CAN в автоматике (CIA): добычной комбайн

CAN Newsletter December 2006

Автор перевода: Гуцалюк С.В.

Источник: CAN. CAN in Automation (CIA): Shearer loader mining vehicle [Электронный ресурс] / CAN. — Режим доступа к статье: http://www.can-cia.org/index.php?id=246&L=2

Выемочные комбайны Eickhoff Bergbautechnik используют модульные аппаратные средства CompactPCI и SoftPLC Codesys совместно с CANopen и Profibus в одном системном решении. Такая «связка» может также быть заказана предварительно сконфигурированной, готовой к применению для любого вида контроля. В дополнение к экономящей время интеграции аппаратных средств и программного обеспечения клиенты могут извлечь выгоду из способности настроить систему с внутренними картами центрального процессора и сборками ввода / вывода.

Выемочные комбайны завоевали международную репутацию как комбайны по добыче угля. В зависимости от их дизайна они отделяют уголь от пласта мощностью от 1,1 м 6 м. В зависимости от отрабатываемой мощности диаметр барабанов может колебаться от 1,4 м. до 3,2 м и также быть регулируемыми по высоте. Отделяемый уголь падает на цепной конвейер под комбайном и транспортируется для дальнейшей обработки; гидравлически управляемые щиты безопасности обеспечивают сохранение общей структуры лавовой добычи угля. По сути, только один рабочий необходим, чтобы управлять тяжелыми машинами, которые весят до 130 метрических тонн.

В 1950, компания Eickhoff выпустила первый гидравлически управляемый очистной комбайн. С тех пор, структура системы выемочных комбайнов развивалась чрезвычайно быстро, и как следствие устойчивое развитие встроенного контроля параметров процесса. В 1976, первый лавовый выемочный комбайн был оборудован электрическими лебедками и двигателями резания, расположенных в поворотных плечах. Eickhoff разработала первый дистанционно управляемый выемочный комбайн в 1978, а затем, в 1984, и первый выемочный комбайн с высоковольтным двигателем. В 1990 был разработан первый дистанционно управляемый выемочный комбайна на базе микропроцессора, а в 1992 первые контролируемые датчиком выемочные комбайны были протестированы совместно с лебедками с трехфазными двигателеми. С 1997 революционной разработкой стала лебедка, управляемая преобразователем частоты, а в 2001 мощность двигателей резания комбайна SL 500 достигла 2 ? 825 кВт, что является эквивалентом применения приблизительно 16 автомобилей среднего размера. С возрастающей сложностью комбайна повышаются и требования к контролю этих машин. Автоматический режим работы, передача данных к пультам управления и получение данных на расстоянии о параметрах среды с целью адаптации выемочного комбайна к геологическим условиям пласта – вот основные требования к современной системе управления. Например, различные процессы резания, осуществляемые согласно геологическим условиям и планам по добыче, которые направлены на оптимизацию производства, необходимо постоянно контролировать. Двигатели резания и усилие подачи должны согласовываться автоматически, чтобы избежать перегрузок и поддерживать систему в балансе. Для реализации всех этих функций, которые предполагают тот же вид непринужденного ведения технологических операций, как это имеет в случае электроники автомобилей последних марок, должен быть предусмотрен контроллер. До сих пор, это было основано на процессоре Motorolla 68000. Однако эта технология имеет определенные ограничения, поэтому разработчики занимались поиском новой платформы для контроля, которая бы идеально подходила еще на протяжении многих лет. Поскольку видение разработки технологии выемочного комбайна сводится к дальнейшей оптимизации эффективности добычи угля путем централизованного управления групповыми операциями, то было решено использовать системную технологию, основанную на технологии x86 и таким образом за базу дыл взят принцип, имеющий широкие перспективы. Другие системные требования были сформулированы, исходя из:

признанных, официальных стандартов;
высокой гибкости проектирования;
высокой системной доступности;
чрезвычайно высокой устойчивости вибрации;
наличия защитного лакового покрытия;
допуска для диапазона температур от 0 °C до 70 °C;
интерфейсов Profibus и CANopen;
поддержки как последних, так и более ранних версий VxWorks;
доступности и долгосрочности библиотек Codesys.

Требования на удовлетворение официальным стандартам, а также на выполнение условия обеспечения высокой гибкости проектирования исключили из процесса выбора ряд индустриальных персональных компьютеров. Это объясняется тем, что в данном сегменте единственные установленные стандарты – это стандарты от PICMG: PICMG 1.x и PICMG 2.x. Так как PICMG 2.x (CompactPCI) является более новой разработкой по сравнению с PICMG 1.x, то выбор между ними был сделан относительно быстро.

Было доказано, что в принципе 3U фактор лучше всего отвечал заявленным требованиям компактности машины и необходимости оставить свободное место. Однако, несколько критических точек все еще должны были быть проверены, чтобы поставить стандарт IPC в соответствие с PICMG 2.x и при этом быть пригодным к применению в горной промышленности.

