МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СУ РАБОТОЙ МСА

1 САР нормы внесения жидких компонентов. Полевые прицепные и самоходные опрыскиватели (подкормщики) оснащают устройствами автоматики, которые обеспечивают регулирование количества жидких компонентов (удобрений, химических препаратов), вносимых на единицу обрабатываемой площади (рисунок 1)

 

 

Рисунок 1 - Функционально-технологическая схема САУ расходом жидкости:

1 - распыливающая штанга; 2- дросселирующее устройство; 3 – измерительный преобра­зователь; 4 – контроллер; 5 – исполнительный механизм; 6 – электродвигатель; 7 – дрос­сель; 8 – распределитель; 9 – бак; 10 – обрезиненный ролик; 11 – флажковый модулятор; 12 – постоянный магнит; 13 – индукционная катушка; 14 – датчик; 15 – ходовое колесо

 

На основании сигналов измерительного преобразователя 3 расхода жидкости, поступающей к распыливающей штанге, и сигналов от датчика (измерительного преобразователя пройденного агрегатом пути) 14 контроллер 4 вычисляет удельный расход жидкости на единицу обработанной площади (л/м²). Если этот расход отличается от заданного, то контроллер формирует импульсный команд­ный сигнал на приводимый электродвигателем 6 исполнительный механизм (ИМ) 5, который за счет изменения проходного сечения дросселя 7 увеличивает или уменьшает расход жидкости, возвра­щаемой в бак 9, а следовательно, уменьшает или увеличивает рас­ход жидкости, направляемой к сопловым аппаратам распыливающей штанги 1. Длительность командного импульса пропорцио­нальна величине отклонения текущего значения удельного расхо­да от его заданного значения.

Измерительный преобразователь (датчик) расхода жидкости 3 – манометрический с частотным электрическим выходным сиг­налом. Принцип измерения основан на известной зависимости перепада давления на калиброванном дросселирующем устрой­стве 2 от расхода через него жидкости.

Датчик расхода выполнен на базе манометра, мембранный чув­ствительный элемент которого механически связан с одной из пла­стин конденсатора переменной емкости, включенного в задающую цепь генератора электрических сигналов. При изменении расхода меняется положение мембраны и, следовательно, емкость перемен­ного конденсатора, что ведет к изменению частоты сигнала, гене­рируемого датчиком. С целью уменьшения влияния пульсаций дав­ления на работу датчика и исключения контакта с агрессивной ра­бочей жидкостью измерительная камера датчика соединена с рабо­чей гидравлической магистралью через масляный демпфер.

Датчик 14 пути перемещения МСА формирует сигнал в виде единичного электрического импульса после прохождения агрега­том заданного отрезка пути. Поэтому число импульсов, поступив­ших с датчика за заданный промежуток времени, равно числу этих отрезков пути, на которые переместился МСА. Временной интервал t между импульсами пропорционален скорости движения. Та­кой датчик состоит из индукционного преобразователя, выпол­ненного в виде постоянного магнита 12 с намотанной на него ин­дукционной катушкой 13, и флажкового модулятора 11 поля по­стоянного магнита. Модулятор закреплен на валу, который приво­дится во вращение от обрезиненного ролика 10, находящегося во фрикционном сцеплении с ходовым колесом 15 агрегата. При каждом обороте ролика, что соответствует прохождению агрега­том пути l₀ или обработанной площади F0 = l₀B (В – ширина зах­вата агрегата, м), флажок один раз пересекает активную зону ин­дукционного преобразователя и на выходе датчика появляется один импульс. Конструкция индукционного преобразователя дат­чика пути перемещения МСА аналогична конструкции датчика частоты вращения вала.

