Elektroniczny system do monitorowania parametrów pracy stanowisk badawczych na przykładzie zastosowania na stanowisku do badań trwałości rozpylaczy – Łukasz Ignasiak, Nuno Alves Vicente

8

mgr in¿. £ukasz IGNASIAK, mgr in¿. Nuno Alves VICENTE Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych, Poznañ

e-mail: office@pimr.poznan.pl

:

Streszczenie

W artykule przedstawiono badania funkcjonalne nad nowym systemem wczesnego reagowania i ostrzegania o nieprawid³owoœci pracy uk³adów mechanicznych, który umo¿liwia realizacjê procesu monitorowania i rejestracjê wybranych parametrów roboczych. Wspomniane badania systemu sterowania (systemu monitorowania) przeprowadzono na stanowisku do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy.

mechanika i budowa maszyn, eksploatacja maszyn, system monitorowania, kontrola stanowisk badawczych, kontrola parametrów roboczych

S³owa kluczowe

ELEKTRONICZNY SYSTEM

DO MONITOROWANIA PARAMETRÓW PRACY

STANOWISK BADAWCZYCH NA PRZYK£ADZIE

ZASTOSOWANIA NA STANOWISKU DO BADAÑ

TRWA£OŒCIOWYCH ROZPYLACZY

TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 2/2016 Wstêp

Stanowisko badawcze

W technice nowoczesnych urz¹dzeñ coraz czêœciej poja-wiaj¹ siê nowe rozwi¹zania, które ograniczaj¹ mo¿liwoœæ uszkodzenia zespo³ów wykonuj¹cych czynnoœci robocze przez czynnik eksploatacyjny. Czêsto zachodzi potrzeba zareago-wania przez operatora w momencie, gdy praca urz¹dzenia jest nieodpowiednia. Racjonalne staje siê wiêc opracowanie i za-stosowanie w maszynach systemów automatycznie powiada-miaj¹cych u¿ytkownika o niekorzystnym funkcjonowaniu urz¹dzenia lub utracie prawid³owych parametrów pracy, oraz które dokonaj¹ analizy sygna³ów pomiarowych w zakresie oceny stanu pracy urz¹dzenia i jego kondycji technicznej. Przysz³oœciowe jest równie¿ projektowanie urz¹dzeñ pra-cuj¹cych bez koniecznoœci wielogodzinnej obs³ugi i kontroli jego funkcjonowania przez cz³owieka. Dotyczy to przede wszystkim uk³adów roboczych pracuj¹cych w szkodliwych dla cz³owieka warunkach œrodowiskowych. Obecnoœæ operatora na stanowisku roboczym nie musi byæ wymagana, a zastoso-wanie zdalnego nadzoru nad prac¹ urz¹dzenia wp³ywa na zwiêkszenie bezpieczeñstwa osób odpowiedzialnych za rea-lizacjê danego procesu. Z kolei zdolnoœæ systemu do automa-tycznego zakoñczenia realizowanego procesu roboczego w przypadku awarii lub przekroczenia dopuszczalnych parametrów pracy zmniejsza ryzyko rozleg³ego zniszczenia uk³adu.

W Przemys³owym Instytucie Maszyn Rolniczych opraco-wano system monitorowania (do wczesnego reagowania i ostrzegania) spe³niaj¹cy wczeœniej wspomniane zadania i przeprowadzono jego próby funkcjonalne.

Elektroniczny system monitorowania stanu pracy zosta³ skonfigurowany ze stanowiskiem do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy. G³ówne elementy sk³adowe tego stanowiska prze-dstawiono na rys. 1 i 2. Ca³e stanowisko ma wymiary: d³ugoœæ 2400 mm, szerokoœæ 2500 mm, wysokoœæ 1550 mm [4].

Na rys. 3 przedstawiono schemat konfiguracji uk³adu elektronicznego ze stanowiskiem do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy.

Rys. 1. Stanowisko do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy -widok ogólny

Fig. 1. The stand for durability testing of sprayer - overall view

Fig. 2. The stand for durability testing of sprayer - view with controller

Rys. 2. Stanowisko do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy - wi-dok ze sterownikiem

Rys. 3. Schemat konfiguracji uk³adu elektronicznego ze stanowiskiem do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy

Fig. 3. Configuration scheme of electronic system with stand for durability testing of sprayer

Trójfazowy silnik elektryczny napêdza wa³ kardana przy wykorzystaniu przek³adni pasowej. Z kolei wa³ napêdza pompê uk³adu hydraulicznego. Ciecz kr¹¿y w uk³adzie hydraulicznym w obiegu zamkniêtym. Pompa pobiera ciecz przewodem ssaw-nym ze zbiornika i transportuje j¹ do magistrali, gdzie nastêpuje rozprowadzenie czynnika roboczego na poszczególne rozpylacze. Ciecz kr¹¿¹ca w uk³adzie ma dodatek tlenku glinu, który powoduje przyspieszone zu¿ywanie siê rozpylaczy. Na tej podstawie mo¿na okreœlaæ trwa³oœæ danego typu rozpylacza porównuj¹c z rozpylaczami innych konstrukcji.

