Б01: 10.12731^Б-2015-6-4
УДК 69:65.011.56
ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫМИ МАШИНАМИ
Максимычев О.И., Виноградов В.А., Гурьянов В.М., Хакмана Виджесингхе Т.Н.
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», Российская Федерация, г. Москва, http://www.madi.ru, maksimychev@yandex.ru
В статье рассматривается технология мониторинга управления технологическими процессами в системе человек-машина-среда. Аппаратно-программный комплекс автоматизированного мониторинга позволяет производить структурные исследования и мониторинг алгоритмов управления технологическими машинами, так и действий оператора. Предложенные методы и технологии мониторинга параметров управления землеройно-транспортными машинами, являются основой для синтеза алгоритмов САУ. Возможность моделирования процессов управления на основе диагностических данных улучшает качество моделей. Уточняемые модели среды и технологических машин, в результате диагностики, обеспечивают этапы жизненного цикла алгоритмов САУ на стадиях разработки и эксплуатации. Повышает конкурентноспособность технологических машин за счёт функциональных возможностей связанных с коррекцией алгоритмов управления.
Ключевые слова: система автоматического управления (САУ), мониторинг, диагностика, моделирование алгоритмов управления, землеройная машина.
TECHNOLOGY OF MONITORING AND CONTROL ALGORITHM DESIGN FOR EARTHMOVERS
Maksimychev O.I., Vinogradov V.A., Guryanov V.M., Hakmana Wijesinghe Th. N.
State Technical University - MADI, Russian Federation, Moscow, http://www.madi.ru, maksimychev@yandex.ru
The article discusses the technology of monitoring the process control system the man-machine-environment. Hardware-software complex automated monitoring enables structural studies and monitoring algorithms of technological machines, and operator actions. The proposed methods and technologies for monitoring control parameters earthmoving machinery are the basis for the synthesis of algorithms of ACS. The possibility of modeling control processes based on the diagnostic data improves the quality of models. Refines the model of the medium and technology of machines, as a result of the diagnosis, provide lifecycle ACS algorithms during the design and operation. Increases competitive technological machines due to functionality associated with the correction of the control algorithms.
Keywords: automatic control system, monitoring, diagnosis, simulation control algorithms, earth moving machine.
Введение
Информационное моделирование дорог всё более становится стандартом для дорожно-строительной отрасли. Цифровые проекты дорог позволяют осуществлять технологическую передачу данных непосредственно в бортовые системы автоматического управления (САУ) строительных машин, сократив количество этапов, время связи между проектом и строительной фазой. В связи с этим становятся актуальными системы проектирования, планирования, и автоматизации технологических процессов строительства.
Современные требования к управлению строительством дорог повлекли за собой необходимость новой технологической организации эксплуатации землеройно-транспортных машин (ЗТМ) [1-5]. Возросшие требования потребовали применения информационно-мониторинговых систем в качестве инструментальных сред, способных обеспечить поддержку жизненного цикла САУ и АСУ ТП, выполняемых ЗТМ.
Мониторинг параметров технологических процессов одновременно с параметрами машин позволяет получить комплексную историческую справку о параметрах управления машиной с привязкой к проектным данным, так и о состоянии среды, в которой находилась технологическая машина, получения объективных данных о взаимодействии исполнительных механизмов землеройно-транспортных машин (ЗТМ) со средой.
Землеройной транспортная машина, как объект управления находится в структуре взаимодействии оператора, окружающей среды, программных и аппаратно-программных средств обеспечения, образующих автоматизированную систему мониторинга ЗТМ (рис. 1).
Структура системы мониторинга
Инструментальная среда САПР
С
Е»Лелле<
Диагностический 3 контроллер
САУ ЗТМ
Беспроводной модуль N1 9795
Локальная станция мониторинга
Бортовой контроллер ЗТМ
Рис. 1. Структура системы мониторинга САУ ЗТМ
Важным условием для мониторинга ЗТМ является бортовая микропроцессорная система управления основными-штатными агрегатами машины, как показано на рис. 1, только при её наличии производится дополнительная установка САУ технологическими процессами.
Базовой компонентой системы управления строительной машиной является микропроцессорная система (контроллер) предназначенная для контроля и управления основными агрегатами и механизмами машины. К ним относятся двигатель и гидромеханическая система, функционирование которых в свою очередь контролируется через интерфейс оператора машины. Бортовой контроллер обязательно должен располагать сетевым коммуникационным интерфейсом для подключения устройств мониторинга - датчиков, исполнительных механизмов и т.п. Таким интерфейсом является сетевой интерфейс CAN предназначенный для эксплуатации на транспортных и технологических машинах.