Вычисление удельного расхода жидкости основано на подсчете числа его импульсов за время обработки участка поля площадью F₀. При рабочем диапазоне изменения давлений (0, 02...0, 06 MПa) жидкости на входе в распыливающую штангу и скорости движе­ния агрегата 5...12 км/ч САУ РЖ обеспечивают точность поддер­жания заданной нормы внесения жидкости с погрешностью ±5 %. Диапазон регулирования дозы внесения жидких компонентов для различных систем САУ РЖ составляет 20...2000 л/га, а шаг изме­нения настройки – 1 л/га.

Система САУ РЖ включает перепрограммируемый микропро­цессорный контроллер, функциональная схема которого показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Функциональная схема микропроцессорного контроллера САУ РЖ:

Т – программируемый таймер; ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

МП – микро­процессор; БП – блок питания

В его состав входят таймер программируемый Т, микропроцессор (МП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), панель индикации, контроллер и поле клавиатуры, блок питания (БП). Последний обеспечивает формирование необходи­мых для работы датчиков и всех электронных компонентов систе­мы значений стабилизированных напряжений. Энергопитание БП осуществляется от бортовой сети МСА, в которой допускают­ся колебания напряжения –30...+100% номинального (12 В). Микропроцессорный контроллер обеспечивает работу САУ РЖ-2 в трех режимах: программирование, работа и диагностика.

В ре­жиме программирования оператор с помощью клавиатуры может вводить технологические параметры агрегата (тип и число распы­лителей и др.) и задавать требуемую норму внесения. Вводимые данные и задание визуализируются на панели цифровой индика­ции, при этом автоматически проверяется выполнение стабилиза­ции заданной нормы внесения. Если в пределах допустимых изме­нений скоростей перемещения агрегата норму обеспечить нельзя, то на индикаторе высвечивается сообщение об ошибке.

В режиме работы контроллер в процессе работы агрегата под­держивает заданную норму внесения за счет изменения расхода жидкости через сопловые аппараты пропорционально скорости движения. Кроме того, вычисляется ряд параметров, характеризующих фактическое протекание технологического процесса (теку­щее значение нормы внесения, рабочее давление распыла, ско­рость движения агрегата, размер обработанной площади). О диагностике сл.пункт (2).

2. Микропроцессорная CАК и автома­тического регулирования (САКАР) предназначена в основном для корнеуборочных и кукурузоуборочных самоходных машин с гидростатической трансмиссией, а также и для других сложных уборочных МСА. САКАР обеспечивает выполнение функций сис­тем автоматического контроля вождения, а также автоматического управления загрузкой рабочих органов самоходных МСА путем со­ответствующих изменений их поступательной скорости. САКАР позволяет выполнять и рад дополнительных функций управле­ния – обеспечение диалогового режима с оператором и др. При возникновении аварийных ситуаций с рабочими органами, пере­грузках дизельного или гидравлического двигателей, падении дав­ления масла в смазочной и других системах двигателя МСА ниже допустимого уровня САКАР автоматически останавливает МСА.

В системе САКАР (например, применительно к машине для уборки сахарной свеклы) программируемый микроконтроллер со­держит одноплатную микроЭВМ. Ее адаптеры внешнего интерфейса обеспечивают 64 канала связи с внешними устройствами. МикроЭВМ имеет кварцевый генератор тактовых сигналов и про­граммируемый таймер для синтеза необходимых системе управления временных интервалов наблюдения. Плата ввода-вывода име­ет четырех канальный и восьмиразрядный АЦП, а также одноканальный шестиразрядный ЦАП, четыре канала ввода двухпозиционных сигналов от электромагнитных датчиков. САКАР осуще­ствляет ввод, формирование и усиление импульсных сигналов от 13 индукционных датчиков частоты вращения. Десять из них фор­мируют сигналы о частоте вращения валов основных рабочих ор­ганов, остальные — о частоте вращения ходового колеса, ведомого вала клиноременной передачи, коленчатого вала двигателя.

