Система автоматизированного управления раздвижными воротами на базе LOGO!

Введение

Наше предприятие ТОО «ТрансРемВагон» (г. Рудный, Республика Казахстан) занимается ремонтом грузовых железнодорожных вагонов. Специфика такого ремонта предполагает разборку вагонов на составные части на участке сборки/разборки, транспортировку отдельных частей для восстановительного ремонта в другие цеха с помощью внутреннего технологического транспорта (вилочный погрузчик, электрокар и т.п.), транспортировку восстановленных узлов на участок сборки/разборки.

В цехах установлены раздвижные ворота (рис. 1) с приводом от асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. 

В воротах имеется одностворчатая калитка (дверь) для прохода персонала. Система управления воротами ранее состояла из двух кнопок ручного управления («Открыть», «Закрыть»), реверсивного магнитного пускателя и соответственно двух электромеханических конечных выключателей. Шунтирование контактов кнопок блок-контактами пускателей не предусматривалось. Кнопочный пост находился внутри помещения на расстоянии около 10 метров от калитки.

До автоматизации применялась следующая технология въезда и выезда внутреннего технологического транспорта в цеха в холодное время года (в тёплое время ворота обычно открыты). Транспортная единица подъезжала к воротам и останавливалась. Водитель заходил в цех через дверь в воротах, подходил к кнопочному посту управления, нажимал кнопку «Открыть» и удерживал её до открытия ворот. Затем водитель возвращался к транспорту и заезжал в цех. Далее он должен был остановиться, заново подойти к пульту и закрыть ворота, нажимая и удерживая кнопку «Закрыть». Аналогично осуществлялся и выезд транспорта из цехов. На всё это уходило слишком много времени. Некоторые водители иногда не закрывали ворота, проезжая сразу к месту погрузки/разгрузки. Ворота длительное время оставались открытыми, что приводило к интенсивному снижению температуры воздуха в цехе и, соответственно, дополнительным расходам энергоресурсов на нагрев помещений.

В целях увеличения производительности технологического транспорта и экономии энергоресурсов была поставлена задача создать систему автоматизированного управления воротами.

Общие принципы решения

После анализа различных вариантов (использование датчиков движения, фотодатчиков и др.) было принято решение подавать сигналы на управление движением ворот с помощью радио-брелока (для водителей транспорта) и двух обычных одинарных кнопок, расположенных рядом с воротами снаружи и внутри зданий. Управление движением было решено осуществлять с помощью программируемого микроконтроллера, контроль крайних положений выполнять посредством бесконтактных индуктивных датчиков. Для обеспечения безопасности при движении ворот на закрытие предусмотрено использование инфракрасных датчиков, контролирующих отсутствие преград в зоне движения. Предусмотрены также световая (оранжевая «мигалка») и звуковая сигнализации.

Технические средства

«Сердцем» системы автоматизации ворот является логический модуль LOGO! 24RCo компании Siemens (программируемый микроконтроллер) без дисплея и клавиатуры с напряжением питания 24 В постоянного или переменного тока. Модуль имеет 8 дискретных входов на 24 В и 4 дискретных выхода с замыкающими контактами реле на токи до 10 А и напряжение до 220 В. Питание модуля осуществляется от стабилизированного источника компании Siemens LOGO!Power с выходным напряжением 24 В постоянного тока и выходным током до 1,3 А. От этого же источника получают питание радиоприёмник, инфракрасный (ИК) барьер безопасности, индуктивные датчики крайних положений ворот и другие входные цепи логического модуля.

Для реализации радиоканала управления применены 4-канальный самообучающийся брелок-передатчик ТОР-434МА (рис. 2) и 2-канальный приёмник со встроенным декодером RE-432, работающие на частоте 433,92 МГц. Один брелок можно использовать для управления четырьмя воротами. Брелок и радиоприёмник являются продукцией итальянской компании Сame, специализирующейся на выпуске оборудования для автоматизации ворот и систем безопасности.

Для создания барьера безопасности используется комплект DOC-E этой же компании. Комплект состоит из источника и приёмника инфракрасного излучения (рис. 3) с напряжением питания 12/24 В. 

