автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Микропроцессорная система автоматического управления циклично-переставной опалубкой

Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт имени Серго Орджоникидзе

Ш ОТ" 2 6 ЛПР ШЗ

На правах рукописи

СИНГХ Сарунгбам Бирендра

УДК 681.5,69.057.5

Микропроцессорная система автоматического управления циклично-переставной опалубкой

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических

процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОЧЕРКАССК 1993

Работа выполнена в Новочеркасском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и

техники РФ, профессор, доктор технических наук Загороднюк В. Т.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. Иванченко Г. Е., канд. техн. наук, до цент Паршин Д. Я.

Ведущее предприятие: АП Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству, г. Москва.

Защита состоится « М » 1/ллА 1993 г. в

¡(¡) час. на заседании специализированного Совета К. 063.30.04 при Новочеркасском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. Серго Орджоникидзе по адресу:

346400, г- Новочеркасск Ростовской обл., ГСП-1, ул. Просвещения, 132, ком. 107 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « »

1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, канд. техн. наук, доцент

Маринин В. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЯ

Актуальность тем«. Монолитное строительство занимает одно из зедушюс мест в современном строительном комплексе. Эффективная организация и технология возведения монолитных железобетонных сооружений возмоенз при тесной взаимосвязи опалубочных и арматурных операций. Из всех видов применяемых в настоящее время механизированных опалубок лишь циклпчно-ггервстазнея опалубка позволяет использовать пространственнее арматурные каркасы заводского изготовления, что дзет возможность гнатательно снизить трудозатраты на стройплощадке. Нокритичность к ритмичности поставки бетонной смеси, механизация операция по установке щитов в рабочее положение обеспечили оэ широкое распространзгаш при строительстве зданий и сооружений различного назначения. Существенного пое'Л'оппя качества строительства и снижения трудозатрат мсйзю добиться при автоматизации ■ управления циклично-переставной опалубкой. Системе автоматического управления (СЛУ) многократно повторяющимися процессам! центровки и перестановки опалубки на новый уровень- позволит повысить точность и оперативность установки иитов. Из-за больного количества исполнительных элементов целесообразно рэализоЕЫвать токую систему на базе микро-ЭВМ. Задача по созданию САУ циклично-переставной опалубкой поставлена впервые. Ее р-:^.'¿¿ляется актуальным как в техническом, так и в нау-ц"^ г^«о.

Цель работы. Целью работы является разработка и исследование САУ циклично-переставной опалубкой при возведении промышленных и граззданских зданий и сооружений.

В работе защищаются:

- математическая модель цшшгшо-пераставной опалубки как объекта управления;

- способ и устройство для перемещения циклично-переставкой опалубки;

- принципы построения лазерной системы автоматического контроля (САК) положения опалубки;

- алгоритм управления циклично-переставной опалубкой;

- результаты исследования САУ процессом центровки цнклкчно-переставной опалубки;

- практическая реализация САУ опалубкой.

Методы ксследоааЕия. Для решения поставлешаа в диссертации задач использовались теория вероятности и математической статистики, метод анализа и синтеза цифровых систем управления, метод имитационного моделирования. Полученные результаты проверялись экспериментально . з лабораторных п производственных условиях.

Нсучная новизна работы:

- разработана математическая модель цикличяо-шреставной опалубки как объекта автоматического управления;

- разработан алгоритм управления • процессом цвЕтровки опалубки;

- .а -

- исследована . динамика САУ циклично-гореставкой опалубкой.

Практическая ценность:

- разработан способ и устройство для перемещения циклично-переставной опалубки;

- разрпботанп лазерная система контроля положения опалубки;

- разработана мшсропроцессорная САУ цшшгшо-переставной опалубкой, позволяющая до 30% повысить -производительность труда, оперативность и точность процесса центровки опалубки, на 15-20% снизить трудозатраты и расход материалов, идущих на дополнительную отделку возводимых сооружений.

Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к использованию в АГГСочиспецстрой" к АП ЦНШЗМТП

ГОССТртЯ РОСС1И.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях !Ш в 1990-1992 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 печатные работы, в том числе' одна монография и две статьи.

Структура и обгея работы. Диссертация состоит из ввэденмя, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, прилоконий и содержит 101 страницу машинописного текста, 38 рисунков, 57 наименований библиогрзфии и 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, задачи и основные положения, Еыноскмые кз зэтату.

В первой главе проведен анализ циклично-перестанной опалубки как объекта автоматизации, методов к средств контроля и управления опалубкой, разработьнп требования к САУ переставной опалубкой и поставлены задачи исследования.

В обдам случае переставная »металлическая опалубка состоит из наружных и внутренних гктоз, механизмов радиального перемещения, рабочего пола к подвесных подмостей. Передвижение опалубки осуществляется при помоязг подъемной головки.

Как.показал анализ, переставную опалубку о точки зрения автоматизации можно представить как трехмерный объект-управления с множеством регулирующих органов. Пзлозевеие» такого объекта в трзхкерном пространстве определяется дейстЕуиЕпш на него вазснике и ьнутрешаяш факторами.

Для того, чтобы при перемещении опалубка по вертикали (оси Z) не происходило смздэние центра опалубки в плоскости XV необходимо обеспечить подаем всех точек опалубка на одну к ту «з величину.

Наиболее предпочтительным является ыатод управления на основа сияхрсаазацна: скорости врдаэкия приводов электрокэхашяэсниг дмикра-гов подьокшп устройств. Ззо

позволяет избавиться от дополнительных механических напряжений, деформаций, получить необходимую точность управления.

Критический обзор существующих методов контроля и управления переставшая опалубками позволил установить целесообразность использования лазерной системы измерений и автоматизированной информационной система..

Центровка переставной опалубки должна осуществляться посредством формирования соответствующих сигналов управления меха;п:змс;ш радиального пермощения щитов опалубки с электромеханическим приводом на базе двигателей, постоянного тока. Количество таких механизмов может достигать нескольких десятков. Использование в системе управления микро-ЭВМ может во многом упростить процесс центровки и, как следствие, повысить качество строительства.

В главе сформулированы задачи работы, решетке которых необходимо для достижения поставленной в диссертации цели.

Во второй глсво предложены принципы построения лазерной системы автоматизации контроля положения опалубки и разработаны ее задатчнк и приемник, осуществлен выбор микропроцессорных средств.

Для контроля положения опалубки разработана лазерная система со сканирувдим излучателем. Предложенная система (рис.1) состоит из передающего устройства, расположенного в оперной точке, и устройства регистрации лазерного луча, закрепленного на объекте. Передащеэ устройство содерзот лазерный задатт.к сэртклаш 1, установленный на итатше 2-

Лазерный луч 3 смещается на величину радиуса R параллельно оси АВ и врацзется вокруг нее с постоянной скоростью, образуя в месте регистрации окружность. Фотоприемное устройство 4 с оптическими объективами, имеющими прямоугольную вытянутую вдоль соответствующих направлений X и Y форму, подалвчано к электронному блоку.,

Коллкмкрованннй лазерный луч вращается и последовательно попадает на оптические объективы. Если центр фотоприешюго устройства и опорное направление совпадают, то временные интервала мовду моментам^ попадания лазерного луча на входные оптические элемента равны друг другу. При параллельном скэотзшя фотоприемного устройства относительно опорного направления эти соотношения нарушаются, что позволяет судить о значении и направлении смещения. Сигналы с приемников подаются на входа соответствующих ус'.иптелай-формировстэлвй импульсов с далее на таймеры микропроцессорной системы, которая выполняет обработку информации об отклонениях X и Y по выражениям:

П1 п?

X = R cos tc-jj--; Y = R cos n-jf-, . (1)

где N-число гслпульсов, соответствующее времени периода сканирования, п1 и lig - число импульсов, соответствующее времени пересечения лучом осей X и Y фотопрпомника.