Чтобы соответствовать требованиям по степени защиты от влияния окружающей среды, содержащей проводящую и взрывчатую угольную пыль, у монтажных плат должно быть предусмотрено специальное защитное покрытие. Кроме того, система должна соответствовать требованиям по механической прочности.

При проведении теста на механическую прочность по стандарту DIN EN 60068-2-27 на систему воздействуют непрерывные удары по длительности в два раза дольше, чем при обычных условиях (30 г на протяжении 18 миллисекунд вместо 9 миллисекунд); при проведнии теста на вибрацию по стандарту DIN EN 60068-2-6 на систему воздействуют вибрации амплитудой 0,35 мм и частотой от 5 гц до 60 гц и ускорении 5 г по частотному диапазону от 60 гц до 500 гц, что является более тяжелыми условиямия, чем это бывает в действительности. Необходимо также гарантировать, что система будет нормально функционировать при рабочей температуре от 0 °C до 70 °C при пассивном охлаждении.

Не менее важна всесторонняя поддержка VxWorks (как ранние, так и более поздние версии) и удобная интеграция FieldBuses в системe SoftPLC. На стороне аппаратных средств технические решения для CompactPCI соответствовали большинству требований без специальной предварительной подготовки со стороны клиента. Это объясняется тем, что большинство продуктов CompactPCI было разработано именно для применения в промышленных условий. Кроме того, существует специальная так называемая линейка продукции под названием “Value Line” для чувствительных к стоимости проектов, к которой при эксплуатации не предъявляются особые требований. Тем не менее, система, собранная на основе “Value Line”, может отвечать самым высоким требованиям. Однако несколько изменений было все же внесено в аппаратные средства: с одной стороны, стандартизированное системное шасси CP-Pocket было укреплено так, чтобы оно могло соответствовать более высоким требованиям по сопротивлению вибрации и механическим ударам. С другой стороны, была добавлена функция сохранения параметров за счет применения специальной «буферной-батареи» (параметры контроля сохраняются даже в случае исчезноваения питания). Также по требованиям стандартов горной промышленности была убрана батарея на плате процессора. Данное требование объяснятеся тем, что батарея, питающая оперативную память, требует последовательного сопротивления и что определенное расстояние между элементами должно быть выдержано в электрической схеме, чтобы обеспечить защиту против взрыва.

Так как нет необходимости в высокой скорости доступа и передачи данных, то оперативная память связана с центральным процессором через интерфейс LPC, который более, чем достаточен. Таким образом, батарея часов центрального процессора может быть удалена из платы центрального процессора, что соответствует самым жестким в мире требованиям Австралийского государственного свидетельства TestSafe Australia. Первые подобные системы уже находятся в использовании.

Таким образом, системные технические решения аппаратных средств могут быть осуществлены относительно быстро и могут заменены или расширены за счет других совместимых стандартных продуктов от других изготовителей; это также важно для Eickhoff, так как компания стремится быть настолько независимой, насколько это возможно при соблюдении всех требований стандартов. Это существенное преимущество систем CompactPCI над любыми другими системами IPC.

Платформы, готовые к применению

Кроме того, предложение изготовителя подготовить готовые к применению платформы очень выгодно для пользователей: фактически каждый компонент, необходимый для построения PLC- контроллера на базе IPC , поставляется одним и тем же производителем. Решающим фактором здесь является то, что компания выступает как системный сборщик, выполняющего все функции по установке компонентов на законченную платформу и осуществляющего ее тех. поддержку. На самом деле, эта всесторонняя поддержка необходима только для платформы аппаратных средств, но не для интеграции SoftPLC, потому что инженеры в Eickhoff имеют большой опыт в установке SoftPLC. Для любого другого пользователя важно знать, что готовые к применению платформы - проверенная в работе функциональная единица и имеет понятный интерфейс для обслуживания и поддержки. По необходимости, они также могут поставляться с предварительно установленной и проверенной демо-версией системы SoftPLC. Для Eickhoff также важно, чтобы изготовитель поддерживал операционнаю систему VxWorks еще на протяжении многих лет, чтобы даже существующие решения могли быть оборудованы новыми аппаратными средствами без необходимости изменения программного обеспечения.

Таким образом, решение зарекомендовало себя не только для горной промышленности, но и для любого разработчика промышленных средств управления. Так как программное обеспечение API PLC всегда - то же самое, то для перенесения его на новую систему оно может быть просто быть в нее загруженным. Это очень удобно, потому что, если, к примеру, средства управления становятся более сложными, то для их модернизации можно просто сменить процессор, который может быть как стандартным компонентом от компании-поставщика вплоть до процессора, изготавливаемого по технологии Intel Core Duo.