Content uploaded by Taalaibek Mederov
Author content
All content in this area was uploaded by Taalaibek Mederov on Nov 14, 2022
Content may be subject to copyright.
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
104
УДК.: 681.5.01:626.823.5
Р.А. Акпаралиев, ruslan.akparaliev@gmail.com
Т.Т. Медеров, mtt-kg@mail.ru
Институт машиноведения и автоматики НАН КР
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ШЛЮЗА ГИДРОСТЕНДА
В статье рассматривается разработка автоматизированного управления одного шлюза гидростенда.
На гидростенде установлены три шлюза, которые управлялись без автоматизированного процесса. В
данной работе описывается разработка автоматизированного управления шлюза с помощью
логического модуля Logo и его программы. Рассматривается оснащение шлюза магнитными
сенсорами, двигателями, а также разными электротехническими приборами для создания
автоматизированного управления. В работе разработан алгоритм действий для автоматизации шлюза
и построены схемы блок-команд управлений с распознанием для языка Logo.
Ключевые слова: шлюз, гидростенд, автоматизированное управление, модуль, Logo,
блок, двигатель, сенсор, программа, алгоритм, прибор, схема, команды, позиции.
Введение
Экспериментальный гидростенд предназначен для исследования потока жидкостей,
режимов течения потоков, а также для исследования взаимодействий потоков
гидравлической жидкости с лопастями гидротурбин микро- и малых ГЭС[1]. Настоящий
гидростенд, разработанный кафедрой «Возобновляемые источники энергии» КГТУ им. И.
Раззакова, функционирует следующим образом:
Гидравлический насос 3, подключенный к двигателю 4, выкачивает водную массу из
нижней емкости 1 в трубопровод 2. Далее гидравлический поток по трубопроводу 7
направляется в верхнюю емкость 8. После наполнения верхней емкости 8 при открытии
шлюзов 10,12 водяной поток течет по открытому стеклянному каналу и направляется
опять в нижнюю емкость. В таком замкнутом контуре циркулирует гидравлический
поток[2].
Рисунок 1– Гидростенд:
1–нижняя емкость, 2–трубопровод, 3–насос, 4–трехфазный двигатель, 5–вентиль
до насоса, 6–вентиль после насоса, 7– трубопровод, 8–верхняя емкость, 9– открытый
канал, 10 –шлюз, 11–регулятор, 12–шлюз
Величина гидравлического расхода в гидростенде регулируется при помощи шлюзов
10,12. Однако шлюзы 10,12 гидростенда регулируются механически (вручную) через
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
105
резьбовое соединение. Для равномерного и оперативного регулирования шлюзов
необходимо автоматизировать систему работы шлюзов гидростенда.
Постановка задачи
В работе поставлена задача – разработать автоматизированное управление одного
шлюза гидростенда с помощью программного продукта и модуля Logo.
Предлагаемый объект и задачи исследования
Сегодня оснащение автоматизированными системами различного рода
гидроэнергетических установок, гидростендов является нормой.
В связи с этим приступим к автоматизации одного шлюза 12 гидростенда. На
поверхность гидростенда установим малооборотный двигатель, который будет соединен с
резьбовым валом шлюза (рис.2). Задача двигателя – автоматически открывать или
закрывать шлюз на необходимый уровень, а команда двигателю на открытие или закрытие
должна подаваться с помощью определенной компьютерной программы через
контроллеры управления.
Рисунок 2– Шлюз гидростенда:
где № от 1 до 5 позиции шлюза, от I6 до I10 – позиции 5-магнитных сенсоров на
каркасе гидростенда
Для автоматизированного управления шлюза необходимо подобрать программный
продукт с определенным языком программирования.
В настоящее время в мире науки и техники в области высоких технологий и
автоматизации стремительно развивается и для автоматизации механических соединений
имеется множество различных программных продуктов и систем управления[3,4].
После изучения и анализа существующих программных продуктов и их систем для
автоматизации нами был выбран универсальный логический модуль Logo c программным
продуктом[5,8,9]. Привлекательность и доступность данного модуля состоит в том, что он
довольно прост в программировании и управлении. Программным языком Logo
осуществляется управление через имеющие внутри программы командными блоками. С
помощью командных блоков можно создавать множество различных схем для управления
необходимых устройств и механизмов (рис.3).
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
106
Рисунок 3 – Командные блоки языка программирования Logo
Описание алгоритма автоматизированного управления шлюза
гидростенда
Для автоматизации шлюза гидростенда необходимо построить алгоритм действий в
языковой среде программы Logo.
Рисунок 4 – Алгоритм действий для автоматизации шлюза:
S0 – двигатель остановлен,S1– двигатель вращается направо,S2– двигатель
вращается налево,S3– шлюз открыт,S4–3 позиции,S5– шлюз закрыт
Из рис. 4, согласно данному алгоритму действий, можно увидеть, как должен
функционировать двигатель при автоматизированном управлении, т.е. в какую сторону –
вправо или влево – должен вращаться, и соответственно шлюз будет открываться или
закрываться, а также в какое время на какой позиции должен останавливаться. Например:
при закрытом положении шлюза в позиции S5 задаем команду открыть шлюз S3 до
уровня позиции 3, при этом, согласно алгоритму действий, двигатель остановит вращение,
когда открытие шлюза дойдет до уровня 3. В таком порядке алгоритма действий мы
можем осуществлять автоматизированное управление шлюза гидростенда (рис.4).
На основании разработанного алгоритма действий необходимо построить команду
управления для языка Logo, т.е. чтобы Logo распознавал и понимал язык команд
управления (табл.1)[6,7,9].
Таблица 1 – Команды для управления двигателя (шлюза)
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
107
Д
№
I6
I7
I8
I9
I10
Направление
1
1
0
0
0
0
Направо
2
0
1
0
0
0
Направо
3
0
0
1
0
0
Откл.
4
0
0
0
1
0
Налево
5
0
0
0
0
1
налево
где от I6 до I10 – позиции 5-магнитных сенсоров на каркасе гидростенда, 1–имеется
импульс от сенсора, 0 – не имеется импульса от сенсора, № от 1 до 5 – позиции
шлюза,направление-вращение двигателя направо или налево.
Рассмотрим следующую ситуацию в моменте, когда шлюз гидростенда будет
находиться на позиции № 3. В этом случае если будет дана команда напраления шлюза на
позицую 3, то соответсвенно будет подаваться импульс от сенсора I8, который обозначает
позицию 3. В таком расположении команд двигатель будет в отключенном
состоянии(табл. 2).
Таблица 2 – Команды для управления двигателя (шлюза) на позиции №3
Д
№
I6
I7
I8
I9
I10
Направление
1
1
0
0
0
0
Направо
2
0
1
0
0
0
Направо
3
0
0
1
0
0
Откл.
4
0
0
0
1
0
Налево
5
0
0
0
0
1
налево
Однако при функционировании номеров 2 и 1 двигатель будет вращаться направо до
момента, пока не получит команду от сенcоров о достигнутом уровне второй или третьей
позиции шлюза (табл. 3).
Таблица 3 – Команды для управления двигателя (шлюза) на позиции №1,2
Д
№
I6
I7
I8
I9
I10
Направление
1
1
0
0
0
0
Направо
2
0
1
0
0
0
Направо
3
0
0
1
0
0
Откл.
4
0
0
0
1
0
Налево
5
0
0
0
0
1
налево
При вращении двигателя в левую сторону для открытия или закрытия шлюза
алгоритм действий схож, как и движение двигателя направо.
На основе постренных команд, указанных в таблицах, необходимо разработать
логику действий управления двигателем (шлюза) в программе Logo[9,10]. В программном
модуле Logo построим логику функционирования шлюза от позиции 3 на позицию 1(рис.
5). В этом случае I6 будет равен единице, а остальные значения – нулю.
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
108
Рисунок 5 – Блок модуля управления шлюза в среде Logo
В таком же логическом порядке можем построить логику автоматизированного
управления шлюза на различные позиции в программном продукте Logo (рис. 6).
А. Б,
В. Г.
