Автоматизация строительных машин и технологических процессов. Тема 10.3

1. Тема 10.3. Автоматизация строительных машин и технологических процессов

2. 1. Общие положения. 2. Классификация систем автоматики 3. Элементы систем автоматики 3.1. Классификация средств автоматизации

3.2. Датчики контроля и регулирования
3.3. Усилители и переключатели
3.4. Микропроцессоры в системах автоматического управления
3.5. Исполнительные устройства
4. Автоматизация работы строительных машин
4.1. Общее состояние автоматизации
4.2. Системы управления рабочими процессами машин
4.3. Автоматизация бульдозеров
4.4. Автоматизация автогрейдеров
4.5. Автоматизация скреперов
4.6. Автоматизация экскаваторов
4.7. Автоматизация свайных работ
4.8. Автоматизация катков и контроль качества уплотняемых дорожностроительных материалов
4.9. Автоматизация грузоподъемных машин

3. 1. Общие положения

Повышение эффективности
строительного производства
обеспечивается
механизацией
автоматизацией
В строительстве различают
Механизированные
работы
Комплексномеханизированные работы
Автоматизированные процессы
Частично
автоматизированные
Комплексно
автоматизированные
Полностью
автоматизированные

4.

Механизированные работы
Комплексномеханизированные работы
основные операции выполняются с
помощью машин, оборудования,
установок и инструментов, имеющих
механический, электрический,
пневматический, гидравлический и
комбинированные приводы (земляные
работы – экскаватор).
все основные и вспомогательные
тяжелые и трудоемкие операции
механизированы (земляные работы –
экскаватор + самосвал).

5.

Частично
автоматизированные
Комплексно
автоматизированные
Полностью
автоматизированные
предусматривается применение
автоматического оборудования, приборов и
устройств на отдельных, преимущественно
основных производственных операциях
(ограничительные и отключающие
устройства).
предусматривается применение системы
связанных в технологическую линию
отдельных агрегатов, машин, приборов и
устройств, осуществляющих все (как
основные, так и вспомогательные)
операции производственных процессов
(управление остается за оператором)
позволяет выполнять не только все
основные и вспомогательные
производственные операции, но и
полностью осуществлять автоматическое
управление и контроль за процессами, в
том числе изменение по заданной
программе параметров и вида продукции

6. Структурная схема процессов управления

Неавтоматическое управление (а) машиной бывает ручное и механизированное.
В первом случае человек сам определяет необходимые действия по управлению
технологическим процессом, осуществляет и контролирует их визуально или по
показаниям простейших приборов. Во втором случае технологический процесс
управляется с помощью исполнительных механизмов, использующих дополнительную
энергию (электрическую, сжатого воздуха или рабочей жидкости). При этом приборы
через соответствующие преобразователи только информируют человека о нарушении
технологического процесса.

7.

При автоматизированном управлении (б) часть операций технологического
процесса осуществляется механизмами управления без участия человека, В этом
случае сигналы преобразователей о нарушении технологического процесса
принимаются не только приборами сигнализации, но и сервомеханизмами.
Последние, воздействуя самостоятельно на механизмы управления, могут остановить
действие рабочего органа или всей машины. На долю человека приходится работа по
устранению неисправности и повторного запуска машины в работу.

8.

Автоматическое управление (в) предусматривает управление по командам
преобразователей или программного механизма. Эта система состоит из двух
основных частей: контролирующей I и управляющей II. При таком управлении человек
занят только предварительной установкой определенной программы (алгоритма),
устранением неполадок по сигналам преобразователей (регулировка и ремонт
механизмов), а также пуском машины в работу или ее отключением.

9. 2. Классификация систем автоматики

Автоматические системы, используемые в строительных машинах и
оборудовании для контроля, регулирования и управления можно
классифицировать по ряду признаков:
По характеру
алгоритма управления
Системы по
разомкнутому
циклу управления
Системы по
замкнутому (с
обратной связью)
циклу
Комбинированные
системы
По характеру
применяемых
сигналов
По характеру
изменения сигналов
задатчика
Стабилизирующие
Непрерывные
Дискретные
(импульсные,
релейные)
Программного
управления
Следящие

10.

Системы по
разомкнутому
циклу управления
Отсутствует обратная связь и управление является жестким. Задающий сигнал Х
поступает в управляющее устройство УУ, из которого сигнал управляющего
воздействия УВ направляется к объекту управления ОУ для получения выходных
координат Y с учетом возможного действия сторонних помех F.

11.

Системы по
замкнутому (с
обратной связью)
циклу
При управлении по замкнутому циклу в случае отклонения параметра от
заданного значения сигнал возвращается объектом управления на
управляющее устройство для корректировки. Такие системы работают с
изменяемыми структурой и законом управления.

12.

Комбинированные
системы
Комбинированное управление характеризуется наличием в системе обратной
связи и резервного управляющего устройства, подключаемого параллельно
первому через элемент сравнения (анализатор). Установленные на схемах
знаки «плюс» и «минус» характеризуют положительные или отрицательные
значения задающего воздействия.

