Данная статья является продолжением описания способов получения дополнительной информации, которые были изложены в статье «Дополнительные возможности оценки наработанного ресурса гидравлическими двигателями, управляемыми пропорциональными PDV74 распределителями». Рассмотрим, как в рамках имеющейся системы управления можно обеспечить диагностику работоспособности гидравлического оборудования, которое управляется гидравлическими электроуправляемыми пропорциональными распределителями PDV74 PDV114 и PDV 315 производства фирмы OFMB (рис. 1).
.png)
.png)
.png)
Рис. 1. Блоки пропорциональных гидравлических распределителей PDV74, PDV114 и PDV 315.
Далее будем рассматривать систему управления этими распределителями, построенную на базе программируемых контроллеров CR0403 фирмы ifm (рис.2) или на базе аналогичных контроллеров.
.png)
Рис. 2. Программируемый контроллер CR0403 фирмы ifm.
Рассмотрим эффективные способы изменения программы без использования модификации аппаратной части при управлении для реализации следующих задач:
Диагностика работы пропорциональных распределителей PDV с электронным драйвером.
Пропорциональные гидравлические распределители PDV с электроуправлением фирмы OMFB выпускаются с пилотным электрогидравлическим пропорциональным приводом золотника. Эти гидравлические приводы пилотного управления выпускаются, как имеющие электронный драйвер управления двумя редукционными клапанами, так и с прямым внешним управлением катушек этих редукционных клапанов.
Наибольший интерес для диагностики работы пропорционального распределителя PDV представляет исполнение электрогидравлических пропорциональных приводов с электрическим драйвером и встроенной обратной связью по положению золотника, что дает возможность контролировать процесс перемещение золотника в зависимости от полученного задания, т.е. вести мониторинг его работы. На рис. 3 показана структурная схема привода пропорционального распределителя с электронным драйвером и датчиком положения золотника.
.png)
Рис. 3. Структурная схема пилотной части распределителя с электронным драйвером.
Из структурной схемы видно, что в основе электронного драйвера лежит встроенный ПИД регулятор, который управляет двумя отдельными катушками редукционных клапанов соответствующим выходным сигналом управления с ШИМ. Для контроля за перемещением золотника распределителя служит датчик перемещения, осуществляющий обратную связь по положению. Алгоритм управления привода позволяет вести мониторинг на основе принятого задания от контроллера системы управления и результата его отработки золотником. Производитель PDV распределителей предлагает две версии диагностики – «активную» или «пассивную». В зависимости от вида управляющего сигнала (напряжение или ток), в серии PDV74 такие приводы распределителей имеют общую маркировку PEAC111, PEAC112 или PEAC116 [1].
«Активная версия» имеет реакцию 500 мс и функцию запоминания. При обнаружении состояния ошибки, редукционные клапаны автоматически деактивируются и золотник переводится в нейтральное положение (если он не заблокирован). Система будет реагировать только на сбои в работе с длительностью более 500 мс. Сигнал о неисправности выдается на контакт разъема путем замыкания его через транзистор на минус (GND), как показано на рис. 4. Это состояние ошибки запоминается и продолжается до тех пор, пока система управления не будет сброшена путем отключения напряжения питания. Когда «Активная версия» мониторинга неисправностей включена и обнаруживает состояние ошибки, то система управления обеспечивает быструю и свободную от оператора машины реакцию, которая переводит весь гидравлический контур в режим разгрузки, тем самым предотвращая неконтролируемые движения машины.
.png)
Рис. 4. Формирование аварийного сигнала.
«Пассивная версия» имеет реакцию около 250 мс без функции запоминания. При обнаружении состояния ошибки, пропорциональные электромагнитные клапаны не отключаются и главный золотник по-прежнему управляется. Когда возникает состояние неисправности, после задержки в 250 мс сигнал тревоги отправляется через выделенный контакт, аналогично, как при «Активной версии» (рис. 4). Это состояние не запоминается. И когда клапан начинает вновь работать нормально, состояние неисправности исчезает, а сигнал тревоги снова становится пассивным.
Чтобы контроллер мог получать информацию о состояниях неисправности, аварийный сигнал нужно подключить к его свободному дискретному входу. Если нужно реагировать на аварийные сигналы от нескольких распределителей, то можно использовать только один дискретный вход у контроллера, а аварийные выходы распределителей соединить одним проводником. При установке на любом аварийном выходе соединения с минусом, сигнал на входе контроллера пропадет и таким образом система управления будет об этом информирована.
В том случае, если будут применятся другие типы приводов пропорциональных распределителей, у которых нет встроенного датчика положения золотника распределителя, то это означает, что любые силы, которые перекрывают усилия управления золотником, могут изменить положение золотника без сигнала ошибки, поэтому безопасность всей системы остается зависимой только от оператора и основана на его визуальном контроле.
Диагностика обрыва провода при прямом управлении распределителями PDV без электронного драйвера.
