sistem za zaštitu krana od preopterećenja

Seminarski rad NIKOLIC COJBASIC strana: 1/13

Sistem za zaštitu krana od preopterećenja, koncepcija i izvedba prototipa

Mašinski fakultet Univerziteta u Nišu,

Aleksandra Medvedeva 14, Niš, Srbija

Doktorske studije, II semestar 2010./2011. godine

Seminarski rad

Predmet: Komponente sistema automatskog upravljanja

Predmetni nastavnik: dr. Vlastimir Nikolić dr. Žarko Ćojbašić

Autor: Slobodan K. Radišić, M.Sc. [email protected]

Izvod: U radu je prikazana koncepcija i izvedba prototipa ureñaja za zaštitu od preopterećenja servisnog krana nosivosti 2x120t u hidroelektrani Zvornik, koji je specifičan po svojoj konstrukciji. Na svakom od četiri pogonska vratila duploga krana se obrtni moment meri direktno, a signal se sa rotirajućih delova prenosi telemetrijskim putem do mreže prijemnika koja je meñusobno povezana serijskom komunikacijom sa centralnim ureñajem za kontrolu i prikaz rezultata merenja u kabini operatera. Ključne reči: zaštita od preopterećenja, merenje momenta, telemetrijski prenos signala

1. Uvod

Prilikom rekonstrukcije servisnog krana u HE Zvornik, naručioc je postavio uslov da se stari nepouzdani sistem zaštite od preopterećenja zameni novim koji bi ujedno mogao da služi i kao ureñaj za merenje mase sklopova turbina i generatora velikih gabarita prilikom servisiranja.

Sama konstrukcija glavnog pogona krana je neuobičajena, sa po jednim pogonskim motorom i po dva vitla koja su kinematski spojena čeličnim užetom preko sistema koturača. Ovakva konstrukcija onemugućuje primenu standardnih sistema za zaštitu od preopterećenja izvedenih sa mernom osovinicio na prevojnoj koturači, a gabariti i način upotrebe krana onemogućuju korišćenje senzora sile/mase na samoj kranskoj kuci. S obzirom na zahtev za visoku tačnost merenja (zbog merenja mase), sistem za zaštitu se nije mogao realizovati merenjem električnih parametara kao pokazatelja snage, tj. momenta motora..

Na osnovu zahteva naručioca, uz sagledavanje svih specifičnosti date konstrukcije, koncipiran je sistem za merenje sile opterećenja krana i zaštitu od preopterećenja na principu merenja mehaničkog obrtnog momenta na samim pogonskim vratilima vitla tenzomerijskim mernim trakama. Prototip sistema je realizovan krajem 2009. godine a ureñaj je montiran i pušten u pogon u toku marta meseca 2010. U ovom radu je opisan koncept sistema, izvedba prototipa, i postupak i rezultati kalibracije.

2. Koncepcija sistema za zaštitu krana od preopterećenja

Kao najracionalniji izbor metod za merenje momenta za ovaj specifičan slučaj odabran je metod merenja relativnih dilatacija, to jest ugaonog uvijanja vratila, pomoću tenzometrijskih mernih traka [[[[1] i [[[[2]. Merne trake su rasporeñene pod uglom od 45° u odnosu na osu vratila, kao što je prikazano na donjoj slici.

1

2

3

4

SG1 SG2

SG3 SG4

. Sl.1. Merne trake postavljene u konfiguraciju za merenje obrtnog momenta vratila


Merne trake su povezane u Wheatston-ov most, takod da se signali u naspramnim granama mosta sabiraju (trake SG1 i SG3, kao i trake S2 i S4). Na ovaj način se relativne deformacije nastale usled momenta uvijanja vratila Mt superponiraju, a deformacije nastale usled savijanja vratila oduzimaju, te je ovaj spoj neosteljiv na parazitivan uticaj momenta savijanja. Moment Mt se izračunava na sledeći način:

p

t S

GM

⋅⋅= 452 ε (1)

Gde je: tM - moment vratila u [Nm]

45ε - izmerena dilatacija vratila pooću mernih traka postvenih pod uglom od 45° [um/m]

G - modul elastičnosti materijala vratila [N/m²] pS - polarni moment inercije vratila [Nm]

za kružni poprečni presek vratila 16

3dSp

⋅= π

Pošto na kranu postoji čvrsta kinematska veza, ovako izmereni moment predstavlja reprezent sile na kuci krana, tj. proporcionalan je sili koja opterećuje kuku krana. Merni sistem se sastoji iz sledećih komponenti:

