GPS alkalmazása az építőiparban III. – Építőgép - vezérlések áttekintése

Szakcikkek - 2009-12-02 12:00:00 nyomtatás cikk nyomtatása



Az építőiparnak sokrétű igényei vannak: pontosságot, gyorsaságot és hatékonyságot kíván meg műszereitől és technológiáitól. A gépvezérlési technológia lényege, hogy a munkagépeket gyorsan és maximális pontossággal pozícionálni lehessen, oly módon, ahogy a munkagép eredeti funkciója megkívánja.
A technika fejlődésével az irányítási módszerek is finomodtak, mely nem kerülhette el az építőipart sem. Az elektronikus vezérlési és a hidraulikus végrehajtási rendszerek összevonásával igen pontos és megbízható alkalmazás jött létre az építőgépek számára is.

Vezérlési változatok:

Lézeres vezérlés:

Elemei:
• Lézer jeladó, melynek feladata egy olyan sík létrehozása mely a kialakítandó síkkal párhuzamos. Ez a magasság pontos szinttartását teszi lehetővé.
• Speciális szenzorok a munkagépen (elfordulás és dőlésmérők) melyek a megkívánt keresztirányú dőlés tartását biztosítják
• Detektorok a munkagép főpontján, vagy pontjain
• Fedélzeti kontroll egység, amin a kezelő követheti a folyamatokat
• Központi egység, mely a detektorokkal van összekötve és vezérli a hidraulikus kört.
A lézeres vezérlés nagy kiterjedésű vízszintes/dőlt felületek kialakítására alkalmas, valamint kotrógép munkaszintjének beállítására. A vezérelt irány a Z tengely.

Ultrahangos vezérlés:

A munkagépre telepített szenzorrendszerhez csatlakozik, mely figyelembe veszi a gép dőlését is. A művelet előtt a tervezett felület dőlését be kell állítani. A vezérlés természetes referencia, vezetőhuzal vagy síkfelület letapogatása útján történik. Számláló segítségével mérik a referenciafelület távolságát. Vezérlési irány az X és Z tengely mentén is megvalósul.

3D vezérlések:

A munkagép helyzetét a terepen folyamatosan ismerjük és az ehhez tartozó digitális térképen (Digital Terrain Model) a megadott pozíciónak megfelelően automatikus vezérlést biztosítunk a munkagép vágóéle, tolólapja számára. A vezérlés mindhárom (X,Y,Z) koordinátairányban megvalósul.

Mérőállomásos vezérlés:

A pozícionálás alapja a lézeres távmérővel szerelt motoros teodolit (mérőállomás), mely önállóan képes bemérni és követni a megadott célpontot. Bonyolult felületek (klotoid, túlemelés, változó keresztirányú dőlés, stb) igen pontosan alakíthatók ki a rendszerrel.
A rendszer összetevői:
• ATS 3D (Speciális Robot) mérőállomás a pozíció meghatározásához
• rádió adatátvitel a műszer és a munkagép között
• a munkagépen lévő aktív prizma és szenzorrendszer
• fedélzeti számítógép célszoftverrel

GPS vezérlés:

Műholdas rendszerű gépvezérlés a nagy tömegű földmunkák megkönnyítésére szolgál. A munkagép (dózer, szkréper, kotrógép) szabadon mozoghat a munkaterületen, mivel a tervezett magassági adatok a fedélzeti számítógépben vannak, a munkagép pozícióját ismerve a vágóél vezérlésével automatikusan elkészül a tervezett felület.

A rendszer összetevői:
• GPS antennák+ tartóárbocok a vágólapra szerelve, melyek a műholdjelek fogadására szolgálnak
• GPS vevő: számolja a gép aktuális pozícióját és a korrekciós adatokkal együtt meghatározza a magassági szintet, a keresztirányú dőlést és a vízszintes pozíciót
• Rádióvevő: a bázisállomás rádióadatainak vételére(korrekciós adatok)
• Kijelző egység a kabinba szerelve: a gép munkavégzésének nyomon követésére és kialakítandó trajektória megtekintésére szolgál
• Irányító LED sorok: a vízszintes és függőleges eltérések kijelzésére

A vezérlések összefoglalása:



A lézer és GPS vezérlés összehasonlítása:

A fő kérdés a szükséges pontosság: míg a lézervezérlés mm-es pontosságot biztosít addig a GPS alkalmazásával 3-5 cm-es magassági pontosság érhető el. Ezért a GPS alkalmazása nagy tömegű földmunkák(dózer, kotró, szkréperláda) valamint útburkolat bontásánál engedhető meg. Másik feltétel a működés hatósugara a referenciaállomástól és a felszín kialakításának bonyolultsága: a lézer kisebb hatósugarú és csak sík felület kialakítására alkalmazható, a GPS vezérlés viszont 10 km sugarú körön belül, bármilyen bonyolultságú felület elkészítésére képes. Ez annak tudható be hogy a lézervezérlés csak X és/vagy Z tengelyű szintezést végez, míg a GPS vezérli mindhárom koordináta szerint a gépet illetve vágóélét. A GPS nagy előnye még az időjárástól való függetlenség, és pontossága nem változik a mozgás során.

