Como hicimos BelAZ. Parte 3 - Puesta en servicio seccional

Este es el tercer artículo del ciclo sobre el camión ( primero , segundo ). Ahora vamos a la cantera, instalamos equipos eléctricos en el automóvil y ¡tomamos el primer vuelo! Pero, por supuesto, nada es tan simple, con un chasquido, y hablaré sobre los muchos problemas que encontramos durante un viaje de negocios. Aunque probamos todos los equipos en el banco de laboratorio en el último artículo, la realidad golpea desde una perspectiva completamente diferente. ¡Este artículo tendrá muchos videos y fotos!

Montaje de la máquina

El camión volquete en el que se instaló nuestro equipo se opera en una cantera en la región de Kemerovo. Consiguen carbón allí, así que es más correcto llamar a este lugar un corte (las minas de carbón generalmente se llaman cortes). El panorama seccional es el más común para tales lugares:



Pero, por supuesto, el auto no iba en medio de la carretera. Al operar dicho equipo, debe haber un lugar donde realizar el servicio. Tal lugar en nuestro caso era un gran hangar, una especie de "garaje" para camiones volquete. Allí cambian los neumáticos, reparan y cuidan en todos los sentidos. En realidad, se estaba trabajando para reemplazar una transmisión eléctrica, la antigua, con la nueva en uno de los camiones volquete.

El clima a la llegada era lo que necesitábamos (ver el termómetro en el panel LED):



Hacía más calor en el taller, pero como las puertas siempre se abrían / ​​cerraban para el paso de los automóviles, era imposible trabajar allí sin una chaqueta abrigada.

Aquí, una grúa retira un viejo gabinete de control de la máquina:



A continuación, se eliminan los motores de tracción:



Los motores se insertan en una especie de "barril" del eje trasero. En el motor, el eje sale de dos lados: en un lado, dentro del barril, hay un freno mecánico y, por otro lado, se atornilla un engranaje de rueda. En la parte superior de la caja de engranajes, un disco con una llanta está montado sobre pernos.

Aquí en esta foto, los trabajadores montan pinzas de freno en nuestro motor de tracción.



El freno mecánico en tales máquinas se usa como emergencia y estacionamiento. No se ralentizan en el movimiento, ya que entonces todo dentro del cañón se calentará y se iluminará; no hay ningún lugar para desviar la energía de frenado mecánico allí. También en la foto puedes ver cómo todos los cables salen en la misma dirección, que luego se conectan al bloque de terminales dentro del barril.

Luego, se instala un gabinete de control en la plataforma (sí, BelAZ tiene una plataforma).



Tenga en cuenta que el nuevo gabinete es significativamente más bajo que el anterior (compárelo con la foto de arriba donde la grúa levantó el viejo gabinete). Esto le da al conductor una mejor vista en la ventana derecha.

¿Recuerdas la broma: "Hasta seis personas pueden estar en el botiquín de primeros auxilios de BelAZ para tratamiento ambulatorio"? Entonces, de hecho, la cabina es muy pequeña, estrecha y hay exactamente dos lugares. El diseño interior no es sofisticado, pero funcionalmente todo lo que necesita está ahí, incluso aire acondicionado. En la foto, el panel frontal está ligeramente desmontado, la instalación está en progreso:



Al mismo tiempo, el panel de control con dispositivos es bastante moderno, con una gran pantalla a color y hermoso (casi como el de Tesla). Ella se para al volante:



Este panel muestra toda la información sobre el automóvil, y para cada subsistema hay su propia página. Página propia sobre hidráulica, sobre ICE, sobre transmisión, etc. Pero el panel es principalmente informativo y no controla nada vital, es decir La falta de transmisión no afecta el funcionamiento de la transmisión. Desafortunadamente, nadie acordó un protocolo de intercambio digital con este panel de antemano; para nosotros no hicimos una página con nuestro disco. Por lo tanto, primero decidimos que nuestra unidad sería "sin ventanas, sin puertas": dos bombillas para indicar accidentes y eso es suficiente.