1. Instrumentiranih pogonskih vratila glavnog vitla 2. Digitalnih mernih pojačavača sa RF prenosom mernog signala 3. Sistem za prenos energije i za napajanje pojačavača koji rotira sa vratilom 4. Upravljački ormar sa tuch-screen in tegrisanim PLC/HMI 5. Eksterni displej

Konstrukcija samog reduktora i pogonskog vratila vilta je takva da onemogućuje prenos mernog signala sa mernih traka pomoću kliznih prestenova. Zato je koncipiran sistem za telemetrijski prenos mernog signala prikazan na donjoj slici. Na vratilo je, pored mernih traka, predajnik BPS2-D. Predajnik se sastoji iz digitalnog tenzometrijskog mernog pojačavača proizvodnje HBM i RF primopredajnog modula radne frekvencije 2,4Mhz koji su meñusobno povezani serijskom komunikacijonom linijom RS232.

VRATILO

PRIJEMNIK BPS-Baza

PREDAJNIK BPS2-D

Mt

NJ112Vdc

NJ124Vdc

RF + mikroprocesor

modul 2.4Ghz RS485

220Vacgenerator24V/10kHz

primarninamotaj

sekundarninamotaj

ispravljač

AD104C RFmodul2.4Ghz

merne trake 1/2 mosta

Sl.2.Principilejna shema ureñaja za merenje momenta vratila sa bezkontaktnim prenosom signala i energije

Prijemna jedinica označena na slici sa BPS-Baza sadrži u sebi RF primopredajnik koji prima signal sa rotirajućeg mernog pojačavača i prosleñuje ga mikroprocesoru posredstvom serijske komunikacione linije.


Za prenos energije na digitalni merni pojačavač koji rotira sa vratilom, koristi se transformator sa vazdušnim procepom, sastavljen od primara na feritnom jezgru i sekundarnog namotaja, koji se nalazi na nemagnetičnom prstenu montiranom na samo vratilo. Svako od četiri pogonska vratila sadrži ovakav merni podsistem, a svi su meñusobno povezani pomoću jednog dvožilnog RS485 voda na odgovarajući port centralnog PLC-a.

Centralni PLC je sa kolor ekranom za prikaz mernih rezultata. Od raspoloživih dititalnih ulaza i izlaza, koirste se samo dva digitalna izlaza, koja su povezana na upravljački PLC i signaliziraju prekoračenje dozvoljenog nivoa opterećenja. PLC poseduje dve komunikacione linije RS232, prvi se koristi za komunikaciju sa 4 ureñaja za merenje, a drugi salje podatke na eksterne displeje za prikaz rezultata merenja. Prikaz kompletnog mernog sistema je dat na donjoj slici:

POGONSKIELEKTROMOTOR

REDUKTOR

VRATILO 1 VRATILO 2

VITLO 1.1 VITLO 2.1

KUKA 1

KOČNICA KOČNICA

PRIJEMNIK B

PREDAJNIK B

PRIJEMNIK A

PREDAJNIK A

POGONSKIELEKTROMOTOR

REDUKTOR

VRATILO 1 VRATILO 2

VITLO 2.1 VITLO 2.2

KUKA 2

KOČNICA KOČNICA

PRIJEMNIK D

PREDAJNIK D

PRIJEMNIK C

PREDAJNIK C

8.8.8.8.8.KUKA 1

8.8.8.8.8.KUKA 2

RS232/485

RS232/485

ELEKTRO-ORMAR U KABINI KRANISTE

RS485 - COM1

RS

485

- C

OM

2

COM2

osigurač

TUCH-SCREEN PLC

REL1

REL2

220V

ac

220Vac

220Vac

COM1

Sl.3. Shematski prikaz kompletnog sistema za zaštitu od preopterećenja


Prostor u kojem se nalazi čivat merni sistem je sredina veoma visokog elektromagnetnog šuma, pošto se u neposrednoj blizini nalaze frekventni regulatori velike snage za upravljanje motorima glavnog pogona krana. Iz toga razloga je odlučeno da se na svakoj od komunikacionih linija za vezu sa PLC-om koriste RS232/RS485 konverotir sa galvanskim odvajanjem, koji su montirani u razvodnom ormaru uz sam PLC. Na ovaj način, kroz sredinu visokog šuma prolaze samo kablovi diferencijalnih RS485 linija koje su visoko imune na elektromagnetne smetnje.

Pre početka realizacije projekta, izvršeno je probno merenje na jednom kranu sa tegom mase 20T, kako bi se potvrdila tačnost teorijski izračunatih deformacija vratila prilikom opterećenja. Merenje je vršeno sa HBM digitalnim mernim pojačavačem tipa AED9101B i programom AEDPanel V.3.3. Ustanovljeno je da se prilikom podizanja probnog tereta od 20T na vratilu pojavljuje relativna deforamacija ε45=35µm/m, što je prihvatljiva vrednost za visokorezolucijske digitalne merne pojačavače.