Частота модуляции ИК-излучения – 1000 Гц. Дальность действия при любых атмосферных условиях – 18 метров. Нагрузочная способность выходных контактов реле приёмника составляет 1 А. Фотоэлементы источника и приёмника ИК-излучения закреплены в створе ворот напротив друг друга на высоте 50 см. Для защиты фотоэлементов от механического воздействия они помещены в металлические коробки с оптическими глазками (рис. 4).

В качестве датчиков крайних положений ворот используются бесконтактные индуктивные датчики Turck (рис. 5).

Для световой сигнализации, информирующей о движении ворот, установлена оранжевая «мигалка» KIARO (компания Сame), а предупредительные звуковые сигналы перед началом движения ворот подаются с помощью обычного школьного звонка.

Так как контакты выходных реле логического модуля рассчитаны на коммутацию электрических цепей с напряжением до 220 В, а для управления двигателем используется магнитный пускатель с обмотками управления на 380 В, пришлось дополнительно применить два реле на 24 В типа R-15.

Шкаф управления воротами с расположенными в нём техническими средствами представлен на рис. 6.

Никаких изменений в старой схеме управления воротами не производилось. Контакты логического модуля подсоединены параллельно кнопкам ручного управления. При работе ворот в автоматизированном режиме электромеханические конечные выключатели выполняют защитные функции на тот случай, если по каким-то причинам не сработают бесконтактные датчики крайних положений ворот. При выключенном питании системы автоматизации ворота будут работать в обычном ручном режиме. При полном обесточивании, касающемся и приводов, ворота, в соответствии с действующими инструкциями по безопасности, не блокируются и могут быть открыты/закрыты за счёт механических усилий.

Программное обеспечение

Программа для модуля LOGO! написана в среде LOGO!Soft Comfort V5.0. Это очень удобная среда программирования, позволяющая создавать программы для изделий семейства LOGO! в виде функциональных блоков и лестничных диаграмм. Понятный интерфейс и наличие, кроме базисных функций, большого количества специальных функциональных блоков создают условия для того, чтобы можно было быстро и легко разрабатывать достаточно сложные программы. Для отладки программы предусмотрен режим симуляции, который позволяет оперативно проверить то или иное решение и затем внести необходимые корректировки в создаваемую программу. С помощью этой же среды можно записать разработанную программу в энергонезависимую память модуля LOGO! или считать программу из модуля. Также возможна совместная работа логического модуля и среды LOGO!Soft Comfort в режиме реального времени с индикацией состояния всех входных, выходных и внутренних переменных.

Программа автоматизации ворот состоит из 41 функционального блока и нескольких меток. В системе автоматизации имеются 5 входных и 4 выходных переменных (эти переменные являются аналогами сигналов – см. структурную схему системы на рис. 7).

Входные переменные:

• сигнал от кнопки местного управления;

• сигнал от радиоприёмника;

• сигнал от датчика положения «закрыто»;

• сигнал от датчика положения «открыто»;

• сигнал от барьера безопасности.

Выходные переменные:

• сигнал включения ворот на открытие;

• сигнал включения ворот на закрытие;

• сигнал на включение звуковой сигнализации;

• сигнал на включение световой сигнализации.

Работа автоматизированной системы управления воротами

Работа от кнопок местного управления

В исходном состоянии ворота закрыты.

Предусмотрено три режима работы от кнопок местного управления.

Первый режим («обычный»). При кратковременном (менее 2 с) нажатии на кнопку ворота открываются полностью. Затем наступает пауза заданной продолжительности, а потом подаются три предупреждающих звуковых сигнала и ворота автоматически закрываются.

Второй режим («калитка»). При удержании кнопки в нажатом состоянии более 2 секунд ворота будут открываться до тех пор, пока кнопка нажата. После отпускания кнопки движение ворот на открывание прекращается, наступает пауза заданной продолжительности, а потом подаются три предупреждающих звуковых сигнала и ворота автоматически закрываются. Этот режим удобен, когда, например, необходимо пройти рабочему с тележкой или проехать водителю без радиобрелока на небольшом транспортном средстве и нет необходимости полностью открывать ворота.