Sin embargo, el instalador local (por lo que le agradezco especialmente) recibió el protocolo de intercambio con el panel en forma de una etiqueta de paquete CAN, obtenida directamente en el lugar mediante el método de análisis detallado de registros (o rastreo popular). Sin pensarlo dos veces, nos adaptamos a este protocolo y comenzamos a enviar los paquetes necesarios con nuestro controlador, después de lo cual la telemetría de nuestro disco en el panel cobró vida y comenzó a mostrarse en campos similares desde otra transmisión eléctrica:



No quiere decir que haya mucho de todo, pero al menos el conductor puede ver las corrientes, los voltajes y las temperaturas. También se incluye el estado de la inclusión del control de crucero, errores en los convertidores, el estado del selector de dirección, etc. Todos los demás diagnósticos se realizan desde la computadora portátil del ajustador con un programa de servicio del fabricante de la transmisión (es decir, además del propio disco, era necesario desarrollar un software de servicio).

Primera inclusión

Después de verificar el suministro de energía del instrumento, verificar la presencia de todos los nodos en la red CAN y la continuidad de los cables de alimentación, llega el momento de la primera conexión. Las ruedas traseras del camión volquete están colgadas, el motor funciona en ralentí. Todos los ajustes de protección se reducen a "vuelo de afeitado". Es decir si al menos algo salta a alguna parte, al menos corriente, al menos voltaje, cualquier telemetría, entonces todo se apaga inmediatamente.

En el modo manual, desde la computadora portátil, configuramos una pequeña corriente de excitación del generador y presionamos el preciado botón "Inicio". El voltaje en el bus de CC aumenta lentamente a 100V. ¿Nada golpeado? Protección no golpeó? ¿Falló el control de aislamiento de la barra colectora? ¿No huele nada? Nadie grita "cortar"? ¿Está todo suave en los registros? Bueno Puede subirlo un poco más, hasta 400. Así es como se ve en nuestros registros de "registro" de telemetría (en modo en línea, los gráficos se arrastran hacia la derecha en tiempo real):



Ahora revise cada motor de tracción. Establecemos una velocidad pequeña, nuevamente en modo manual, también bajamos todas las protecciones hasta el final, haga clic en "Inicio". Así es como se ve desde el exterior:

Video de una rueca


Así es como se ve en los registros:



En el momento de la aceleración de la rueda, el voltaje en el enlace de CC de todos los dispositivos (blanco) aumentó ligeramente, la corriente del estator de todas las tríadas del primer motor creció (púrpura), la corriente de excitación (naranja), el generador mostró corriente en el bus de CC (rojo), una pequeña potencia de 43 kW ( azul), y la velocidad de rotación (amarillo) se elevó al objetivo, 200 rpm, después de lo cual todo lo demás cayó a cero. Casi no se gasta energía en ralentí, al nivel de error de medición.

Repetimos todo con el segundo motor: funciona. Luego verificamos todo igual desde los controles: desde el pedal del acelerador, los frenos. Aceleramos y ralentizamos los motores más rápido, los elevamos más alto que los ajustes de operación de protección.


Desafortunadamente, hay un escape débil en el taller, y el motor diesel está muy lleno de humo: durante el inicio de la prueba, ya fumó todo para que apareciera una bruma claramente visible en el taller y su cabeza comenzó a doler. Inmediatamente apague y abra todas las puertas - un descanso para fumar. Sin embargo, se han revisado todas las cosas básicas y puede poner el camión sobre ruedas, tal vez llegue a la calle misma y sea posible continuar la puesta en servicio allí, al aire libre. En ese caso, hacer retroceder el camión volquete siempre es algo: la organización operadora siempre tiene estas máquinas que pueden llevar a casa para reparar:

"Pokatushki" y los primeros problemas

Entonces, el camión volquete está sobre ruedas, y aquí está, la tan esperada primera salida del taller por sus propios medios:


Pero con el primer intento de presionar el gas con más fuerza, la protección contra sobrecorriente en el bus de CC del generador funcionó. La corriente excedió la protección 1500A (corriente nominal para plena potencia - 1100A). Al mismo tiempo, el automóvil ni siquiera conducía, el conductor solo presionó bruscamente el acelerador y todo se apagó. ¿Qué es visible en los registros? Pero nada:



Hubo voltaje, luego un pequeño "jab" en las corrientes de los motores y el generador (solo 30 A por el registro), y luego todo fue cero. ¿Y dónde está 1500A? El hecho es que el envío regular de registros a la red CAN viene con un período de aproximadamente 50-100 ms, y los datos que se muestran en ellos se promedian, con un tiempo promedio de aproximadamente los mismos 50 ms. Por lo tanto, sí, algo sucedió allí, en un período de tiempo muy corto, pero qué - por estos registros no es visible. Para aclarar este problema, debe eliminar la forma de onda utilizando el convertidor mismo. Cargamos el voltaje y la corriente en el bus, la corriente de excitación del generador en el osciloscopio de software del controlador del generador. Repetimos la experiencia ... y opa:



Aquí, el rojo es la corriente rectificada del generador, y alcanzó 2000A, el límite de medición del controlador, y a juzgar por la forma de la curva, ¡en algún lugar allí estaba claramente por encima de esta plataforma! ¡Dos más de kiloamperios, Karl! ¡Y el voltaje en el bus se hunde en este momento de 250V a casi cero! Y todo esto sucede en 5 ms y luego todo se restaura. Al mismo tiempo, la corriente de excitación también se dispara ... Aunque el controlador debe limitarlo a 30A como máximo, luego a 60A. ¿Qué está pasando?

Veamos otras cantidades, esta vez configurando la corriente de excitación y la velocidad del generador. ¿Tal vez la tarea de la corriente de excitación vuela debido a una falla o la velocidad de rotación de alguna manera salta? Pero no, todo es estable:



El ajuste de la corriente de excitación, rojo, es apenas igual a 17A, y se restablece tan pronto como se activa la protección en 1500A. La velocidad de rotación (azul) también se comporta, es estable como un estante hasta el momento del accidente, y luego se detiene su medición cuando se apaga el convertidor. Sin embargo, las corrientes aún crecen por sí mismas, ¡el controlador no puede hacer nada! Esta bien Veamos qué hacen los motores de tracción mientras tanto. Tal vez esto sea una especie de cortocircuito en el bloque generador, pero en los motores, ¿todo está en orden? Sí, aquí está:



En el momento del tirón repentino, los motores intentan saltar para resolver la tarea Corriente de fase 300A (púrpura). La corriente azul del estator (promediada en todas las tríadas de la máquina) se dispara honestamente a la tarea en 4 ms, y esto también se acompaña de una caída de voltaje sincrónica en el enlace de CC (turquesa). Bueno, ahora todo está claro.

Los motores consumen drásticamente mucha energía en poco tiempo desde el enlace de CC. Esta energía, a pesar de que el motor no gira, va al "bombeo" de las inductancias del estator por la corriente del motor. Es decir La energía del condensador del bus de CC pasa a la inductancia del motor, de un almacén de energía a otro.

¡La potencia máxima, como muestran los cálculos en una servilleta, es de aproximadamente 400 kW! Dado que el voltaje en el enlace de CC al iniciar es pequeño, la energía en él también es pequeña ( $$${CU ^ 2} / 2$) Esta energía no es suficiente para "cargar" la inductancia de los devanados del motor ( $$${LI ^ 2} / 2$), por lo tanto, el voltaje comienza a caer bruscamente al aumentar la corriente. Debido a esto, la energía comienza a ser consumida por el generador, y todo es simple para él: cuanto menor es el voltaje en el bus, más corriente le da a través del rectificador. Solo ahora, debido a la inercia de la máquina síncrona, genera una corriente con un retraso, no puede comenzar a entregar una potencia de 400 kW tan rápido como la necesitan los motores. Necesita más tiempo para que la corriente se acumule en sus inductancias. Y los motores de tracción consumen rápidamente el voltaje en el bus a casi cero, y en respuesta a este bribón, ¡después de un par de milisegundos, el generador responde con corrientes de kiloamperios!

Que hacer Es simple, nadie necesita reaccionar durante 4 ms al presionar el pedal del acelerador. Es necesario introducir un ajustador de intensidad en el software del controlador de los convertidores de motor, es decir. aumente suavemente la tarea actual por, digamos, 50ms. Esto no afectará la capacidad de respuesta de la máquina, pero excluirá un fuerte aumento de potencia en el generador para que tenga tiempo de ceder a la corriente. Lo hicieron, preguntaron, ¡funciona!

Vamos! Pero no nos fuimos lejos. Con el aumento de la dinámica de aceleración, la protección comenzó a funcionar nuevamente. Ahora no es al comenzar, sino a 15 km / h. Ahora el oscilograma de corrientes y voltajes en el generador se veía así:



Acumulación oscilatoria explícita! La corriente y el voltaje del bus de CC comienzan a oscilar en antifase, aumentando y aumentando la amplitud. Frecuencia sinusoidal de 70Hz en el bus DC, resonancia, sin embargo. ¿Qué con qué?

