Создание модели горизонтальной платформы с использованием интегрированной среды разработки Trace Mode 6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Важными показателями уровня организации промышленной безопасности на производстве являются количественные оценки аварий и несчастных случаев с тяжелыми последствиями, в том числе со смертельным исходом. Изменение этих оценок характеризует эффективность принимаемых мер со стороны государства. В связи с широким применением грузоподъемных кранов и значительным количеством аварий и несчастных случаев при их эксплуатации представляет интерес анализ показателей производственного травматизма и аварийности применительно к этим машинам с учетом тенденций количественного и качественного изменения их парка Согласно статистическим данным Ростехнадзора России, производственный травматизм и аварийность на подъемных сооружениях занимают третье место (после травматизма в угольной и горнорудной промышленности) и составляет примерно 90 аварий в год.

Приведенная статистика свидетельствует о необходимости поиска дополнительных методов снижения аварийности и повышения безопасности парка грузоподъемных кранов.

Обеспечение устойчивости грузоподъемных машин (ГПМ) является важнейшим условием при разработке систем управления их рабочими операциями.

Это связано:

- во-первых, с тем, что около половины всех аварий мобильных ГПМ связано с их опрокидыванием,

- во-вторых, с тем, что потеря устойчивости приводит, как правило, к разрушению самой машины без возможности ее дальнейшего восстановления, а также возможным вторичным разрушениям и человеческим жертвам. Особенно это важно, когда по тем или иным причинам грузоподъемная машина в процессе эксплуатации испытывает на себе ненормируемые внешние воздействия, представляющие собой просадку почвы под выносными опорами, ветровые нагрузки, ошибки оператора- крановщика.

В настоящий момент наиболее распространенным устройством, позволяющим контролировать устойчивость установки, является ограничитель грузового момента, работающий в индикаторном режиме, и не влияющий на управление машиной до момента достижения критического значения устойчивости. Использование такой системы может привести, вследствие динамических нагрузок при резком трогании груза, в худшем случае - к опрокидыванию, в лучшем - к остановке работы с грузом, который мог бы быть поднят при более плавном разгоне. В то же время ручное регулирование скорости может привести к тому, что более легкий груз будет перемещаться медленней, чем того требуют условия безопасности. При большом числе рабочих циклов с однородным грузом это может привести к значительным потерям рабочего времени, которого можно было бы избежать при автоматическом регулировании силы, приложенной к грузу со стороны рабочих механизмов.

Таким образом, задача создания автоматизированной системы управления ГПМ, обеспечивающей максимум эксплуатационной производительности при сохранении условий устойчивости является актуальной. Система должна выполнять следующие функции: постоянный контроль параметров ГПМ и внешних факторов, влияющих на устойчивость; определение текущего значения предельно допустимой нагрузки; выработка управляющих сигналов на исполнительные механизмы ГПМ, обеспечивающих сохранение условия устойчивости; адаптация алгоритмов управления к изменяющимся внешним условиям; прогнозирование возможной просадки грунта под опорами ГПМ и заключение о возможности продолжения данного вида работ на данной площадке; аварийное отключение исполнительных механизмов и коррекция положения опорного контура и параметров ГПМ.

Цель работы. Повышение уровня эксплуатационной производительности и безопасности производства погрузоразгрузочных работ, выполняемых мобильными ГПМ, при ненормируемых внешних воздействиях путем мониторинга грузовой устойчивости и стабилизации опорного контура.

В первую очередь, исследования затрагивают мобильные ГПМ, работающие, как правило, на неподготовленных площадках с ограниченным рабочим пространством. Однако, вследствие подверженности других типов свободностоящих ГПМ тем же внешним возмущающим факторам, для них применимы те же принципы обеспечения устойчивости, а разрабатываемая система может быть к ним приспособлена при внесении корректировок в алгоритмы управления, содержащиеся в памяти управляющего устройства.

Достовериость научных положений и выводов подтверждается корректным использованием фундаментальных положений теории грузовой устойчивости, адекватностью разработанной математической модели реальным процессам, подтверждением полученных теоретических результатов данными эксперимента и результатами промышленной апробации.