Панель управления и индикации с соответствующими схемами формирования сигналов содержит клавиатуру и ЖК-дисплей, на котором могут инициализироваться сообщения в цифровой форме и в виде указательных надписей, пиктограмм ра­бочих органов (в соответствии с символами, расположенными на кнопках клавиатуры). Микроконтроллер может реализовать различные программы по командам, вводимым с клавиатуры.

Так, команда «Тест» запускает программу диагностики состоя­ния рабочих органов и двигателя, при этом может осуществляться цифровая индикация состояния их кинематического режима. Час­тоты вращения рабочих органов, измеренные в режиме холостого хода, контроллер запоминает. В дальнейшем по этим значениям с учетом реальной частоты вращения вала двигателя контроллер формирует сигналы о нарушениях в работе фрикционных пере­дач, количестве загрузки, состояниях режимов рабочих органов и др. Команды «Пуск» и «Стоп» соответственно пускают и приоста­навливают программу контроля рабочих органов и двигателя при выполнении ТП. Команда «CAB» запускает программу коррекции системы автоматического вождения.

Команда «АРЗ» (автоматическое регулирование загрузки) за­пускает программу формирования сигнала уровня загрузки убо­рочной машины. Он формируется контроллером на основании информации о частотах вращения вала двигателя и отдельных ра­бочих органов. Этот сигнал передается в электронный блок и да­лее на управление пропорциональным электрогидравлическим сервомеханизмом, который изменяет скорость поступательного движения МСА при отклонении значения сигнала загрузки от за­данного. Т.о. осуществляется стабилизация технологи­ческой загрузки МСА.

3. Бортовая автоматизированная СУ технологичес­кими, энергетическими и эксплуатационными режимами работы МСА предназначена для получения, обработки, хранения и выдачи оператору информации о технологических, энергетичес­ких и эксплуатационных режимах работы МСА, о действиях, ко­торые рекомендуется выполнить оператору для обеспечения наиболее эффективной работы мобильного агрегата, а также об отклоне­ниях от нормальной работы технологических и энергетических ре­жимов МСА. Бортовая автоматизированная система (БАС) позволя­ет в целом повысить технический и экологический уровни МСА за счет контроля и учета их основных показателей работы, снижения расхода топлива, улучшения условий труда операторов, увеличения срока службы двигателя и МСА в целом, снижения вредного воздей­ствия МСА на окружающую среду, растительность, человека, а также существенного повышения производительности работы МСА.

БАС включает:

1. Комплект датчиков: нагрузки двигателя, действительной
скорости поступательного движения МСА, частоты вращения ко­лес трактора (теоретической скорости поступательного движения МСА), вращения коленчатого вала двигателя, вращения ВОМ, вращения узлов прицепной машины (орудия), номера включен­ной передачи, температуры охлаждающей жидкости двигателя, температуры масла двигателя, давления масла в двигателе, давле­ния масла в гидросистеме МСА, уровня топлива в баке, заряда аккумуляторной батареи.

Исходя из требований безопасности и своевременной останов­ки МСА в критических ситуациях информационные параметры, приведенные ниже, следует считать аварийными: температура ох­лаждающей жидкости, давление масла в двигателе, температура масла двигателя, давление в гидравлической системе, частота вра­щения ВОМ, рабочих органов, заряд аккумуляторной батареи.

 

Рисунок 3, а – Структура БАС

 

Отдельные датчики БАС м.б. штатными для трактора (комбайна).

2. Блок хранения, обработки и выдачи информации.

3. Блок стабилизированного напряжения.

Структура БАС приведена на рисунке 3, а. Она включает следующие основные узлы: микроЭВМ с центральным процессо­ром, блоки управления, визуальной и звуковой индикации, сопря­жения с выходами измерительных преобразователей, устройство ввода, запоминающие устройства оперативное (ОЗУ) и постоян­ное (ПЗУ), блок стабилизированного напряжения.