Me encantaría decir cuál fue esta vez el firmware de qué y dónde eliminamos esta acumulación, pero el artículo no trata sobre eso. Por el contrario, no solo se trata de eso, sino también de mucho más. Solo se dan ejemplos típicos de problemas, porque salieron y salieron, y descartamos y corregimos el software, los coeficientes y la lógica del equipo, hasta que al final todo salió bien, ¡no se puede describir todo! Tal puesta en marcha con los modos de operación de juguete del camión volquete se prolongó durante días, identificando problemas que a priori, a un objeto real, era imposible concebir o modelar.

Todo este tiempo, mientras los programadores buscaban ferozmente vibraciones desconocidas y otros demonios, exteriormente el automóvil conducía deprimentemente en círculos frente a las puertas de la tienda, algo así:

Necesitamos profundizar

Cuando todos los problemas del primer bastión fueron más o menos depurados, y las defensas dejaron de fluir cada 100 metros, llegó el momento de la primera caminata hacia el corte. Este también es un procedimiento separado, es necesario escribir las solicitudes para dejar el automóvil, por alguna razón es necesario ir con un acompañante de pasajeros, coordinar el tiempo, etc. Pero, sin embargo, estamos en una carrera. Es decir, en el contexto. Estamos esperando la carga en línea para la excavadora:


Al principio, pedimos cargarnos no arriba, sino a la mitad, para una prueba. ¡Pidieron la mitad, pero obviamente acumularon más en nuestros sentidos! Bueno, ¡qué hacer, vamos, por primera vez con una carga útil! Video desde adentro (con cuidado, expresiones emocionales, ¡mira con auriculares!):


En el registro, montar se ve aún más interesante (por supuesto, para aquellos que pueden ver la matriz):



La imagen es el lugar perfecto para superar la diapositiva del video. Al principio, las fluctuaciones son visibles, este automóvil salta sobre sus neumáticos en caminos irregulares, la pierna del conductor establece el mismo gas de "salto" y la transmisión lo cumple. Entonces comienza la colina. El gráfico amarillo de la velocidad de los motores de tracción baja a 600 rpm, lo que corresponde a 10 km / h. En este caso, a juzgar por el gráfico actual púrpura, solo la mitad de los flujos máximos en las fases, es decir Los motores tienen un doble suministro de par. El automóvil no va más rápido simplemente porque no hay suficiente potencia diésel para el más grande: el gráfico azul en el segundo eje ha alcanzado el "estante" de 770 kW y se mantiene constante (junto con la velocidad del motor) independientemente de la velocidad cambiante del automóvil. Es decir aquí, la transmisión eléctrica transforma completamente la potencia diésel completa (menos la eficiencia) para elevar la masa cuesta arriba, sin contrarrestar ninguna de sus limitaciones. Funciona como si siempre estuviera correctamente seleccionado y siempre con una transmisión mecánica óptima.

Pero estábamos distraídos. Vamos! Y ahora es el momento de verter la carga útil. Así es como se ve el vertedero, y nuevamente estamos esperando en la fila:


De esta manera, se forma una cantera que arroja desechos de roca en los lugares correctos.

Luego volvimos a bajar, ahora estábamos completamente cargados, volvimos una y otra y otra vez ... La máquina comenzó a involucrarse gradualmente en el trabajo. En el camino, por supuesto, ocurrieron los viajes de las defensas, tuve que cazar nuevamente con los oscilogramas por razones, pero con el tiempo las protecciones dispararon cada vez menos, y el automóvil conducía más y más sin paradas. Luego comenzamos a entregar el automóvil en un turno nocturno (sin un programador en la cabina). Por la mañana, descargaron los registros de la tarjeta SD industrial en el controlador de nivel superior, estudiando lugares interesantes y encuestando las quejas de los conductores.