1. Описание модели

Физическая модель

В качестве физической модели была создана установка, имитирующая одну из диагоналей платформы . Модель состоит из двух вертикальных штанг, соединенных балкой, имитирующей одну из диагоналей платформы. При помощи реверсивных электродвигателей штанги могут подниматься или опускаться независимо друг от друга.

Направление вращения каждого двигателя определяется комбинацией включения и отключения пар управляющих реле, которые меняют полярность подключения. Управляющая обмотка реле подключена к выходам регулятора.

1.1 Элементы САР

В САР также применены: преобразователь интерфейса АС4, модуля ввода сигналов тензодатчиков МВ110-224.4ТД, тензодатчики номиналом 244 Ом. Ниже приводятся их краткие технические характеристики.



1.1.1 Технические характеристики АС4

1.1.2 Технические характеристики МВ110-224.4ТД

Питание
Напряжение питания	от 90 до 245 В переменного тока (номинальное напряжение 220 В) частотой от 47 до 63 Гц или от 20 до 60 В постоянного тока (номинальное напряжение 24 В)
Потребляемая мощность, ВА, не более	5
Входы
Количество каналов измерения	4
Разрядность АЦП, бит	24
Схема подключения мостового тензодатчика	четырех- или шестипроводная
Сопротивление тензодатчика, Ом	от 87 до 1000
Максимальная нагрузка (нескольких параллельно подключенных тензодатчиков) на один канал, Ом, не менее	87 (четыре датчика сопротивлением 350 Ом)
Номинальное напряжение питания (возбуждения) тензодатчика от встроенного источника постоянного тока, В	2,5
Максимальная длина кабеля между прибором и датчиком (дополнительная приведенная погрешность не более 1%), м, не более	100
Время обновления данных измерений в канале для МВ110-224.4ТД, мс, не более:
- в режиме с возбуждением датчика постоянным напряжением:
включен один измерительный канал	130
включены два измерительных канала	135
включены три измерительных канала	210
включены четыре измерительных канала	280
- в режиме с возбуждением датчика знакопеременным напряжением:
включен один измерительный канал	260
включены два измерительных канала	320
включены три измерительных канала	500
включены четыре измерительных канала	630
Время установления рабочего режима (предварительный прогрев), мин, не более	20
Интерфейс
Интерфейс связи с компьютером	RS-485
Скорость передачи данных, кбит/с	2.4, 4.8, 9.6, 14.4, 19.2, 28.8, 38.4, 57.6, 115.2
Протокол передачи данных	ОВЕН Modbus RTU Modbus ASCII DCON
Корпус
Габаритные размеры корпуса	139Ч110Ч74 мм
Степень защиты корпуса	P20 со стороны передней панели, IP00 со стороны клеммной колодки
Температура окружающего воздуха	-10...+55 °С

Для корректной работы системы необходимы следующие элементы:

1. реле RE-403DLTU

2. блок питания БП14-Д4.2

3. БП30Б-Д3

4. панель оператора СМИ-1

Ниже представлены их краткие характеристики



1.1.3 Технические характеристики СМИ-1

1.1.4 Технические характеристики БП07,БП14

Таблица 2.5 Технические характеристики БП30



1.1.5 Установка

1.1.6 Схема автоматизации

Перечень использованного оборудования.

1а Датчик углового положения УИМ-15М

1б Датчик высотного положения ДВП-П

1в,1д Блок реле

1г ТРМ148

1э, 1ж СМИ1

1к Адаптер сети АС3

1и,1к Двигатель постоянного тока ДПР-74

1л, 1м Измеритель сигналов ТИП-10.

1.1.7 Схема электрическая принципиальная



2. Экспериментальная часть

2.1 Структура проекта

№	Название	тип
1	Уставка	канал_float
2	Опора_2	канал_float
3	Параметр	канал_float
4	Руч_упр	канал_float
5	Опора_3	канал_float
6	Опора_4	канал_float
7	РУ_УПР	канал_float
8	Задание_2	канал_float
9	Задание_3	канал_float
10	Приветствие	канал_float
11	Угол_наклона	канал_CALL
12	Слой_УР	канал_CALL
13	Слой_граф	канал_CALL
14	Слой_модель	канал_CALL
15	Слой_схема	канал_CALL
16	Датчик_положения	канал_CALL
17	Слой_приветствие	канал_CALL
18	Проект	канал_CALL
19	Слой	канал_CALL
20	Главная	канал_CALL
21	Информация	канал_CALL

