Como fizemos o BelAZ. Parte 3 - Comissionamento secional

Este é o terceiro artigo do ciclo sobre o caminhão ( primeiro , segundo ). Agora vamos para a pedreira, instalamos equipamentos elétricos no carro e vamos no primeiro vôo! Mas, é claro, nada é tão simples, em um piscar de olhos, e vou falar sobre os muitos problemas que encontramos durante uma viagem de negócios. Embora tenhamos testado todos os equipamentos na bancada do laboratório no último artigo, a realidade surge de uma perspectiva completamente diferente. Este artigo conterá muitos vídeos e fotos!

Montagem da máquina

O caminhão basculante no qual nosso equipamento foi instalado é operado em uma pedreira na região de Kemerovo. Eles levam carvão para lá, então é mais correto chamar esse local de corte (as minas de carvão são geralmente chamadas de cortes). O panorama secional é o mais comum para esses lugares:



Mas, é claro, o carro não estava indo no meio da estrada. Ao operar esse equipamento, deve haver um local para repará-lo. Tal lugar no nosso caso era um grande hangar, uma espécie de "garagem" para caminhões basculantes. Lá eles trocam os pneus, reparam e cuidam de todas as maneiras. Na verdade, havia um trabalho para substituir uma transmissão elétrica, a antiga, pela nossa nova em um dos caminhões basculantes.

O clima na chegada era o que precisávamos (veja o termômetro no painel de LEDs):



Era mais quente na própria oficina, mas como as portas estavam sempre abrindo / fechando para a passagem de carros, era impossível trabalhar lá sem uma jaqueta quente.

Aqui, um gabinete de controle antigo é removido da máquina por um guindaste:



Em seguida, os motores de tração são removidos:



Os motores são inseridos em uma espécie de "barril" do eixo traseiro. No motor, o eixo sai de dois lados - de um lado, dentro do cano, há um freio mecânico e, por outro lado, uma engrenagem de roda é parafusada. No topo da caixa de engrenagens, um disco com um pneu é montado nos parafusos.

Aqui nesta foto, os trabalhadores montam pinças de freio em nosso motor de tração.



O freio mecânico nessas máquinas é usado como emergência e estacionamento. Eles não diminuem o movimento, pois tudo dentro do barril esquenta e acende - não há lugar para desviar a energia de frenagem mecânica. Também na foto você pode ver como todos os fios saem na mesma direção, que são conectados ao bloco de terminais dentro do barril.

Em seguida, um gabinete de controle é instalado no convés (sim, o BelAZ possui um convés).



Observe que o novo gabinete é significativamente mais baixo que o anterior (compare com a foto acima, onde o guindaste levantou o gabinete antigo). Isso oferece ao motorista uma visão melhor na janela direita.

Você se lembra da piada: “Até seis pessoas podem estar no kit de primeiros socorros BelAZ para tratamento ambulatorial”? De fato, a cabine é muito pequena, estreita e existem exatamente dois lugares. O design interno não é sofisticado, mas funcionalmente tudo o que você precisa está lá, até o ar-condicionado. Na foto, o painel frontal está ligeiramente desmontado, a instalação está em andamento:



Ao mesmo tempo, o painel de controle com dispositivos é bastante moderno, com uma tela colorida grande e bonita (quase como a de Tesla). Ela fica ao volante:



Este painel exibe todas as informações no carro e, para cada subsistema, há sua própria página. Página própria sobre hidráulica, ICE, transmissão, etc. Mas o painel é principalmente informativo e não controla nada de vital - ou seja, a falta de transmissão não afeta o funcionamento da transmissão. Infelizmente, ninguém concordou com um protocolo de troca digital com este painel com antecedência; para nós, não fizemos uma página com a unidade. Portanto, primeiro decidimos que nossa unidade seria “sem janelas, sem portas” - duas lâmpadas para indicar acidentes e isso é o suficiente.

