Wyszukiwarka:
Home » Przegląd systemów sterowania maszyn – rys historyczny. Cz. II

Przegląd systemów sterowania maszyn –  rys historyczny.
Cz. II. Rys historyczny







Ewolucja systemów sterowania maszyn następuje wraz z rozwojem technologii, a tym samym możliwości technicznych samych maszyn.

Już od samego początku człowiek „wymyślał” rozwiązania ułatwiające mu życie – od najprostszych elementów maszyn (m.in. dot. dźwigni, klina, kołowrotu itp.), poprzez zastąpienie tarcia posuwistego tarciem tocznym (koło), XIII-wieczne zegary z mechanizmem grawitacyjnym, XVI-wieczne zegary ze sprężyną, aż do punktu znacznego przyspieszenia rozwoju technicznego, jakim był okres rewolucji przemysłowej – powstania maszyn parowych.


Rys. 1. Autoportret Leonarda da Vinci, wg [1]
(źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Leonardo_self.jpg)

W historii rozwoju maszyn szczególne miejsce zajmuje Leonardo da Vinci (1452-1519) – włoski renesansowy malarz, architekt, filozof, muzyk, pisarz, odkrywca, matematyk, mechanik, anatom, wynalazca, geolog, [1].

„Jako inżynier, Leonardo tworzył projekty wyprzedzające jego czas, opracowując koncepcje helikoptera, czołgu, wykorzystania tektoniki płyt, podwójnego kadłuba łodzi i wielu innych innowacji. Względnie mała liczba jego pomysłów została wcielona w życie za jego czasów. Niektóre z jego pomniejszych pomysłów, takie jak automatyczna nawijarka do szpul czy maszyna do sprawdzania wytrzymałości drutu na rozciąganie, weszły do świata techniki bez większego rozgłosu” wg [1].

Leonardo da Vinci To wszechstronna i ponadczasowa postać, będąca autorem zadziwiających i nowatorskich wynalazków (rys. 2).


Rys. 2. Fragment publikacji „Wynalazki Leonarda da Vinci”, wg [2]

Nie można również pominąć wkładu „architekta polskiego” Stanisława Solskiego (1622-1701) – autora pierwszego polskojęzycznego podręcznika technicznego z dziedziny budowy maszyn (XVII wiek).

„W 1654 roku udał się do Turcji, jako członek poselstwa Bieganowskiego. W poselstwie tym brał udział między innymi Jan Sobieski, przyszły król Polski, z którym Solski prawdopodobnie nawiązał wówczas znajomość. Stanisław pozostał tam do 1661 roku jako kapelan jeńców polskich i ruskich, przebywających w niewoli tureckiej. Nauczył się tureckiego. Już wówczas interesował się naukami ścisłymi, planował skonstruować Perpetuum mobile. Po powrocie do kraju z wykupionymi jeńcami, pełnił przez rok funkcję prokuratora Prowincji Polskiej. Zaraz po powrocie zaprezentował hydrauliczną maszynę, mającą nigdy się nie zatrzymać. Opublikował również dwie prace dotyczące mechaniki: Machina motum perpetuum exhibens i Machina exhibendo motki perpetuo artificiali idonea wg [3].

Rozwój przemysłu transportu bliskiego na ziemiach polskich został zapoczątkowany w Hucie Zgoda. To tu powstały pierwsze dźwignice – żuraw parowy z okresu 1895-1849 (rys. 3).


Rys. 3. Żuraw parowy, wg [3]

Wraz z rozwojem konstrukcji urządzeń transportu bliskiego zauważalny był również ogromny postęp w rozwoju ich systemów napędowych – rozpoczynając od urządzeń napędzanych mechanicznie (rys. 4-5), poprzez maszyny parowe (rys. 6), aż po systemy napędowe z napędami elektrycznymi, hydraulicznymi, pneumatycznymi czy hybrydowymi (połączenie kilku rodzajów układów napędowych). 

Większość urządzeń transportu bliskiego opiera się na napędach elektrycznych. Główny rozwój tego rodzaju napędów nastąpił w XX wieku.

Do obsługi dźwignic początkowo stosowano pojedyncze napędy elektryczne.  Suwnice w swojej budowie zawierały wówczas często tylko jeden silnik napędowy oraz układy cięgien i sprzęgieł do przełączania poszczególnych mechanizmów. Sterowanie napędem odbywało się bezpośrednio, za pomocą łączników.


Rys. 4. Sposób rozmieszczenia kół w maszynie podnoszącej, wg [4]


Rys. 5. Suwnica ręczna, wg [5]
(źródło: https://lh6.googleusercontent.com/-n_VveSgVlaw/T52kqNUQItI/AAAAAAAABvU/UOrefbiu3fs/s800/%2540DSCF6631.jpg)

Wraz z rozwojem postępu technicznego, obniżały się koszty napędów elektrycznych, co z kolei umożliwiało zastosowanie do każdego z mechanizmów niezależnych pojedynczych napędów (osobno jazda suwnicą, osobno jazda wózka i osobno mechanizm podnoszenia).

