CC BY
23УДК [681.586.69:004.45]:621.875.56-83
А.М. Андреев, начальник отдела ФГБОУ ВПО «АГТУ» Н.Г. Романенко, канд. техн. наук, доцент, Каспийский институт морского и речного транспорта филиал ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 414014, г. Астрахань, ул. Костина, 2 Ш.А. Турпищев, канд. техн. наук, доцент, «Астраханский государственный технический университет» 414056, г. Астрахань, ул. Татищава, 16
РАЗРАБОТКА МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ПОРТАЛЬНОГО КРАНА
Представлена разработка микроконтроллерной системы управления электроприводом механизма передвижения портального крана - произведен выбор микроконтроллера, составлена схема внешних подключений, разработка программного обеспечения на языке Ассемблер MPASM и моделирование и отладка работы микроконтроллера в среде MPLAB IDE c использованием отладчика Proteus VSM MPLAB Viewer.
Ключевые слова: микроконтроллер, система управления, портальный кран, электропривод.
В настоящее время многие предприятия имеют значительную часть оборудования с продленным сроком службы. Как правило, несущие конструкции и силовые агрегаты такого оборудования находятся в хорошем состоянии и по паспортным характеристикам отвечают требованиям потребителя. Но при эксплуатации такого устаревшего оборудования часто возникают отказы, обычно связанные с системами управления.
В подавляющем большинстве случаев в системах управления применяются вычислители на аналоговых элементах, таких как операционные усилители или транзисторы, а логическая часть реализована на элементах дискретной логики. Конструктивно такая система управления может быть выполнена на нескольких электронных платах, содержащих значительное количество дискретных элементов и коммутаций между платами, что со временем приводит к увеличению количества отказов. Поиск неисправностей в таких системах управления затрудняется ломкостью проводников, соединяющих платы, нарушений контактов ползунков подстроечных и переменных резисторов, снижением емкостей электролитических конденсаторов и пр.
Современные технологии способны реализовать те же самые функции системы управления программным способом средствами единственного однокристального микроконтроллера, что значительно увеличивает отказоустойчивость системы управления и упрощает диагностику оборудования.
В данной статье представлена разработка новой микроконтроллерной системы управления электроприводом механизма передвижения портального крана КПМ-30, который используется при выполнении ремонтных и монтажных работ на судах на Волго-Каспийском судоремонтном заводе.
Объектом управления является электропривод с четырьмя асинхронными двигателями МТКН 311-6 У1 с регулированием частоты вращения двигателей изменением напряжения на статоре. В качестве регулирующих элементов выступают три тири-сторных коммутатора (рис. 1). Система управления должна обеспечивать разгон и торможение электропривода с регулируемым ограничением тока и временем разгона.
А.М. Андреев, Н.Г. Романенко, Ш.А. Турпищев
Разработка микроконтроллерной системы управления электроприводом механизма
Рис. 1. Схема включения тиристорных коммутаторов
Паспортные данные приводных двигателей передвижения - мощность на валу при ПВ 40 % - 11 кВт, номинальное напряжение статорной обмотки - 380 В, ток ста-торной обмотки - 28,5 А, пусковой ток статорной обмотки - 130 А.
Старая система управления тиристорными коммутаторами выполнена на интегральных микросхемах, обеспечивающих плавное изменение выходного напряжения по принципу фазового регулирования в зависимости от величины входного (заданного) сигнала управления.
В устройстве предусмотрена защита от токов короткого замыкания, от токов перегрузки, от работы на пониженном напряжении, от перенапряжения сети, от включения при отсутствии одной из фаз или неправильном чередовании фаз питающей сети.
Ввиду участившихся отказов системы управления тиристорными коммутаторами было принято решение о разработке новой системы управления на базе микроконтроллера.
Проанализировав технические условия работы, требования по количеству входов-выходов, быстродействию, объему памяти и других параметров был сделан выбор контроллера - PIC16F877A.
Микроконтроллер PIC16F877A это однокристальный 8-разрядный FLASH CMOS микроконтроллер [1], обладающий следующими основными характеристиками:
- высокоскоростная RISC архитектура;
- 35 инструкций;
- тактовая частота до 20Мгц, один машинный цикл - от 200нс;
- все команды выполняются за один машинный цикл, за исключением команд перехода, выполняемых за два цикла;
- 8к слов FLASH памяти программ;
- 368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ);
- 256 х 8 байт памяти EEPROM памяти данных;
- 14 источников прерываний;
- 8 уровневый аппаратный стек;
- два 8-ми разрядных и один 16-ти разрядный таймер/счетчик;
- 2 модуля захвата/сравнения/ШИМ;
- многоканальное 10-ти разрядное АЦП;
- 5 настраиваемых портов ввода/вывода;
- высокая нагрузочная способность портов - до 25мА на вывод;
- полностью статическая архитектура.
