Розробка алгоритму управління молотом багатофункціонального призначення

Розробка алгоритму управління технологічним процесом є основним етапом розробки функціональної, структурної і принципової електричної схеми управління молотом багатофункціонального призначення.

Якісне виконання алгоритму управління молотом для різних видів будівельних робіт залежить від знання технологічного процесу й конструкції пристрою, наприклад, забивання паль, руйнування негабаритного матеріалу, ущільнення ґрунтів тощо [10, 12-17] (рис. 1-6).

На прикладі роботи молоту для занурення труби в ґрунт складено алгоритм управління молотом (рис.12).

Розробка функціональної схеми управління молотом багатофункціонального призначення

На основі розрахунку перехідних процесів роботи молота та вивчення технологічного процесу під час занурення палі під воду встановлюють давачі положення і рівня (рис.6), а також розробляють його алгоритм управління (рис.12) та складається функціональна схема управління автоматизованого електромагнітного молоту.

Для прикладу оберемо молот для забивання паль під водою. На рис.13 зображена його функціональна схема управління, де: А, В, С, N – джерела трифазного змінного струму 380 В; QF – автоматичний вимикач; М1 – коаксіально-лінійний асинхронний двигун; М2 – асинхронний електродвигун (насос); БЖ – блок живлення блоку керування та плати перетворювача рівнів; БК – блок керування; ППР – плата перетворювачів рівнів; БТК – блок тиристорних комутаторів (реверсивний); ПБЖ – потужний блок живлення для динамічного гальмування; БКРП – блок компенсації реактивної потужності (трифазна батарея конденсаторів); G1.. G5 – давачі положення, що контролюють рух молота; G6 – давач рівня, що контролює рівень води у дзвоні пристрою.

Розробка принципової електричної схеми автоматичного керування молотом багатофункціонального призначення

Схема являє собою електронний пристрій (додаток 1), виконаний на мікроконтролері AT89C2051 фірми Atmel. Пристрій являє собою блокову конструкцію, де кожен блок являє собою функціонально закінчений вузол (окрему плату). Усі плати знаходяться у спеціальному відсіку. Кожна плата має строго визначене місце у відсіку, за допомогою з’єднань плати сполучаються між собою та з зовнішніми ланцюгами.

Силовий ланцюг.

Силовий ланцюг складається з тиристорних комутаторів В1.1 та В2.1..В2.5, зібраних на тиристорах VS1, VS2, VS3. Комутатор В.1.1 (однонапівперіодний) використовуеться для ввімкнення режиму динамічного гальмування. Двонапівперіодні комутатори В2.1, В2.1 та В2.3 застосовуються для ввімкнення двигуна при русі вгору, а В2.3, В2.4 та В2.5 – при русі вниз (реверс).

Для розв’язки по напрузі застосовані імпульсні трансформатори T2, T3. Комутацію первинних обмоток імпульсних трансформаторів виконують складені транзистори VT3VT4 та VT5VT6. Для збільшення вихідної потужності на превинну обмотку імпульсного трансформатора подається напруга +12 В.

Рис.13 Функціональна схема управління молотом для забивки паль під водою

На бігуні (робочому органі) закріплено прапорець. При переміщенні (зворотно-поступальному русі) прапорець заходить у зазор безконтактних датчиків положення G1..G5 (КВД-25). Датчик G1фіксує нижнє положення бігуна, G2 – датчик відключення бігуна при підйомі його угору, G3 – датчик відключення режиму на “реверс” ЛАД, G4 – датчик верхнього положення і відключення двигуна при режимі “реверс”. На живлення датчиків подається напруга 24 В.

Блок живлення.

За структурою імпульсний блок живлення (ІБЖ) являє собою однотактний перетворювач із зовнішнім збудженням та прямим включенням випрямляючих діодів із частковою стабілізацією напруги.

На вході пристрою включено високочастотний фільтр C3L1, що попереджує проникненню перешкод у мережу. Пройшовши його, напруга мережі випрямляється діод ним мостом VD5, а пульсації згладжуються конденсаторами C4C5. Випрямлена напруга (близько 310 В) використовується для живлення високочастотного перетворювача.

Пристрій керування виконано на базі спеціалізованої мікросхеми DD2 (UC3844N). При вмиканні вона отримує необхідну напругу через резистор R15, а далі переходить на саможивлення від допоміжної обмотки силового трансформатора T1 через ланцюг R17VD6. Конденсатор C10 згладжує пульсації. Ця напруга слугує також сигналом зворотнього зв’язку. Елементи C7R21 задають необхідну частоту перетворювача, а дільник R18, R19/R20 – вихідну напругу. Її встановлюють, регулюючи опір R19.

З виходу мікросхеми (вівід 6) сигнал через обмежуючий резистор R23, що зменшує стрибок напруги вихідного каскаду мікросхеми при перезарядженні великої вхідної ємності потужного ключового польового транзистора VT9, подається на його затвор. Резистор R25 є датчиком, з якого знімається сигнал для вбудованої схеми захисту від перенавантаженя. Елементи C11, R24 – фільтр у ланцюзі цього сигналу. Мікросхема має режим “мякого” перезавантаження, коли при спрацюванні схеми захисту через деякий час її внутрішній генератор запускається знову, і якщо причина спрацювання усувається, робота поновлюється у нормальному режимі.

Первинна обмотка силового трансформатора T1 включена у стоковий ланцюг VT7. Елементи VD7, VD8, R16, C6 зменшують сплеск напруги на ній при закриванні транзистора під час паузи.

Вихідні випрямлячі виконані за однаковою однонапівперіодною схемою на VD9..VD12 та C12..C15. Для зменшення пульсацій напруг у застосовані додаткові LC фільтри - фільтри – L2..L5 та C16..C19.

Плата перетворювачів рівнів.

Безконтактні датчики (КВД-25) живляться від напруги 24 В, а для логічної обробки необхідний рівень +5 В, тому схема складається з двох транзисторів, (VT1 – структури p-n-p, VT2 – структури n-p-n) і дозволяє перетворити рівень сигналу та його знак. На виході другого транзистора знаходиться порт вводу-виводу мікроконтролера. У стані спокою бігун знаходиться у такому положенні, що прапорець входить у зазор датчика G1.

Плата блоку керування на мікроконтролері.

Мікроконтролер програмно сумісний із сімейством MCS51, випускається у 20-виводному корпусі (PDIP або SOIC). Він має ПЗП, що електрично перепрограмовується, об’ємом 2 кбайт, внутрішній ОЗП об’ємом 128 байт, 15 ліній вводу-виводу, 2 таймери-лічільники (16 біт), шість векторі переривань та аналоговий компаратор. Таймери-лічільники та послідовний порт ідентичні відповідним вузлам MCS51. Підтримуються режими Idle і Power Down. Виводи портів – сильнострумні, допускають проходження через них струму до 20 мА (сумарний струм усіх ліній порта – не більше 80 мА).

Напруга живлення – від 2,7 до 6 В для модифікації з тактовою частотою 12 МГц і 4..6 В для 24 МГц. Робочий інтервал температур мікроконтролера з індексом “С” 0..+70 °C, з індексом “I” – від -40 до +85 °C.