بخشی از مقاله
چکیده – این مقاله به تشریح مراحل طراحی و ساخت یک سیستم آموزشی شبیهسازی آسانسور کششی سهطبقه با سیستم کنترلری مبتنی برPLC میپردازد. در طرح این سیستم سعی شده است که سیستمی ماﮊولار و جامع از لحاظ ویژگیهای آموزشی بوده و کاربران بهسادگی به برنامهنویسی و آشنایی با امکانات نرمافزاری وسختافزاری کنترلر و ابزاردقیقهای آن بپردازند.
از سوی دیگر به ویژگیهایی چون شباهت کامل مکانیکی و الکترونیکی با مدل های واقعی، امکان کنترل ساده یا هوشمند براساس برنامهریزی کاربر، بکارگیری اینورتر به منظور حرکت نرم در لحظات شروع و توقف، و امکان جانشینی سریع و ماﮊولار کنترلر اصلی از miniPLC زیمنس موسوم به!LOGO با سیستمهایی چونS7-200 یا S7-300 میتوان اشاره کرد.
اما ویژگی متمایزکننده این سیستم نسبت به سیستمهای موجود، امکان اتصال و کنترل آن از طریق شبکه صنعتی AS-Interface میباشد بدین ترتیب که کنترلر آن بعنوان یک نقطهی فرمانپذیر بعنوان پیرو در شبکه AS-Interface قرار گرفته و امکان کنترل آن توسط یک کنترلر مرکزی مقدور میباشد، از طرفی با اتصال همزمان دو یا چندتا از این سیستمها به یک کنترلر مرکزی امکان شبیهسازی عملی سیستم آسانسور گروهی برای دستیابی به بهترین عملکرد از لحاظ زمان پاسخگویی به مسافرین، صرفهجویی انرﮊی و بهینهترین ترافیک ممکنه را دارا میباشد.
-1 مقدمه
امروزه ارتباطی ناگسستنی بین صنعت ساختمان از مجتمعهای کوچک تجاری و مسکونی گرفته تا آسمانخراشهایی به طول صدها متر و صنعت آسانسور وجود دارد. در صنعت آسانسور ایجاد خدمات با کنترل بهینهی ترافیک، کمترین زمان انتظار، بیشترین صرفه جویی انرﮊی، هوشمندی و کمترین نیاز به اپراتور و مسائلی از این دست چالش هایی هستند که هر روز در جهت ارتقای آن گام برداشته میشود]۶-۱.[
به طور کلی آسانسورها در دو ردهی کلی آسانسورهای هیدرولیکی و آسانسورهای کششی - Traction Elevators - ساخته میشوند که هر کدام موارد مصرف و کاربردهای خاص خود را دارند. اصولاﹰ آسانسورهای کششی دارای کاربردهای عمومیتر بوده و حرکت آنها براساس اعمال نیروی موتور به شکل مستقیم یا غیرمستقیم از طریق یک مجموعه چرخدنده های کاهشی، به سیم بکسل یا زنجیر و از آن طریق به کابین میباشد.
در این مقاله مراحل طراحی و ساخت یک سیستم شبیهساز آسانسور کششی سهطبقه بررسی خواهد شد که چنین سیستمی جهت آشنایی کاربران با مفاهیم مکانیکی و همچنین الکترونیک-کنترلی یک آسانسور واقعی بسیار مفید میتواند باشد و ضمناﹰ با توجه به اینکه قلب اصلی سیستم کنترل آن مبتنی بر یک کنترل کننده منطقی برنامه پذیر PLC طرح شده است، بسیار مفید در جهت آموزش سیستمهای PLC از لحاظ نرم افزاری و امکانات و ویژگیهای سخت افزاری میباشد.
