u_lab

71

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА, ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И ПОВЕРКА

ОГРАНИЧИТЕЛЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ БАШЕННОГО КРАНА

Цели работы: ознакомиться с методикой поверки ограничителя грузоподъемности башенного крана ОГБ-2, определением его работоспособности, изучить микропроцессорные системы управления машин; ознакомиться с программными средствами микропроцессорного управления; определить заградительные характеристики башенного крана с использованием вычислительной техники.

Теоретические сведения

Ограничители грузоподъемности предназначены для предупреждения потери устойчивости свободно стоящего стрелового крана и исключения повреждения элементов в результате опасной перегрузки, вызванной грузом массой, превышающей грузоподъемность на данном вылете стрелы.

Ограничители грузоподъемности подразделяются на ограничители массы груза и ограничители грузового момента.

По характеру применяемых датчиков различают ограничители механические (гpузовые, пpужинные) и электромеханические.

Ограничители момента имеют коppектиpующие устpойства, пpедназначенные для pегулиpования начала сpабатывания выключателя.

В системах автоматического упpавления башенных кpанов шиpоко пpименяются контактные огpаничители момента ОКГ-1, ОКГ-2 (на кpанах БК-406А, БК-404, МБТК-80) и бесконтактные огpаничители момента ОГБ-2, ОГБ-3.

Огpаничители гpузового момента встpаиваются в обойму полиспаста, в pаспоp между винтами, удеpживающими стpелу, или в узел кpепления гpузоподъемного каната. Огpаничитель ОГБ-2 состоит из датчика усилий ДУС, датчика угла наклона стpелы ДУГ, pелейного блока РБ, панели сигнализации ПС, pасположенной в кабине и оснащенной сигнальными лампами. Исполнительные механизмы pазличаются pелейными блоками.

Датчик усилия пpедставляет собой электpический динамометp, в котоpом деформация упругого кольца передается на индуктивно-

72

тpансфоpматоpный преобразователь (pис. 1), встроенный между канатными оттяжками стрелового полиспаста.

Датчик угла предназначен для подачи сигнала, пропорционального допустимой нагрузке для данного вылета. Его устанавливают соосно с осью пяты стрелы, движение которой через поводок передается на вал бесконтактного датчика угла. Изменение характеристик ограничителя достигается галетным переключателем, обеспечивающим настройку на определенную характеристику. Степень загрузки крана измеряется миллиамперметром, включенным в мостовую цепь ограничителя. С целью контроля работоспособности ограничителя грузоподъемности проводится их поверка.

Рис. 1. Функциональная схема огpаничителя гpузоподъемности ОГБ-2: 1 - датчик угла; 2

-датчик усилия; 3 - блок упpавления; 4 - блок питания; 5 - исполнительное устpойство; 6 - панель сигнализации; α - угол подъема стpелы; Р - усилие pастяжения датчика (ДУС); Uα, Uр - выходные напpяжения; Uп - напpяжение питания

Описание лабораторной установки Лабораторная установка (стенд для поверки ограничителя ОГБ-2)

представляет собой (pис. 2) устройство нагpужения, состоящее из передач винт-гайка, канатной системы, датчика ДУС, блока управления БУ и датчика ДУГ.

73

Рис. 2. Схема лабораторной установки «ограничитель грузоподъемности»

Микропроцессорное управление

Под микропроцессорной системой управления (МПСУ) понимается комплекс аппаратурных и программных средств, который под воздействием оператора или управляющей программы управляет состоянием объекта или группы объектов.

Из структурных особенностей МПСУ следует отметить: развитую систему сопряжения с большим числом внешних устройств (датчиков, сигнализаторов, исполнительных устройств), использование каналов вводавывода информации и стандартного интерфейса, систему средств управления и отображения информации, обеспечение возможности прерывания работы, систему команд, ориентированную на выполнения управляющих алгоритмов, систему памяти в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ), постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), перепрограммируемые запоминающие устройства (ППЗУ) большой информационной емкости и быстродействия и т.п.