Ca³y proces realizacji badañ jest kontrolowany przez g³ów-ny sterownik, sprzê¿og³ów-ny z czujnikami i uk³adami wykonaw-czymi. Na pompie dokonywany jest pomiar temperatury po-wierzchni korpusu metod¹ kontaktowa, natomiast w przewo-dzie ssawnym mierzy siê temperaturê cieczy. Jeœli jeden z okre-œlonych parametrów przekroczy swój dopuszczalny poziom (temperatura cieczy 20-25°C), sterownik za³¹czy uk³ad ch³o-dz¹cy. W przypadku, gdy nast¹pi niekontrolowane zatrzymanie wa³u napêdowego bêd¹ce wynikiem awarii, zastosowany czujnik indukcyjny wykryje nag³y spadek prêdkoœci obroto-wej, a sterownik spowoduje wy³¹czenie ca³ego uk³adu.

W przewodzie uk³adu hydraulicznego przeprowadzany jest pomiar wartoœci ciœnienia. Nominalna wartoœæ ciœnienia cieczy w uk³adzie hydraulicznym wynosi 3 bar ±5%. Tê wartoœæ mo¿na regulowaæ odpowiednimi zaworami. Sterownik dokona zatrzymania ca³ego procesu badawczego po przekroczeniu ustalonej wartoœci ciœnienia.

Badanie trwa³oœciowe opryskiwaczy jest realizowane w ustalonym czasie, np. przez 2 godziny. Po up³ywie tego czasu sterownik koñczy proces.

System monitorowania umo¿liwia uzyskiwanie i zapisywa-nie danych z ró¿nych czujników oraz pozwala na zdaln¹ kontrolê nad cyklem pracy, ostrzega nadzoruj¹cego w przypad-ku nieprawid³owego funkcjonowania uk³adu i powoduje auto-matyczne zakoñczenie pracy, jeœli któryœ z parametrów prze-kroczy okreœlony poziom bezpieczeñstwa.

P³yta g³ówna sterownika zosta³a wyposa¿ona w elementy elektroniczne umo¿liwiaj¹ce pod³¹czenie takich czujników pomiarowych jak:

• czujnik ciœnienia,

• czujnik indukcyjny do pomiaru prêdkoœci obrotowej, • czujniki temperatury.

Elektroniczny system monitorowania

Schemat konfiguracji systemu monitorowania dla stano-wiska do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy przedstawiono na rys. 4.

Oprogramowanie mikrokontrolera zosta³o napisane w jêzy-ku C [5]. Wymienia ono dane z oprogramowaniem systemu monitorowania opracowanym w PC przy u¿yciu jêzyka programowania Java i kompilatora Javy Netbeans [2]. Oprogramowanie PC czyta dane z portu COM, zapisuje je i przedstawia w formie wykresów, natomiast wspomniane oprogramowanie mikrokontrolera p³yty g³ównej jest odpowie-dzialne za:

• zarz¹dzanie danymi z czujników temperatury, czujnika indukcyjnego i przetwornika ciœnienia,

• wysy³anie i odbieranie danych z komputera,

• automatyczne albo rêczne w³¹czanie i wy³¹czanie systemu, • wysy³anie i odbieranie poleceñ/ostrze¿eñ SMS [1, 3].

Podczas realizacji badañ mo¿na obserwowaæ podstawowe parametry pracy poszczególnych elementów sk³adowych urz¹-dzenia w oknie monitorowania oprogramowania PC (rys. 5).

Rys. 4. Konfiguracja systemu monitorowania dla stanowiska do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy

Fig. 4. Configuration of monitoring system for stand for durability testing of sprayer

Rys. 5. Okno podgl¹du parametrów pracy w oprogramowaniu PC

Fig. 5. Preview window of work parameters in PC software

Przed rozpoczêciem badañ nale¿y dokonaæ ustawieñ podstawowych parametrów okreœlaj¹cych miêdzy innymi wartoœci wskaŸników, po przekroczeniu których system ma powiadamiaæ u¿ytkownika przez SMS o zbli¿aniu siê do niebezpiecznego poziomu lub automatycznie zakoñczyæ proces badawczy wy³¹czaj¹c silnik. Dostêpna jest równie¿ opcja umo¿liwiaj¹ca okreœlenie czasu trwania badañ. Po tym czasie silnik napêdowy zostanie wy³¹czony.