به این ترتیب سیستم نسبتا جامعی جهت اهداف اموزشی میباشد معمولاﹰ از یک سیستم شبیهساز آسانسور انتظار داریم از لحاظ مکانیکی مفاهیمی چون چاه آسانسور، وزنه تعادل، کابین، چرخ قرقره، هم ترازی طبقه و غیره را بتوان توسط آن تشریح کرد]۳.[ با توجه به طراحی این سیستم مبتنی بر کنترلکننده برنامه پذیر انتظار میرود کاربر در هنگام کار با این سیستم با مفاهیمی چون ابزاردقیقهای موجود مانند سنسورهای مغناطیسی و سوئیچهای حد، کاربرد کنترلکنندههای برنامه پذیر در اتوماسیون صنعتی، درایو موتور، شیوههای مختلف فراخوانی و غیره آشنا شود]۴-۱.[
در این سیستم از یک miniPLC زیمنس موسوم به LOGO! به عنوان کنترلر اصلی سیستم استفاده شده است که کاربر با آسانی میتواند با آن ارتباط برقرار کرده و به برنامه نویسی و آشنایی با امکانات سخت افزاری آن بپردازد که مزیت این کنترلر سادگی و قابل درک بودن آن برای کاربرانی است که قصد دارند به تازگی با مفاهیم اتوماسیون صنعتی و PLCها آشنا شوند میباشد، از سویی با توجه به ماﮊولار بودن سیستم به سادگی کنترلر مرکزی آن با سیستمهای پیشرفته تری چون S7-200 و S7-300 قابل جانشینی است.
مسئلهی مهم دیگر قابل توجه دربارهی سیستمهای شبیهساز آسانسور، قابلیت شبیهسازی در آسانسور گروهی میباشد. در مکانهایی که چندین آسانسور در کنار یکدیگر عمل می کنند و کنترل به صورت دوتایی، سهتایی یا بیشتر صورت می گیرد فراخوانی گروهی صورت می گیرد. در فراخوانی گروهی انتظار میرود پارامترهایی چون بهترین کیفیت سرویس دهی آسانسور، صرفه جویی انرﮊی و ... در نظر گرفته شود. با موازیسازی سیستم های شبیهساز ساخته شده که قابلیت کنترل توسط یک شبکه صنعتی را دارا میباشند میتوان به شبیهسازی آسانسور گروهی نیز پرداخت.
-2 مراحل طراحی و ساخت سیستم شبیهساز
در این بخش به تشریح مراحل طراحی و ساخت سیستم شبیهساز آسانسور در سه بخش مکانیکی، الکترونیک-کنترلی و برنامه نویسی کنترلر و انواع سیستمهای فراخوانی مرسوم پرداخته خواهد شد. در هر مرحله اهمیت موضوع در ارتباط با سیستم شبیهساز بعنوان یک بستر آموزشی مناسب ذکر شده است.
-1-2 مراحل ساخت مکانیک سیستم شبیهساز
در ساخت بخش مکانیکی این سیستم شبیهساز همانطور که در شکل ۱ ملاحظه میشود از اسکلت آلومینیومی استفاده شده است و این مجموعه شامل چاه آسانسور و کابین است که در درون آن به آسانی قابلیت حرکت رو به بالا و پایین را دارد. همانند آسانسورهای واقعی اتاق کنترل در بالای سیستم قرار دارد که در آن موتور و اجزای کششی و سیستم کنترلی همانطور که در شکل ملاحظه میشود در جلوی سیستم تعبیه شده است. برای انتقال نیروی موتور در آسانسورهای کششی معمولاﹰ از دو شیوهی کشش سیمی و کشش زنجیری استفاده میشود]۲.[
در این سیستم نیروی موتور از طریق یک چرخدنده با ۶۱ دنده و قطر داخلی ۹ سانتیمتر از طریق زنجیر به کابین و وزنهی تعادل اعمال میشود. اغلب در سیستمهای شبیهساز موجود شیوهی اعمال نیرو توسط یک سیستم گیربکس با سیم بکسل میباشد که دیگر نیازی به قرار دادن وزنهی تعادل نیست ولی در این سیستم برای شباهت کامل سیستم به سیستم واقعی از وزنهی تعادل که همانند کابین درون ریلی به بالا و پایین حرکت میکند استفاده شده است.