13. Блок-схемы основных устройств, используемых для контроля, управления и регулирования Система автоматического контроля (САК)

А)
О
а
Д
а1
а2
У
а
Б)
О
а
Д
а1
А
ИП
2
а
У
а11
СП
Работает по разомкнутому циклу и может быть как прямого, так и непрямого действия.
Контролируемая величина а с объекта О, осуществляющего производственный процесс,
подается на датчик Д, передающий сигнал а1 дальше на усилитель У, от которого сигнал
а2 поступает на измерительный преобразователь ИП. При использовании в качестве
конечного элемента сигнального преобразователя система автоматического контроля
усложняется. В этом случае контролируемая величина с объекта О подается на датчик
Д. Однако в дальнейшем сигнал а1 от датчика поступает в сравнивающее устройство
(анализатор А). В анализаторе происходит сравнение сигнала а1 и сигналом а2, который
должен быть равен сигналу а1 в соответствии с заданным значением величины а. При
несовпадении сигналов а1 и а2 сигнализатор посылает сигнал Dа об отклонении
контролируемой величины а от заданного параметра. После прохождения усилителя У
сигнал Dа1 поступает на сигнальный преобразователь СП.

14. Система автоматического управления

а
УУ
а1
У
а2
ИО
а3
ОУ
В основном работает по разомкнутому циклу, так как не получает информацию о
действительном протекании технологического процесса, и практически всегда
является системой непрямого действия.
В блок – схеме этого управления задающий сигнал а поступает в управляющее
устройство УУ, из которого сигнал а1 о необходимости управления объектом
поступает в усилитель У. Усиленный сигнал а2 поступает в исполнительный
орган ИО, оказывающий требуемое воздействие а3 на объект управления ОУ.

15. Система автоматического регулирования (САР)

Д
с1
У
2
ИО
с2
ОР
а=с
а2
З
Или
Д1
а2
А
а1
Д
а
Блок – схема включает в себя
объект регулирования ОР и автоматический
регулятор, все элементы которого расположены внутри прямоугольника,
обозначенного на схеме пунктиром. Регулируемый параметр а поступает из объекта
регулирования ОР на датчик Д, откуда сигнал а1 поступает в анализатор А, где
сопоставляется с заданным значением регулируемого параметра а2. при
значительном расхождении параметров а1 и а2 сигнализатор подает о полученной
разнице сигнал с в усилитель У. Усиленный сигнал с1 поступает в исполнительный
орган ИО, изменяющий рассогласованный сигнал и передающий отрегулированное
воздействие с2 на объект регулирования ОР.

16. 3. Элементы систем автоматики 3.1. Классификация средств автоматизации

Все изделия Государственной системы приборов составляют четыре основные
группы, в каждую из которых входят определенные устройства:
К первой группе относятся средства получения информации о состоянии объектов управления,
регулирования и контроля. Эти средства включают в себя измерительные элементы (датчики) и
состоят из первичных измерительных (для перевода любого контролируемого параметра в
физическую величину – усилие, напряжение, силу тока) и нормирующих (для перевода выходного
сигнала в унифицированный) преобразователей.
Вторая группа представлена средствами приема, переработки и дальнейшей передачи
информации, полученной от измерительных элементов, а также для преобразования и передачи
управляющих команд. Эта группа представляет собой усилители сигналов, каналы связи,
преобразователи, сравнивающие устройства и состоит из устройств телемеханики, телеуправления,
шифраторов, дешифраторов.
В третью группу входят средства получения информации о задачах автоматического
управления, регулирования и контроля. Они включают в себя запоминающие и программные
устройства, выполненные на базе микропроцессоров и микро-ЭВМ
Четвертая группа включает в себя средства регулирования параметров контролируемых
процессов (исполнительные устройства), состоящие из усилителей выходных сигналов и
исполнительных механизмов, преобразующих указанные сигналы в энергию механических
перемещений

17. 3.2. Датчики контроля и регулирования

Датчики (измерительные преобразователи) являются основным средством
измерения,
преобразующим
измеряемую
величину
в выходной,
обычно
электрический, сигнал, предназначенный для дальнейшей регистрации, обработки и
передачи исполнительному механизму. Первичный преобразователь, непосредственно
воспринимающий параметр состояния, т.е. естественную входную величину,
называется чувствительным элементом датчика.
Измеряемые параметры
Тип датчика
Механическая деформация
Измеритель смещения, датчик давления, датчик массы
Частота
Доплеровский измеритель скорости
Температура
Термометр, пирометры излучения, датчик уровня жидкости
Давление
Измеритель нагрузки, расходомер
Влажность, состав газов
Гигрометр, газовый сигнализатор
Звук ( в том числе ультразвук)
Эхолот, устройства неразрушающего контроля
Свет (в том числе инфракрасное излучение)
Фотодатчик, датчик цвета
Радиация, рентгеновское излучение
Датчик уровня, рентгеновский томограф
Волновое излучение
Радар, измеритель скорости

18. Основные разновидности датчиков, используемых в строительных машинах и оборудовании Конечные выключатели

В первом случае (а) при достижении машиной во время перемещения по подкрановым путям
крайнего положения линейка ограничителя 2 нажимает рычаг 1 конечного выключателя и,
перемещая его, отключает контактную группу 3, прерывая подачу электроэнергии к механизму
передвижения.
Во втором случае перемещение и укладка каната производится с помощью шпиндельного
выключателя. Он состоит из ходового винта 1, установленного в опорах и соединенного с приводом
барабана зубчатой передачей 3. При вращении винта гайка 2 с удерживаемым канатом
перемещается вдоль него в одну или другую сторону до наезда на переключатели 4, в результате
чего происходит отключение управляющей цепи и последующее включение с направлением
движения в другую сторону.