грузоподъемный машина модель схема

№	Имя	Тип	Тип данных
1	Задание	In	Real
2	Пуск	In	Bool
3	Out	Out	Real
4	Опора_2	Out	Real
5	Руч_упр	In/out	Real
6	Опора_3	Out	Real
7	Задание_2	In	Real
8	Опора_4	Out	Real
9	Задание_3	In	Real



Использованные аргументы в программе_2:

№	Имя	Тип	Тип данных
1	уставка	In	Real
2	Пуск	In	Bool
3	Канал_25	Out	real

Использованные аргументы в программе_3:

№	Имя	Тип	Тип данных
1	уставка	In	Real
2	Пуск	In	Bool
3	Параметр	In	Real
4	Разность	Out	Real

Созданные слои на экране:

№	Имя
1	Информация
2	Главная
3	Проект
4	Модель
5	График
6	РУ
7	АУ
8	Слой

Использованные элементы в проекте:

№	Название	Количество, шт
1	Выключатель_0	8
2	Выключатель_5	4
3	Выключатель_6	1
4	Стрелочный прибор	2
5	Ползунок	2
6	Кнопка	11
7	Архивный тренд	1
8	Отчет тревог ОТ узла	1
9	Цилиндр	6
10	Емкость	3



Управляемые переменные - подача давления в аутригеры

Контролируемые переменные - угол отклонения от горизонтали, положение платформы

2.2 Создание проекта

2.2.1 АУ

Для корректной работы составной части программы необходимо создать функциональную основу, для чего создаем компонент «программу» и выбираем язык программирования FBD

Добавляем функциональные блоки из встроенного набора:

Создаем аргументы программы:



Привязываем их соответственно к необходимым каналам:

Добавив все необходимые компоненты и коэффициенты, получим:

Проверяем верность соединений с помощью кнопки компиляция и диалогового окна:

Программа скомпилирована успешно.

Размещаем на экране элементы:



Описание элементов:

1- индикатор, показывает в каком в каком режиме работает программа (вкл/выкл)

2- установка внешнего воздействия с помощью ползунка

3- регистрация выходного значения

4- ввод внешнего воздействия

5- кнопка «Пуск»

6- кнопка «Стоп»

7- регистрация угла наклона по осям z,y

8- регистрация угла наклона по осям z,x

Создаем привязки для всех элементов экрана:

Стрелочный прибор:



Кнопка «Пуск»:

Аналогично присваиваем аргументы соответствующим элементам.

В результате получим:



Аналогично создаем слой «РУ», но создаем новую FBD программу:

Создаем Экране следующие слои:

На каждый слой размещаем соответствующие элементы, например слой «проект»:

2.2.2 График

Переносим на экран из панели приборов «Архивный тренд» и создаем в нем 3 кривые, соответственно:

1. задание

2. результат ручного регулирования

3. результат автоматического регулирования

Добавляем из панели устройств «отчет тревог ОТ узла»

В данном поле регистрируются и фиксируются изменения системы во времени.

Для корректной работы необходимо выполнить следующие действия:

1. Создать «словари сообщений»

2. Создать компонент «Словарь для канала Float»

3. Заполнить свойства полученного компонента

4. Открыть вкладку «редактирование RTM_1» и заполнить соответствующие графы

5. В созданном ранее канале «Параметр» изменить свойства

В результате получим:



2.2.3 Модель

Элементы модели создавались с помощью программы «3D MAX 2012»

Для добавления модели в проект необходимо выполнить следующие действия:

1. сохранить ее в формате “PNG” с прозрачным фоном

2. создать группу «картинки»

3. создать библиотеку изображений



4. импортировать и добавить изображения с внешнего источника

5. открыть вкладку ресурсы на панели инструментов и перенести на экран необходимые элементы

Для анимации модели создадим привязку к необходимому аргументу

И поставим галочку «перемещать».

Теперь модель будет перемещаться в пространстве в зависимости от воздействия.