GPS vezérlés kotrógéphez:

GPS alapú vezérlőrendszer alkalmazása, mellyel pályaadatok adhatók meg a kanál számára, és szögjeladók érzékelik a gémtagok aktuális helyzetét
Félvezető elfordulásmérő szenzort alkalmaznak, mely 20 méteres mélységig víz alatti munkára is alkalmas. 3 szenzorpár van telepítve a gémre, a szárra és a puttony csatlakozási pontjára. A szenzorok mérési adatainak felhasználásával a kanál bontófogainak (fogvég) relatív helyzete kerül meghatározásra az ismert geometriai paraméterek felhasználásával. Ezt a kanálpozíciót aztán kombinálja a gép munkaterületen való elhelyezkedés pontos 3D pozíciójával(GPS által számolttal) és automatikusan vezérli a kanalat

Előnyök GPS alkalmazása esetén:
- A bevágás szintezése gyorsabban elvégezhető, mint mérőállomásos vezérlés esetén
- Fennakadások elkerülése
- Csökkenti az újradolgozást
- Minimalizálja az állásidőt (a nem munkával foglalkozás ideje)
- Gyorsabb munkaciklus érhető el
- Csökkenti a munkaköltségeket



Gréder, dózer vezérlés

Földmunkagépek 3D vezérléséhez a gépnek rendelkeznie kell fedélzeti szenzorrendszerrel, mely a vágóél aktuális szöghelyzetét érzékeli. E rendszer bővíthető mérőállomásos vagy műholdas vezérlésűvé. Megvalósítható vele magasság és dőlésvezérlés.

A rendszer által a felületek, szintek tervei a vezetőfülkébe kerülnek. A Földet körülvevő műholdrendszer közli a gép pozícióját a fedélzeti számítógéppel, mely ezután elhelyezi a gépet az előzőleg betáplált terveknek megfelelő térkép egy pontján. Nagy a gépek mozgási szabadsága, nem függenek a magasságjelző karóktól, így bárhol tartózkodik a gép a munkaterületen, a földműhöz hozzárendelt magasságértéket elő tudja állítani. A felépítendő földmű párhuzamos rétegekre bontható, több menetben elkészíthető, ezért a folyamatos tömörítés biztosítható.

Az 1-2 cm-es vízszintes pontossághoz 3-5 cm-es függőleges pontosság tartozik, mely a dózerrel végzett munka tűrésén belül van. Szintjelző karózás nélkül, kézi vagy automatikus módban készíthető el a kívánt felület.

Működési elv:

A munkagépen lévő GPS vevő másodpercenként többször kiszámítja a GPS antenna pontos helyzetét és haladási irányát. A fedélzeti számítógép a betáplált gépgeometria alapján meghatározza a tolólap vagy kanál helyzetét, így a pozícióhoz magasságérték rendelhető.

A valós idejű pozícióméréshez 2 műholdvevőre van szükség, egyik a gépre, a másik pedig egy stabil helyre kerül. A bázisállomás egy GPS antennából, egy vevőből és egy rádióadóból áll. A bázisállomás korrekciói rádió segítségével kerülnek a gép fedélzetére, mely a bázis 10 km-es környezetében bárhol lehetővé teszi a munkavégzést.



A dózert át kell alakítani a rendszer fogadásához, ehhez a hidraulika rendszerbe kell egy proporcionális szeleptömböt beépíteni.
A keresztdőlés érzékelő valamint a rezgéscsillapító árboc a GPS antennával a tolólapon kerül elhelyezésre.
A bázisállomással történő kapcsolattartáshoz a fülke tetején is el kell helyezni egy rádióvevőt. A rádió hullámhossza nem zavarja az egyéb polgári rádióforgalmat.

A vezérlő a kezelőfülkében található, mikroprocesszort tartalmaz. Ebbe az egységbe kerül be a munkaterület tervrajza. Az adatátvitel történhet soros porton, floppy lemezen, USB-n vagy memóriakártyán keresztül. A kijelzőn az összes aktuális információ megjelenik, mely az adott pozícióhoz tartozik.

A kijelzőn megjelenő információk:

• Helyszínrajz
• Szelvényszám
• Műholdvételi körülmények
• Keresztdőlés
• Eltérés a kívánt szinttől (a tolólap bal oldalán /középen/ jobb oldalán)

Az alkalmazás előnyei:

• A tervekben előirányzott magasság és dőlésértékek
• Folyamatos munka végezhető, nem kell állandóan a szintjelző karókat figyelni
• Nincs szükség szintjelző karókra
• A területen nem tartózkodik mérőszemélyzet
• Nem szükséges összelátás a bázisállomás és a gép között, a gép nem kötött egy területhez
• Időjárástól független működés
• Anyag és idő takarítható meg a pontos munka által
• Csökken a járatok száma, nő a termelékenység
• A kezelő egész nap nagy pontosságú munkára képes
• Csökken a gép üzemóraszáma
• Csökkenti a hibákból adódó pluszmunka költségét
• Környezetvédelmi szempontból több előnye van a pontos munkavégzésnek: a feleslegesen szállított anyagmennyiség kiváltásával csökken a szállítójárművek által okozott környezeti kár.

Következő cikkünkben részletesebben bemutatjuk a GPS vezérlőrendszer elemeit.

Magyar Gergely tanulmánya alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal


A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.



A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után



Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén