Automatyka w pojazdach specjalnych

Centrum sterowania jest w ich wypadku kabina z panelem operatorskim lub joystickiem do kierowania narzędziami zamontowanymi na naczepie pojazdu. Bywa ona również wyposażana w system łączności, przez który operator komunikuje się z kierownictwem oraz współpracownikami. Do centrali automatycznie przesyłane są też informacje o aktualnej lokalizacji pojazdów, co ułatwia zarządzanie ich flotą.

Naczepa z kolei stanowi nagromadzenie czujników, sterowników oraz elementów wykonawczych. Dzięki nim w zależności od typu pojazdu zautomatyzowane są różne zadania. W artykule przedstawiamy przykłady zastosowań systemów automatyki w pojazdach specjalnych oraz ich główne komponenty.

Aplikacje

Na rysunku przedstawiono główne elementy wyposażenia ładowarki (łopatę, zestaw zaworów proporcjonalnych, pompę, sterownik, magistralę CAN i joystick) oraz przepływ sygnałów sterujących ruchem wysięgnika i łopaty.

ZADANIA ZAUTOMATYZOWANE

W wozach strażackich zautomatyzowana jest m.in. obsługa węży oraz drabiny. Operator może zdalnie regulować długość, kąt nachylenia oraz obroty tej ostatniej, jak również położenie kosza wysięgnika. Pojazdy te są także wyposażane w różne automatyczne zabezpieczenia, na przykład przed uszkodzeniem drabiny podczas jej składania lub zgubieniem sprzętu na skutek niedomknięcia drzwi pojazdu.

W dźwigach oraz podnośnikach również można zdalnie sterować wysięgnikiem. Automatycznie regulowane jest także położenie kabiny w poziomie, co zapobiega jej nadmiernym przechyłom. W betoniarkach zautomatyzowany jest proces przygotowania mieszanki oraz wylewania betonu.

Z kolei w wywrotkach operator zdalnie steruje skrzynią ładunkową, w koparkach łopatą, a w śmieciarkach podnoszeniem oraz opróżnianiem pojemników z odpadami. W maszynach rolniczych automatycznie regulowane są ustawienia narzędzi, na przykład rozstaw chwytaków oraz wysokość dysz spryskiwaczy.

Ta ostatnia jest dostosowywana do wysokości roślin, tak aby wszystkie otrzymały podobną dawkę danego środka. W logistyce natomiast popularne są w pełni zautomatyzowane pojazdy typu Automated Guided Vehicle (AGV). Używa się ich m.in. do transportu materiałów między stanowiskami produkcyjnymi i montażowymi lub do przewozu materiałów w magazynach.

Aby zapewnić bezpieczeństwo ludziom i mieniu w pobliżu, są one wyposażone w system detekcji kolizji. Ten ostatni instalowany jest także w wózkach widłowych.

Produkty

Sterownik ClassicController firmy ifm electronic

Sterownik wyposażono w 32-bitowy mikrokontroler serii TriCore firmy Infineon, 16 wejść konfigurowanych jako cyfrowe, analogowe z funkcją diagnostyczną i częstotliwościowe, 16 wyjść konfigurowanych jako PWM z funkcją diagnostyczną oraz ze sterowaniem prądowym lub bez, 4 porty CAN 2.0 A/B (ISO 11898) oraz po jednym porcie RS-232 i USB.

Urządzenie można programować zgodnie z normą IEC 61131-3 w programie CoDeSys. Dostępne są też gotowe biblioteki wybranych funkcji sterowania. Minimalna temperatura pracy sterownika to -40°C, a maksymalna +85°C. Umieszczono go w obudowie o stopniu ochrony IP67.

Charakteryzuje się odpornością na wibracje i udary (EN 60068-2-6, EN 60068-2-64, EN 60068-2-29), wilgotność (EN 60068-2-30), mgłę solną (EN 60068-2-52), testowano go też pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej (EN 61000-6-2 i EN 61000-6-4).

CZUJNIKI

Niezbędnym komponentem systemów automatyki są czujniki. W pojazdach specjalnych instalowane są głównie bezdotykowe sensory indukcyjne, pojemnościowe, optyczne oraz ultradźwiękowe. Są one używane przede wszystkim do pomiaru odległości.