Высокие эксплуатационные качества устройства обеспечиваются сравнительно простой конструкцией фотоприе.чисй част:: и использованием микропроце сорных средств.

В тгатьей главе разработана математическая модель циклично-переставной опалубки как объекта управления, предложены принципа построения САУ подъемом опалубки, разработаны алгоритм управления и синтезирован регулятор, реализующий дискретный закон управления механизмами радиального перемещения, проведено исследование динамики синтезированной САУ.

• Для создания САУ пзрестаЕной опалубкой в первую очередь необходимо обеспечить установку щитов на одинаковом уровне. Для этого предложены' принципы построения САУ процессом подъема опалубки, обеспечивание синхронизацию скорости вращения приводов электромеханических домкратов с асинхронными двигателями. Для регулирования скорости двигателей пспользозанк. таристорные регуляторы с фазо-имлульсным управлением. Система состоит из еосьми внутренних контуров и одного внешнего и охвачена общей обратной связью.Каждый внутренний контур представляет собой замкнутый контур стаОшмььции скорости, построенный по принципу отклонения. Внешний контур представляет собой контур выбора и задания скорости, соответствующей наиболее загруженному домкрату.

Анализ физических свойств циклично-переставной опалубка как объекта автоматического управления позволил получить ее математическое описание. Структурная схема одного из идентичных каналов САУ механизмами радиального перемещения приведена па рис.2, где приняты сл&дущиэ обозначения: и13- напряхеяиз, аадаваемоэ регуляторе«; О-.- напряжение

____I

ttfW? r^zl

' V-COS,. Aif U_

-' r^ariii ZarwK

-------- ПО.*О.К°Н1ГЯ

тохеяае

Piic.2 Структурная с хам;! канала СЛУ

им iO.O

r* ■ *

гсо с m ■ 8 - 7

Í20 ■ 6

SO [- 5

i*

1 ¿7 -1 3 H

-80 u ,/

-/Д? L 0

-f'd

(w

Vs ¿w is —

Cü / 1

/П \¡

J ~lJ У à

/ / f ч

/ / / \

t/ / <¿ i \

/ Л л

И rL \ г

/ WW

ГГ!

£5 10

25

го

i5

'О

5

О

-5

Код

~ Í-^

Рис. 3 Пероходшй процесс СлУ

токовой отсечки; U - напряжение на входе двигателя; I- ток якоря двигателя; Ы- влектромзпштный момент; а- угловая скорость якоря двигателя; е- угол поворота вила даигетэля; Z- перемещение дата опалубки; F- реакции упоров; Мс- момент сопротивления за счат реакции упоров; М^- момент сухого трения; пров- положение объекта на текущем шаге дискретизации; aine- показание датчика положения на шаге дискретизации: dac - выходная величина регулятора на входе ЩЛ; К - коэффициент усиления усилителя; Р>я- суммарное сопротивление якорной цшш; ? - г.поктромагнитнзя постоянная времени; См и С£ - коэффициента момонта . л протгаю-сДС соответственно; приведенный момент инерции механизма; Кр - коэффициент передачи редуктора; К1(-- коэффициент передачи датчика тока; a, Q - положения упоров; С1, кесткости упоров; D, Н, К - параметры настройки регулятора; Т- время дискретизации; К*- число импульсов/рад.

В целом систска автоматического управления центровкой опалубки представляет • ссбсй многомерную систему регулирования. Для рэалкзацта такой системы необходимо иметь информацию об отклононии центра опалубки от вертикали и о рада;усах ео отдельных точек, б которых устаьовлзни механизм радиального перемещения (MPI! ). Для этого Сил разработан алгоритм расчета коррэктирущкх смешений цитов опалубки:

21 = Fui + Kgty + Дй + fi[l-/l-(K3y-K_.x)2 ], (2)

где 1- ноиор ерпгл ояаду&а:; К,,-cas с,, K2„=5lп а±, К31= (сос ai;/F, (SÎU ах)/Е - спрздэ-

ляопнэ углам:* ргл-шлсзенкк рлгу.глруемых точа« а, и рздзг/ссм опрлубки й: *? " ..зордаязта отклонзяг.-" цолгро сналуйкз, гЕМ«ряб:с!в системой контроля.