19. Микропереключатели

Состоят из корпуса 3, в котором закреплены пластины
неподвижных замыкающего 1 и размыкающего 2 контактов, а
также подвижного контакта 5 и работающая совместно с ним
фигурная пружина 4. Толкатель 7 оснащен возвратной
пружиной 6 и приводится в движение рабочим органом,
положение которого контролируется, при достижении им
конечного положения. При этом второй контакт обычно
используется для включения механизма реверса.

20. Потенциометрические датчики

Преобразователи состоят из каркаса прямоугольного, круглого или кольцевого
сечения, изготовленного из керамики, пластмасс или алюминия, покрытого
токонепроводящим лаком. На каркас может наматываться эмалированная или
оксидированная и покрытая лаком проволока из константана, нихрома, манганина,
а также нанесен слой полупроводника или металлической пленки.
Подвижная токосъемная щетка скользит по зачищенной контактной дорожке
(непосредственно по проволоке или соединенным с ней контактам).
Наряду с рассмотренными преобразователями при измерении углов наклона
используются также преобразователи, в которых высокоомное сопротивление
шунтируется ртутью или проводящей жидкостью (в). При необходимости получения
нелинейной характеристики в системах автоматики применяются линейные
преобразователи с шунтирующими сопротивлениями (г), а также функциональные
преобразователи с профилированным или ступенчатым каркасом, позволяющим
получать переменные резисторы с квадратичной, логарифмической или другой
функциональной зависимостью

21. Тензометрические датчики

Работа основана на явлении тензометрического эффекта, т.е. на изменении
электрического сопротивления чувствительного элемента от его деформации. В
качестве чувствительных элементов, называемых тензолитами, в датчиках
используются стержни из порошка сажи, графита или угля, наклеенные на
полоске бумаги 2 (а). Однако наибольшее распространение получили датчики с
проволочными элементами из константана, нихрома или фольги. проволока
диаметром 0,02-0,05 мм или фольга 1 с медными выводами 3 наклеивается в
виде прямоугольных или кольцевых петель на бумагу или пленку из
изоляционного материала 2 (б,в,г).

22. Пьезоэлектрический тензодатчик

С помощью пьезоэлектрических преобразователей механическая энергия
преобразуется в электрическую в связи с возникновением электрических зарядов на
поверхности кристаллов некоторых диэлектриков (титаната бария) при механическом
воздействии на них.
Пьезоэлектричский датчик усилий представляет собой корпус 1, в котором
расположены пьезоэлектрические пластины 2. Усилия F передаются на пластины
через опорные плиты 3, а полученный сигнал снимается с металлических обкладок 4.

23. Дифференциальные трансформаторы с подвижным сердечникои

Представляют собой параметрические датчики, питание которых осуществляется переменным
током. используются в основном в электрических измерительных преобразователях с силовой
компенсацией в качестве индикатора рассогласования. Такой преобразователь представляет
собой цилиндрический каркас с перемещающимся сердечником.
По всей длине каркаса навита первичная обмотка W1, поверх которой симметрично
расположены две вторичные обмотки W2I и W2II, выполненные в виде двух одинаковых катушек.
Индикатор уровня типа ДИУ-СЧА (а) устроен и работает следующим образом. сердечник 1,
перемещающийся внутри катушек с обмотками, связан посредством жесткой тяги 3 с поплавком
4, находящимся в баке 5 с контролируемой жидкостью. для уравновешивания выталкивающей
силы при изменении уровня жидкости и соответствующего перемещения поплавка и сердечника
служит пружина 2. При положении сердечника в средней части трансформатора во вторичных
обмотках индуцируются одинаковые электродвижущие силы (ЭДС) и разность потенциалов на
выходе трансформатора равна нулю. Перемещение сердечника вверх вызывает увеличение
ЭДС индуцируемой в обмотке W2I, ее уменьшение в обмотке W2II и появление сигнала разности
потенциалов на выходе, значение которого фиксируется прибором КСД-3.

24. Тахогенераторы

Представляют собой маломощные (до 100 Вт) электрические машины
переменного или постоянного тока для преобразования скорости механического
вращения в электрический сигнал. Тахогенератор переменного тока (а) состоит из
ряда расположенных на статоре 2 обмоток 2, соединенных между собой
последовательно. Ротор 3 является постоянным магнитом и выполняется в виде
специальной звездочки или стержня с числом полюсов, равным числу обмоток.
Тахогенератор постоянного тока (б) является аналогичным генератором с
независимым возбуждением от постоянных магнитов 2, установленных в статоре
1. В пространстве между полюсами магнита вращается якорь с обмоткой, с
контактной дорожки которого с помощью щеток снимается значение ЭДС. На
выходе тахогенераторов снимается напряжение, пропорциональное частоте
вращения.

25. 3.3. Усилители и переключатели

Усилители предназначены для увеличения (от вспомогательного источника
питания) мощности сигнала на выходе измерительной части системы
автоматического управления, так как в большинстве случаев она недостаточна для
приведения в действие исполнительных устройств. Назначение и место усилителей
в системе автоматического управления обуславливает и предъявляемые к ним
требования. Так, для усилителя в измерительной цепи главным параметром
является стабильность характеристики, большой частотный диапазон и отсутствие
искажения сигнала, а для выходного каскада усиления – КПД и входная мощность.
Наряду с обычными усилителями в системах автоматического управления
используют усилители – преобразователи, осуществляющие преобразование
постоянного тока в переменный, и операционные усилители, осуществляющие
моделирование
различных
математических
операций
(суммирование,
дифференцирование, интегрирование и т.д).
В электрических системах используют электронные, электромагнитные и при
больших мощностях электромашинные, а в неэлектрических – механические,
пневматические и гидравлические усилители.