МикроЭВМ с центральным процессором и ОЗУ — основной ба­зовый узел, осуществляющий управление и синхронизацию рабо­ты всех узлов БАС. Связь микроЭВМ с другими блоками органи­зована с помощью 8-разрядных шин данных и управления, а так­же 12-разрядной адресной шины. МикроЭВМ представляет собой функционально-законченное устройство, содержащее на одном кристалле центральный процессор, ОЗУ данных, многоканальный интерфейс ввода-вывода, 8-разрядный таймер-счетчик, схему пре­рываний, тактовый генератор, устройство синхронизации.

Блок управления предназначен для выбора вводимой для БАС и выводимой на световой индикатор (монитор) информации, коррек­ции работы таймера (часов), задает различные режимы работы БАС.

Блок визуальной и звуковой индикации позволяет представлять контролируемые БАС информационные параметры работы МСА в цифровом (например, скорость МСА, расход топлива, время, тем­пературу, давление и др.) или аналоговом (тахометр, уровень топ­лива в баке, нагрузка двигателя, уровень заряда аккумуляторной ба­тареи и др.) виде. Такой блок индикации позволяет также инициа­лизировать контролируемый параметр с помощью светодиодных указателей различных пиктограмм, например аварии в какой-либо системе МСА (путем зажигания надписи «Стоп»). Звуковая инди­кация формирует прерывистые сигналы в случае появления ава­рийных режимов работы каких-либо систем (узлов) МСА.

Блок сопряжения с выходами датчиков обрабатывает аналоговые и цифровые сигналы датчиков в удобные для восприятия БАС. Такие устройства включают аналого-цифровую систему сбора данных (АЦС), усилители-ограничители, схему устранения дре­безга контактов, делители напряжения.

Устройство ввода предназначено для ввода цифровой инфор­мации в микроЭВМ. Основу устройства составляет программируе­мый параллельный интерфейс.

ОЗУ предназначено для временного хранения информации, данных или промежуточных результатов вычислений.

ПЗУ предназначено для хранения и вывода 8-разрядного кода данных из ячеек памяти в соответствии с 12-разрядным кодом ад­реса и управляющими сигналами, поступающими с микроЭВМ. Программы хранятся в ПЗУ независимо от подачи на него напря­жения питания.

Блок стабилизированного напряжения преобразует напряжение аккумуляторной батареи в стабилизированное напряжение +5В, необходимое для питания всех интегральных микросхем БАС.

Виды используемых в БАС датчиков различных информацион­ных, энергетических, технологических и эксплуатационных пара­метров МСА приведены на развернутой структурной схеме, пока­занной на рисунке 3, б.

 

Рисунок 3, б - Структура БАС

 

В качестве измерительных преобразователей используют следу­ющие датчики: УТ – уровня топлива в баке, ДД – давления масла в двигателе, ДП – давления в пневматической системе, ТД – темпе­ратуры в двигателе, ТОЖ – температуры охлаждающей жидкости в двигателе, ТТ-температуры масла в трансмиссии МСА, ЗАБ – напряжения аккумуляторной батареи, СД – скорости поступатель­ного движения МСА, ЧВД – частоты вращения коленчатого вала двигателя, ЧВК – частоты вращения колес (трактора или комбай­на), ЧВВ – частоты вращения ВОМ, ЧВР – частоты вращения ра­бочих органов, НД – нагрузки двигателя.

Обрабатывают сигналы всех датчиков в микроЭВМ. В системе используют микроЭВМ с одно полярным источником питания (+5В). При выходе какого-либо параметра МСА за допустимые пределы на индикаторе загорается надпись «Стоп» и подается прерывистый звуковой сигнал. В новой системе возможны выдача на информационное табло рекомендаций — советов (выбор конкрет­ного номера передачи, увеличение или уменьшение подачи топ­лива, изменение скорости движения МСА и др.), прогнозируемых значений отдельных информационных параметров.

