Sterowanie rozproszone na bazie magistrali CANbus w oczyszczarce tłucznia OT84

fot. Bosch Rexroth

Wzrost zapotrzebowania na transport oraz coraz wyższe wymagania dotyczące prędkości i komfortu podróży powodują konieczność zapewnienia lepszej jakości torów kolejowych. Do tego celu wymagane jest budowanie maszyn, które będą w stanie sprawnie, przy zachowaniu wysokich rygorów jakościowych, wypełnić powyższe zadania. Przykładem takiej maszyny jest oczyszczarka tłucznia – OT84 zbudowana przez firmę ZPS Sp. z o. o. ze Stargardu Szczecińskiego we współpracy z Bosch Rexroth Sp. z o. o.

Oczyszczarka tłucznia jest wyspecjalizowanym pojazdem (maszyną kolejową) wyposażonym w napędy hydrauliczne, które realizują złożoną operację wydobycia, oczyszczenia i wstępnego rozsypania tłucznia znajdującego się pod maszyną. Część pomiarowa daje możliwość przygotowania odpowiedniego pochylenia toru. 

Do realizacji powyższych zadań służą zespoły: podnoszenia toru, łańcucha wydobywającego tłuczeń, systemu oczyszczania, oraz podajniki transportujące i rozściełające, a także napęd jazdy. 

W trybie pracy mechanizm podnosząco-nasuwający unosi w środkowej części tor z podkładami. Pod torem zapina się łańcuch, który wybiera tłuczeń i transportuje go na przesiewacz oczyszczający. Po oczyszczeniu tłuczeń - za pomocą przenośników - kierowany jest z powrotem pod tor, a nieczystości transportowane są na specjalne wagony za maszyną. 

Aby wykonywanie tych złożonych operacji było możliwe, zastosowano sterowanie rozproszone systemu BODAS. Każdy z opisanych powyżej podzespołów posiada odrębny sterownik obsługujący elementy sterowania (czujniki, zadajniki i elektrozawory hydrauliczne). W maszynie zastosowano cztery sterowniki typu RC8-8/22 (dla zespołów jazdy, przenośników, łańcucha oraz przesiewacza) oraz jeden RC36-20/30 będący najbardziej rozbudowaną wersją sterownika w typoszeregu RC. Wszystkie komunikują się ze sobą za pomocą magistrali CANbus, wymieniając najistotniejsze informacje dotyczące wartości zmiennych procesowych, sterujących, jak i informacje o zakłóceniach i błędach. Sterownik RC36-20/30 pełni funkcję nadrzędną monitorującą i zarządzającą pracą pozostałych sterowników oraz wypełnia zadania związane z obsługą interfejsów komunikacyjnych (wyświetlaczy, joysticków, zadajników, sterowników radiowych). Ponadto steruje on także pomocniczymi funkcjami hydraulicznymi, jak: klimatyzacja, sygnalizacja świetlana oraz inne. Pomimo funkcjonowania sterowania, jako całości składającej się z pięciu sterowników, każdy pozostały sterownik został skonstruowany tak, aby móc pełnić daną funkcję autonomicznie, nawet w innej maszynie.

Układ sterowania kontroluje pracę maszyny i wyręcza operatora z wielu czynności. Dzięki automatyzacji zadań może się on skupić na poprawności procesu wydobycia i rozściełania tłucznia. Obsługa przenośników taśmowych i przesiewacza oraz jazdy roboczej została częściowo zautomatyzowana. Przenośniki i przesiewacz są uruchamiane automatycznie, a prędkość ich regulowana. W przesiewaczu automatycznie regulowane jest również przechylenie tak, aby jego praca była optymalna. Napęd jazdy roboczej natomiast dostosowuje swoją prędkość do obciążenia stawianego przez łańcuch wydobywający tłuczeń, aby uniknąć uszkodzeń i poślizgów. W każdej chwili operator ma możliwość, w przypadkach szczególnych, pracy w trybie ręcznym. Elektroniczny system sterowania umożliwia monitorowanie pracy układu napędu i sterowania oraz reagowanie na zakłócenia. Zapewnia to optymalne warunki pracy oraz bezpieczeństwo i trwałość maszyny.

Istotnym elementem w układzie sterowania są magistrale CANbus , umożliwiają przesyłanie informacji w postaci cyfrowej pomiędzy sterownikami jak i urządzeniami peryferyjnymi. W oczyszczarce tłucznia zastosowano aż 69 urządzeń z magistralą CAN w tym - obok sterowników - aż 58 modułów wejść/wyjść oraz 5 wyświetlaczy. Zastosowanie magistrali CANbus wynikało z konieczności spełnienia wymagań producenta. Najistotniejszym z wymagań było zmniejszenie ilości połączeń kablowych z dużą liczbą elementów pomiarowych i wykonawczych. Umożliwiło to wykonanie bardziej kompaktowego układ sterowania. Kolejnym wymaganiem było zagwarantowanie pewności sterowania poprzez wyeliminowanie zakłóceń na długich połączeniach elektrycznych. 

Magistrala komunikacyjna typu CANbus ułatwia rozbudowę systemu o dodatkowe elementy (czujniki, zadajniki, moduły komunikacyjne, GSM/GPS) oraz umożliwia sterowanie rozproszone (autonomiczność i bliskość do elementów mierzonych i sterowanych). W celu obsługi wszystkich elementów utworzono 7 odrębnych magistrali komunikacyjnych podzielonych w taki sposób, aby uszkodzenie jednej nie powodowało unieruchomienia całej maszyny.

Oczyszczarka tłucznia OT84 w liczbach:

• Długość maszyny: 27 m
• Masa maszyny: 105 t
• Moc silnika diesla: 653 kW
• Prędkość maksymalna: 80 km/h
• Liczba obsługiwanych wejść: 243 z czego 36 proporcjonalnych
• Liczba obsługiwanych wyjść: 111 z czego 51 wyjść proporcjonalnych
• Ilość sterowników: 5
• Liczba pilotów hydraulicznych z interfejsem CANbus (EPM2): 39
• Liczba niezależnych magistrali CANbus: 7
• Liczba wyświetlaczy: 5
• Liczba modułów I/O CANbus: 5
• Liczba inklinometrów z magistralą CANbus: 5
• Liczba linek pomiarowe z magistralą CANbus: 4
• Moduły sterowania zdalnego: 2 (po kilkadziesiąt wejść binarnych)

Zastosowanie sterowania Rexroth znacząco uprościło i przyspieszyło sterowanie pojazdem (poprawiając również jego przebieg), oraz zapewniło większe bezpieczeństwo i zmniejszenie przestrzeni potrzebnej do napędów i sterowania.

Rys. 1. Ekran podstawowy w kabinie roboczej

Rys. 2. Ekran poziomowania łańcucha

Zobacz też: Monitor magistrali CAN