Для создания . СЛУ провэдеа синтез паргкегров цифрового регулятора следящей системы поьчиуснчрсваяил по гселаемсну переходному проц?ссу. Рзадизэдтэ такого регулятора оказалось шзгокянм наиболее эффективно осуществить срл ;;о::сльзоЕ5Ш1и з цетти обратной сзязи импульсного датчика для сжтозтеменной передьчи сигналов, пропорциональных скорости угловому перекешеншо.

Из услоЕ7Я мсьотскнсг.та переходного процесса ггрг заданной времени его протекания и равенства вещественных, корней хграктврисгического уравнения:

г3 + Арг2 + А0 = О. (3)

где:

А0* 2 <Ку - Н) [ТА - Тш(1-А)],

А,» К (КуЯ» [ТГО(1-А)-ТА] + К (ЗЦ, - К) [?тП-Л)-?] + А.

к" ВДАЙ'-' •

А - в ,

'гдз Тв- постоянная времени объекта; Кт- коехйнцоят перэдачп двггатеяя по скорости; К^- коэффициент поредачи ЦАП, были определены . гргфо-аналитически! методом значения тоаффицкэнтов уравнения (3) и найдены параметры, регулятора Б, ЕгК7. Принятое условие равенства норией урагаенля (3)

собспечтзеог кяпималшые ускорения при работе механизмов рздгалыюго перемещения.

Проводилось моделирование работы системы. Результаты моделирования (ркс. 3) подтвердили правомерность линеаризации ».»дели объэктп, проведенной для синтеза регулятора.

В чатвортой глазе разработана мяфоггроцессорная система измерения координат центра опэлуйш, разработана САУ процессом центровки оп&чубки и приводепы результаты ее исследований, сделана метрологическая оценка технических средств САУ.

САУ переставной опалубкой включает в себя систему автоматического контроля, систему автоматического управления центровкой переставной опалубки .и реализована на базе микро-ЭШ МС 1502, расииренкой интерфейсом, портами ввода-вывода и таймерами (рис. 4). Микро-ЭВМ в системе обеспечивает обработку информации, поступающей от фотоприемяика, вычисляет координаты отклонений от центра опалубки по выражениям (1), рассчитывает корректирующие смещения щитов опалубки по выраз:в1ши (2) и осуществляет упрввле:с!е 28-ю механизмами радиального перемещения. Для этого разработаны и реализованы алгоритмы контроля, закона упраьлеш5я и центровки переставной опалубки.

На основашш анализа погрешностей средств автоматизации контроля и управления опалубкой сделана оценка точности разработашюй САУ. Было определено, что погрешность САУ не протащат 21 к,: и сспадывззтся из погр-эшюстей снстеш

КОНТрОЛЯ, ПСПОЛККТВЛЬГОГС НрКЕОДа Я ОТ Д^-и^ЦВЙ ЕП1ТОВ и

Ü/73CÓcfe¿¿/W7 /?/9НдО!Г/

í V *

S

§ <

i CtfBÓCfmHnliZ

h ù â йш

--* LJ •J --

-t 9-'

a> J rí -

o

- -4 %

-i

l o í

;í - I ^

rj

X «j

rj " o rr

Я ^

li

J- Й X

« <1

O o ■■>

Т. Л 11

■J 3 ■ ) ---i — к ^

рам опалубки. Погресность системы контроля кз превышает 3 мм на высоте 100 и. Погрешность исполнительного привода составляет 2 мм, а деформация щитов - мк.

