Układ sterowania modelu napędu dźwigowego na bazie programowalnych mikrokontrolerów

1. Układ sterowania modelu napędu dźwigowego na bazie programowalnych mikrokontrolerów Autor: Łukasz Gębarowski Opiekun: dr inż. Andrzej Ożadowicz www.agh.edu.pl

2. Cel i zakres pracy Celem pracy jest zaprojektowanie i wykonanie układu sterowania modelu napędu dźwigowego, przy wykorzystaniu mikrokontrolera z rodziny AVR oraz układów pomocniczych. Zakres pracy obejmuje: • wykonanie modelu symulacyjnego dźwigu osobowego, • wykonanie układu sterowania współpracującego z silnikiem prądu stałego, • napisanie programu sterującego mikroprocesorem, • przeprowadzenie testów napędu i oprogramowania

3. Etapy pracy • Wstęp. • Budowa modelu symulacyjnego. • Projekt układu sterowania. • Algorytm i program sterowania. • Normy i przepisy. • Współczesne rozwiązania. Obecnie ciężko jest wyobrazić sobie urządzenie elektroniczne, które nie zawiera w sobie przynajmniej jednego mikrokontrolera. Coraz częściej korzysta się z takich rozwiązań także w sterownikach urządzeń dużych mocy. Zaletami takich zastosowań są: miniaturyzacja całych układów i ograniczenie zużywających się elementów stykowo-logicznych. Jednak takie rozwiązania mają też swoje wady, są dosyć drogie za sprawą wyposażenia w niezbędne zabezpieczenia elektroniki przed przepięciami, przypadkowym zapisem do pamięci półprzewodnikowych czy skomplikowanym procesem filtracji i detekcji kształtu sygnałów. www.agh.edu.pl

4. Wstęp Aplikacje dźwigowe to dobry przykład zastosowania mikroprocesorowych sterowników w urządzeniach dużej mocy, w tym przypadku zazwyczaj silników elektrycznych. Najpopularniejszym rodzajem napędu dźwigowego jest dźwig osobowy. Komfort i wymagania użytkowników oraz oszczędność energii wymuszają na producentach tych dźwigów stosowanie coraz nowszych rozwiązań a duża konkurencja producentów mikrokontrolerów sprawiła, że zastąpienie układu jednej firmy drugim jest coraz prostsze. Pozwala to zepchnąć dobór mikroprocesora przez projektanta urządzenia na drugi plan, dzięki czemu możliwe jest tworzenie oprogramowania dla wielu typów sterowników. www.agh.edu.pl

5. Budowa modelu symulacyjnego Jednym z celów pracy było wykonanie modelu symulacyjnego szybu windowego, imitującego rzeczywisty. Do tego celu wykorzystany został układ do pozycjonowania głowicy drukującej z drukarki atramentowej HP 840C. Do napędu kabiny użyto silnika DC z przekładnią, a do pozycjonowania enkodera inkrementalnego. Dodatkowo przy każdym piętrze wmontowano diody LED.

6. Projekt układu sterowania Układ sterowania został oparty na mikrokontrolerze Atmega32. Aktualnie układ jest w fazie beta-testów, zmontowany na płytce stykowej. Do jego budowy wykorzystano dodatkowo mostek H, wyświetlacz LCD, przyciski microswitch, oraz zasilacz impulsowy 12V/1A do zasilania napędu.

7. Projekt układu sterowania

8. Algorytm i program sterowania Algorytm sterowania oparto na kolejce FIFO (First In First Out). W wolnym tłumaczeniu „pierwszy wchodzi – pierwszy wychodzi”. Oznacza to, że dyspozycje, czyli wezwania windy przez użytkownika będą realizowane w takiej kolejności aby przy kilku wezwaniach jednocześnie, obsługiwane były w pierwszej kolejności wezwania wcześniejsze.

9. Algorytm i program sterowania Do stworzenia programu sterowania użyto języka C. Poniżej fragment programu sterowania. if(encoderPos < poz){ jazda_w_gore(); if((poz-encoderPos)<50) OCR1A=23000; else OCR1A=37000; } if(encoderPos > poz){ jazda_w_dol(); if((encoderPos-poz)<50) OCR1A=17000; elseOCR1A=32000; } else{ if(encoderPos == poz){ fast_stop(); odczytaj_element(poczatek); }

10. Normy i przepisy W istniejącym w UE systemie stawiane są jednolite wymagania z zakresu bezpieczeństwa, uzgodnione przez państwa członkowskie. Poniżej kilka wybranych elementów obowiązującej dyrektywy dźwigowej 95/16/EC: • dźwig oznacza urządzenie obsługujące określone poziomy, mające kabinę poruszającą się wzdłuż sztywnych prowadnic, nachylonych do poziomu pod kątem nie większym niż 15 stopni, • dźwigi mogą być umieszczone na rynku i oddawane do użytku tylko wtedy gdy nie są w wstanie zagrozić życiu i bezpieczeństwu ludzi i mienia, • oznaczenie CE powinno być naniesione na każdej kabinie, • dźwigi powinny być wyposażone w kontrolę obciążenia i ograniczniki prędkości , • środki łączności i oświetlenie awaryjne powinny być tak zaprojektowane i wykonane aby działały bez normalnego zasilania

11. Współczesne rozwiązania Obecne systemy sterowania, które wchodzą na rynek posiadają wiele ciekawych funkcji, oto kilka z nich: • możliwość sterowania grupowego kilkoma dźwigami, • obsługa napędów dwubiegowych oraz regulowanych, • zabezpieczenie termiczne silnika, • wyposażenie w system awaryjny, • kontrola przeciążenia kabiny, • obsługa wyświetlaczy LED i LCD, • obsługa informacji głosowych oraz łączność ze służbami ratunkowymi. W automatyce przemysłowej zamiast interfejsów Profibus czy CAN coraz częściej stosuje się sieci bezprzewodowe jako medium transmisyjne. W takim samym kierunku zmierzają również prace nad alternatywnymi sposobami komunikacji w sterowaniu dźwigami.