РОЗРОБКА СИСТЕМИ ОПТИМАЛЬНОГО КЕРУВАННЯ МЕХАНІЗМАМИ ЗМІНИ ВИЛЬОТУ ВАНТАЖУ ТА ПОВОРОТУ БАШТОВОГО КРАНА

Abstract

Проведено розробку структурно-функціональної блок-схеми системи оптимального керування механізмами зміни вильоту вантажу та повороту баштового крана. Виконано детальний опис окремих функціональних блоків схеми та їх логічний зв’язок. Робота системи керування за редставленою структурно-функціональною блок-схемою полягає у проведенні діагностичних операцій апаратної та програмної частин системи, попередньому розрахунку діаграм швидкостей механізмів, їх уточненні із врахуванням оптимальних законів руху механізмів (ця операція виконується із врахуванням обмежень зі сторони частотно-керованого приводу механізмів крана). Остання операція у алгоритмі пов’язана із реалізацією руху механізмів крана за уточненими діаграмами та коригуванні кінцевого положення вантажу у площинах руху візка по стрілі і повороту крана. Система керування дає змогу реалізувати оптимальні закони руху механізмів із врахуванням фактичних фазових координат динамічної системи, особливостей частотно-керованого приводу механізмів та забезпечує усунення коливань вантажу на гнучкому підвісі. Крім того, було наведено рекомендації стосовно вибору мікроконтролера, датчиків та частотних перетворювачів приводів механізмів повороту крана та переміщення візка, а також протоколу передачі даних між елементами системи керування. Детально наведено перелік обов’язкових функцій частотних перетворювачів, які виступають джерелами живлення приводів механізмів баштового крана, та мікроконтролерів, які виконують операції розрахунку керуючих сигналів, збору даних та взаємодії з оператором крана. Вказано виробників та лінійки пристроїв, які розроблені для умов експлуатації вантажопідйомної техніки. Для датчиків кутового та лінійного положень механізмів крана наведено вирази, які дають змогу визначити раціональну точність використовуваних датчиків (оптичних енкодерів).

The development of the structural and functional block diagram of the optimal control system for the trolley movement and slewing mechanisms of a tower crane has been carried out. A detailed description of the individual functional blocks of the system and their logical connection is presented. The operation of the control system according to the presented structural and functional block diagram consists in carrying out diagnostic operations of the hardware and software parts of the system, preliminary calculation of the speed diagrams of the mechanisms, their correction taking into account the optimal laws of the mechanisms movement (this operation is performed taking into account the limitations of the frequency-controlled drive of the crane mechanisms). The last operation in the algorithm is connected with the implementation of the movement of the crane mechanisms according to the corrected diagrams and the adjustment of the final position of the load in the planes of the trolley movement (along the boom) and the slewing rotation of the crane. The control system allows one to implement the optimal laws of movement of the mechanisms, taking into account the actual phase coordinates of the dynamic system, the features of the frequency controlled drive mechanisms and ensures the elimination of oscillations of the load on a flexible suspension. In addition, recommendations are given on the selection of a microcontroller, sensors and frequency inverters of drives of slewing and trolley movement, as well as a data transfer protocol between the elements of the control system. The list of mandatory functions of frequency inverters acting as power sources for the drives of the tower crane mechanisms and microcontrollers that perform the operations of calculating control signals, collecting data and interacting with the crane operator is given in detail. The manufacturers and ranges of devices designed for the operating conditions of hoisting machinery are presented. For the sensors of the angular and linear positions of the crane mechanisms, expressions are given to determine the rational accuracy of the sensors (optical encoders).