No entanto, o instalador local (pelo qual agradeceu especialmente a ele) recebeu o protocolo de troca com o painel na forma de uma etiqueta de pacote CAN, obtida diretamente no local pelo método de análise minuciosa dos registros (ou sniffing popular). Sem pensar duas vezes, nos adaptamos a esse protocolo e começamos a enviar os pacotes necessários com nosso controlador, após o que a telemetria de nossa unidade no painel ganhou vida e começou a ser exibida em campos semelhantes de outra transmissão elétrica:



Não quer dizer que exista muito, mas pelo menos o motorista pode ver as correntes, tensões e temperaturas. Também estão incluídos o status da inclusão do controle de cruzeiro, erros nos conversores, o estado do seletor de direção etc. Todos os outros diagnósticos são realizados no laptop do ajustador com um programa de serviço do fabricante da transmissão (ou seja, além da própria unidade, era necessário desenvolver um software de serviço).

Primeira inclusão

Após verificar o fornecimento de energia do instrumento, verificar a presença de todos os nós na rede CAN e a continuidade dos cabos de energia, chega a hora da primeira ligação. As rodas traseiras do caminhão basculante estão suspensas, o motor funciona em marcha lenta. Todas as configurações de proteção são reduzidas a "voo de barbear". I.e. se pelo menos algo pula em algum lugar, pelo menos corrente, pelo menos tensão - qualquer telemetria, então imediatamente tudo se apaga.

No modo manual, no laptop, configuramos uma pequena corrente de excitação do gerador e pressionamos o precioso botão "Iniciar". A tensão no barramento CC aumenta lentamente para 100V. Nada bateu? Proteção não atacou? O controle de isolamento do barramento falhou? Não cheira nada? Ninguém grita "cortado"? Está tudo tranquilo nos logs? Bom Você pode aumentá-lo um pouco mais, até 400. É assim que fica nos nossos registros de "registro" de telemetria (no modo online, os gráficos são rastreados para a direita em tempo real):



Agora verifique cada mecanismo de tração. Definimos uma velocidade pequena, novamente no modo manual, também abaixamos todas as proteções até o fundo, clique em "Iniciar". É assim que parece do lado de fora:

Vídeo de uma roda giratória


É assim que fica nos logs:



No momento da aceleração da roda, a tensão no link CC de todos os dispositivos (branco) aumentou ligeiramente, a corrente do estator de todas as tríades do primeiro motor cresceu (roxa), a corrente de excitação (laranja), o gerador mostrou corrente no barramento CC (vermelho), uma pequena potência de 43 kW ( azul) e a velocidade de rotação (amarela) subiu para o alvo, 200 rpm, após o que todo o resto caiu para zero. Quase nenhuma energia é gasta em marcha lenta, no nível do erro de medição.

Repetimos tudo com o segundo mecanismo - ele funciona. Depois, verificamos tudo da mesma forma nos controles - no pedal do acelerador, nos freios. Aceleramos e desaceleramos os motores mais rapidamente, aumentamos mais que as configurações da operação de proteção.


Infelizmente, há um escapamento fraco na oficina, e o motor a diesel é muito fumegante - durante o início do teste, ele já fumou tudo, de modo que uma névoa claramente visível apareceu na oficina e sua cabeça começou a doer. Desligue imediatamente e abra todas as portas - uma pausa para fumar. No entanto, todas as coisas básicas foram verificadas e você pode colocar o caminhão sobre rodas, talvez ele chegue à própria rua e seja possível continuar comissionando lá, ao ar livre. Nesse caso, retroceder o caminhão basculante é sempre algo - a organização operacional sempre possui essas máquinas que podem levar para casa para reparar:

"Pokatushki" e os primeiros problemas

Portanto, o caminhão basculante está sobre rodas, e aqui está, a tão esperada primeira saída da oficina sob seu próprio poder:


Porém, com a primeira tentativa de pressionar o gás com mais força, a proteção contra sobrecorrente no barramento CC do gerador funcionou. A corrente excedeu a proteção 1500A (corrente nominal para potência máxima - 1100A). Ao mesmo tempo, o carro nem sequer dirigia, o motorista apenas pressionou bruscamente o acelerador e tudo desligou. O que é visível nos logs? Mas nada:



Havia tensão, depois um pequeno "jab" nas correntes dos motores e do gerador (apenas 30A pelo registro), e então tudo estava em zero. E onde está 1500A? O fato é que o envio regular de logs para a rede CAN vem com um período de cerca de 50 a 100ms, e os dados exibidos neles são calculados em média, com o tempo médio aproximado dos mesmos 50ms. Portanto, sim, algo aconteceu lá, em um período muito curto, mas o que - por esses logs não é visível. Para esclarecer esse problema, você precisa remover a forma de onda usando o próprio conversor. Carregamos a tensão e a corrente no barramento, a corrente de excitação do gerador no osciloscópio de software do controlador do gerador. Repetimos a experiência ... e opa:



Aqui, vermelho é a corrente retificada do gerador e atingiu 2000A, o limite de medição do controlador, e a julgar pelo formato da curva, em algum lugar lá estava claramente acima dessa prateleira! Dois quilos mais, Karl! E a tensão no barramento diminui neste momento de 250V para quase zero! E tudo isso acontece em 5ms e depois tudo é restaurado. Ao mesmo tempo, a corrente de excitação também dispara ... Embora o controlador deva limitá-la ao máximo de 30 A, depois 60A. O que está acontecendo ?!

Vejamos outras quantidades, desta vez configurando a corrente de excitação e a velocidade do gerador. Talvez a tarefa da corrente de excitação voe devido a uma falha ou a velocidade de rotação de alguma forma salte? Mas não, tudo é estável:



A configuração da corrente de excitação, vermelha, é quase igual a 17A e é redefinida assim que a proteção em 1500A é ativada. A velocidade de rotação (azul) também se comporta, é estável como uma prateleira até o momento do acidente e, em seguida, sua medição é interrompida quando o conversor é desligado. No entanto, as correntes ainda crescem sozinhas, o controlador não pode fazer nada! Ok. Vamos ver o que os motores de tração fazem enquanto isso. Talvez seja algum tipo de curto-circuito no bloco gerador, mas nos motores tudo está em ordem? Sim, aqui está:



No momento da tração repentina, os motores tentam pular para calcular a corrente de fase da tarefa 300A (roxa). A corrente do estator azul (média de todas as tríades da máquina) dispara honestamente para a tarefa em 4ms, e isso também é acompanhado por uma queda de tensão síncrona no link CC (turquesa). Bem, agora está tudo claro.

Os motores consomem drasticamente muita energia em pouco tempo a partir do link DC. Essa energia, apesar de o motor não girar, vai para o "bombeamento" das indutâncias do estator pela corrente do motor. I.e. a energia do capacitor do barramento CC entra na indutância do motor - de um estoque de energia para outro.

O pico de potência, conforme cálculos em um programa de guardanapos, é de cerca de 400 kW! Como a tensão no link CC ao iniciar é pequena, a energia nele também é pequena ( $$${CU ^ 2} / 2$) Essa energia não é suficiente para "carregar" a indutância dos enrolamentos do motor ( $$${LI ^ 2} / 2$), portanto, a tensão começa a cair acentuadamente com o aumento da corrente. Por causa disso, a energia começa a ser consumida pelo gerador, e tudo é simples para ele - quanto menor a tensão no barramento, mais ela fornece corrente através do retificador. Somente agora, devido à inércia da máquina síncrona, ela fornece uma corrente com um atraso, não pode começar a fornecer potência de 400 kW tão rápido quanto os motores precisam. Ele precisa de mais tempo para que a corrente se acumule em suas indutâncias. E os motores de tração consomem rapidamente a tensão no barramento quase a zero e, em resposta a esse patife, depois de alguns milissegundos, o gerador responde com correntes de quiloampere!

O que fazer É simples, ninguém precisa reagir por 4ms ao pressionar o pedal do acelerador. É necessário introduzir um ajustador de intensidade no software do controlador dos conversores de motor, isto é, aumente suavemente a tarefa atual por, digamos, 50ms. Isso não afetará a capacidade de resposta da máquina, mas excluirá uma forte onda de energia no gerador, para que ele tenha tempo para ceder à corrente. Eles fizeram, perguntaram, funciona!

