ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЛЕРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОВЫМ ЛИФТОМ

DESIGNING PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER FOR CONTROLLING FREIGHT ELEVATOR

Aik Arutyunyan

Postgraduate of «Tula State University»,

Russia, Tula

АННОТАЦИЯ

В статье описан процесс создания программируемого логического контроллера на базе микроконтроллера Arduino Seeeduino, предназна­ченного для управления шестиэтажным грузовым лифтом.

ABSTRACT

The article describes the process of creating a programmable logic controller based on the Arduino Seeeduino microcontroller designed to control a six-story freight Elevator.

Ключевые слова: контроллер; релейное управление; порт, автоматизация.

Keywords: controller; relay control; port, automation.

Практически любое более-менее крупное производство нуждается в использовании грузовых лифтов. Как правило, такие подъемники имеют всего несколько остановок (две-три) и реализация автоматизированного управления к ним довольно проста в исполнении. Однако довольно часто возникает ситуация, когда грузовой лифт должен быть на четыре, пять этажей и более. Сложность автоматики, управляющей таким лифтом, растет прямо пропорционально количеству этажей. И если для управления двухэтажным грузовым подъемником хватает пары магнитных пускателей с контактными приставками, которые обеспечивают логику работы такого лифта, то для шестиэтажного подъемника схема дополнится промежуточными реле, которые связаны с системами лифта и между собой определенным образом. Такое усложнение не идет на пользу, так как увеличивается вероятность ошибки при сборке схемы, появляется большое количество проводов и некоторые трудности в использовании самого лифта: в частности, если подъемник был остановлен между этажами, то снова отправить его можно будет лишь на крайние остановки.

Хорошим решением всех проблем связанных с релейным управлением было бы использование программируемого логического контроллера (ПЛК). Однако современная рыночная стоимость подобного оборудования не всегда делает его рентабельным для установки на такие промышленные объекты.

Поэтому было принято решение создать автоматизированное управление на основе аппаратно-вычислительной платформы Arduino. По примерным подсчетам, стоимость всех компонентов, используемых для создания такого контроллера, будет в несколько раз ниже цены самого бюджетного ПЛК. Еще задачу упрощает то, что контроллеры Arduino просты в обращении и программировании, а также имеют множество модулей расширения, позволяющих подключать к контрол­леру практически любые устройства и использовать стандартные протоколы связи.

За основу был взят микроконтроллер Arduino Seeeduino V3.0 (см. Рис.1), который является одним из самых простых и дешевых микроконтроллеров серии. Плата имеет четырнадцать цифровых портов, логику работы которых можно настроить как на вход, так и на выход. Кроме этого есть порт подключения шины I2C, позволяющей управлять устройствами всего по двум проводам и пять аналоговых входов, которые можно использовать и в качестве дискретных.

Рисунок 1. Общий вид платы Seeeduino

В зависимости от электромонтажных изделий, применяемых при строительстве грузовых подъемников, напряжение цепей управления может быть разным. Наиболее часто используются следующие типы питания: 220VAC, 24VAC, 24VDC, 12VAC, 12VDC, где VAC означает переменное напряжение, VDC, соответственно, постоянное. Так как внутренняя логика контроллера основана на логике 5VDC, то необходимо сделать гальваническую развязку для каждого порта. Наилучшим вариантом для этого являются оптроны.

Рисунок 2. Оптическая развязка порта микроконтроллера для напряжения 220 VAC

Оптроны с транзисторным выходом позволяют обойтись мини­мальным количеством элементов, и при необходимости, работать с нужным управляющим напряжением. На рисунке 2 показан пример оптической развязки порта микроконтроллера для управляющего напряжения 220VAC.

Для шестиэтажного грузового подъемника необходимо задейство­вать через оптическую развязку все четырнадцать портов – шесть из них на сигнал с кнопок вызова лифта, шесть – на сигнал с этажных концевых выключателей для определения контроллером положения кабины. Оставшиеся цифровые выходы применяются для подключения реле 5VDC/220VAC, обозначенные на рис.3 как РПВ и РПН, которые в свою очередь активируют магнитные пускатели, отвечающие за запуск электропривода лифта (ПВ и ПН на Рис.3.). Так как ток обмоток реле слишком большой для прямого включения через порт микроконтроллера (>40mA), то в схеме применяется транзистор, работающий в режиме ключа. Также параллельно обмоткам реле подключается диод, защи­щающий порт от бросков обратного тока.

Последняя оптическая развязка отвечает за состояние цепи безопасности (цепь 9 на рис.3). Сигнал с нее приходит на аналоговый вход Arduino, работающий в цифровом режиме. В цепь безопасности грузового подъемника как правило входят концевые выключатели на дверях шахты, кабины, устройства ограничения грузоподъемности (ОГП) и ловителя, а также аварийные концевые выключатели, расположенные в крайних точках хода кабины. При нормальной работе цепи безопасности на цепь 9 подается сигнал в виде напряжения 220VAC. Если таковой сигнал отсутствует, контроллер блокирует запуск лифта с кнопок. Также, как видно из схемы на Рис.3 даже в случае ошибки контроллера, питание на магнитных пускателях ПВ и ПН будет отсут­ствовать, что является дополнительной защитой от ложного запуска.

Рисунок 3. Часть монтажной схемы с микроконтроллером и магнитными пускателями

В качестве пользовательского интерфейса к контроллеру с помощью шины I2C подключается LCD-дисплей для отображения данных о положении кабины лифта, срабатывании блокировок цепи безопасности и вывода информационных сообщений.

Как можно понять из схемы, ресурс контроллера востребован практически полностью. Расчет показывает, что если использовать абсолютно все порты, включая аналоговые в цифровом режиме, то его хватит максимум на 8-ми этажный грузовой подъемник. Однако линейка Arduino имеет в своем составе и более функциональные в плане коли­чества портов модели, которые ничуть не уступят коммерческим ПЛК.

Тем не менее, для 9-ти этажных лифтов и более использовать подобные схемы управления непрактично, так как количество проводов в магистралях управления будет стремительно возрастать с каждым этажом. Для таких случаев существуют двухпроводные интерфейсы связи AS-Interface и HART-протокол.

Список литературы:

1. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с., ил.
2. Справочник по электрическим машинам. Под ред. Копылова И.П. 1988.
3. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. – В 2-х кн.: кн. 1 / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 464 с., ил.