26. Электронные усилители

Электронные усилители классифицируются:
По виду усиливаемого
сигнала
По числу каскадов
Усилители тока
(переменного и
постоянного)
Усилители
напряжения
По принципу
действия
Дискретного
(релейного)
действия
Однокаскадные
Многокаскадные
Аналогового
действия

27.

220 В
ИП
50 Гц
ВУ
U ВХ
ВП
Т
УН
У 1,2
У 3,4
У
5
УМ
UВЫХ
ОС
В общем случае полупроводниковый усилитель состоит из входного устройства ВУ,
многокаскадного усилителя напряжения УН, усилителя мощности УМ, источника питания ИП и цепи
обратной связи ОС.
При этом усилители переменного тока содержат только один входной трансформатор Т, а
постоянного тока – еще вибропреобразователь ВП. В процессе работы усилителя входной сигнал
напряжения преобразуется с помощью ВП в пульсирующее напряжение и через трансформатор Т
подается в пятикаскадный усилитель напряжения переменного тока УН. затем усиленные сигналы
поступают на усилитель мощности УМ, а из него выходное напряжение направляется в цепь
исполнительного органа. Через цепь обратной связи ОС выходной сигнал возвращается на вход
третьего каскада усилителя напряжения. Источник питания ИП состоит из силового
трансформатора и двух выпрямителей, один из которых питает усилитель напряжения, а другой –
мощности.
Отдельная
обмотка
силового
трансформатора
обеспечивает
питание
вибропреобразователя ВП.

28. Электромагнитные усилители

В электромагнитных усилителях используется свойство изменения магнитной
проницаемости ферромагнитных материалов в зависимости от величины постоянного
подмагничивающего поля. Простейшим электромагнитным усилителем является
обычный дроссель с подмагничиванием, в котором обмотка управления питается
напряжением постоянного тока, а рабочая подключена последовательно с
сопротивлением нагрузки к источнику напряжения переменного тока. Эффект
усиления при работе электромагнитного усилителя осуществляется следующим
образом. При подаче сигнала управления магнитная индукция сердечника магнитного
усилителя увеличивается, а магнитная проницаемость уменьшается. При этом
изменяется индуктивность катушки и уменьшается индуктивное сопротивление
рабочей катушки, что ведет к возрастанию тока нагрузки.
Пневматические и гидравлические усилители обычно выполняются заодно с
исполнительными элементами и будут рассмотрены позже.

29. 3.4. Микропроцессоры в системах автоматизации

Микропроцессор представляет собой
программно
–
управляемое
устройство, осуществляющее процесс
обработки поступившей информации и
управление этим процессом.
В общем случае в состав бортовой
микро-ЭВМ входят:
- устройства входа (сигналы от
датчиков) и выхода (управляющие
сигналы
на
исполнительные
устройства);
оперативное
и
постоянное
запоминающее устройство;
- микропроцессор и соединительные
элементы.
Основой
микропроцессорного
управления
является
модель
реального процесса при работе
машины.

30.

Модель реально процесса при работе машины
Модельное состояние
(описывающее процесс
работы в каждый момент
времени)
Функция модификации
состояний (переход от одного
модельного состояния к
другому)
Функция предсказания
(устанавливающая
требуемое модельное
состояние и
формирующая набор
команд на
исполнительные
органы.

31. 3.5. Исполнительные устройства

Исполнительные устройства предназначены для преобразования управляющих
(командных) сигналов в регулирующие воздействия на объект управления.
Практически все воздействия сводятся к механическому, т.е. изменению величины
перемещения, усилия и скорости возвратно – поступательного или вращательного
движения. Исполнительные устройства являются последним звеном цепи
автоматического регулирования и в общем случае состоят из блоков усиления,
исполнительного механизма, регулирующего и дополнительных (обратной связи,
сигнализации конечных положений и т.п.) органов. В зависимости от условий
применения рассматриваемые устройства могут существенно различаться между
собой.
Исполнительные
устройства
Исполнительные механизмы
Регулирующие органы

32.

Классификация исполнительных механизмов
По виду
используемой
энергии
По конструктивному
исполнению
По характеру
обратной связи
Мембранные
Периодического
действия
Поршневые
Непрерывного
действия
Электрические
Пневматические
Гидравлические
Комбинированные

33. Пропорциональный исполнительный механизм

По конструкции похож на двухпозиционный двигатель. Однако возможность
пропорционального регулирования достигается установкой на одном валу двух
электродвигателей 2. Первый вращает вал в одном направлении, второй – в
противоположном. Кроме того, исполнительный механизм включает в себя редуктор 1,
муфту 5 и зубчатую рейку 4. Пропорциональное регулирование (например, газового
вентиля в ремонтерах) обеспечивается потенциомером 3, используемым для создания
обратной связи в схеме.
Электродвигательные исполнительные механизмы применяют в основном при
усилии не более 53 кН.