Wyniki pomiarów

Wyniki pomiarów przedstawiane s¹ w postaci wykresów. Na rys. 6 przedstawiono przyk³adowy wykres przebiegu zmian temperatury odczytanych z czujnika temperatury cieczy (T1) i z czujnika temperatury pompy (T2).

Rys. 6. Wykres czasowy temperatur otrzymanych z czujnika temperatury 1 i 2

Fig. 6. Timing chart of temperatures obtained from temperature sensor 1 and 2

Rys. 7. Wykres czasowy ciœnienia otrzymanego z przetwornika Fig. 7. Timing chart of pressure obtained from converter

Rys. 8. Wykres czasowy prêdkoœci obrotowej otrzymanej z czuj-nika indukcyjnego

Fig. 8. Timing chart of rotation speed obtained from inductive sensor

Na rys. 7 przedstawiono zmianê ciœnienia w obwodzie hydraulicznym w funkcji czasu. Zmiany te dokonywa³y siê w zakresie 0,5-0,7 bar. Na rys. 8 pokazano zmianê wartoœci prêdkoœci obrotowej w czasie trwania procesu badawczego. Zatem, prêdkoœæ obrotowa wynosi³a ok. 55 obr.·min .-1

Podsumowanie

Bibliografia

Badania funkcjonalne opracowanego elektronicznego systemu monitorowania pracy przeprowadzono na przedsta-wionym stanowisku do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy. System monitorowania mierzy i rejestruje na dysku twardym komputera sygna³y pomiarowe z przetwornika ciœnienia, czujnika obrotów i czujników temperatury; umo¿liwia zdalny nadzór nad przebiegiem badañ rozpylaczy; umo¿liwia zapo-bieganie awariom stanowiska do badañ trwa³oœciowych rozpylaczy dziêki analizowaniu temperatury korpusu pompy, reaguj¹c na przekroczenia wartoœci dopuszczalnych mierzo-nych sygna³ów i awaryjnie wy³¹czaj¹c silnik napêdowy. W przypadku nag³ego spadku prêdkoœci obrotowej wa³u napê-dowego i przekroczenia dopuszczalnych wartoœci ciœnienia w uk³adzie hydraulicznym powoduje automatyczne wy³¹-czenie silnika napêdowego, a wzrost temperatury cieczy powy¿ej ustalonej wartoœci doprowadza do w³¹czenia uk³adu ch³odz¹cego, dokonuj¹c pomiaru temperatury korpusu pompy, temperatury cieczy bêd¹cej w obiegu, ciœnienia i prêdkoœci obrotowej. Nastêpnie wysy³a dane ze zmierzonymi warto-œciami ze sterownika do komputera na drodze bezprzewodowej lub przewodowej. Gdy system pracuje nieprawid³owo, auto-matycznie generuje powiadomienia SMS do osoby nadzo-ruj¹cej test. Mo¿liwe jest równie¿ zdalne przerwanie pracy stanowiska badawczego przez SMS oraz zdalne ¿¹danie transmisji wartoœci g³ównych parametrów pracy (temperatury, ciœnienia, prêdkoœci obrotowej).

[1] Bogusz J.: Modu³y GSM w systemach mikroproceso-rowych. Warszawa: BTC, 2007.

[2] Heffelfinger D. R.: Java EE 6. Development with NetBeans 7. Pact Publishing, Birmingham UK, 2011.

[3] Piecha J.: Transmisja danych i sieci komputerowe. Katowice: Wydawnictwo Uniwersytetu Œl¹skiego, 2006. [4] Sobkowiak B., Sadowski K.: Badania funkcjonalne i

trwa-³oœciowe rozpylaczy dla sprzêtu do ochrony roœlin. Praca niepublikowana. PIMR, Poznañ, 2004.

[5] Witkowski A.: Mikrokontrolery AVR, programowanie w jêzyku C, przyk³ady zastosowañ. Gliwice: Wydawnictwo PKJS, 2006.

THE ELECTRONIC SYSTEM OF MONITORING WORKING

PARAMETERS OF RESEARCH STANDS EXEMPLIFIED BY

APPLICATIONS ON THE STAND FOR DURABILITY

TESTING OF SPRAYER

Summary

The article presents the functional testing of a new system of early warning and alerting about work abnormality of mechanical systems, taking into account possibilities of realization of monitoring process and recording of selected working parameters. Mentioned research was executed by use of this monitoring system on the stand for durability testing of sprayer.

: mechanics and machine design; exploitation of machines; monitoring system; test stands control, operating data control

Key words

TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 2/2016 10