Дополнительные возможности оценки наработанного ресурса гидравлическими двигателями, управляемыми пропорциональнымиPDV74 распределителями
В состав большинства гидравлических систем (ГС) входят гидравлические цилиндры (ГЦ) рис.1и гидромоторы (ГМ) рис 2.
.png)
Рис.1 ГЦ производства итальянской фирмы DINatale - Bertelis p. a.
.png)
Рис.2 ГМ героторного типа BMRY-200
Эти гидравлические двигатели (ГД) в современных ГС управляются дискретными и пропорциональными, например, пропорциональными распределителямиPDV74 рис.3 гидравлическими распределителями. Управление этим гидравлическим оборудованием в современных ГС осуществляется программируемыми контроллерами, например, контроллер фирмы ifm типа CR0403 рис.4 с необходимым количеством входов/выходов.
.png)
Рис.3 Блок пропорциональных гидравлических распределителей PDV74
.png)
Рис.4 Контроллер фирмы ifm типа CR0403
Программа управления приводами ГС должна реализовывать задачу "Управляемость системы", т.е. её функционирование согласно заданному алгоритму с заданными параметрами, а также обеспечивать "Наблюдаемость системы", т.е обеспечивать доступность эксплуатационникам информации о состоянии объекта управления и его текущих параметров. Типичным примером такой системы является классическая система управления с обратной связью, в которой реализованы эти два подхода. В этом случае, программа управления объектом или его компонентом, пишется с учётом того, что информация о состоянии системы поступает от имеющихся датчиков. Это датчики положения, скорости, давления и т.д. Такая программа отрабатывает необходимый алгоритм управления с учётом состояния системы.
Управляя дискретными и пропорциональными распределителями, мы обеспечиваем правильное функционирование установленных в системе исполнительных гидроцилиндров и гидромоторов. Т.е. мы полностью реализовали необходимые в системе принципы "Управление". Там, где необходимо, стоят датчики, которые контролируют работу цилиндров и моторов и их сигналы поступают в контроллер. Там где датчиков нет, за работой можно наблюдать визуально. Т.е. мы смогли в рамках наших возможностей реализовать в управлении оборудованием принцип "Наблюдаемость".
На первый взгляд задачи "Управляемость" и "Наблюдаемость" решены! Но это не так, потому что возможности по решению задачи "Наблюдаемость" реализована не полностью.
Если в применяемом контроллере его электронные компоненты имеют весьма солидный ресурс (LifeTime), то управляемое им механическое и гидравлическое оборудование имеет вполне конечный ресурс работы и оно периодически нуждается в профилактике или ремонте. Задача разработчика системы управления состоит ещё и в том, чтобы программа в контроллере дополнительно в процессе работы осуществляла контроль отработанного ресурса каждого управляющего или исполнительного компонента гидравлической системы и при достижении заданного значения информировала о необходимости сервисного обслуживания. При этом желательно, чтобы собиралась информация для статистики о нормальной работы устройств и также добавить возможность оперативно провести диагностику оборудования там, где это возможно. Все это нужно не только для определения времени, когда необходимо проводить профилактические работы, но и для определения тех моментов, когда нужно произвести замену отдельных компонентов системы, чтобы заранее устранить аварийные ситуации. Этот аспект важен для формулировки требований к условиям эксплуатации системы управления потребителя оборудования, с точки зрения выполнения гарантийных обязательств поставщика данного оборудования.
Для хранения получаемых данных лучше использовать энергонезависимую память котроллера, которая бы сохраняла полученные данные при его выключении. Она доступна для чтения при подключении стандартного ПО CoDeSys 2.3, на котором пишется программа контроллера CR0403. Данные лучше анализировать в управляющей программе, как глобальные данные, что позволит их использовать не только в основной программе, но и в подпрограммах, функциональных блоках и функциях.
Процесс добавления в программу управления дополнительных команд, которые бы позволили осуществлять определение текущего ресурса работы компонентов системы, а так же дополнительную диагностику, нужно разделить на несколько этапов в зависимости от их сложности.
Общее время работы контроллера.
К сожалению, контроллер фирмы ifm типа CR0403 не имеет встроенных часов реального времени. Но при этом есть доступ к его часам системного времени, которые включаются с нуля, имеют точность в 1 микросекунду и работают, пока наш контроллер подключен к питанию. Поэтому, для подсчета общего времени работы контроллера, необходимо циклически запускать программно-организованный таймер на выдержку времени, например, одна минута. Далее, когда, когда таймер отработает заданное время за одну минуту, добавляется число 1 в счетчик, который храниться в энергонезависимой памяти. В дальнейшем можно сделать хранение времени в нескольких ячейках, которые бы содержали не только число проработанных минут, но и часов и дней.