34. Электромагнитный привод

Используется
для
управления
механизмами в гидро- и пневмоприводах, а
также различными вентилями и заслонками.
Принцип работы этого привода состоит в
поступательном перемещении на величину L
металлического якоря 3 относительно
электромагнитного
вала
катушки
1,
расположенной в корпусе 2. различают
электромагнитные
приводы
однои
двухстороннего действия.
В первом
исполнении возврат якоря в исходное
положение
производится
с
помощью
пружины,
во втором – изменением направления управляющего сигнала. С его помощью
осуществляется релейное (открыто – закрыто) управление.
Электромагнитные вентили (для открывания в трубопроводах клапанов) по виду
используемых чувствительных элементов делят на поршневые и мембранные. При
значительных усилиях и длине перемещений используют электромашинный
толкатель. Принцип его действия основан на поступательном перемещении в обе
стороны оси – винта 3 относительно вращающейся, однако закрепленной гайки 2.
Вращение гайки, являющейся одновременно ротором, производится при включении в
цепь питания трехфазной статорной обмотки 1. На конце винта расположен прямой
участок, представляющий собой шток 5, перемещающийся в направляющих 4 и
воздействующий на конечный выключатель 6 управляемого механизма.

35. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы

При управлении с дроссельным регулированием используют золотниковые распределители или
«сопло – заслонку». Работа гидропривода с дроссельным регулированием позволяет изменять
величину перекрытия отверстий (т.е. дросселировать), через которые жидкость попадает в рабочий
цилиндр. Перемещение золотниковой пары 1 вправо позволяет маслу из напорной линии через канал 2
попасть в полость А рабочего цилиндра 5 и поршень 4 будет перемещаться вправо. При этом масло,
находящееся в полости Б, будет сливаться через канал З в бак. Перемещение золотника влево
переместит в ту же сторону поршень, а отработавшее масло будет сливаться из полости А в бак через
канал 2. При расположении золотниковой пары в среднем положении оба канала, соединяющих
золотниковое устройство с рабочим цилиндром, перекрыты и поршень неподвижен.
Работа пневмопривода с помощью «сопло – заслонки» производится путем изменения давления в
рабочем цилиндре 2 и перемещения поршня 4 на величину у за счет перемещения регулируемой
заслонки 1. Через дроссель постоянного сопротивления 5 воздух подается в камеру 6 под постоянным
давлением РН. В то же время давление в камере зависит от расстояния х между соплом 7 (дросселем
переменного сопротивления) и заслонкой 1, так как с увеличением этого расстояния давление
снижается и наоборот. Воздух под давлением Р поступает из камеры в нижнюю полость цилиндра, а
верхней расположена пружина 3, создающая за счет силы упругой деформации противоположное
давление, равное РН. Созданная разность давлений позволяет перемещать поршень вверх или вниз

36. Мембранные устройства

Делятся на беспружинные и пружинные. Беспружинные мембранные устройства (а)
состоят из рабочей полости А, в которую поступает управляющий воздух под
давлением РУ, и эластичной резиновой мембраны 1, соединенной посредством
жестких центров 2 со штоком 3. Возвратно – поступательное движение штока
осуществляется путем подачи в подмембранную полость Б сжатого воздуха с
давлением Р0 и за счет перемещения мембраны. Наиболее распространенными
являются мембранно – пружинные устройства (б), в которых результирующая сила РР
уравновешивается давлением на мембрану управляющего воздуха РУ и силой
деформации упругой пружины. При необходимости совершать поворотные движения
в прямоходных исполнительных механизмах шток соединяется с шарнирно –
рычажной передачей, показанной на рис. (б) штриховой линией.
Мембранные
исполнительные
механизмы
применяют
для
управления
регулирующими органами с перемещением штока до 100 мм и допустимым
давлением до 400 кПа.

37. 4. Автоматизация роботы строительных машин. 4.1. Общее состояние автоматизации

Значительную часть объема выпуска (53%) составляют автоматизированные
мобильные строительные и дорожные машины.
Основные разработки, внедренные в строительные машины и оборудование.
Автоматическое управление перемещением, взвешиванием, перемешиванием,
контролем за работой и порционной выдачей в цементосмесительных установках всех
типов и назначений осуществляется системой «АКА-Бетон».
Автоматизация контроля безопасности работы различных кранов и погрузчиков,
ограничения их грузоподъемности, применения дистанционного и автоматического
управления осуществляется системой «АКА-Кран».
Автоматизация саморегулирования рабочих органов, элементов управления и
контроля дорожно – строительных машин при возведении земляного полотна и
устройстве дорожных покрытий в части обеспечения ровности, требуемых продольных
и поперечных уклонов обеспечивается системой «АКА-Дормаш»
В
комплекте аппаратуры используют следующие
автономные системы
управления:
•маятниковые датчики, установленные на борту машины, для контроля положения
рабочего органа;
•копирные системы, обеспечивающие контроль положения по внешнему копиру –
проволоке, бордюру и т.п.;
•комбинированные
системы,
в
которых
контроль
углового
положения
осуществляется автономными датчиками, а определение положения по высоте копиром.

38. Принципиальное устройство системы автоматизации

Все системы, используемые в машинах различного назначения, комплектуют в
основном из двух разновидностей автономных маятниковых датчиков 1, щуповым
копирным датчиком 2, подъемным устройством 3, двумя разновидностями
электрогидрозолотников 4, унифицированным пультом дистанционного управления 5
и вспомогательным блоком 6. Вместо щупового или маятникового датчика может
использоваться следящая система управления с дистанционным регулированием. В
этом случае дополнительно применяется унифицированное согласующее устройство
7, лазерный излучатель 8, фотоэлектрический приемник 9.

