компьютера.
Важнейшими элементами системы управления являются микропроцессорные блоки, осуществляющие функции локального контроля, управления защиты и сигнализации конвейеров.
На рисунке 3 представлен сравнительно простой, недорогой и надежный вариант реализации МБУ:
Принципиальная схема микропроцессорного блока управления конвейером содержит следующие основные элементы:
Н1-Н10 — сигнальные светодиоды, включение которых означает:
- Н1 — ручной (местный) режим управления (РУЧ).
- Н2 — автоматические от УК режим управления (АВТ).
- Н3 — аварийное снижение скорости ленты (СС).
- Н4 — сход ленты (СЛ).
- Н5 — завал конвейера в точке перегрузки (ЗК).
- Н6 — экстренный останов (ЭО).
- Н7 — аварийное натяжение ленты (АН).
- Н8 — срабатывание электрической защиты (СЭЗ).
- Н9 — тормоз включен (ТВ).
- Н10 — затянувшийся пуск конвейера (ЗП).
Элементы микропроцессорного блока управления:
- DD1, DD2 — микросхемы типа КР1533АП6, представляющие собой 8-разрядные двунаправленные шинные трансляторы.
- ZQ1 — кварцевый резонатор, задающий тактовую частоту МК равную 11059 кГц.
- DA2 — преобразователь интерфейса RS 232/485 на микросхеме ADM485.
- U1-U3 — оптопары типа 6N136 гальванической развязки.
- SB1 — кнопка выбора режима управления РУЧ или АВТ.
- К4 — реле управления звуковым сигнализатором (ЗС).
- SB2, SB3 — кнопки местного управления конвейером.
- VT1-VT4 — транзисторы для управления реле К1-К4.
- К1 — реле управления пускателями конвейера (П).
- К2 — реле управления натяжной лебедки (ПН).
- DD3 — микроконтроллер типа АТ89С51.
- А2 — модули контроля завала ленты.
- К3 — реле управления тормоза (ПТ).
- А1 — модули контроля скорости.
- DA1 — микросхема типа Р6АУ.
На принципиальной схеме МБУ показано также подключение к МК контактов S1-S5 дискретных датчиков:
- Аварийного натяжения ленты (ДН).
- Срабатывания электрозащиты (ДЭ).
- Экстренного останова (ДО).
- Включения тормоза (ДТ).
- Схода ленты (ДЛ).
Микроконтроллер, кроме локального управления конвейером, передает УК по его запросу через цифровой канал связи данные о состоянии:
- Модулей контроля.
- Времени пуска.
- Датчиков.
Выбранном режиме управления, которые используются УК для формирования команд управления конвейерами, отображения на экране монитора информации о состоянии линии и документирования процесса транспортирования.
Программы управления для МК написаны на языке С, а для УК — на языке C++ в среде Microsoft Visual Studio.
Список литературы
Источник: Компьютерная система управления конвейерной линией / А.Е. Медведев, В.Г. Каширских // Вестник КузГТУ, 2005 год, №6, страницы 51-55.