U toku merenja je ustanovljeno da je i ponovljivost nule u zadovoljavajućim granicama, što ukazuje na relativno malu mehaničku histerezu glavnog pogona krana. Signal je u rasterećeno položaju krana stabilan. No osnovu ovoga probnog ispitivanja, zaključeno je da će sistem za zaštitu od preopterećenja takoñe moći služiti i kao sistem za merenje mase tereta pod odreñenim uslovima.

Sl.4. Dijagram snimljenih dilatacija pogonskog vratila u funkciji vremena

Neobična kinematska shema pogona u kojoj jedan pogonski motor pogoni dva vitla (slika Sl.3.) koji su kinematski spojeni, tj. prenose silu na isto čelično uže, je korisnika dovela u nedoumicu o potrebi merenja sile i na jednom i na drugom pogosnkom vratilu istoga krana. Terijski posmatrano, moment oba pogonska vratili bi trebalo da bude identičan. Prilikom probnog merenja ustanovljeno je da neravnomernost raspodele momenta na vratilima istog pogona ide i do 20%, tako da je potvrñena teza projektanta o neophodnosti merenje momenta na oba vratila pojedinačno.

3. Izbor komponenti i realizacija prototipa

Merne trake korišćene u instrumentaciji vratila su namenski konstruisane merne trake za merenje momenta proizvodnje HBM tipa XY21-6/350. Korišćene su visokoomske merne trake nominalne otpornosti 350Ω radi smanjivanja potrošnje čitavog pojačavačkog sklopa. Zaštita mernih traka je izvedena tečnim poliuretanskim lakom PU120 i silikonsim zaštitnim slojem SG250. Preko silikonskog zaštitnog sloja postavljena ABM75 sa završnim slojem od aluminijumske folije, kao zaštitom od elektromagnetnih smetnji.

Merne trake tipa XY21-6/350 imaju efekrivnu mernu dužinu 6mm, i faktor osetljvosti trake K=2,07. Trake imaju konstrukctivnu kompenzaciju temperaturnog koeficienta dilatacije podešenu za upotrebu na čeličnim materijalima a=10,8·10-6 [1/°C].


Sl.5. Merna traka XY21-6/350 montirana na vratilo, desno je shematski prikaz polozaja mernih vlakana

Digitalni pojačavač mernog signala je takoñe proizvodnje HBM zipa AD104C. To je minijatrurni pojačavač u OEM izvedbi sa rezolucijom A/D konverzije od 24 bita i sampling rate-om 200M/sec [3]. Pojačavač ima napajanje mernoga mosta naizmeničnim naponom, čime je postignuta velika imunost na šumove iz spoljnje sredine i visoka termička stabilnost pojačavača. Ovaj merni pojačavač ima ugrañene procedure numeričkog filtiraranja signala u opsegu od 0,05Hz do 20Hz, koje značajno poboljšavaju performanse sistema i stabilnost mernog rezultata. AD104C ima serijski interfejs tipa RS232 na koji u modu automatkog slanja prosleñuje merne rezultate u binarnom formatu brzinom od 115.200 Baud.

Sl.6. HBM AD104C digitalni merni pojačavač

Kao RF primopredajnik, koršćen je modul Xbee proizvodnje DIGI, ranije MaxStream [4]. Modul radi na frekvenciji od 2.4Ghz, po IEEE 802.15.4. protokolu (šire poznatom kako ZigBee protokol) i sa internom čip antenom ima domet do 30m. RF modul takoñe ima RS232 port, ali sa TTL kompatibilnim nivoom signala, pa je za povezivanje sa AED014C digitalnim pojačavačem dopunjen sa TTL/RS232 translatorom tipa MAX232C.

Sl.7. Xbee RF modul na ploči sa stabilizatorima napajanja 5,0V i 3,3V i RS232 level convertorom MAX232, na slici desno je prikazan kompletan BPS2-D smešten u zaštitno kućište spreman za montažu na vratilo

Svaki od ugrañenih RF modula ima svoj jedinstveni kanal, tako da ne dolazi do interferencije i meñusobnog ometanja izmeñu različitih modula u bliskom okruženju.

konektor za Wheatston-ov most

napajanje i RS232 interfejs


U kutiji u kojoj je smešten BPS2-D predajnik, nalazi se i ispravljač sa stabilizatorom koji ispravlja i stabiliše naopon sa sekundara transformatora za bezkontaktno napajanje rotirajuće elektronike.