39. Датчики систем автоматизации

Маятниковый датчик ДКБ (а) преобразует изменение угла отклонения
электрический
сигнал
с
помощью
унифицированного
бесконтактного
преобразователя. маятниковый датчик ДКБ состоит из закрепленного на валу
тонкостенного цилиндра со смещенным, относительно оси вращения, центром
тяжести. Экран, связанный с чувствительным элементом, при повороте корпуса
датчика (изменении угла наклона рамы машины) изменяет свое положение
относительно катушек, закрепленных на корпусе, и изменяет выходной сигнал
преобразующего блока.
При работе машины с внешним копирным устройством применяются датчики типа
ДЩ, состоящие из бесконтактного датчика 2 и экрана 1, соединенного со щупом 3.
Поворот щупа относительно тросика и соответственно экрана на угол, превышающий
допустимое значение, вызывает подачу датчиком дискретного сигнала,
осуществляющего управление рабочим органом.

40. Копирные системы автоматики

Копирные системы автоматики, использующие внешний копир, имеют ряд
недостатков. К ним следует отнести повышенную трудоемких работ по установке
тросика, появление погрешностей в работе копирной системы.
При использовании в качестве жесткой опорной базы уже готового дорожного
основания, покрытия, бордюрного камня или дорожной разметки воздействие на
датчик может передаваться через промежуточный механизм, перемещающийся по
указанным поверхностям. В качестве такого механизма – щупа используются
колесо, лыжа с выравнивающими шарнирными или рычажными устройствами.
1. Базовая плоскость
2. Лыжа
3. Датчики с блоками сравнения
4. Рукоятка
5. Золотник
6. Гидроцилиндр
7. Регулятор поперечного уклона
8. Фреза

41. Лазерные координаторы

Для управления рабочими органами строительных машин широко используют
лазерные координаторы различных конструкций и назначения.
1. Лазерный излучатель
2. Оптический луч
3. Датчик положения рабочего органа
4. Фотоприемник
5. Блок усиления
6. Электронный ключ
7. Цифровое измерительное устройство 8. Блок рассогласования фотоприемника
9. Рабочий орган

42. 4.2. Системы управления рабочим процессом машин

Первое направление автоматизации
содержит
вопросы
повышения
планирующих
свойств
машин
для
получения заданных профиля и уклона
поверхности, так как эти виды работ
требуют значительных затрат времени и
трудоемкости,
а
невыполнение
требований
существенно
снижает
качество работ.
Это направление обеспечивается унифицированным рядом систем автоматики
типа «Профиль» с микроэлектронными блоками управления, которые делятся на
автономные, копирные и комбинированные.

43.

Второе направление автоматизации машин обеспечивает автоматизацию
наиболее энергоемких технологических процессов, позволяющих максимально
использовать тяговые возможности машин, снизить расход топлива, износ
ходовой части, облегчить труд машиниста. Для оптимизации силового контура и
регулирования рабочих процессов разработаны унифицированные системы типа
«Режим».

44.

Третье направление автоматизации машин является наиболее прогрессивным и
нацелено на совершенствование технологии и организации строительных работ путем
создания на базе лазерной и микропроцессореной техники комплексной системы
дистанционного программного или автоматического управления машинами.

45. 4.3. Автоматизация бульдозеров

46. 4.4. Автоматизация автогрейдеров

Система «Профиль – 10 » предназначена для автоматического управления
положением отвала грейдера только в поперечной плоскости машины. Комплект
этой аппаратуры состоит из:
- пульта управления;
- датчика углового положения ДКБ;
- сравнивающего устройства;
- усиливающего устройства;
- реверсивного гидрораспределителя с электроуправлением.
1. Отвал
2. Маятниковый датчик
3. Датчик угла поворота
4. Щуповой датчик на выносной штанге
5. Щуповой датчик на отвале
6. Копирный трос

47. 4.5. Автоматизация скреперов

Прицепные гидроуправляемые скреперы оборудованы автоматической
аппаратурой, обеспечивающей автоматическое управление положением ковша по
высоте, перемещением задней стенки и выглублением ковша при перегрузке для
предотвращения отключения силовой установки. Использование
автоматизированных скреперов позволяет повысить производительность труда за
счет сокращения числа проходов, качество выполняемых работ и улучшить
условия работы машиниста.
1. Электрогидрораспределитель 2. Пульт с блоком управления
3. Механизм перемещения с ФПУ 4. Датчики управления задней стенкой ковша
5. Датчик углового положения рамы скрепера 6. Лазерная направляющая

48. 4.6. Автоматизация экскаваторов

Внедрение на экскаваторах микропроцессоров и лазерных информационно –
измерительных устройств для управления процессом копания позволяет повысить
точность и качество выполняемых работ, снизить трудозатраты и численность
обслуживающего персонала. В одноковшовых экскаваторах используются различные
виды указанных устройств.
1.Лазерный излучатель
4. Одноковшовый экскаватор
7. Дисплей
2.Луч лазера
5. Микропроцессорное устройство
3.Фотоприемное устройство 6. Рукоятка управления

49. 4.7. Автоматизация свайных работ

50. 4.8. Автоматизация катков и контроль качества уплотняемых дорожно-строительных материалов