Так же разместим на экране модели опор конструкции, в результате получим:



2.2.4 Датчик положения

Для создания датчика положения необходимо выполнить следующие действия:

1. создать новую программу с языком программирования ST

2. создать аргументы входных и выходных переменных

3. написать программу вычисления

4. разместить на экране стрелочный прибор

5. Привязать аргумент программы к стрелочному прибору

На экране будет выглядеть так:



2.2.5 Информация

Создаем новый слой, называем его «Информация»

1. Добавляем чертеж принципиальной схемы подключения, перетащив его из ресурса «Библиотека_картинок»

2. Добавляем текстовое поле с соответствующим названием

В результате получим:

Для удобства пользования размещаем каждый из вышеперечисленных элементов экрана на соответствующий слой и организуем интерфейс пользователя.

2.2.6 Проект

Каждая кнопка открывает соответствующий слой. Это необходимо для минимизации занимаемого пространства на рабочем экране.

Слой «проект» включает в себя следующие слои:

1. АУ

2. РУ

3. модель

4. график

Конечный результат выполненной работы примет вид:



Для ограничения доступа к использованию системы необходимо создать пользователей и изменить права их доступа к системе, для этого нужно выполнить пошаговую инструкцию:

1. Создать компонент пользователи_ТМ

2. Ввести Имя, логин, пароль и права доступа к системе для каждого пользователя:



3. Руководство по эксплуатации

Для доступа к проекту необходимо запустить Trace Mode и открыть файл с проектом.

Появится навигатор проекта.

Для запуска профайлера необходимо выделить во вкладке «Система» компонент «RTM_1» и нажать в панели инструментов кнопку «запустить профайлер»

Если кнопка не выделена, то необходимо сохранить проект «для RTM_1» нажав соседнюю кнопку.

После запуска профайлера появится окно:

В данном диалоговом окне необходимо ввести Имя пользователя и его пароль, для доступа к проекту. В данном случае нужно ввести :

Имя: Оператор

Пароль : 111

После авторизации пользователя необходимо нажать на .

Далее автоматически откроется принципиальная схема подключения регулятора и исполнительных механизмов.

Для перехода к проекту необходимо нажать кнопку «проект», после запуска автоматически откроется ручное управление «РУ». Это уменьшает оператору время и делает доступ к проекту интуитивно понятным.

Выделение кнопки позволяет сразу определить, какой режим включен. Например, сейчас включен режим «РУ».

Для запуска регулирования необходимо нажать на кнопку «пуск». Проект запустится, если индикатор стал зеленый (иначе красный).

Система начнет регулирование и выходное значение станет равным 4.9, потому что минимальный вылет аутригера является 5 см, с учетом потери давления примем значение 4.9.

На стрелочных приборах «отклонение от горизонтали» выводятся значения изменение положения платформы в пространстве и отклонение от горизонта в двух плоскостях: z-x и z-y

Когда система достигнет установившегося значения, показания приборов будут равны 0.

Чтобы задать в ручную воздействие необходимо нажать кнопку «задание».

Для того, чтобы открыть необходимую вкладку достаточно навести на кнопку и нажать, например, откроем «график»:

В режиме «график» можно посмотреть как ведут себя переменные системы и просмотреть архивные данные в поле «отчет тревог»

Для переключение на «модель» необходимо нажать на выключатель и нажать кнопку «модель».

Это сделано потому что, нет постоянно необходимости вести наблюдения за графическим и модельным изменениями системы. В открывающихся режимах «АУ» и «РУ» присутствуют все необходимые данные для отслеживания процесса регулирования.

Откроем вкладку «модель»

На экране появилась модель, которая будет перемещаться, и выравниваться в зависимости от возмущения.

Для закрытия вкладки необходимо нажать на кнопку

Для выхода из программы необходимо нажать кнопку «стоп» и кнопку . После этого в диалоговом окне подтвердить пользователя и закрыть профайлер кнопкой .



Библиографический список

1. Электронный ресурс: http://ankey.ru/tech/scada/intro.htm

2. SCADA-система Trace Mode/ Сост. И.П. Ефимов, Д.А. Солуянов.-Ульяновск: УлГТУ, 2012г.-158 с.

3. Лекции по курсу «Интегрированные системы управления» / Сост. И.Ю. Хазов.-Тверь: ТвГТУ, 2012.

Размещено на Allbest.ru