Tego typu rozwiązanie wymagało z kolei zastosowania systemu połączeń elektrycznych pomiędzy ruchomym wózkiem a kabiną sterowniczą. Do tego celu stosowano system trolei umieszczony na dźwigarze suwnicy, przekazujących zasilanie na napędy ruchomych mechanizmów podnoszenia i jazdy wózka (rys. 6).

Powszechnie stosowanymi napędami stały się silniki indukcyjne pierścieniowe, które poprzez zmianę rezystancji w obwodzie wirnika umożliwiały regulację momentu obrotowego silnika, co z kolei przekładało się na zmianę prędkości ruchu. Większość tego typu suwnic (często, do chwili obecnej, stosowanych w „starych” zakładach produkcyjnych) posiada sterowanie tzw. bezpośrednie, poprzez nastawniki w kabinie operatora.  

„Większymi” dźwignicami sterowano z poziomu suwnicy (kabiny), bądź z poziomu roboczego łącznikami za pomocą cięgien (tzw. lejców).


Rys. 6. Suwnica – Stalownia Huty Bankowej, wg [6]
(źródło: http://dawnadabrowa.pl/?phrase=suwnica+)

W przypadku „mniejszych” dźwignic (o udźwigu poniżej 5,0 t) z niewielkimi napędami sposowano sterowanie stycznikowe, co umożliwiało doposażenie ich w podwieszane kasety sterownicze
z przyciskami.

Dalszy rozwój techniki stał się powodem powolnej eliminacji silników pierścieniowych, zastępując je tańszym rozwiązaniem – silnikiem klatkowym. W „mniejszych” dźwignicach wprowadzono silniki z podwójnymi uzwojeniami (napędy 2-biegowe), sterowane za pomocą układów stycznikowych. „Większe” dźwignice wyposażono w napęd z silnikami klatkowymi, sterowanymi za pomocą przetwornic częstotliwości, których wprowadzenie umożliwił „milowy” postęp w rozwoju układów elektronicznych i procesowych.

Pierwsze przetwornice tyrystorowe posiadały ograniczenia techniczne, dając jednak możliwość regulacji prędkości silnika klatkowego. Nowoczesne przetwornice oparte na tranzystorach mocy
i procesorach umożliwiają sterowanie wektorowe, co pozwala (przy odpowiednio dobranych środkach technicznych) na utrzymanie nawet pełnego momentu obrotowego silnika przy zatrzymaniu wirnika i zwolnieniu hamulców (rys. 7).


Rys. 7. Suwnica bramowa dla terminali przeładunkowych, wg [7]
(źródło: fragment dokumentacji wewnętrznej – Przedsiębiorstwo HAK Sp. z o.o.)

Rozwój elektroniki przyczynił się do wprowadzenia na rynek systemów sterowania bezprzewodowego, w tym radiowego (rys. 8), które, dzięki przyjętym rozwiązaniom i zdublowaniu zabezpieczeń systemu kodowania transmisji, są  równie bezpieczne jak system sterowania urządzeniem z pomocą kasety z przewodem czy stanowisk w kabinie.


Rys. 8. System sterowania bezprzewodowego radiowego, wg [7]
(źródło: fragment dokumentacji wewnętrznej –  Przedsiębiorstwo HAK Sp. z o.o.)

Aktualne tendencje rynkowe wymagające zwiększenia wydajności są źródłem dalszego rozwoju w kierunku automatyzacji i robotyzacji procesów technologicznych. Zauważalne jest, że coraz więcej dźwignic wyposażanych jest w funkcje pozycjonowania, układy antywahaniowe, systemy komunikacji z maszynami linii produkcyjnej lub w tzw. funkcję samodzielnej pracy
w wyznaczonym obszarze (przeładunek towaru, automatyczne magazynowanie itp.) – rys. 9.


Rys. 9. Urządzenie transportowe wraz z magazynem form wielkogabarytowych, wg [7]
(źródło: fragment dokumentacji wewnętrzne –  Przedsiębiorstwo HAK Sp. z o.o.)

O czym napiszemy w kolejnej publikacji ? O tym dowiedzą się Państwo w najbliższym czasie.

Do usłyszenia wkrótce.


Bibliografia:

[1] http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Leonardo_self.jpg
[2] Praca zbiorowa: Wynalazki Leonarda da Vinci, Wydawnictwo DEBIT sp. j. 2013
[3] Aleksy Pietkiewicz, Roman Sobolski: „Dźwignice”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1969.
[4] Bogdan Baranowski, Sebastian Głowala, Rafał Mostowski, Piotr Pohl, Maciej Sydor, Dariusz Torzyński, Grzegorz Wieloch, Marek Zabłocki: „Podstawy konstrukcji napędów maszyn. PKM 2.”, Wydawnictwa Politechniki Poznańskiej, Poznań 2007.
[5] https://lh6.googleusercontent.com/-n_VveSgVlaw/T52kqNUQItI/AAAAAAAABvU/UOrefbiu3fs/s800/%2540DSCF6631.jpg
[6] http://dawnadabrowa.pl/?phrase=suwnica+
[7] Dokumentacja wewnętrzna –  Przedsiębiorstwo HAK Sp. z o.o.