Добавить статью в Кабинет

Эффективное управление подъемно-транспортными механизмами

28/10/2016 Автор:

Алгоритмы управления подъемно-транспортными механизмами обычно являются многозадачными. Они должны быть быстродействующими, точными, робастными и по своей сути заменять действия обученного персонала, т.е. они должны обладать «интеллектом». Система управления должна переместить груз с максимально возможной скоростью, во время транспортировки минимизировать колебания груза и полностью подавить их в месте остановки. Также должны быть учтены возможные изменения параметров системы, такие как длина троса и вес груза. При разработке алгоритмов управления должны учитываться и вопросы практической реализации: мощность управляющего воздействия, максимальные ускорения, скорости и др. Для исключения возможности столкновений с препятствиями груз не должен выходить при транспортировке за пределы заданного коридора.

Эффективное управление подъемно-транспортными механизмами

Преобразователи частоты Триол АТ24 имеют специальные функции подъемных механизмов: управление тормозом, режимы эвакуации, инспекции, короткий этаж. Уникальные алгоритмы позволяют управлять безредукторными лебедками.

Система управления процессом перемещения груза может быть как разомкнутой, так и замкнутой. Разомкнутое управление характеризуется большей чувствительностью к изменениям параметров и возмущениям. При создании замкнутой системы управления возникает необходимость в соответствующих датчиках. Информацию о положении и скорости тележки обычно получают из системы управления электроприводом тележки. Сложнее получить информацию об угле отклонения груза. Можно использовать датчик технического зрения, однако недостатками видеосистемы являются сложность обслуживания и высокая стоимость. При известной длине троса оценить угол отклонения можно по электромагнитному вращающему моменту и угловой скорости двигателя тележки, иными словами в структуру системы управления необходимо включить наблюдатель динамической нагрузки.

Взаимодействие между механизмом движения и подвешенным полезным грузом приводит к раскачиванию последнего. Если амплитуда колебаний превышает заданный предел, они должны быть подавлены или должна быть остановлена операция, пока колебания не прекратятся. В любом случае это приведет к ухудшению быстродействия системы. Эти проблемы заставили многих исследователей разработать алгоритмы управления, позволяющие автоматизировать операции подъемного крана. Однако большинство существующих схем не являются подходящими для практического применения. Поэтому большое количество промышленных подъемных кранов не автоматизировано и все еще зависит от действий человека. При этом обеспечить должную компенсацию колебаний в состоянии только высококвалифицированный оператор (крановщик).

Преобразователи частоты Триол АТ24 поддерживают энкодеры инкрементального и абсолютного типа. Векторное управление позволяет работать в замкнутой системе с обратной связью по скорости и в разомкнутой системе без обратной связи по скорости.

Существуют различные способы управления подъемным краном, основанные как на разомкнутой системе, так и на системе управления с обратной связью. Автоматизацию подъемного крана можно разделить на два подхода. В первом подходе оператор сохраняется в цепи управления, а силы, перемещающие груз, определенным образом изменяются, чтобы облегчить работу оператора. Один путь состоит в том, чтобы добавить демпфирование, замыкая систему по углу колебаний груза и скорости его изменения. В этом случае производится коррекция траектории, заданной оператором. Второй путь состоит в том, чтобы избежать возбуждения груза около его собственной частоты, добавляя фильтр, чтобы удалить эту частоту из входного сигнала. Это приводит к запаздыванию между действием оператора и входным сигналом подъемного крана. Эта задержка может смутить оператора. Третий путь состоит в том, чтобы добавить механический поглотитель к структуре подъемного крана. Однако осуществление этого метода требует значительной мощности, что делает его непрактичным.

Во втором подходе оператор удален из цепи управления, и операция перемещения выполняется в автоматическом режиме. Это может быть сделано, используя различные способы. Первый способ основан на формировании траекторий, позволяющих переместить груз в точку назначения с минимальным раскачиванием. Эти траектории достигаются или формированием специальным образом входного сигнала, или методами оптимального управления. Второй способ основан на обратной связи по положению и углу отклонения груза. Третий способ основан на разделении системы управления на две части: регулятор подавления колебаний и регулятор положения. Каждый разрабатывается отдельно, а затем объединяются, чтобы гарантировать работу системы с сохранением стабильности.

Преобразователи частоты Триол АТ24 позволяют измерять параметры двигателя без вращения. Встроенный «язык лифтов» обеспечивает идентификацию параметров: об/мин, м/с.

Применение как оптимальной по времени разомкнутой системы управления подъемным краном, так и разомкнутой системы управления, в которой входной сигнал формируется таким образом, чтобы при перемещении тележки в заданное положение не вызывать чрезмерных маховых движений полезного груза, дает плохие результаты, так как управление без обратной связи чувствительно к изменению параметров системы (например, длины троса) и не может компенсировать влияние ветра. Эти методы также не могут предотвратить и остаточных колебаний груза.