А) каток с вибровозбудителем
1.Каток
2. Орган сравнения
3. Кабель
4. Вибродатчик
5. Вибровалец
Б)Трамбующая машина
1. Трамбующая плита
2. Индукционный вибродатчик
3. Кабель
4. Прибор регистрации
5. Трамбующая машина

51. 4.9. Автоматизация грузоподъемных машин

Кабина башенного крана в 60-х годах ХХ века

52. Ограничитель грузоподъемности

53. Анемометр

54. Кренометр

55. Новые системы автоматизации для бульдозеров и грейдеров

Автоматически системы нивелирования, позволяющие контролировать положение
рабочего органа по высоте и поперечному уклону, называются 2D-системами. Для
работы с системой необходима высотная привязка машины по месту проведения
работ. В качестве привязки используется копирная струна, разбиваемая на длине
захватки через рассчитанные промежутки.

56.

Разбивка копирной струны выполняется геодезистом и должна соответствовать требованиям СНиП
3.06.03-85 пункт 12.14 «Отклонение копирной струны от вертикальных отметок не должно превышать +/-3
мм».
После разбивки копирной струны по высотным отметкам грейдер с установленной на него системой
нивелирования устанавливается на захватку: отвал устанавливается на поверхность, а ультразвуковой
датчик выставляется над копирной струной.
С панели управления задается глубина выемки или высота отсыпки грунта, отвал автоматически
перемещается на заданную высоту. Машинист начинает проход по захватке, при этом отвал распределяет
материал автоматически удерживаясь в проектных отметках (благодаря ультразвуковому датчику
установленному над струной) и в проектном уклоне (за счет датчика наклона, установленного на отвале).

57.

Управляя автогрейдером, машинист должен постоянно удерживать ультразвуковой
датчик над струной (или иной опорной поверхностью, выведенной по высотным
отметкам).
Использование копирной струны, особенно при разбивке виражей, процесс трудоемкий,
выполняемый бригадой из двух человек: геодезист и рабочий с рейкой, который
устанавливает стойки по высоте и натягивает струну.
На практике опорные стойки выставляют с интервалом 15-20 метров и на виражах 5-10
метров. В качестве копирной струны используют капроновую нить, леску или стальной
трос.

58.

Основным недостатком традиционных систем с использованием копирной струны
является трудность удержания ультразвукового датчика над струной, так как
никаких видимых ориентиров кроме датчика, расположенного примерно в 700 мм
от копирной струны, нет.

59.

Лазерные системы нивелирования
Когда проект не содержит продольных кривых или сложных поперечных профилей, достаточно
использовать лазерный построитель плоскости (лазерный нивелир). Системы, в которых в качестве
датчика для определения высотного положения отвала относительно проектной поверхности
используется лазерный нивелир, относятся к классу 2D-систем, так же как ультразвуковые.
Лазерный нивелир представляет собой прибор, который создает лазерную плоскость
(горизонтальную, либо наклонную), с помощью горизонтального лазерного луча, вращающегося с
высокой скоростью. Изменение скорости вращения позволяет работать в различных условиях
видимости (туман, пыль), поэтому для работы с дорожно-строительной техникой используются
нивелиры с высокой скоростью вращения луча. С панели управления нивелиром можно задать
проектный уклон и частоту вращения прибора.
На панели управления автогрейдером задается глубина резания относительно отметки, на которой
установлен лазерный нивелир. На кромке отвала крепится электрическая мачта с лазерным
приемником, принимающая сигнал от лазерного построителя плоскости.
Отвал автоматически удерживается параллельно создаваемой лазерным нивелиром плоскости:
горизонтальной или наклонной

60.

Работа с лазерным нивелиром значительно упрощает процесс профилирования основания. Нет
необходимости делать разбивку всего фронта работ. Обычно радиус лазерной плоскости,
создаваемой прибором, составляет 500-700 метров, что позволяет за одну установку прибора ,без
разбивки и исполнительной съемки, за короткое время спрофилировать чистовой верхний слой,
например, под заливку бетона. При этом нет необходимости в постоянной исполнительной съемке, а
перерасход бетона значительно сокращается в виду обеспечения точности в 5 мм.

61.

Для начала работы необходимо:
- установить и включить нивелир в точке площадки, максимально обеспечивающей
видимость лазерного луча;
- установить на край отвала мачту с лазерным приемником;
- задать проектный уклон на панели управления и опустить кромку отвала на грунт;
- выдвинуть мачту до уровня лазерной плоскости;
- задать с панели управления глубину резания и начать работу.
Использование мачты, которая поднимает приемник на высоту более 3 метров, и 3
метрового штатива для установки нивелира (нивелир управляется с пульта ДУ)
позволяет работать при интенсивном движении транспорта в зоне проведения работ без
нарушения прямой видимости.
Лазерный нивелир (лазерный построитель плоскости) может использоваться и на
других работах, например, контроль уровня заливки бетона.
3D-системы нивелирования активно примененяются при возведении на земляного
полотна бульдозерами и экскаваторами и при профилировании вышележащих слоев
автогрейдерами.
Подобное оборудование предлагают многие поставщики техники, по характеристикам
все типы оборудования схожи и монтаж его не представляет никаких сложностей.
Основной задачей является подготовка цифровой модели проекта, его загрузка и
обучение заказчика тому, как все оборудование должно работать в комплексе, именно
поэтому 3D-системы нивелирования считаются не доп.оборудованием, а технологией,
позволяющей качественно изменить технологию работ.
КАЧЕСТВЕННЫЙ РОСТ: ОТ КОПИРНОЙ СТРУНЫ ДО СПУТНИКА

62.