При применении в системе управления исполнительными гидравлическими моторами или цилиндрами пропорциональных гидравлических распределители PDV с прямым электроуправлением типа PEAD1 или PEAP1 [1], необходимо в процессе работы диагностировать обрыв провода, по которому передается сигнал управления катушкой. Если, как было отмечено ранее, применить для управления распределителями PDV контроллер CR0403, то у него 8 выходных портов из 12 имеют встроенную диагностику состояния их нагрузки, что позволяет информацию с них учесть в программе управления.
На рис. 5 показана обобщенная принципиальная схема выходного порта контроллера CR0403 с диагностикой [2].
.png)
Рис. 5. Принципиальная схема выходного порта контроллера CR0403 с диагностикой.
Входной электрический сигнал (1) управляет транзистором, который при открывании на выход Qn (3) подает напряжение питания UB, которое далее по соединительному проводу поступает на нагрузку (4) - в нашем случае ей является катушка распределителя. Второй вывод нагрузки соединен с общим проводом GND. Дополнительно к выходу Qn через сопротивление Ru подается напряжение питания UB. Итоговый сигнал на выходе Qn через обратный канал считывания (2) передается на измеритель напряжения.
Обнаружение обрыва соединительного провода осуществляется благодаря этому каналу считывания (2). Когда выходной транзистор находится в закрытом состоянии, напряжение UB через него не поступает на Qn, и обрыв провода, соединяющего выход с нагрузкой, обнаруживается, если резистор Ru устанавливает на канале считывания ВЫСОКИЙ потенциал, близкий по величине к напряжению питания UB. Если обрыва провода нет и связь с нагрузкой не нарушена, то на нагрузке с низким сопротивлением (менее 10 кОм) будет присутствовать низкий уровень сигнала (логический 0).
Для чтения результата диагностики обнаружения обрыва провода, в программе управления необходимо для работы с выходными портами CR0403 применить функциональный блок OUTPUT, который включен в состав CoDeSys 2.3 в библиотеке ifm_CR0403_Vxxyyzz.LIB [2]. Графическое изображение блока OUTPUT показано на рис. 6.
.png)
Рис. 6. Графическое изображение функционального блока OUTPUT.
Не вдаваясь в детализацию программирования на ПО CoDeSys 2.3 [3], параметр MODE нужно для этого установить равным 15 (0x0F) = «двоичный выход плюс переключение с диагностикой». Тогда в процессе работы, считывая выходной параметр RESULT, можно прочитать сообщение диагностики выходного порта. Так сообщение на диагностическом выходе означает:
В том случае, когда во времени наблюдается периодические сообщения об обрыве провода, которые периодически исчезают, то можно здесь сказать, что имеет место плохой контакт (дребезг) в соединительном проводе или же в присоединительном разъеме.
Диагностика короткого замыкания в катушках редукционных клапанов в распределителях PDV без электронного драйвера.
Схема выходного порта контроллера CR0403, приведенная на рис. 5, позволяет диагностировать в цепи нагрузки выхода короткое замыкание.
Обнаружение замыкания осуществляется через обратный канал считывания (2). Когда выходной транзистор включен, то на выход Qn с него должно поступать напряжение UB, короткое замыкание на GND при этом обнаруживается, когда канал обратного чтения показывает НИЗКИЙ потенциал (GND).
Для чтения результата диагностики обнаружения короткого замыкания, в программе управления необходимо для работы с выходными портами CR0403 применить функциональный блок OUTPUT (см. рис. 6), как это было описано выше. Параметр MODE нужно также установить равным 15 (0x0F) = «двоичный выход плюс переключение с диагностикой». И в процессе работы считывая выходной параметр RESULT, можно прочитать сообщение диагностики выходного порта. Так сообщение на диагностическом выходе означает:
Показанные способы диагностики за счет схемного решения выходного порта контроллера и применения функционального блока OUTPUT позволяет диагностировать также и наличие короткого замыкания в цепи нагрузки при управления распределителями только при управлении ДИСКРЕТНЫМИ сигналами. В этом случае управление распределителями и диагностику можно проводить в процессе работы гидравлической системы.
В том случае, когда для управления пропорциональными распределителями необходимы сигналы управления в виде ШИМ, то диагностику состояния электрических цепей системы управления распределителями необходимо проводить перед подачей гидравлического питания перед началом работы, как было описано выше. И если диагностика показала, что электрические цепи управления исправны, то дается разрешение на переключение необходимых для управления пропорциональными распределителями выходов из режима управления дискретными сигналами в режим ШИМ, а только после этого включать гидравлическое питание системы.
Если же в процессе работы всей гидравлической системы появились ошибки в управлении или отказы, то необходимо отключить источник гидравлического питания и сделать диагностику электрический цепей управления на обрыв и короткое замыкание. Если при этом найдена неисправность, то её необходимо устранить. Если неисправность не в электрической части системы, то необходимо провести диагностику гидравлической и механической систем.
Автор к.т.н. Воронежцев И.В.
Редактор к.т.н. Артюшин Ю.В.