Основными блоками БАС являются микроЭВМ и аналого-циф­ровая система (АЦС). С учетом технических требований, предъяв­ляемых к БАС, простоты и надежности аппаратных средств, а также минимизации их стоимости в качестве микроЭВМ выбран одно­кристальный микропроцессор. Существенные преимущества по­следнего: дешевизна, однополярность питающего напряжения, со­вместимость входных и выходных сигналов с современными мик­росхемами. Применение АЦС вместо традиционных АЦП значи­тельно повышает технические и эксплуатационные характеристики БАС. Основными преимуществами такой АЦС являются: организа­ция связи с микропроцессорными устройствами по принципу пря­мого доступа к памяти, реализация алгоритма последовательной обработки аналоговых сигналов по всем (восьми) независимым входам, возможность функционирования с одним (по полярности) источником питания, низкая мощность потребления, монотон­ность и стабильность передаточной характеристики.

В функциональный состав АЦС сбора данных входят (рис. 3, б): аналоговый мультиплексор; АЦП; ОЗУ с организацией памяти 8x8; схема фиксации адреса и вы­бора канала; буферный регистр с тремя уровнями логических состояний.

Аналоговый мультиплексор выполняет последовательное пере­ключение всех (восьми) аналоговых каналов, по каждому из кото­рых статическое ОЗУ (емкостью 8x8 бит) сохраняет результаты преобразования по каждому из аналоговых каналов. Схема фикса­ции адреса и выбора канала обеспечивает последовательный оп­рос каналов АЦС, фиксацию адреса, запись в ОЗУ по сигналу WR и считывание по сигналу RD. Буферный регистр осуществляет со­гласование уровней сигналов с разрядной шиной данных. Схема работает в однополярном режиме для входных напряжений поло­жительной полярности с амплитудами от 0 до 2, 5 В.

После включения питания БАС выполняет самотестирование, после чего переходит в режим информирования с отображением на панели контролируемых параметров МСА. В процессе работы оператор может вызвать на дисплей показания и значения любого из контролируемых параметров технологического или энергети­ческого режимов работы МСА. БАС одновременно информирует оператора о выходе отдельных параметров (например, скорости движения МСА, его буксования и др.) за пороговые значения.

При движении МСА импульсы, пропорциональные его скорос­ти движения, поступают в процессор. В последнем вычисляются соответствующие параметры: истинная скорость, значение буксования, пройденный MCA путь, размер обработанной площади и др. Оператор может значение любого параметра вызвать на дисп­лей нажатием соответствующей клавиши на панели управления. Истинная скорость непрерывно сравнивается с заданными допус­тимыми ее значениями. При выходе значения скорости за допус­тимые пределы включается визуальная и звуковая сигнализация, продолжающаяся до того момента времени, пока значение скоро­сти не войдет в заданный диапазон. Аналогично контролируется величина буксования.

Принцип действия датчика нагрузки дизельного двигателя основан на известном положении, что в моменты касания огра­ничителем подачи топлива его упора мощность, развиваемая двигателем, будет максимальной, а режим его работы по топ­ливной экономичности — близким к оптимальному. Регистра­ция датчиком соответствующего положения ограничителя с учетом тенденций изменения частоты вращения вала двигателя позволяет прогнозировать нагрузку последнего. Кроме того, та­кой измеритель нагрузки дает возможность в полевых условиях контролировать реальную рабочую характеристику двигателя, что достигается непрерывной регистрацией (в нагрузочной характеристике двигателя) точки перехода корректорной ветви на регуляторную.