Ukupna potrošnja BPS2-D pojačavača, zajedno sa potrošnjom mernoga mosta, iznosi manje od 100mA. Mala potrošnja sklopa je značajna, zbog toga što se sklop napaja sistemom bezkontaktnog prenosom energije ograničenog kapaciteta i malog stepena iskorišćenja.

Radi lakšeg konfigurisanja sistema za prenos signala i praženja rada u fazi testiranja, izrañen je i namenski USB/RF adapter. I za izradu adaptera je korišćen isti Xbee modul proizvoñača DIGI, ali u verziji sa štap-antenom, a povezivanje na USB port je omogućeno dogradjom USB/RS232 translatora tipa FT8U232AM proizvodnje FTDI Chip. Čitav sklop prikazan na slici je mehanički zaštićem čvrstom samolepljivom termoskupljajućom folijom. Za komunikaciju, parametriranje sistema i merenje pomoću PC računara, koristi se program X-CTU proizvñača RF modula DIGI za Windows XP operativni sistem.

Sl.8. Izgled USB/RF adaptera za parametriranje sistema za bezkontaktni prenos signala

U prijemnoj jedinici BPS-Baza je takoñe korišćen modul Xbee. Pored RF modula, prijemna jedinica sarži dva čoperska pretvarača napona, jedan od 220Vac/12Vdc za napajanje mikroprocesora i RF modula, i drugi 220Vac/24Vdc za napajanje generatora naizmeničnog napona za bezkontaktni prenos energije na merno vratilo, kao i mikroprocesor koji sinhronizuje komunikaciju sa AED mernog pojačavača sa master PLC-om.

Mikroprocesor tipa PIC18F452 ugrañen u BPS-Baza jedinicu ima dve serijske komunikacione linije, jednu tipa RS232 povezanu na RF modul i jednu tipa RS485 povezanu na maser PLC. Zadatak mikrokontrolera je da podatke primljene sa mernog pojačavača preko RF modula smešta u buffer i na zahtev upućuuje posredstvom RS485 linije PLC-u. Softver mikorkontrolera je izrañen sa MicroEngineering PBPpro kompajlerom [4] .

BPS2-Dpojačalopredajnik

namotajsekundara

namotajprimara

BPS2-Bazaprijemna jedinica

zaštitamernihtraka

Sl.9. Prikaz kompletnog sitema BPS za merenje momenta montiranog na pogonsko vratilo vitla

USB konektor

RF modul sa štap antenom

USB/RS232 translator


Softver mikrokontrolera proverava ispravnost podataka primljenih sa RF primporedajnika. Ukoliko se izmerena vrednost ne nalazi u dozvoljenom dijapazonu mernog signala od ±2000 µV/V, mikroprocesor ne prihvata novu vrednost i ne isporučuje je PLC-u. Mikroprocesor takoñe šalje posebne poruke greške PLC-u u slučaju da ne prima signal sa digitalnog pojačavača BPS2-D ili u slučaju da primi više od 4 pogrešna rezultata u zanjih 10 uzastopnih merenja.

Za beskontaktni prenos energije (napajanja rotirajućeg dela BPS2-D), korišćen je transformator sa vazdušnim procepom sastavljen iz primarnog namotaja na toroidnom feritnom jezgru i sekundara namotanog na prstenasto telo od nemagnetičnog materijala pričvršćeno na samo pogonsko vratilo. Napajanje primara se vrši pomoću generatora naizmeničnog napajanja sa H-bridge integralnim krugom tipa L298, taktom od 10kHz, koji je eksperimentalno pronañen kao optimalan po pitanju stepena iskorišćenja za datu konfiguraciju transfomatora. Integralsani dual full-bridge driver L298, koji se obično koristi za pogon koračnih motora, je izabran zbog toga što poseduje zaštitu od preopterećenja (strujno ograničenja) i integrisanu termičku zaštitu.

Master PLC je proizvodnje UNITORNICS tipa Vision 570C, sa integrisanim kolor dispeljom osetljivim na dodir, dijagonale 5,7" [6]. Ovaj ureñaj je izabran zbog velikog preglednog ekrana i zbog svojih dobrih grafičkih i komunikacionih mogućnosti. PLC ima dva serijska porta RS232/485, jedan CANOpen interfejs pomoću kojeg se povezuje na periferne jedinice, i slot za SD karticu za memorisanje rezultata merenja kapaciteta 2Mb. Od periferije, u ovoj aplikaciji je korišćen samo jedan digitalni I/O sklop UNITRONICS EX90-DI8-RO8 sa 8 ulaza i 8 relejnih izlaza.