Сложность задач по управлению объектом, недостаточность в некоторых случаях информации и ответственность принимаемых решений заставляет включать в контур управления оператора. Работая «параллельно» с ВУ, оператор должен иметь возможность вмешиваться в процесс управления. Для этого ему необходимо отслеживать в удобной для восприятия форме информацию (например, на экране дисплея) и вводить в

систему управляющие воздействия (с помощью специальной клавиатуры и определенных управляющих команд), т.е. используя средства отображения информации (СОИ) и средства управления (СУ).

Микропроцессор (МП) представляет собой программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполнен в виде одной или

74

нескольких больших интегральных схем (БИС) с высокой степенью интеграции электронных элементов. При использовании МП их воспринимают как нечто цельное с внешними потребительскими свойствами, заложенными в его архитектуре.

При комплектовании микроЭВМ, предназначенных в качестве информационно-вычислительных комплексов (ИВК), широко используют следующие принципы: магистральность, модульность и микропрограмирование.

Магистральность предусматривает канальный характер связей блоков микроЭВМ. Все блоки и устройства подключаются к общей системе информационно-управляющих шин в виде унифицированного канала связи, используемого для передачи информации между процессором, памятью, СОИ, СУ и периферийными устройствами. По единому унифицированному каналу связи передаются данные, адреса, команды, информация о состоянии периферийных устройств, сигналы управления. Передаваемая информация сопровождается адресом того блока или устройства, которому она предназначена, поэтому, несмотря на то, что она поступает на входы всех блоков машины, подключенных к единому каналу, воспринимается только адресуемым блоком. Магистральность обеспечивает высокую гибкость микроЭВМ и позволяет наращивать управляющие и вычислительные мощности путем объединения нескольких машин или процессоров в единый ИВК.

Принцип модульности позволяет создавать микроЭВМ на основе ограниченного ряда микромодулей, отличающихся конструктивной законченностью, функциональной автономностью и структурной универсальностью.

Микропрограммирование позволяет управлять всей совокупностью элементарных действий (сдвиги, пересылки информации, логические поразрядные операции и т.д.) в отличие от аппаратурной организации управления, которая имеет большее быстродействие, но сужает возможности расширения репертуара команд, жестко закоммутированных в управляющих схемах машины. Микропрограммирование позволяет учитывать конкретные особенности системы управления путем корректирования или замены рабочей программы.

75

Ресурсные характеристики современных управляющих микроЭВМ: межремонтный ресурс достигает 25000 ч; ежегодная наработка без подрегулировок и наладок – 5000 ч. Датчики имеют межремонтный ресурс 5000 - 7000 ч при фактической наработке 2000...3000 ч.

На успешную эксплуатацию грузоподъемных машин влияет не только защита от предельных нагрузок, но и техническое состояние крана, которое во многом определяется соблюдением грузовых характеристик. Предлагаемый программный продукт представляет собой систему контроля грузоподъёмности крана, основанную на анализе двух независимых характеристик: усилия в канате и угла подъёма стрелы.

Аппаратно-программный комплекс может быть использован:

∙для контроля работоспособности и калибровки существующих ограничителей грузоподъёмности;

∙для наглядного описания процессов, происходящих в конструкции крана при подъёме грузов;

∙для экспериментальных исследований новых конструкций кранов.

Лабораторный стенд может использоваться для поверки ограничителей грузоподъемности после эксплуатации, ремонта или для предварительной настройки (если получен ненастроенный комплект с завода-изготовителя), а также для регулировки и проверки датчиков усилий и угла.

Стенд подключен к ПЭВМ (с процессором Intel Pentium MMX) с платой аналогового ввода/вывода (плата серии PCL-818L фирмы “Advantech”) через клеммную плату PCLD-8115 с соединительным кабелем DB-37. Плата PCLD8115 предназначена для размещения пассивных согласующих элементов (резисторов и конденсаторов) для построения фильтров и преобразователей токовых сигналов 4…20 мА.

Структурная схема автоматизированного стенда приведена на рис. 3. Плата серии PCL-818L представляет собой многофункциональное

устройство для сбора и обработки сигналов, имеет пять основных функций для измерений и контроля: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с разрешением 12 бит, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), каналы дискретного ввода и вывода и счетчик−таймер. Основные технические характеристики платы серии PCL-818L приведены в табл. 1.