Vamos lá! Mas partimos não muito longe. Com o aumento da dinâmica de aceleração, a proteção começou a funcionar novamente. Agora não é no começo, mas a 15 km / h. Agora, o oscilograma de correntes e tensões no gerador era assim:



Acúmulo oscilatório explícito! A corrente e a tensão do barramento CC começam a balançar na fase antifásica, aumentando e aumentando a amplitude. Frequência senoidal de 70Hz no barramento CC, no entanto, ressonância! Apenas o que com o quê?

Gostaria de dizer qual foi o firmware desta vez e onde eliminamos esse acúmulo, mas o artigo não é sobre isso. Pelo contrário, não apenas sobre isso, mas também sobre muito mais. Apenas exemplos típicos de problemas são dados, porque eles saíram e saíram, e governamos e corrigimos o software, os coeficientes e a lógica do equipamento, até que no final tudo correu bem - você não pode descrever tudo! Esse comissionamento com modos de operação de brinquedo do caminhão basculante durou dias, identificando problemas que a priori, para um objeto real, era impossível conceber ou modelar.

Durante todo esse tempo, enquanto os programadores procuravam ferozmente vibrações desconhecidas e outros demônios, externamente o carro dirigia deprimente em círculos em frente aos portões da loja, algo assim:

Precisamos ir mais fundo

Quando todos os problemas do primeiro bastião foram mais ou menos depurados e as defesas pararam de derramar a cada 100 metros, chegou a hora da primeira caminhada no corte. Este também é um procedimento separado, é necessário redigir solicitações para deixar o carro; por algum motivo, é necessário ir com um acompanhante, coordenar o horário etc. Mas, no entanto, estamos em uma carreira. Ou seja, no contexto. Estamos aguardando o carregamento na fila da escavadeira:


No início, pedimos para não nos carregar até o topo, mas pela metade, para um teste. Eles pediram metade, mas obviamente empilharam mais nossos sentidos! Bem, o que fazer, vamos, pela primeira vez com uma carga útil! Vídeo de dentro (cuidadosamente, expressões emocionais, assista com fones de ouvido!):


No registro, andar de bicicleta parece ainda mais interessante (é claro, para quem pode ver a matriz):



A imagem é o local ideal para superar o slide do vídeo. A princípio, as flutuações são visíveis, esse carro salta sobre os pneus em estradas irregulares, a perna do motorista define o mesmo gás "pulando" e a transmissão o cumpre. Então a colina começa. O gráfico amarelo da velocidade dos motores de tração cai para 600 rpm, o que corresponde a 10 km / h. Nesse caso, a julgar pelo gráfico de corrente púrpura, apenas metade dos fluxos máximos nas fases, ou seja, os motores têm um suprimento duplo de torque. O carro não vai mais rápido simplesmente porque não há energia diesel suficiente para o maior - o gráfico azul no segundo eixo atingiu a “prateleira” de 770 kW e se mantém constante (juntamente com as rotações do diesel), independentemente da velocidade de mudança do carro. I.e. aqui, a transmissão elétrica transforma completamente a potência total do diesel (menos a eficiência) em elevar a massa na encosta, sem limitar suas limitações. Funciona como se sempre fosse selecionado corretamente e sempre tivesse uma transmissão mecânica ideal.

Mas estávamos distraídos. Nós estamos indo! E agora é hora de despejar a carga útil. É assim que o despejo se parece e, novamente, estamos esperando na fila:


Dessa forma, uma pedreira é formada, despejando pedras residuais nos lugares certos.

Depois caímos de novo, agora estávamos completamente carregados, fomos de novo e de novo e de novo ... A máquina começou a se envolver gradualmente no trabalho. Ao longo do caminho, é claro, as viagens das defesas ocorreram, tive que caçar novamente com os oscilogramas por motivos, mas com o tempo as proteções dispararam cada vez menos, e o carro dirigia cada vez mais sem paradas. Então começamos a dar o carro no turno da noite (sem um programador na cabine). De manhã, eles baixaram os registros do cartão SD industrial no controlador de nível superior, estudando lugares interessantes e pesquisando as queixas dos motoristas.