Процесс доукомплектации систем нивелирования – это так же стандартная практика во многих
дорожных организациях, которые уже попробовали работать с оборудованием 2D, например с
ультразвуковой или лазерной системой, и решили перейти на качественно новый уровень работ. Такая
доукомплектация называется «апргейдом» (от английского “upgrade” – усовершенствование). Время
апгрейда и период обучения на разных типах машин и с разными видами оборудования колеблется от
1 до 2 дней
Следующий этап внедрения системы нивелирования – это обучение мастера участка работе с
цифровой моделью проектной поверхности и тахеометром или ГЛОНАСС/GPS-приемником.
Понимание технологии работы оборудования, знание геодезических приборов и программного
обеспечения для проектирования – это те знания, которые будут необходимы мастеру участка в
работе.

63.

РАБОТА С ГЛОНАСС/ GPS-СИСТЕМАМИ
После проведения обучения машиниста и мастера участка, специалист контролирует процесс
работ на объекте.
При работе с ГЛОНАСС/GPS-приемниками машинист загружает проект в панель управления.
Благодаря сигналам, полученным со спутников и от базовой станции, система определяет
положение машины и кромки бульдозерного отвала относительно проекта. Когда машинист
переключит компьютер в автоматический режим, отвал автоматически скорректирует свое
положение в соответствии с проектной отметкой. Система предусматривает также возможность
задания толщины снимаемого или отсыпаемого слоя материала, для послойной отсыпки или
выемки.

64.

Технология Leica SP14
Это новое поколения систем с дополнительным трехосевым датчиком SP14 работающего по
принципу акселерометра. Т.е. это датчик на отвала машины в каждый момент времени с частотой
100Гц определяет направления движения осям. И интегрируя - получает вектор движения в любой
момент времени. Работая совместно с GPS оборудование на машине, этот датчик позволяет
получать высокоточные координаты в каждый из моментов времени.
Таким образов отработка отвала производится со скорость 100Гц.
Бульдозеры, оснащенные системами с использованием технологии SP, обеспечивают точное
выполнение работ, практически на любой поверхности. Благодаря столь высокой скорости точность
и качество GPS в 1,5 раза. Так, например ровность формирования поверхности будет около 0,7 – 1
см. Это достигается путем высокоскоростной интерполяции и экстраполяции движения машины
трехосевым датчиком SP14. Он исключает какие либо отскоки по высоте и в плане, которые могут
возникнуть при использовании традиционного ГЛОНАСС/GPS оборудования. Даже если по какимлибо причинам будет совсем потерян сигнал от спутников или возникнут плохие условия приема,
то высокоскоростной и вибро-устойчивый датчик SP14 позволит продолжить работу не
останавливаясь.
Появилась возможность использовать бульдозер для профилировочных работ там, где раньше
нельзя было обойтись без грейдера.

65.

Принцип работы схож с работой
ГЛОНАСС/GPS-систем, но определение
положения кромки отвала осуществляется с
помощью специального прибора, измеряющего
угол и расстояние до цели, жестко связанной с
кромкой отвал, и располагаемой на мачте,
закрепленной на отвале. Крепление прибора на
мачте обеспечивает лучшие условия прямой
видимости между прибором и целью.
Именно из-за использования мачты и внешнего
прибора многие путают лазерные системы, о
которых говорилось выше, и системы с
роботизированным тахеометром, которые не
только обладают различной
функциональностью, но и существенно
отличаются по цене и используемому
оборудованию.
Для начала работы необходимо привязать
прибор к пунктам планово-высотного
обоснования, относительно которых проектная
организация выполняла проект дороги.
После этого нужно навести окуляр прибора на активный отражатель, и запустить прибор для
связи с машиной. Прибор передаст на машину данные о её местоположении и определит
положение машины относительно проекта, который машинист загрузил в бортовой компьютер.
Остальная работа ничем не отличается от работы с ГЛОНАСС/GPS- приемником.
Единственное ограничение при работе системы – это прямая видимость между прибором и
целью. Поэтому для обеспечения лучших условий в работе также используется высокий штатив
и мачта на кромке отвала. Управление прибором осуществляется с помощью выносной панели
управления – контроллера, работающего на базе Windows CE. ПО контроллера позволяет
выполнять такие работы, как съемка, разбивка, расчет объемов земляных работ и
контролировать положение машины. Точность работы системы 3-5 мм в плане и по высоте.

66.

КОМПЕНСАЦИЯ НАКЛОНА МАЧТЫ
Важно, что при изменении угла атаки, при работе автогрейдера значительно изменяется угол
наклона мачты, что в свою очередь вызывает погрешность в определении высотного положения
кромки отвала. Избежать возникновения этой погрешности можно двумя способами:
​ установить датчик продольного наклона мачты;
​ не изменять в процессе работы угол атаки отвала.
Стоить отметить, что угол разворота отвала никак не влияет на работу систем нивелирования, так
как все системы снабжены датчиком разворота отвала. Это в свою очередь позволяет учитывать
этот угол при задании вектора перемещения и для корректировки угла наклона из текущего
положения в проектное.