76

Принтер

Компьютер

Intel Pentium

MMX

Рис. 3. Структурная схема автоматизированного стенда

77

78

Для программирования работы платы серии PCL-818L используется инструментальная среда GENIE.

GENIE является инструментальной средой разработки приложений сбора, обработки и графического представления данных и управления, которая содержит множество встроенных функциональных блоков и графических элементов отображения, позволяющих существенно сократить затраты на разработку программного обеспечения для систем промышленной автоматизации. Разработка приложения заключается в выборе соответствующих функциональных блоков, установлении логических связей между ними, создании графического интерфейса оператора и настройке форм отчетов.

Помимо традиционных средств создания интерфейса оператора, GENIE включает встроенную среду программирования на языке сценариев, совместимом с Visual Basic для приложений (VBA). Visual Base является одним из наиболее популярных языков программирования. Для обеспечения идентичности методов программирования с Microsoft Visual Basic (VB) и Visual Basic для приложений (VBA) в систему разработки и исполнительную среду GENIE встроена среда программирования Basic-сценариев фирмы SUMMIT. Указанная среда программирования значительно облегчает процесс реализации сложных алгоритмов обработки и анализа даных. Кроме того, данная среда является мощным и универсальным сроком адаптации пакета к требованиям прикладной задачи.

Вподпрограмме-построителе приложений GENIE сочетаются предельная простота в использовании стандартных функциональных блоков

иэлементов отображения с мощью и универсальностью языка Visual Basic.

Взависимости от задачи управления осуществляется выборка одной (из заложенных в память ПЭВМ программ) грузовой характеристики и воспроизводится на экране монитора в виде заградительной функции, т. е. зависимости между вылетом и массой груза, при превышении которой формируются выходные команды управления, воздействующие на электрическую схему.

Информация о работе ограничителя грузоподъемности отображается на экране дисплея в цифровом и графическом виде. Обработка данных, поступающих в ПЭВМ, производится с помощью программного комплекса

79

GENIE - инструментальной среды разработки приложений сбора, обработки и графического представления данных и управления.

Программный комплекс GENIE содержит множество встроенных функциональных блоков и графических элементов отображения, позволяющих существенно сократить затраты на разработку программного обеспечения для систем промышленной автоматизации, включает встроенную среду программирования на языке сценариев, совместимом с

Visual Basic для приложений (VBA).

Программа автоматизации исследований. Предельное состояние крана может наступить в двух вероятных случаях:

1.Усилие в канате больше допустимого (канат может оборваться);

2.Изгибающий момент в стреле больше допустимого (может разрушиться конструкция стрелы).

Другие случаи предельных состояний не рассматривались как менее вероятные. Исходя из поставленных условий:

определяются разрешающие (или же запрещающие) неравенства:

где L – вылет крюка стрелы, который определяется как

L = LСТРЕЛЫ × Cosa ,

где α – угол подъёма стрелы; LСТРЕЛЫ – длина стрелы.

При вхождении в зону 10% приближении предельного состояния включается предупреждающий сигнал (рис. 4) и индикатор перегрузки (в %).

80

Рис. 4. Вид отображения информации на экране монитора

Для удобства восприятия информация о возникших грузовом моменте и усилии в канате выводится как в цифровом виде, так и на стрелочных индикаторах и в виде графика в правом нижнем углу экрана (две линии на графике означают предельное и возникшее усилия).

Красная и зелёная лампы, расположенные над графиками, указывают на решение, принятое программой: разрешить работу (горит зелёная лампа), запретить работу (горит красная лампа) и предупредить о вхождении в зону 10% -ого приближения предельного состояния (гаснут обе лампы). Эта информация продублирована в виде надписи над лампами, там же располагается индикатор перегрузки.

Программное обеспечение на основе платы автоматизации с АЦП и ЦАП, аналитических зависимостей, описывающих рабочий процесс крана, позволяет выполнять моделирование различных ситуационных задач при выполнении грузоподъемных работ.