KONTÉNER MÉRLEG. Leírás R16B KONTÉNER MÉRLEG HARDVER MEGVALÓSÍTÁS HARDVERELEMEK VIZSGÁLATA

Átírás

1 Leírás KONTÉNER MÉRLEG R16B KONTÉNER MÉRLEG HARDVER MEGVALÓSÍTÁS HARDVERELEMEK VIZSGÁLATA R1 - A TÉRBELI RÁDIÓFREKVENCIÁS AZONOSÍTÁS LEHETŐSÉGEINEK KUTATÁSA BUDAPEST, 2013

2 Tartalomjegyzék 1. A DOKUMUM POZICIONÁLÁSA A TÉRBELI RÁDIÓFREKVENCIÁS AZONOSÍTÁS LEHETŐSÉGEINEK KUTATÁSA HARDVERELEMEK R16 ÚJ HARDVERKOMPONENSEK LÉTREHOZÁSA CÉLJA EREDMÉNYEI R16B HARDVER MEGVALÓSÍTÁS CÉLJA MEGVALÓSÍTÁS EREDMÉNYEI KONTÉNER MÉRLEG ÁLTALÁNOS INFORMÁCIÓK A MÉRŐRENDSZER KIALAKÍTÁSA: NORMÁL MÓD: KONTÉNER ÜZEMMÓD: MENÜRENDSZER KALIBRÁCIÓ A MÉRLEG MŰKÖDÉSE CONTENER MÓDBAN MELLÉKLETEK:

3 1. A dokumentum pozicionálása 1.1. A térbeli rádiófrekvenciás azonosítás lehetőségeinek kutatása Az olvasók/antennák dinamikus, kontextus függő vezérlésére szükség van, ami nagyreszt a környezettől függ. Ezért szükséges az RFID rendszerben működő, több objektumra is alkalmas okos lokalizációs es azonosító algoritmusok kidolgozása, amire a jelenlegi rendszerek nem képesek. Szükség van az RFID rendszerben működő okos lokalizációs es azonosító algoritmusok kidolgozására, amire a jelenlegi rendszerek nem képesek. A projekt során kutatjuk az RFID rendszer összetevőit annak érdekében, hogy az egyes alkalmazási területek speciális kihívásainak való megfelelés biztosított-e a jelenleg használt elemekkel, milyen korlátai vannak a rendszereknek, azokat milyen módon lehet a feladat megoldására optimalizálni. E speciális kihívások például: az objektumok anyaga sok esetben fém az objektumok nagy méret- és alakszórása az objektumok tartalmának kiszámíthatatlansága a rendszer működésének jellemzően extrém, különféle területre kell kiterjednie nagyszámú objektumot kell kezelni A projekt fenti speciális kihívásoknak való megfelelés szempontjából az RFID rendszert hardver és szoftver oldalról az alábbi részterületeken vizsgálja rádiójelek terjedése, transzponderek, antennák, protokollok (air interface), olvasók, hálózatok, helymeghatározás, adatbázis tervezés. Az egyes alkalmazási területek, azok extrémitásai és az RFID technológia jellemzői alapján a kutatás célja olyan követelményrendszer megfogalmazására, amelyek a jövőbeni konkrét gyakorlati alkalmazhatóságot nagymértékben elősegítik. Meg kell vizsgálnunk, milyen típusú, karakterisztikájú és elhelyezésű antennával, olvasóval lehet a térbeli rádiófrekvenciás azonosítás pontosságát növelni Hardverelemek Az RFID rendszerek jelenleg használt hardver komponenseit elengedhetetlen mélyreható vizsgálat tárgyává tenni az általuk szolgáltatott funkcionalitás szempontjából. A vizsgálatot tehát az adott alkalmazástípus elvárásainak és környezeti jellemzőinek figyelembevételével kell végezni. Ennek során deríthető ki, hogy a megvalósítandó rendszer által elvárt teljes funkcionalitás halmaz lefedhető-e az elemek ''effektív funkcionalitásával''. Amennyiben nem, akkor egy vagy több olyan speciális rendszerelemet kell tervezni, amely alkalmas a mutatkozó hiányosság kiküszöbölésére R16 Új hardverkomponensek létrehozása Célja A jelenlegi megoldások hiányosságaiból fakadó hardverelemek követelményeinek meghatározása, a hardverelemek létrehozása. -3-

4 Eredményei Követelmények Hardvertervek Hardverkomponens Hardverkomponens analízise 1.4. R16B Hardver megvalósítás Célja Kutatások a jelenlegi megoldások alkalmatlanságának igazolására a korábbi eredményekre és hardvertervekre alapozva az új hardverelem áramköreinek megtervezése, a létrehozáshoz szükséges dokumentumok előállítása Megvalósítás A kutatások és hardver tervezés eredményeképpen létrehozzuk a szükséges nyomtatott áramköri terveket, valamint a gyártáshoz szükséges dokumentumokat (alkatrészlista, beültetési terv) Eredményei Áramkör tervek Alkatrészlisták Beültetési rajzok -4-