Полученные в работе теоретические вывода по автоматизации переставной опалубкой а разработанные на их основе системы автоматизации бшш проворены экспериментально в лабораторных и производственных условиях на объектах АП "Сочиспецстрой". Статическая ошибке регулирования положения опалубки но превышала 21 мм. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения системы при . строительстве одного 17-этакного здания составляет 136,6 тыс. рублей в ценах до '•>91 г.

В щдшогеииях приведены: тергическиэ характеристики микропроцессорных средств управления, программа моделирования объекта и системы управления циклично-переставной опалубкой, технические акты внедрения.

ОСНОВКЬЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В настоящее время не существует систем автоматического управления циклично-переставной опалубкой. Наличие в системе большого количества исполнительных двигателей, которыми приходится управлять, а таккэ многократно повторяющихся процессов центровки опалубки, осуществляемых громоздким:! - механизмами , обуславливает целесообразность использования кикро-ЭЕМ в контуре СЛУ. '

2. Разработана лазерная система автоматизации контроля

- и> -

1голоз:з1аш центра опалубки сс сгсанируикм лазерным задатчиксм, .... личизахкии ягс жз расзгарокясг кпформзционкса зоны и устойчивую связь о фзтоприеупзгсом. где

ОСНОВНЫМ просирэзовзииам ■ пЦТЯВГСЯ ЗрбЫЯ-КОД. Ого обеспечивает получение информация шзосрэдсгьенно в цифровом бидэ, удобном для ввода з улраьляхиуэ яихро-ЗВМ.

3. Анализ опалубки показал, что оне представляет пюгомерный взаимосвязанный объект управления, имехдай пвгоно;/пнэ каналы привода.

Разработана математическая уо/едь, учитызсюлая условия функционирования и кэнструктлкныз особенности цикличЕО-пересташюЗ опалубки как объекта управления, позволяющая исследоввть динг1мичес?.иэ свойства системы.

5. Разработаны пришита построения САУ подъемом щаимчяо-переставной опалубки, позволяйте зэ счет синхронизации скорости перемещения исполнительных двигателей подъемных домкратов обеспечить заданное положение рабочей поверхности при деюйнии опалубки.

6. Получен алгоритм расчета радиусов установки згитов опалубки относительно проектной вертикальной оси строядагося сооружения, обосиечиваксцй корректировку положения центра опалубки при сохранении проектной формы возводимого сооружения.

7. Синтезирован закон управления САУ цикличко-отрэстзвяой опалубкой ш колеемсму переходному процессу о учетом конструктивных особенностей объекта . и технических требований.

- 16 -

8. Разработана микропроцессорная САУ циклично-

переставной опалубкой, обеспечивающая движение с погрешностью не более 21 км относительно проектной вертикали.

9. Лабораторные и производственные испытания элементов системы подтвердили адекватность модели, правильность теоретических разработок и принятых решений. Основные результаты исследований приняты к использованию в АЛ "Оочиспецстрой" и АЛ ЩШОМТП Госстроя России. Окупаемый годовой экономический эффект определяется поЕыиеяием производительности труда на 25-30 % и снижением расхода материалов, идущих на устранение дефектов, Еознихащих из-за неточной установки элементов опалубки.

Перечень работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Булгаков Л.Г., Гудиков ¡'.Г., Сикгх С.Б. Автоматизация опалубочных работ. - U. : ВЖ«ПК, 1992. Сер. "Технология строительно-монтакных работ". - Вып. 2. - 44с.'

2. Булгаков Л. Г., Сингх С. 5. Контроль смещения подвигного- объекта относительно лазерного опорного направления. - Сб. научных трудов КАДИ "ЗЕМ и микропроцессоры в системах контроля и упраькипя" -МАЖ, 1992. - С. 41-44.

3. S.Blrendra Singh "An Elementary Expert System on System Fault Diagnosis" - "aterisi Pii.Sc.I»o.37, Manlpur Science Congress, IcphnJ, India, ISiiS. P.16 (6 sheets).