Управление с обратной связью, как известно, менее чувствительно к изменениям параметров и возмущениям. Поэтому в большинстве исследований последних лет предложены алгоритмы замкнутого управления: от обычного ПИД-регулятора (пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора) до интеллектуальных подходов. В частности, использование ПД-регулятора (пропорционально-дифференциальный регулятор) как для позиционирования, так и для подавления колебаний. Однако известно, что управление положением с использованием ПД-регулятора не эффективно в устранении статической ошибки. Поэтому также был предложен и ПИД-регулятор для управления системой портального крана. Однако работа регулятора ухудшается, когда происходит насыщение силового привода.

Регулировка цикла преобразователей частоты Триол АТ24 осуществляется через автоматическое управление технологическими процессами по принципу замкнутой системы при помощи встроенного ПИД–регулятора.

Для построения традиционных регуляторов необходимо иметь «точную» математическую модель объекта управления, а затем синтезировать регулятор, реализующий необходимый алгоритм управления. Так как математическое описание подъемного крана представляет собой систему нелинейных нестационарных дифференциальных уравнений, выполнить синтез регулятора аналитическим путем сложно, эта задача может быть решена только для малых углов отклонения груза путем линеаризации соответствующих уравнений и «замораживания» их коэффициентов. Для систем такого типа предпочтительно использование нетрадиционных регуляторов. Как известно, для управления сложными процессами, когда не существует простой математической модели, можно использовать системы с нечетким управлением.

Рассмотренные выше способы управления привели бы к хорошей работе при условии использования точной модели и ее параметров в регуляторе. Однако известно, что моделирование является сложным и трудоемким. Кроме того, требуется идентификация тех параметров подъемного крана, которые невозможно измерить. Идентификация параметров это тоже сложный и трудоемкий процесс. Кроме того, передовые регуляторы имеют тенденцию быть все более сложными и, соответственно, проблемными с точки зрения их реализации в масштабе реального времени. Очень часто настраивать такие регуляторы должны инженеры, не имеющие опыта в работе с подобными системами управления. Следовательно, простые конструкция и структура регулятора очень важны с практической точки зрения.

Преобразователи частоты Триол АТ24 имеют высокую перегрузочную способность — 220 % в течение 1 — 2 с и 150 % в течение 60 с. Привод разработан на базе современных технологий и по- зволяет с легкостью управлять асинхронными и вентильными двигателями лифтов и подъемных механизмов.

Недостатком замкнутых систем является потребность в датчиках положения тележки и угла отклонения груза. Кроме того, создание датчика измерения колебаний в реальной системе портального крана не является легкой задачей, так как есть спускоподъемный механизм на параллельном гибком подвесе. В некоторых исследованиях сосредоточились на схемах управления с видеосистемой, которая на практике нашла большее применение ввиду того, что не нужно располагать датчик на стороне груза. Недостатками управления с обратной связью на основе CCD-камеры (датчика технического зрения) являются сложность обслуживания и высокая стоимость.

В рассматриваемых случаях целесообразным представляется использование методики, основанной на измерении электромагнитного вращающего момента и угловой скорости двигателя и применении наблюдателя динамической нагрузки. Этот метод позволяет оценить угол отклонения груза по доступной из силового привода информации и не требует применения дорогостоящих и технически сложных датчиков.

Применение разработанных алгоритмов в подъемных кранах приводит к следующим улучшениям:
• сокращение времени погрузочно-разгрузочных операций вследствие исключения времени на успокоение груза;
• повышение безопасности работы крана при транспортировке грузов вблизи препятствий; снижение утомляемости крановщика вследствие исключения необходимости совершать дополнительные маневры и уделять повышенное внимание для слежения за грузом;
• как дополнительный эффект — снижение энергопотребления вследствие исключения затрат энергии на образование колебаний и исключения лишних движений при маневрировании.

Ожидаемый эффект от применения разработанных алгоритмов заключается в уменьшении затрат времени при транспортировке грузов в цехах, при строительстве, загрузке/разгрузке кораблей и т.д., а также в создании высокоточных систем позиционирования технологического оборудования при монтаже турбин и генераторов электростанций, технологического оборудования на анкерные болты и т.д. Разработанные алгоритмы будут востребованы при создании систем розлива жидкого металла на металлургических комбинатах, систем перемещения грузов (контейнеров) при загрузке/разгрузке судов на современных контейнерных терминалах, систем управления приводами строительных кранов, обеспечивающих (повышающих) их безопасность при высотном строительстве, систем управления промышленными кранами на фабриках, загрузке-разгрузке опасных материалов на ядерных установках.

Библиографический список

[Кузнецов и др., 2009] Кузнецов А. П., Марков А. В., Шмарловский А. С. Математические модели
портальных кранов: Доклады БГУИР, Минск, № 8, 2009. С. 93–100.

[Хаджинов и др., 2009] Хаджинов М. К., Шмарловский А. С. Система управления подъемным
краном на базе квази-модального регулятора с функцией подавления колебаний перемещаемого груза: Доклады БГУИР, Минск, № 7, 2009. С. 38–43.

[Хаджинов и др., 2010] Хаджинов М. К., Шмарловский А. С. Демпфирование колебаний в
электроприводе подъема груза: Материалы Восьмой МНТК. Минск, БНТУ, 2010. С. 252.

Поделиться в соц. сетях:

int(8643)

Основные комментарии:

Комментарии от Вконтакте:

Комментарии от Facebook:

Добавить комментарий

345