Na przykład czujniki ultradźwiękowe są częścią systemów regulacji wysokości dysz opryskiwarek, wykrywania kolizji w pojazdach AGV oraz kontroli poziomu napełnienia zbiorników w śmieciarkach, kombajnach i opryskiwarkach. Czujniki indukcyjne z kolei są wykorzystywane m.in. w systemach kontroli położenia skrzyń ładunkowych, do pomiaru rozstawu chwytaków oraz do zliczania obrotów bębna w betoniarkach.

Krzysztof Soboń

Bosch Rexroth

Jakiego rodzaju rozwiązania automatyki się w pojazdach specjalnych? Co oferujecie w tym zakresie?

Jesteśmy wiodącym na rynku dostawą elementów hydrauliki i elektroniki do pojazdów specjalnych - zarówno w obszarze maszyn budowlanych, jak też rolniczych czy drogowych. Dzięki szerokiej ofercie produktów możemy dostarczyć kompleksowe rozwiązania przeznaczone do każdego typu maszyn, uwzględniając ich specyficzne właściwości.

Nieodzownym elementem tego typu systemów jest elektronika wraz z oprogramowaniem dostępna jako platforma Bodas, którą umożliwia producentom maszyn realizacje złożonych przedsięwzięć z zachowaniem bezpieczeństwa, pewności i jakości działania oraz spełnienia obowiązujących norm - np. w zakresie emisji spalin.

Bodas to elektroniczny system sterownia elementami hydraulicznymi obejmujący dedykowane do maszyn specjalnych sterowniki elektroniczne typu RCx-x, joysticki, szeroką gamę czujników oraz wyświetlacze, środowisko programistyczne i narzędzia diagnostyczne. Obejmuje on też pakiet gotowych rozwiązań wraz bibliotekami do szybkiego tworzenia dowolnych aplikacji.

Co decyduje o wyborze konkretnego rozwiązania przez klienta?

W miarę rozwoju urządzeń napędzanych i sterowanych przez układy hydrauliczne, producenci maszyn mobilnych stawiają coraz większe wymagania dotyczące bezpieczeństwa pracy, niezawodności działania, jakości sterowania oraz przyjazności dla użytkownika czy serwisu z uwzględnieniem parametrów ekonomicznych.

Bosch Rexroth oferuje z jednej ręki kompleksowe rozwiązania w zakresie hydrauliki i elektroniki. Odpowiedni dobór i powiązanie elementów obu układów daje ogromne możliwości w uzyskaniu optymalnych i spełniających oczekiwania klientów parametrów specyficznych dla danej maszyny. Nie bez znaczenia jest też możliwość monitoringu oraz szybkiej diagnostyki i detekcji błędów pracy maszyny.

Jak rozwijała się w ostatnich latach omawiana branża? Jakie są przyszłe wyzwania?

Ostatnie lata to ogromny skok w rozwoju układów elektronicznych w maszynach mobilnych. Coraz powszechniejsze jest stosowanie magistrali CAN jako łącza do komunikacji w maszynach sterowanych hydrauliką. Bosch Rexroth jako jeden z niewielu producentów oferuje inteligentne rozwiązania, które sprawiają, że aplikacje mobilne są bardziej "wydajne", przyjazne dla środowiska i energooszczędne.

Wychodzimy naprzeciw różnym wyzwaniom stawianymi przed producentami, wspomagając ich w rozwoju i konstrukcji maszyn. Przykładowo odpowiedzią na nowe normy emisji spalin tier IV może być system DHC - czyli inteligentne powiązanie sterowania silnika spalinowego i hydrauliki.

Położenie kabiny, koszy wysięgników oraz równowaga wózków widłowych są monitorowane przez czujniki przechyłu (inklinometry) oraz akcelerometry. Częścią systemów sterowania obrotowymi mechanizmami, na przykład wysięgnikami dźwigów i wozów strażackich, są natomiast enkodery.

Oprócz tego do kontroli pracy systemu napędowego i komponentów hydraulicznych używane są czujniki temperatury, ciśnienia oraz prędkości. Te pierwsze mierzą na przykład temperaturę płynu chłodzącego, powietrza wlotowego silnika oraz oleju hydraulicznego. Dane wejściowe systemów sterowania pojazdami specjalnymi pochodzą także ze znaczników RFID oraz lokalizatorów GPS.

Aplikacje

Uproszczony schemat systemu sterowania koparko-ładowarką znajduje się na rysunku. Operator ma w tym przypadku do dyspozycji dwa joysticki, którymi kieruje wysięgnikiem łopaty, samą łopatą, ramieniem koparki oraz jej łyżką.