Третий режим («защёлка»). Если удерживать кнопку в нажатом состоянии до полного открывания ворот и только после этого отпустить её, то ворота будут находиться в открытом состоянии сколь угодно долго и автоматически не закроются. Для включения ворот на закрывание необходимо повторно нажать на кнопку и удерживать её в таком состоянии более 2 секунд.

Работа от радиобрелока

В исходном состоянии ворота закрыты.

При нажатии на кнопку радиобрелока подаются три предупредительных звуковых сигнала и ворота начинают движение на открывание. Если во время открывания ворот не нажимать кнопку радиобрелока, то ворота полностью откроются, будет сделана пауза заданной продолжительности, а затем подадутся три предупреждающих звуковых сигнала и ворота начнут автоматически закрываться.

Если при открывании ворот нажать на кнопку радиобрелока, то открывание ворот прекратится, будет сделана пауза заданной продолжительности, и после предупреждающей звуковой сигнализации ворота начнут закрываться. Если после остановки ворот при движении на открывание повторно нажать на кнопку радиобрелока, то ворота начнут закрываться сразу, без паузы – этот режим удобен для проезда небольшого транспорта (например, электрокара или малого погрузчика).

Если при закрывании ворот нажать на кнопку радиобрелока, то ворота остановятся и начнут открываться. Этот режим необходим для обеспечения дополнительной безопасности: например, транспорт заехал в створ ворот, а барьер безопасности не сработал ввиду особенностей геометрии транспорта или из-за других причин.

Во всех режимах при движении ворот работает световая предупредительная сигнализация. Если во время движения ворот на закрывание произойдёт прерывание ИК-излучения барьера безопасности на время более 0,2 с, то движение ворот мгновенно прекращается. После восстановления непрерывного излучения на входе приёмника барьера безопасности и паузы заданной продолжительности подаются три предупреждающих звуковых сигнала, а затем возобновляется движение ворот на закрывание. Задержка на срабатывание барьера безопасности в 0,2 с предотвращает нежелательные остановки ворот при кратковременном прерывании ИК-луча.

Заключение

Две идентичные системы автоматизированного управления воротами (рис. 8) проработали на нашем предприятии два года. 

За время эксплуатации в работе систем не было зафиксировано ни одного сбоя, а также аварийных или пограничных ситуаций. После первого сезона эксплуатации были выявлены некоторые недостатки алгоритма работы системы. Программное обеспечение было доработано с учётом выявленных недостатков и пожеланий водителей технологического транспорта.

Система показала свою высокую эффективность и требуемый уровень безопасности. Водители, зная временны́е параметры работы автоматизированных ворот, своевременно нажимают на кнопку радиобрелока, и к моменту подъезда к воротам те уже открыты на нужную ширину. В результате транспорт заезжает в цеха и выезжает из них, не останавливаясь перед воротами.

Это повысило производительность технологического транспорта на 30–70% (в зависимости от маршрута), а также значительно уменьшило количество циклов остановки и разгона, что сокращает расход топлива или электроэнергии (в зависимости от вида транспорта) и способствует увеличению ресурса транспортных средств (известно, что для них именно старт-стоповые режимы движения, преобладавшие до внедрения описанной системы, являются наиболее энергозатратными и разрушительными). Кроме того, минимизация времени открытого состояния ворот привела к определённой экономии энергоресурсов на обогрев цехов. При всём этом следует особо отметить, что наличие барьера безопасности и обеспечиваемая системой возможность остановить движение ворот на закрывание кнопкой радиобрелока практически исключают вероятность травматизма или повреждения транспорта.

В разработанной системе программные ресурсы базового модуля LOGO! используются всего на 32% (программа имеет 41 из допустимых 130 функциональных блоков). При использовании модулей расширения LOGO! и доработке программы система может выполнять дополнительные функции, например, управление работой тепловой завесы в зависимости от температуры воздуха в цехе и снаружи или по времени (в LOGO! есть часы реального времени); включение/выключение освещения в зоне ворот; охранная и пожарная сигнализация; связь через AS-интерфейс с другими системами и т.д. ● 

E-mail: kizilov57@mail.ru