Рисунок 6 – Блок модуля управления шлюзов в среде Logo:
А – направление шлюза на позицию 2, Б– направление шлюза на позицию 3,
В– направление шлюза на позицию 4, Г– направление шлюза на позицию 5
Основываясь на таком принципе построения алгоритма, была создана единая
логическая схема автоматизированного управления шлюза гидростенда (рис.7).
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
109
Рисунок 7 – Разработанная схема в программе Logo для автоматизированного
управления шлюза
Для автоматизированного управления шлюза гидростенда произведена сборка,
монтаж и наладка электро- и автоматизировванных приборов в единый щит (рис. 8).
Рисунок 8 – Электрический щит с Logo- модулем
Слева направо: инвертор, модуль Logo, расширяющий модуль Logo, 2 магнитных
пускателя по порядку, автоматический выключатель для 3- фазного тока,
автоматический выключатель для питания розеток, пульт управления
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
110
На рис.9 показан установленный двитатель на поверхность гидростенда, а также
магнитные сенсоры, принимающие и подающие сигналы для определения уровня позиции
шлюза.
Рисунок 9 – Шлюз гидростенда
Заключение
Таким образом на основе построенной схемы управления шлюза в программном
продукте Logo осуществляется автоматизированное управление шлюза гидростенда,
которое может на необходимом уровне открывать или закрывать шлюз согласно заранее
заданным позициям. Проведенные тестовые испытания шлюза в холостом ходу (без воды)
и во время натурных испытаний при полном наполнении канала гидростенда водой
показали работоспособность автоматизированного управления шлюза. Также должны
отметить, что реагирование сигналов магнитных сенсоров происходит мгновенно. Однако
эти работы пока являются предварительными, и при дальнейших исследованиях
планируется автоматизировать остальные шлюзы гидростенда. В этом случае должны
рассматривать функционирование автоматизированного управления всех шлюзов в
едином комплексе.
Литература
1. Акпаралиев, Р.А. Экспериментальный стенд для микро-ГЭС. /Акпаралиев
Р.А.// Известия Кыргызского государственного технического университета
им. И. Раззакова. –2009. –№19. – С. 24–26.
2. Акпаралиев, Р.А. Автоматизация гидротехнического стенда. /Акпаралиев
Р.А.// Европейское научное объединение. Научные дискуссии в эпоху
глобализации и цифровизации. –2021. – №11(80). – С.103–105.
3. https://www.siemens-pro.ru/docs/logo/02_LOGO_2014_ru.pdf(Дата обращения:
10.11.21)
4. Обозов,А.Дж. Структурная схема управления БГУ с учетом графика нагрузки
потребителя / Насирдинова, С, М., Салбаев А.Н. // Проблемы автоматики и
управления. –2021.–№1(40). – С. 54–60.
Проблемы автоматики и управления. 2022, № 2 (44)
111
5. https://www.siemens-pro.ru/docs/logo/01_LOGO!_r_.pdf (Дата обращения:
20.04.22).
6. Патент на программу расчета и выбора типа гидротурбин для микро-ГЭС. /
Т.Ж. Жабудаев, М.С. Асанов, А.Дж. Обозов, А.С. Мусабаев
//Государственная патентная служба КР. – Свидетельство на программу для
ЭВМ №266 от 19.03.2013 г.
7. Жабудаев Т.Ж. Структурная модель алгоритма расчета микро-ГЭС с учетом
гидрологических параметров малых водотоков. / М.С. Асанов, А.Дж. Обозов,
Т.Ж. Жабудаев // Известия КГТУ. –2013. – №28. – С. 152–159.
8. https://www.siemens-pro.ru/components/logo8.htm(Дата обращения: 17.05.22)
9. Смирнов В.В.Система управления специальным станком на основе
логического контроллера Logo/Смирнов В.В// Научный альманах. – 2015. –
№9(11). –С.817–820.
10. Барданов А.И.,Выдрова А.АЧастичная замена релейно-контакторной
системы управления УУС на логические модули «Logo!»/ 3 Всероссийская
научно-практическая конференция «Энергетика и энергосбережение: теория и
практика». – СПб.:2017. –С.302-1–302-5.