На рис. 2 приведено расположение выводов микроконтроллера Р1С16Р877Л.
МС1_Р!Л№Р ■ ргдо/Агмо (?А1/дт
ыньтмлЕ?* -[?А4Я0СК1 • РА5/АШ/Б5 РЕО/ш5/АМ5 КЕТ/Ш/АМб РЕ2/С§/АМ7 ■ УОО-УЭБ . 05С1/С1_К1М ■
оэсг/ськоит.
Р!С0/Т1 ОБО/ПСК! • ^1ЯЮ51/ССР2 ■ ТО2/ССР1 -РСЗ/ЭСК/БСЬ • РЮО/РБРО РЮ1/Р5Р1 ■
1 40
2 39
3 38
4 37
5 36
6 35
7 34
8 33
9 Ю 32
10 N 31
1».
11 СО и. 30
12 (О 29
13 тО 28
14 О. 27
15 26
16 25
17 24
18 23
19 22
20 21
RB7/PGD ИВб/РСС кВ5 РВ4
RBЗ/PGM
РВ2
1?В1
РВ0/1МТ Уш ■ УЭБ !?07/Р5Р7 РОб/РБРб RD5/PSP5 RD4/PSP4 RC7/RX/DT RC6/TX/CK RC5/SDO РС4/501/5йА РОЗ/Р5РЗ РЮ2/РБР2
Рис. 2. Расположение выводов контроллера
Для работы микроконтроллера в составе системы управления электроприводом передвижения составлена схема подключения внешних устройств, которая представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема подключения внешних устройств
Сигналы управления с кнопок «Пуск», «Стоп» подаются на ножки порта В ЯВ0, КБ1. Сигнал синхронизации от фазного напряжения фазы А, с целью генерирования прерывания по изменению уровня сигнала подается на ножку ЯВ7. Сигналы от задат-чиков ЯО-ЯСб используются для подключения к формирователям импульсов на соответствующие тиристоры, где, R1 - задатчик постоянной времени, R2 - уставка тока разгона, R3 - уставка тока торможения.
Для предложенной микроконтроллерной системы управления была составлена на языке Ассемблер MPASM программа работы контроллера [2]. Объём разработанной
А.М. Андреев, Н.Г. Романенко, Ш.А. Турпищев
Разработка микроконтроллерной системы управления электроприводом механизма ...
программы составляет 398 ячеек памяти программы, период опроса датчиков тока составляет 3мс, время выполнения одного такта программы - 25мкс. На составленную программу подана заявка на регистрацию программы для ЭВМ.
В среде MPLAB IDE была произведена отладка работы микроконтроллера c использованием отладчика Proteus VSM MPLAB Viewer [3] для следующих основных режимов работы: «при разгоне ЭП движения крана «Вперед»; «при разгоне ЭП движения крана «Назад»; «при динамическом торможении ЭП движения крана».
Разработка и внедрение предложенной системы позволит повысить надежность работы портального крана и уменьшит материальные потери, связанные с непроизводственными простоями на ремонт старой системы управления.
Список литературы:
[1] Магда Ю.С. Микроконтроллеры PIC: архитектура и программирование. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 240 с.: ил.
[2] MPASM. Руководство пользователя.
[3] MPLAB IDE. Интегрированная среда разработки для микроконтроллеров PlCmicro компании Microchip Technology Inc. 2001 г.
DEVELOPMENT OF MICROCONTROLLER SYSTEM MOTOR CONTROL MECHANISM OF MOVEMENT OF GANTRY CRANE.
A.M. Andreev, N. G. Romanenko, S.A. Turpischev
Presents the development of motor control microcontroller system gantry crane traveling mechanism - made a choice microcontroller circuit is made up of external connections, software development in Assembler MPASM and simulation and debugging of the microcontroller in the environment MPLAB IDE c Debugger Proteus VSM MPLAB Viewer.
УДК 621.431.74.068.4
О.Е. Андрусенко, канд. техн. наук,
доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
С.Е. Андрусенко, канд. техн. наук,
ст. преподаватель, ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а
ВОПРОСЫ СНИЖЕНИЯ ЭМИССИИ NOx В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
В данной статье приводится обзор методов снижения токсичности отработавших
газов судовых дизелей ведущих дизелестроительных заводов.
Ключевые слова: оксид азота, каталитическая обработка, нормы выбросов.
Фирма MAN Diesel провела опытную эксплуатацию своих среднеоборотных двигателей с селективным каталитическим восстановлением (SCR - Selective Catalytic Reduction) отработавших газов и технологией подачи влажного воздуха в цилиндры двигателя (HAM - Humid Air Motor). Внедрение этих мероприятий позволило получить значительное снижение выбросов окислов азота (NOx) до пределов уровня Tier III требований Международной морской организации (IMO - International Maritime