Lista de desejos

E então ... Em seguida, começaram todos os tipos de melhorias não planejadas no software, digamos. Algo que não afeta a funcionalidade principal, algo que não estava no TOR, mas que todos os outros caminhões basculantes o possuem e é muito conveniente ". Por exemplo, verificou-se que todas as novas máquinas têm um sistema de recolhimento. É como nos carros de passeio, mas com algumas nuances de "carreira". Em geral, era necessário fazê-lo para que, se o seletor de direção estivesse para a frente, o carro pudesse rolar apenas para a frente e, para trás, apoiado no que estava disponível. I.e. de modo que quando você sobe a ladeira para liberar completamente o gás, o carro para sem problemas e não recua. E se você precisar ir em frente, o motorista apertará o acelerador e o carro sem recuar e dar um solavanco. E mesmo assim com o seletor de volta - você não pode avançar. E no contra-rollback neutro deve ser desativado.

Mas ninguém disse antecipadamente que isso deveria ser feito! Sim, com meus próprios olhos em uma pedreira, fica claro que, sem esse regime, é realmente inconveniente operar as máquinas. Mas aqui está o problema - é tão simples usar um freio mecânico, em carros a velocidade zero é preso pelas válvulas do bloco ABS (ou o que seja?) E isso é tudo. E você não precisa gastar energia ou fazer exercícios de equilíbrio. No BelAZ, todos os sistemas são divididos e existem três pedais - gás, freio mecânico e freio elétrico (onde a embreagem é geralmente usada). Portanto: os freios mecânicos são controlados apenas diretamente do seu pedal, sem qualquer componente eletrônico. Portanto, se você der uma repercussão nessa construção de caminhões basculantes, use apenas a frenagem por um motor de tração.

E para manter em uma posição o motor elétrico com uma carga na forma de um caminhão basculante em uma ladeira não é tão simples! … , . . . , . I.e. -, « , », , -. , , - , , , -… , ( ), .

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Conclusão

Embora agora a máquina já tenha se tornado adulta e seja cortada por conta própria, não a esquecemos - deixamos uma antena GSM para os engenheiros de serviço locais e, se isso acontecer, nos conectamos remotamente e diagnosticamos o que está errado. Você precisa ir ao local apenas se algo irreparável quebrar. Falhas como um fio caído ou uma bomba com falha são reparadas pela equipe local, e é nosso negócio conectar-se e dizer em que lugar o problema está e onde vê-lo.

Presumivelmente, este é o artigo final deste projeto. Se houver sugestões nos comentários sobre o que mais dizer que não se encaixa no formato do comentário da resposta, pensaremos em escrever uma sequência.

A série de artigos acabou, é claro, unilateral - uma espécie de olhar para o projeto dos programadores. Estou certo de que todos os outros participantes do projeto, projetistas de máquinas e armários, instaladores e trabalhadores também teriam muito a dizer do ponto de vista deles. Talvez algum dia eles escrevam algo semelhante.

Além disso, o artigo nem examinou atentamente todos os algoritmos de controle do caminhão basculante, porque, para isso, não é um artigo que precisa ser escrito, mas uma dissertação. Como é garantido o equilíbrio de energia entre todos os dispositivos, de acordo com a lei que o gerador é controlado, como a velocidade do diesel é definida, como os pedais do operador são processados ​​e convertidos para a tarefa do momento e muito, muito mais. Ou seja, os algoritmos, é claro, são muito mais complicados do que

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

E eles, é claro, também têm várias soluções de engenharia diferentes: algumas são elegantes, outras desajeitadas, outras não óbvias, outras muito triviais. Mas, com todo o tempo e experiência, cada engenheiro teria chegado a todos esses algoritmos de uma maneira ou de outra quando precisava concluir a tarefa. Portanto, decidi não me aprofundar nos detalhes técnicos chatos da implementação, mas mostrar como esse projeto foi episodicamente, com fotos, YouTube e digressões líricas. Espero que tenha sido interessante.

Como sempre, o anúncio do instituto nativo

Este projeto foi realizado em grande parte por graduados do NRU MEI. Se você se deparar com a pergunta “onde estudar mais” e estiver interessado em transformar motores elétricos, comissionar caminhões BelAZ e também quiser aprender a programar um sistema de controle de vetores, então seja bem-vindo ao


E, finalmente, um enigma:



Encontre a antena GSM e os faróis nesta foto.