Измерение скорости поступательного движения МСА (тракто­ра, комбайна, машины) позволяет: контролировать его действи­тельную (в отличие от теоретической) скорость движения; изме­рять буксование движителей энергетического средства; оператив­но определять обработанную площадь или пробег. Действитель­ную скорость МСА измеряют с помощью радарных датчиков, работающих на основе доплеровского эффекта. Использование доплеровского эффекта осуществляется излучением электромаг­нитных или акустических колебаний на опорную поверхность (на почву, дорогу) под определенным углом а и приеме отражен­ных от этой поверхности колебаний. Излучатель и приемник уста­навливают на МСА. При движении излучателя отраженный от земли сигнал, принятый приемником, будет иметь частоту Допле­ра f_Д, отличающуюся от излученной на f_Д = ( 2v_тp / λ ) cosα, где v_тp = f_Дλ / 2 cosα – действительная скорость МСА; х – длина волны излучаемых колебаний; α – угол наклона оси излучателя к поверхности.

Действительную скорость движения МСА вычисляет микропро­цессор, в программу которого заложено приведенное выше выра­жение. Для определения буксования движителей кроме значения действительной скорости необходимо знать теоретическую скорость v_T движения MCA. Ее находят по частоте вращения или угло­вой скорости любого вала трансмиссии, соответствующему переда­точному числу и радиусу ведущего колеса. Вычисленную по этим данным теоретическую скорость бортовой компьютер сопоставляет с действительной скоростью энергетического средства по извест­ной формуле. Если результаты расчета бортового микропроцессора вывести на панель приборов, то в процессе работы можно контро­лировать текущее значение действительной скорости и коэффици­ент буксования движителей энергетического средства: δ = ( v_T – v_TР ) / v_T.

Зная действительную скорость и ширину захвата агрегатируемого с трактором орудия, можно контролировать текущую произ­водительность МСА.

В БАС датчик действительной скорости МСА реализует так­же принцип радиолокационного измерения. Он включает СВЧ приемо-передающий блок интегрального исполнения и антен­ну с фазированной решеткой. Приемо-передающий блок содер­жит транзисторные генератор и смеситель. Излучаемый сигнал имеет частоту 12 ГГц. Ширина диаграммы направленности ан­тенны составляет около 10°. На выходе датчика формируется сигнал, пропорциональный частоте Доплера. Для снижения не­гативного воздействия вибраций и колебаний (продольных и поперечных) трактора на датчик действительной скорости пос­ледний устанавливают вблизи центра масс на корпусе, задней полураме или на раме двигателя (соответственно для тракторов К-701, Т-150К, МТЗ-82). Высота установки такого ИП колеб­лется от 500 до 1100 мм от поверхности земли. Диаграмма на­правленности ИП скорости должна быть сконцентрирована в колее трактора.

ИП теоретической скорости (стандартный индукционного типа с импульсным выходом) установлен на ведущем мосту трак­тора (для трактора К-701 можно использовать штатный ИП обо­ротов спидометра) и измеряет частоту вращения его ведущих ко­лес. В БАС с учетом радиуса и частоты вращения ведущего колеса осуществляется расчет теоретической скорости МСА.

 

Контрольные вопросы и задания

1. Изложите особенности реальной работы МСА.

2. Объясните назначение си­стем автоматического контроля и управления режимами работы МСА.

3. Объяс­ните принцип работы САК посевных агрегатов.

4. В чем заключается принцип ра­боты САК уборочных машин?

5. Каков принцип работы САУ положением рабо­чих органов МСА?

6. Расскажите о работе САУ загрузкой уборочных комбайнов.

7. Как САУ управляет движением МСА?

8. Расскажите, как работает функцио­нальная схема микропроцессорной системы управления МСА.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Выбор и утверждение темы. Руководство дипломной работой
2. Основные этапы работы над дипломной работой
3. Раздел III. Управление социальной работой и ее кадры
4. Расчет сырья и составление заданий бригадам поваров. Оперативный контроль за работой производства
5. Резервное управление работой мотор-компрессоров.
6. Теория справедливости С. Адамса.
7. Тест Е.И. Рогова «Удовлетворенность работой»
8. ТЕСТ: НАСКОЛЬКО ХОРОШО ВЫ СПРАВЛЯЕТЕСЬ СО СВОЕЙ РАБОТОЙ
9. Управление эксплуатационной работой депо