Для подсчета числа переключений дискретных клапанов и распределителей вполне достаточно в программе, где дается команда на выход контроллера, который управляет включением клапана или распределителя, необходимо добавить единицы в отдельно программно-организованный счетчик, значение которого хранится в энергонезависимой памяти. Фактически, это будет одна строка в программе. Данный параметр можно потом сравнивать с числом, соответствующим ресурсу определенного клапана или распределителя по количеству срабатываний и в случае, когда значение отработанного числа переключений достигнет этого количества, сформируется сигнал или сообщение, что данный элемент отработал свой ресурс и нуждается в профилактики или замене.
Отработанное число циклов гидроцилиндров может считаться таким же образом, как отработанное число переключений распределителей, которые управляют этим гидроцилиндром. Причем здесь число ходов перемещения цилиндра можно считать как удвоенное число включения распределителя. Для гидроцилиндров с малым ходом (нужно уточнить какой ход малый для конкретного типа цилиндра) бывает достаточно знать число отработанных циклов вперед/назад. Для цилиндров с большим ходом нужно будет вычислить его фактический пробег. Для этого отработанное число циклов перемещения необходимо отдельно умножить на удвоенный ход цилиндра или же организовать в энергонезависимой памяти программный счетчик пробега цилиндра, в который после каждого отработанного перемещения прибавлялось число, соответствующее длине хода гидроцилиндра в соответствующих единицах измерения. Как и для распределителей, это число можно потом сравнивать с числом, соответствующим максимальной величиной пробега данного цилиндра и в случае, когда фактический пробег его достигнет, сформируется сигнал или сообщение, что данный цилиндр отработал свой ресурс и нуждается в профилактики или замене.
Отработанное число циклов переключения пропорциональных распределителей
К сожалению, подход к определению количества срабатывания дискретного распределителя не подходит для определения фактического числа переключения пропорционального распределителя. Это объясняется тем, что в процессе работы золотник пропорционального распределителя может перемещаться на различные, заранее заданные, положения. Для того, чтобы определить, какой примерный реальный ресурс отработал золотник пропорционального распределителя, можно ввести контроль по величинам задания времени на перемещение золотника, которое должен отработать распределитель. Приблизительно можно считать, что величине задания времени перемещение золотника соответствует ход перемещения золотника. Чтобы подсчитать во времени, какое примерно было фактическое перемещение золотника, нужно с некоторой дискретностью по времени записывать величину задания и ее сравнивать с предыдущей. Если есть разница, то она пропорциональна величине перемещения золотника в пропорциональном распределителе. Если разница нулевая, то перемещения нет. Абсолютная величина полученного результата должна суммироваться с сохраняемым значением счетчика, который располагается в энергонезависимой памяти и хранит фактический пробег золотника. Очень важно, чтобы правильно вычислить, на основании технической документации, пропорцию между величиной задания времени перемещения золотника и его хода. Для реализации этого подхода в программе добавляется дополнительный циклически работающий таймер, после которого вычисляется разница задания на распределитель и суммируется со значением счетчика хода – это всего две строки программы. Для специальных случаев можно отдельно считать число циклов, когда золотник меняет направление перемещения, чтобы было понятно сколько раз уплотнение золотника работало при изменении направления его движения.
Если объектом управления пропорционального распределителя является гидроцилиндр, то можно применить подход для вычисления примерного пробега цилиндра как для вычисления пробега золотника, который описан выше. При этом надо определить и подставить число, которое является пропорцией между величиной задания и возможным перемещением штока цилиндра за единицу времени. Но здесь важно понимать, что цилиндр имеет вполне конкретную величину хода, которая не может быть превышена. Поэтому, помимо вычисления абсолютной величины хода нужно учитывать то, что при постоянной величине задания цилиндр может отработать свой ход и просто стоять под давлением. А значит, нужно понимать, что после отработки максимального хода величина последующего реального перемещения штока цилиндра равна 0. Конечно, это уже требует больше чем 2 дополнительной строки в программе и в дальнейшем алгоритм вычисления хода цилиндра при управлении от пропорционального распределителя будет описан более подробно.
При управлении гидромотором примерный отработанный ресурс можно определить по величине задания на управляющий им пропорциональный распределитель. Для каждой величины задания есть соответствующая скорость вращения вала гидромотора, с постоянными интервалами времени ожидаемую скорость вращения вала в зависимости от величины задания с предыдущим полученным значением. Они храниться в энергонезависимой памяти контроллера, можно приблизительно определить, какое количество оборотов сделал гидромотор. При этом, суммируя значения времени в каждом цикле, вычисления скорости вращения вала гидромотора в программном счетчике, значение которого хранится в энергонезависимой памяти, можно определить довольно точно, сколько времени какое и количество оборотов отработал этот гидромотор.
Автор статьи:
Автор: к.т.н. Воронежцев И.В.
Редактор к.т.н. Артюшин Ю.В.