Sl.10. Tuch-screen integrisani PLC/HMI UNITRONICS Vision570C montiran na predjoj strani el. ormara

PLC komunicira sa četiri BPS-baza jedinice po jednostavnom master-slave principu sa čistim ASCII protokolom brzinom od 38.400 Baud-a. Svaka BPS-baza jedinica ima svoju jedinstvenu adresu u obliku ASCII karaktera "A" do "D" i po prepoznavanju svoje adrese prosledjene od strane mastera, odgovara šaljući mernu vrednost kao četvorocifreni broj u ASCII formatu sa predznakom na početku i stop karakterom na kraju. Ovaj broj je reprezent izmerenog napona sa Wheatstovnovg mosta u µV/V. U slučaju da PLC pošalje zahtev za mernom vrednošću odgovarajućoj BPS-baza jedinici, a ne dobije odgovor u roku od 10 sekundi, PLC aktivira RESET releje i prekida napajanje BPD-baza jedinici na 1 sekund. Pri tome PLC prijavljue kod greške na ekranu operatera, i inkrementira odgovarajući interni "brojač grešaka", tako da je u svakom trenutku moguće ustanoviti koliko je pouzdana komunikacja izmeñu PLC-a i BPS-baza jedinica.

PLC prihvata rezultate merenja, sabira rezultate sa osovina na istom reduktoru i na ekranu prikazuje vrenost optrećenja (težine) za svaku kuku krana pojedinačno. Skaliranje rezultata, tj. pretvaranje vrenosti mernog


signala iz µV/V u tone, radi sam PLC, oduzimajući od primljene izmerene vrednosti vrednost offset-a (inicijalnog optrećenja) i množeći rezultata sa faktorom skaliranja, dobijenim u procesu kalibracije.

PLC poredi rezultate merenja sa zadarim vrednostima, i u slučaju prekoračenja zadare vrednosti aktivira odgovarajući digitalni izlaz koji signalizira preopterećenje krana. Istovremeno, rezultati merenja na ekranu PLC-a postaju crvene boje, i oglašava se interna sirena koja upozorava rukovaoca na preopterećenja. U proceduru za poreñenje trenutne izmerene vrednosti sa zadatom granicom ugrañen je i histerezis, kako ne bi došlo do oscilovanja izlaznih alarmnih kontakata.

Sl.11. Prikaz elektroormara i razmeštaj ugrañenih komponenti

PLC takoñe memorise rezultate merenja. U radnu memoriju PLC-a može da stane ukupno 2x32.000 rezultata merenja sto sa taktom updatovanja rezultata od 0,5 sec iznosi oko više od četiri sata merenja. U radnoj memoriji se rezulti merenja smeštaju po principu FIFO (First In, First Out), tako da u svakom trenutku PLC pamti opterećenja krana u zadnja četiri sata rada i ima mogućnost grafičkog prikaza tih rezultata. Rezultati merenja se paralelno upisuju i na SD karticu kapaciteta 2Mb. Fajl sa mernim vrednostima se može eksportovati na PC računar u Excal formatu radi pregleda i detaljnije analize.

Zadatak PLC-a je takoñe i prosleñivanje rezultata merenja posredstvom drugog komunikacionog porta i RS485 linije na eksterne displeje, prikazane na slici Sl.12., koji su smešteni na spoljašnjoj strani kabine operatera krana i usmereni tako da se mogu pratiti sa tla.

Sl.12. Eksterni displej TRC WE-D2, izgled ureñaja i prikaz montaže iznad kućice operatera na kranu

napajanje 24Vdc

napajanje 12Vdc

redne stezaljke

RS232/422 konvertori

RESET releji za BPS-baza

digitalni I/O modul sa ALARM relejima

osigurači


U slučaju da operater upravlja kranom sa tla preko daljinskih komandi, opterećenje svake kuke pojedinačno se može pratiti sa ovih displeja.

Eksterni displej, tj. 5-cifraski pokazni ureñaj, prikazan na donjoj slici, je realizovan sa 57mm sedmosegmentnim digitalnim displejima visoke efikasnosti, proizvodnje KingBrite, tip SA57/12SRWA i mikrokontrolerom PIC16F628. Interni softver mikorkontrolera je izrañen sa MicroEngineering PBPpro kompajlerom i ima veoma jednostavan zadatak da merne vrednosti upućene sa PLC-a pretvori u sedmosegmentni kod i putem shift-registra prosledi na odgovarajući LED.