Lista de deseos

Y luego ... A continuación, digamos, comenzaron todo tipo de mejoras no planificadas en el software. Algo que no afecta la funcionalidad principal, algo que no estaba en el TOR, pero resultó que "todos los otros camiones volquete lo tienen y es muy conveniente". Por ejemplo, resultó que todas las máquinas nuevas tienen un sistema de retroceso. Es como en los turismos, pero con algunos matices de "carrera". En general, era necesario hacerlo de modo que si el selector de dirección se adelantara, el automóvil pudiera rodar solo hacia adelante y hacia atrás, descansando sobre lo que estaba disponible. Es decir de modo que cuando suba la cuesta para liberar completamente el gas, el automóvil se detendrá suavemente y no retrocederá. Y si necesita seguir adelante, el conductor sacudiría el acelerador y el automóvil sin retroceder y subir bruscamente. Y de todos modos con el selector hacia atrás, no puede avanzar. Y en el neutral neutral, el retroceso debe estar deshabilitado.

¡Pero nadie dijo de antemano que esto debería hacerse! Sí, con mis propios ojos en una cantera, queda claro que sin este régimen es realmente inconveniente operar las máquinas. Pero aquí está el problema: es tan simple de hacer con un freno mecánico, en los automóviles a velocidad cero está sujeto por las válvulas del bloque ABS (¿o lo que sea?) Y eso es todo. Y no tiene que gastar energía ni hacer ejercicios de equilibrio. En BelAZ, todos los sistemas están divididos, y hay tres pedales: gas, un freno mecánico y un freno eléctrico (donde generalmente se usa el embrague). Entonces: los frenos mecánicos se controlan solo directamente desde su pedal sin ningún tipo de electrónica. Por lo tanto, si realiza un retroceso en esta construcción de camiones volquete, solo mediante el frenado por un motor de tracción.

¡Y mantener en una posición el motor eléctrico con una carga en forma de camión volquete parado en una pendiente no es tan simple! … , . . . , . Es decir -, « , », , -. , , - , , , -… , ( ), .

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Conclusión

Aunque ahora la máquina ya se ha convertido en un adulto y entra en el corte por sí sola, no nos olvidamos de eso: dejamos una antena GSM a los ingenieros de servicio locales, y si eso sucede, nos conectamos de forma remota y diagnosticamos lo que está mal. Necesitas ir al lugar solo si se rompe algo irreparable. Las fallas como un cable caído o una bomba averiada son reparadas por el personal local, y es nuestro negocio conectarnos y decir en qué lugar está el problema y dónde verlo.

Presumiblemente, este es el artículo final sobre este proyecto. Si hay comentarios en los comentarios sobre qué más decir que no se ajusta al formato del comentario de respuesta, entonces pensaremos en escribir una secuela.

La serie de artículos resultó, por supuesto, unilateral, una especie de mirada al proyecto por parte de los programadores. Estoy seguro de que todos los demás participantes en el proyecto, diseñadores de máquinas y gabinetes, instaladores y trabajadores también tendrían mucho que contar desde su punto de vista. Tal vez algún día escribirán algo similar.

Además, el artículo ni siquiera examinó de cerca todos los algoritmos de control para el camión volquete en sí, porque para esto no es un artículo que deba escribirse, sino una disertación. Cómo se garantiza el equilibrio de potencia entre todos los dispositivos, de acuerdo con la ley que controla el generador, cómo se establece la velocidad del diesel, cómo se procesan los pedales del operador y se convierten en la tarea del momento, y mucho, mucho más. Es decir, los algoritmos, por supuesto, son mucho más complicados que

if (>0) _ = ; if (>0) _ = -; 

Y, por supuesto, también tienen un montón de soluciones de ingeniería diferentes: algunas soluciones son elegantes, otras torpes, otras no obvias, algunas muy triviales. Pero, con todo el tiempo y la experiencia, cada ingeniero habría recurrido a todos estos algoritmos de una forma u otra cuando necesitaba completar la tarea. Por lo tanto, decidí no sumergirme en los aburridos detalles técnicos de la implementación, sino mostrar cómo este proyecto fue episódicamente, con imágenes, YouTube y digresiones líricas. Espero que haya sido interesante.

Como de costumbre, el anuncio del instituto nativo

Este proyecto fue realizado en su mayor parte por graduados de la NRU MEI. Si se enfrenta a la pregunta "dónde estudiar más" y está interesado en girar motores eléctricos, poner en servicio camiones BelAZ y también desea aprender a programar un sistema de control de vectores, bienvenido a


Y finalmente, un acertijo:



Encuentra la antena GSM y los faros en esta foto.