Для примера можно представить микропроцессорную систему СБУК, выпускаемую и разработанную ЗАО НПО «Резонанс» для строительных и других технологических машин (рис. 2).
Бортовая микропроцессорная система ЗТМ
Рис. 2. Контроллер СБУК СМ4 для машин с гидроприводом
Система поставляется комплектно с машинами и имеющая возможности расширения, обеспечивающая интеграцию любого дополнительного оборудования на технологической машине. В базовом варианте, в составе экскаватора система управления СБУК обеспечивает управление загрузкой двигателя экскаватора с целью:
• уменьшения расхода топлива;
• автоматической защиты дизельного двигателя;
• управления мощностью, потребляемой гидронасосами.
Выполняемые функции:
• управление частотой вращения дизельного двигателя в процессе работы экскаватора путем управления подачей топлива и изменения производительности гидронасосов;
• управление рычагом перемещения ТНВД по командам контроллера;
• облегчение запуска и прогрева двигателя при отрицательной температуре окружающей среды;
• автоматическое переключение в режим поддержания холостых оборотов двигателя при паузах в работе экскаватора;
• защита дизельного двигателя при превышении допустимой нагрузки и перегреве охлаждающей жидкости;
• защита гидросистемы экскаватора при превышении нагрузки и перегреве гидрожидкости.
Следующим этапом развития бортовой системы является её функциональное расширение. Пример такого расширения показан на рис. 3 на основе контроллера многофункционального контроллера СБУК серии 5, оптимизированные для встраиваемых систем автоматического управления (САУ) и разработаны для выполнения задач управления строительно-дорожными, землеройно-транспортными и тяговыми машинами с гидравлическим приводом.
Применение контроллеров СБУК позволяет:
• управлять исполнительными механизмами (пропорциональными и дискретными гидравлическими клапанами, соленоидами и т.п.);
• осуществлять контроль и индикацию параметров работы машины;
осуществлять реализацию задач повышения безопасности, производительности и топливной экономичности.
Рис. 3. Структура комплекса контроллер СБУК СМ4 и панель оператора
В контроллерах реализованы открытые программные интерфейсы (API), что позволяет программировать контроллеры потребителем и сокращает процесс разработки программного обеспечения.
Кроме экономичного низкоскоростного интерфейса RBus контроллеры имеют двухканальный CAN интерфейс, соответствующий спецификации CAN 2.0 B. Каждый канал может быть запрограммирован для работы по протоколам CANopen или SAE J1939.
Важные функции выполняет многофункциональная панель оператора машины на основе графического дисплея. С помощью неё реализуется требуемый интерфейс отображающий как, состояние параметров основных агрегатов машины, так и ход технологических операций и процессов.
Рис. 4. Графический интерфейс на базе панели оператора
Дополнительным преимуществом является реализация контроллеров для программирования стандартизованным программным пакетом на языках стандарта IEC 61131-3, что значительно расширяет функциональные возможности по автоматизации технологических процессов, выполняемых машиной.
Наличие бортовой системы на основе микропроцессорного комплекса позволяет расширять функциональные возможности строительной машины до требуемых по проекту автоматизации строительства. В случае её отсутствия, это превращается в глубокую модернизацию машины неприемлемую на стадии реализации проекта строительства. Поэтому особое внимание заслуживают производители строительной техники, которые ещё на стадии проектирования закладывают функционального расширения возможностей и характеристик машины на базе САУ.
Система диагностики машин
Анализ алгоритмов управления ЗТМ наиболее эффективно производить с помощью интегрируемых платформ управления и сбора данных на базе диагностического контролера. Такой платформой является инструментальная среда разработчика HIL (Hardware-in-the-Loop) Teeing Platform (National In^ruments) предназначенная для диагностики и мониторинга различных машин и мехатронных систем [6]. Структура комплекса аппаратных средств, показанная на рис. 5, реализована на основе микропроцессорной системы реального времени. Существенным преимуществом которой является наличие всех компонент обеспечения создаваемой автоматизированной системы.
Operator Interface
Real-Time Processor
Analog, Digital, Bus Interfaces
J"0
Рис. 5. Структура аппаратного комплекса HIL Teeing Platform (National In^ruments)
Для исследования применяется метод по принципу «снизу-вверх». Исходя из установленных задач исследования производится анализ параметров управления машины.
1. На исследуемой машине устанавливается диагностический контроллер.
2. Регистрируются параметры различных режимов технологического процесса и действий оператора (рис. 6).
Рис. 6. Взаимодействие компонент
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.