Pošto su oba displeja vezana na jednu RS485 liniju, PLC šalje uz merni rezultat sufiks u obliku ASCII karaktera "L" ili "D" za levi i desni displej respektivno. Mikrokortroler odgovarajućeg displeja prepoznaje svoju sufiks, i prikazuje samo rezultat koji mu je namenjen. Osvežavanje vrednosti eksternih displeja se vrši na svake 0,5 sekunde.

4. Kratak opis programa PLC-a

Program PLC-a koji upravlja ovim sistemom je rañen u integrisanom programskom okruženju VisiLogic 8.06. namenjenom programiranju UNITRONICS PLC-ova serije Vision. U ovom poglavlju je opisan rad sa PLC-om u najkraćim crtama [7].

Po uključivanju na ekranu PLC-a se pojavljuje početni meni sledećeg sadržaja:

Sl.13. Početni meni PLC-a

Na početnom meniju PLC-a su sledeća polja:

1. oznaka kuke - u ovom polju je označena Kuka1 ili Kuka2. Slova u polju su zelene boje dok je izmerena sila na odgovarajućoj kuki u granicama dozvoljene. Kada sila preñe dozvoljenu vrednost, slova postaju crvena. 2. trenutno izmerena vrednost - predstavlja trenutno opterećenje odgovarajuće kuke u tonama (t)

3. idi u test mod - pritiskom na ovaj taster, ureñaj prelazi u test mod u kome se mogu kontrolisati funkcije pojedinih elemenata sistema

4. nuliranje - pritiskom na ovaj taster, vrši se nuliranje (poništavanje) trenutnog opterećenja na odgovarajućoj kuki. Pošto je sam kran opterećen i opterećenjima koje smatramo neaktivnim (parazitnim opterećeniuma - recimo težina sajli, težina same kuke za prihvat tereta...), pomoću ovog tastera se ta opterećenja nuliraju

5. preñi u grafički mod - pritiskom na ovaj tastrer prelazi se u grafički mod rada (snimanje dijagrama)

6. kontrola komunikacije - prijava greske komunikacije, ukoliko komunikacija radi ispravno, oba polja su zelene boje sa ispisanim porukama "Com OK!" i "AED OK!". Ukoliko ne radi komunikacija prema baznim jedinicama BPS-Baza na ekranu će biti ispisana poruka "Com Err". Ukoliko ne radi radio prenos izmedju bazne jedinice i jedne od predajnih (rotirajućih) pojačavačkih jedinica, na ekranu će biti ispisana poruka "AED Err".

4. Nuliranje

5. preñi u grafički mod prikaza

1. oznaka kuke

3. idi u TEST mod

2. trenutna vrednost

6. kontrola komunikacije


Sl.14. Grafički meni

Grafička polja i komande imaju sledeća značenja i funkcije:

1. na Y osi grafika se očitava vrednost opterećenja obe kuke krana, pri čemu je kuka1 dijagram crvene boje a kuka 2 dijagram zelene boje.

2. na dijagramu su prikazana zadnja 4 minuta opterećenja. Pritisak na taster M omogućuje pregled memorisanih rezultatal pri cemu se tasterima ispod dijagrama označenim sa "<<" i ">>" izlistavju prethodni dijagrami u koracima po 4 minuta. Ukupno vreme memorisanih rezultata iznosi oko 4 sata.

3. taster "G" uključuje / isključuje grid (koordinatnu mrežu) na dijagramu

4. pritiskom na taster 4 se startuje / zaustavlja merenje

5. Dijagram kuke1 je crvene boje, dijagram kuke2 zelene. Pritiskom na prazno polje grafika, menja se labela u naslovu iznad dijagrama

6. X osa je vremenaska osa, na početku i kraju ose su labele početnog i krajnjeg trenutka merenja označene datumom, časom, minutom i sekundom.

7. pritiskom na taster "start / stop snimanja" započinje i završava snimanje rezultata merenja na instalisanu SD memorijsku karticu

8. taster za povratak u glavni meni

Osvežavanje rezultata merenja na grafiku se obavlja automatski i to na svakih 0,5 sekundi. Na dijagramu su prikazana zadnja 274 merenja, što je nešto više od 2 minuta. Da bi se omogućio pregled proteklih merenja, potrebno je pritisnuti taster "M" a potom se dijagrami izlistavaju tasterom "<<" unazada i tasterom ">>" unapred. Memorisanje dijagrama na SD memorijsku karticu započinje pritiskom na taster "Start snimanja", i traje sve dok se ne pritisne taster "Stop snimanja".

