5987092906

Automatyzacja pracy maszyn roboczych - badania w IMRC PW

DARIUSZ DĄBROWSKI HENRYK DOBROWOLSKI JAN SZLAGOWSKI

Od 1986 roku zespół kierowany przez prof. J. Szlagowskiego prowadzi prace w bardzo szerokiej dziedzinie, jaką jest automatyzacja pracy maszyn mobilnych. Tematyka tych prac obejmuje zagadnienia związane z projektowaniem i doborem systemów komputerowych dla tych maszyn. Prace, prowadzone od wielu lat, przyniosły rezultaty nie tylko w postaci bazy laboratoryjnej, lecz także konkretnych rozwiązań wdrożonych na obiektach rzeczywistych. Problematyka projektowania tego typu systemów obejmuje takie zagadnienia, jak: dobór sprzętu komputerowego, elementów układu pomiarowego, opracowanie algorytmów pracy, opracowanie i uruchomienie oprogramowania użytkowego.

Dobór sprzętu systemu kontrolno-pomiarowego, jaki stosowany jest na obiektach mobilnych, wymaga nie tylko uwzględnienia funkcji systemu określonych w założeniach projektu, ale również odporności na szczególnie nieprzyjazne warunki pracy, takie jak: drgania, obciążenia udarowe, szeroki zakres temperatury pracy. Wymienione wymagania oraz stosunkowo krótkie serie produkowanych maszyn (w porównaniu np. z produkcją samochodów) sprawiają, że koszt sprzętu komputerowego oraz elementów wykonawczych i pomiarowych jest bardzo wysoki.

Opracowanie algorytmów pracy systemów komputerowych wymaga analizy licznych czynników związanych z pracą maszyny, takich jak: realizacja sterowania osprzętem roboczym, diagnostyka podstawowych układów maszyny oraz silnika, a także komunikacja pomiędzy systemem komputera pokładowego oraz operatorem maszyny.

Implementacja i uruchomienie oprogramowania użytkowego wymaga specjalistycznej wiedzy z zakresu nauk informatycznych oraz znacznych nakładów czasu. Zespół prof. J. Szlagowskiego z sukcesem dokonał takich uruchomień na koparce K-611 [1, 2], minikoparce w laboratorium IMRC oraz palownicy polskiej produkcji PG-20 [3].

Pozycjonowanie osprzętu i diagnostyka maszyn

Zagadnienie automatyzacji ruchów roboczych w maszynach jest rozwijane przez kilka ośrodków naukowych w kraju. Badania można podzielić na dwa podstawowe kierunki oparte na:

•    optymalizacji kinematyki prowadzenia narzędzia,

•    optymalizacji procesu skrawania.

Najważniejszym problemem w automatyzacji maszyn roboczych jest zagadnienie sterowania osprzętem roboczym. Podstawową trudnością w realizacji

Mgr irtż. Dariusz Dąbrowski i prof. dr hab. Jan Szlagowski są pracownikami instytutu Maszyn Roboczych Ciężkich PW, a dr inż. Henryk Dobrowolski jest pracownikiem Instytutu Informatyki PW.

tr/fi ROK WYD. LXII • ZESZYT 10/2003

takiego zadania w większości maszyn roboczych jest zmienne obciążenie narzędzia roboczego, zależne np. od rodzaju ośrodka gruntowego czy realizowanego zadania (np. profilu wykopu).

Rozległe badania z tego zakresu wraz z implementacją na maszynie były prowadzone w Instytucie Maszyn Roboczych Ciężkich na Politechnice Warszawskiej od 1986 r. Prace te były ukierunkowane na poszukiwanie rozwiązań systemowych, które pozwolą na zastosowanie takich samych metod postępowania przy automatyzacji różnych typów maszyn.

Pierwszym rozwiązaniem był system WORM [1, 2] (System Wspomagania Operatora Maszyny Roboczej), zastosowany na koparce K-611 Waryński. Elementy wykonawcze użyte w układzie hydraulicznym tej maszyny nie pozwalały na wprowadzenie pełnej automatyzacji ruchów osprzętu roboczego.

System WORM powstał więc jako system ekspe-rymentalno-badawczy, a rozwiązania sprzętowe pozwalały nie tylko na wspomaganie operatora, ale również na prowadzenie badań pozwalających identyfikować proces roboczy.

Podstawowe funkcje systemu WORM były następujące:

1.    monitorowanie położenia oraz obciążenia osprzętu roboczego,

2.    diagnostyka,

3.    sterowanie silnikiem Diesla,

4.    prowadzenie pomiarów parametrów roboczych oraz ich rejestracja.

Operator porozumiewał się z systemem poprzez interfejs. Konsolę operatora stanowił dotykowy ekran ciekłokrystaliczny, na którym zaprogramowano klawisze funkcyjne oraz ekrany, na których operator otrzymywał informacje z systemu. System diagnostyczny monitorował 30 parametrów pracy: silnika, układu hydraulicznego oraz elektrycznego maszyny, a także zawierał opcję przeprowadzania testów wybranych elementów układu hydraulicznego. Komputer pokładowy stale nadzorował wskazania czujników układu diagnostycznego i przekazywał informacje operatorowi o wszelkich nieprawidłowościach. Dane z układu diagnostycznego oraz czynności wykonywane przez operatora, związane z eksploatacją maszyny, były rejestrowane w formie raportu i możliwe do odczytania przez serwis lub osoby upoważnione do nadzorowania pracy operatora. Maszyna została wyposażona w układ lokalizacji położenia osprzętu oraz pomiaru siły reakcji gruntu przyłożonej do zęba łyżki.

Na rys. 1 pokazano schemat blokowy działającego na koparce Waryński 611 systemu pozycjonowania osprzętu. Pracując koparką w pierwszym kroku można było wprowadzić dane dotyczące zarysu wykopu lub podać żądane trajektorie i linie graniczne pola pracy. Praca łyżki była śledzona na monitorze ciekło-21