-2-2 طراحی و ساخت بخش الکترونیک و کنترل
در طراحی و ساخت سیستم شبیهساز، کنترلر اصلی سیستم مبتنی بر miniPLC زیمنس موسوم به LOGO! - لوگو - طراحی شده است و دلیل آن هم سادگی انجام کار، عملکرد مناسب جهت کارهای کنترلی کوچک و نقطهی شروع مناسب جهت موارد آموزشی را میتوان برشمرد. جهت ساخت این سیستم از یک پردازندهی لوگوی نسل ۶ - LOGO! 12/24RC - استفاده شده است که تعداد ۸ ورودی دیجیتال و ۴ خروجی دیجیتال رلهای ارائه میدهد که البته در صورت نیاز از ۲ تا از ورودیهای آن میتوان به صورت آنالوگ نیز استفاده کرد]۸.[
البته با توجه به امکانات محدود لوگو از لحاظ تعداد ورودی و خروجی یک کارت افزایندهی ورودی دیجیتال - DM8 - با ۸ ورودی و یک کارت افزایندهی خروجی آنالوگ - AM2AQ - به سیستم اضافه شده است]۹.[ شکل ۲ نمایی از بخش های مختلف سیستم شبیهساز آسانسور کششی سهطبقه را نشان میدهد با این حال با توجه به اینکه در سیستم شبیهساز به تعدادی خروجی و حافظه جهت نمایش موقعیت فعلی کابین و چراغهای چشمک زن انتظار در محل هر طبقه و ... نیاز داریم و برآوردن این نیازها، نیاز به تعداد بیشتری ورودی و خروجی دارد که آن هم علاوه بر صرف هزینههای زیاد موجب پیچیدگی زیاد سیستم کنترلی شده و این پیچیدگی زیاد سبب دور شدن از اهدف آموزش خواهد شد.
لذا یک مدار الکترونیکی تحت میکروکنترلر ATmega32 به صورت شکل ۳ طراحی گشته است که این مدار تنها وظیفه بررسی شستیهای فشاری ورودی و نمایش شمارهی طبقهی متناظری که کابین در آن واقع است و کنترل چراغ های چشمک زن نمایشﹺ جهت حرکت کابین را بر عهده دارد. البته یک انشعاب نیز از سنسور تعیین مکان کابین به مدار میکروکنترلر، مکان فعلی کابین را اعلام مینماید. ارتباط نهایی بین مدار میکروکنترلر و لوگو از طریق یکسری رله صورت میپذیرد بدین ترتیب کاملاﹰ آنها با یکدیگر سازگار خواهند بود.
برای کنترل موتور طوری که بتوان آنرا به صورت نرم راهاندازی یا متوقف کرد از یک درایو موتور با توان دو اسب بخار استفاده شده است که برای اعمال فرمان جهت افزایش یا کاهشی تدریجی سرعت از ورودی آنالوگ فرمان پذیر اینگونه درایوها استفاده شده است. همچنین یکی از مزایای اینورتر بکار گرفته شده آن است که از خروجی آن به صورت تکفاز یا سهفاز میتوان استفاده کرد در حالیکه ورودی تکفاز است]۲۱[، که در اینجا خروجی به صورت سه فاز استفاده شده است. با توجه به آنکه پردازندهی لوگو دارای خروجی آنالوگ نمیباشد، یک کارت افزایندهی آنالوگ به پردازنده اضافه شده است و یکی از خروجیهای آنالوگ آن به ورودی آنالوگ اینورتر متصل شده است.
در سیستمهای شناسایی قدیمی آسانسورها در هر طبقه یک سوییچ جهت شناسایی وجود داشت ولی به علت مشکلاتی از قبیل ایجاد صدا توسط سنسورها، سیمکشی زیاد سیستم هنگام نصب، خرابی غیر متمرکز و سختی دسترسی، از رده خارج شده و جای خود را به دو عدد سنسور مغناطیسی که با آهنربا کار میکند داده است]۲.[
در سیستم جدید دو سنسور، یکی سنسور دور انداز و دیگری سنسورﹺ توقف طبقه جایگزین سنسورهای ثابت شدهاند. این سنسورها به وسیله تراول کابل به مدار فرمان متصل شدهاند و کار شناسایی را انجام میدهند. در هر طبقه به جای یک سنسور از یک عدد آهنربا استفاده شده که به محض قرار گرفتن سنسور روی کابین مقابل آهنربا، سنسور عمل کرده و پالسی به مدار فرمان میفرستد. به این طریق به راحتی مدار کنترل شده و آسانسور در جای لازم میایستد.