Pritiskom na taster "Test mod" u početnom meniju prelazi se u TEST MENI, prikazan na slici Sl.15.:

Sl.15. Test displej

5. ukupan broj reseta

7. povratak u glavni meni

6. preñi na kalibraciju

1. izmerene vrednosi u digitima

2. brojač greški komunikacije

3. prikaz i podešavanje granica alarma

4. broj tekućeg merenja

2. pregled memorisanih rezultata

6. Vremenska osa


7. taster za snimanje rez. na SD karticu

1. vrednost opterećenja (t)

3. prikaži grid (mreža)

4. start ili stop snimanja grafika

5. Dijagram



1. trenutne izmerene vrednosti napona na svakom vratilu pojedinačno, vrednosti su izražene u digitima, 1d odgovara 1µV/V izlaznog napona mernog mosta.

2. brojač grešaka komunikacije sa BPS2-D digitalnim telemetrijskim pojačavačem na rotirajućoj osovini. Ovaj brojač se inkrementira kada god se pojavi graška u komunikaciji sa jednom od četiri BPS2-D jedinice. Pritiskom na numeričko polje, brojač se resetuje.

3. u poljima Limit 1 i Limit 2 su prikazane vrednosti pri kojima se aktivira alarm kuke 1 i kuke 2, respektivno. Pritiskom na numeričko polje se omogućuje promena zadatih limita.

4. u ovim poljima je prikazan tekuci broj merenja svakog pojačavača BPS2-D pojedinačno, od trenutka zadnjeg reseta pa do aktuelnog trenutka. Poreñenjem ovih brojeva, PLC kontroliše pouzdanost prenosa podataka

5. u slučaju da se greška u prenosu ponavlja više puta u kratkom vremenskom intervalu, PLC će resetovati bazni prijemnik. Prilikom svakog reseta, inkrementiraju se brojači A1 i A2. Ove brojače nije moguće resetovati, a služe za dijagnosticiranje pouzdanosti prenosa podataka

6. pritiskom tastera Kalibracija prelazi se u mod za kalibraciju


Program će prihvatiti granične (Limit) vrednosti samo u dijapazonu od 20.0 do 130.0 tona. Prilikom aktiviranja tastera "Kalibracija" u Test meniju, na ekranu će se pojaviti sledeća poruka:

Sl.16. Displej za unos šifre

Program zahteva da se unese šifra korisnika, i time sprečava neovlašćena lica da menjaju parametre koje utiču na rad sistema. Pritiskom na polje sa zvezdicama, aktivira se numerički displej u koji se unosi numerička četvorocifarna šifra. Ukoliko se unese pogrešna šifra, program se ponovo vraća na meni "UNESI SIFRU". Jedini izlaz iz petlje za proveru šifre je isključivanje napajanja. Ukoliko se unese pravilna šifra, program nastavlja dalje i ulazi u kalibraioni meni:

Sl.17. Meni za kalibraciju i podešavanje parametara merenja

2. Nula krana krana 2

6. Skala krana 2


7. histerezis limita

1. Nula krana krana 1

3. korak prikaza na displeju

4. granica nuliranja

5. Skala krana 1



1. kalibracija sistema se vrši u dve tačke. U numeričko polje Nula1 se upisuje vrednost sabranih napona sa vratila iste kuke u digitima

2. u numeričko polje Nula1 se upisuje vrednost sabranih napona sa vratila iste kuke u digitima

3. korak prikazivanja merne vrednosti na displeju (po defoltu 0,5t)

4. granica nuliranja. Pritisak na taster za nuliranju u početnom meniju će iznulirati merni rezultat ako je on u zadatoj granici, tj. ako je trenutna vrednos opterećenja manja po apsolutnoj vrednosti od vrednosti zadane granice nuliranja. Ovo sprečava greške koje bi mogle nastati slučajnim nuliranjem krana pod opterećenjem.

5. u numeričko polje Skala1 se upisuje vrednost sabranih napona sa vratila iste kuke u digitima koje odgovara opterećenju Kuka 1 od 100t

6. u numeričko polje Skala2 se upisuje vrednost sabranih napona sa vratila iste kuke u digitima koje odgovara opterećenju Kuka 2 od 100t

7. prilikom porasta vrednosti, signal za alarm biće aktiviran kada trenutna vrednost opterećenja bude veća od vrednosti zadate Limit1 ili Limit2. Prilikom rasterećivanja, alarm će biti deaktiviran kada trenutno opterećenja krana bude manje od Limit1-Histerezis vrednosti.


5. Kalibracija i testiranje karakteristika realizov anog prototipa ureñaja

Kalibracija sistema više tačaka verifikovanim probnim teretom nije bila moguća, pošto je fizički neizvodljivo da se dovoljna količina tegova od 500kg za etaloniranje kolskih vaga podigne kranskom kukom. Zbog toga se pribeglo komparativnoj kalibraciji. Teg nepoznate mase je okačen na kransku kuku preko davača sile i mernoga pojačavača poznatih karakteristika. Za ovo merenje, korišćen je davač sile TRC Digidyn/50t sa mernim pojačalom HBM Scout55, etaloniran u institutu IMS, Beograd. Kao teg za opterćivanja krana, korišćen je betonski poklopac generatora, težine 227,4kN. Ovakva komparativna kalibracija je izvršena na obe kranske kuke zasebno.

Na osnovu obrazaca za vezu izmeñu izmerene relativne dilatacije mernih traka i momenta vratila (1), odreñena je teorijska osetljivost mernog sistema. Prilikom ispitivanja probnim teretom 227,4kN, ustanovljeno je da se teorijski izračunata osetljivost i eksperimentalno dobijena osetljivost razlikuju za manje od 2%. S obzirom na veliku složenost kinematike samog krana i veliki broj prevojnih koturača (ukupno 8 komada) monitranih na kliznim ležajevima, čiji uticaj nije moguće tačno proračunati, ovakvo poklapanje rezultata se može smatrati više nego zadovoljavajućim.

Sl.13. Rekonstruisani kran prilikom kalibracije i testiranja funkcionalnosti sistema zaštite od preopterećenja, na slici se jasno vidi betonski probni teret; slika desno - prevojne koturače glavnog pogona krana 1


Prilikom izrade brane, projektant je predvideo i izradu probnog tereta (betonskog tega), koji služi za testiranje funkcionalnosti krana i podešavanje sistema za zaštitu od preopterećenja. Teg je smešten u posebnom silosu i za njega su izrañeni specijalni pribori za prihvat, s obzirom na činjenicu da se mora podizati sa oba krana istovremeno. Masa tega sa priborom za prihvat iznosi približno 180t (tačan podatak o masi probnog tereta nije sačuvan).

Prilikom testiranja funkcionalnosti sistema, kran je u više navrata opterećivan ovim probnim teretom. Zbirno očitavanje na obe kuke krana iznosilo je izmeñu 182,5t do 184,0t. Ponovljivost očitavanja u ovim slučajevima je bila bolja od 1%.

Krajnji korisnik je ovakvim rezultatima provere bio u potpunosti zadovoljan, i nije zahtevao daljnja ispitivanja.

6. Zaključak

Složena konstrukcija samog pogonskog mehanizma duploga krana u HE Zvornik, i zahtev korisnika za visokom tačnošću merenja radi upotrebe krana kao vage, uslovili su izradu specifičnog rešenja sistema za zaštitu od preopterećenja.

Iskorišćena je povoljna konfiguracija pogonskih vratila vitla (dugačka vratila konstantnog poprečnog preseka, opterećena čistim uvijanjem) i pomoću tenzometrijskih mernih traka i visokorezolucijskog digitalnog pojačavača, dobijeni su veoma precizni rezultati o trenutnom momentu vitla, kao reprezentu sile opterećenja. Izvori greške merenja (trenje sajli o vitlo, trenje u kliznim ležajevima koturača) su kreću granicama predviñenim prilikom projektovanja ureñaja.

Relativno složen sistem prenosa energije i signala sa rotirajućih digitalnih mernih pojačavača se pokazao kao dovoljno pouzdan u radu (samo jedan zastoj u toku 17 meseci eksploatacije).

Generalno se može smatrati da je koncepcija sistema u potpunosti zadovoljila postavljene zahteve i da je prototip uspešno realizovan.

7. Literatura

[1] R. Shicker, G. Wegener, Measuring Torque correctly, Hottinger Baldwin Messtechnik, Darmstadt, 1. edition, 2002

[2] Karl Hoffman, Applying the Wheatstone Bridge Circuit, Hottinger Baldwin Messtechnik, Darmstadt, 2001

[3] Hottinger Baldwin Messtechnik, Digital Transducer Electronics AD104C, Amplifiers, Hardware and Functions, I1690-1.2 e

[4] MaxStream, Inc, London, Xbee OEM RF modul, Reference manual, M100232, 2006.10.13. [5] microEngineering Lab, Inc., PICBASIC PRO Compiler, Reference manual, Ver. 1.08, 2006. [6] Unitronic, Inc., Technikal specification and Installation Guide, Vision 570C, DTS-V570-CT 04/08,

2008. [7] S. Radišić, M. Janković, Uputstvo za upotrebu sistema za zaštitu od preopterećenja, TRCpro d.o.o.,

Petrovaradin, Interni dokument U027/10, mart 2010.

sistem za zaštitu krana od preopterećenja

Documents