5 2. Konténer mérleg 2.1. Általános információk A szelektív hulladékgyűjtő konténerek ürítéssel kapcsolatos adatgyűjtésének egyik megoldandó problémája egy olyan intelligens darumérleg kifejlesztése, ami minden ürítésnél meghatározza a konténer tartalmának nettó tömegét, azaz a gyűjtött hulladék súlyát. Ezt összerendelve a konténer azonosítójával (és ezzel a hulladék fajtájával) meghatározható egy adott körzetben az adott hulladékból milyen területi eloszlásban mennyi keletkezik egy adott időn belül, milyen teljesítményre képesek az ürítést végző kocsik stb. A konténerek ürítését speciális szerelvénnyel ellátott teherautók végzik, ahol egy kiforgatható gémen egy a konténerekhez kifejlesztett speciális szerkezet biztosítja a konténerek biztonságos felemelését, illetve az alsó fedél nyitásának zárásának vezérlését. Az ürítés kézi vezérléssel történik: a gépkocsivezető az adott konténerhez megfelelően hozzá áll, a gépkocsi végén lévő vezérlőkarokkal kifordítja gémet, beakasztja a konténer felső részén lévő karikába az emelő horgot, majd biztosítja, hogy az emelés során a konténer ne tudjon kinyílni. Ekkor a konténert felemeli, a teherautó platója fölé befordítja, majd elindítja az ürítést. Ezt követően a konténert visszahelyezi az adott helyére. Az egyes munkafázisok időigénye nagymértékben a kezelő ügyességén, fizikai állapotán és adott esetben az időjáráson is múlik A mérőrendszer kialakítása: Az emelőkarhoz furatos nyelves, ill. villás húzó adapterekkel függesztett teherfelvevő beépített mérlegcellákkal. A load cella által leadott jeleket közvetlenül az arra szerelt mérlegelektronika fogadja, amely olyan módon került kialakításra, hogy alkalmas legyen egy esetleges, a Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatalnál történő típus engedély megszerzésére irányuló bevizsgálásra. Az elektronika egy IP 65-ös védettségű, méreteiben a load cellához igazodó Weidmüller K11 típusú présöntött ALU dobozban került elhelyezésre. Üzemszerűen teljesen zárt, a külvilággal egy tömszelencén kivezetett UPT kábelen keresztül tartja a kapcsolatot, (input +24V gépkocsi akku feszültség, a vezetőfülkéből kapcsolható módon, az output föld független RS485 szabványú, csak kimenetként működik). A K11-es doboz fedelét eltávolítva láthatóvá válnak a szerviz, illetve beállításhoz szükséges kezelő szervek, illetve egy 2x8 karakteres alfanumerikus LCD kijelző. A készülék két üzemmódban működik: normál, illetve konténer üzemmód. Ennek beállítása a menü rendszeren keresztül történik, a feszültség kikapcsolása után megőrződik Normál mód: Folyamatos, másodpercenként 25-ös mintavételi sebességgel méri a bruttó tömeget, adott protokoll szerint folyamatosan küldi az adatokat kifelé. Célja: a mérlegrendszer tesztelése, illetve az adott gépkocsi, a különböző konténerek üres súlyának megállapítása, az ürítési folyamat időbeli lefolyásának tanulmányozása, stb. -5-

6 Konténer üzemmód: Egy adott protokoll szerint állapotváltozáskor küld adatokat a feldolgozó egységnek, többek között a hulladék nettó súlyát. A helyes működéshez a készüléket fel kell paraméterezni, mely paraméterek a normál tesztüzemben határozhatók meg. A fejlesztésnél abból kellet kiindulni, hogy a gépkocsi nem egészíthető ki utólagos jelző eszközzel, azaz a gépkocsi vezetőnek nincs lehetősége a mérleggel közölni, hogy most a tele konténer fel lett emelve, illetve, hogy az ürítés megtörtént, majd, a konténer visszahelyezésre került. Helyzetérzékelők elhelyezésére nincs lehetőség, a gépkocsi vezetőnek a konténer mozgatására kell koncentrálni, nem célszerű plusz feladatokkal elvonni a figyelmét. Ettől függetlenül így is bizonyos fokú együttműködésre szükség van, nevezetesen, mikor a konténer fel lett emelve, még a beforgatás előtt néhány másodperces szünetet kell tartani, ugyanígy, ha megtörtént az ürítés, itt is némi szünetet kell tartani a visszahelyezés megkezdése előtt. A konténer a mozgatás miatt lengeni fog, ennek amplitúdója és periodicitása függ a konténer tömegétől. Arra nincs idő, hogy ennek lecsillapodását kivárjuk, a kezelőnek arra kell figyelnie, hogy a tetőponton, illetve az ürítés után a konténer legalább egy teljes lengést végezzen, csak ekkor lehet az átlagolással a kellő pontosságot elérni. (Elvileg a beforgatás alatt, és a vissza helyezés során is lehet átlagolni, de ilyenkor erőteljesebb a lengés és a gyorsulásból származó plusz erők is rontják az eredményt!) A konténer kezelő gépkarra a gyártó opcionálisan egy túlterhelés jelző eszközt javasol felszerelni, tudomásunk szerint a hazai gépkocsikon ez jelenleg nincs alkalmazva, ezért a konténer mérleg tartalmaz egy olyan független morse kimenetel rendelkező relét, amely programozható módon alkalmas a túlterhelés jelzésére Menürendszer Üzemszerűen a konténer mérleget teljesen lezárt, IP65-ös védettséget biztosító fémdobozban, a mérő cellára rácsavarozott állapotban használjuk. A doboz alján, egy tömbszelencén egy 4 x 2 csavart érpáros CAT kábelen keresztül lehet a jelfeldolgozó és konténer felismerő elektronikához csatlakozni. Ezen keresztül történik a tápellátás, az RS485-ös kommunikáció, valamint a túlterhelés jelző relé COM, NC, és NO kontaktusa is itt van kivezetve. Jóllehet a relé 8A/230V terhelhetőségű, de a CAT kábelen csak törpefeszültséget szabad alkalmazni. A mérleg szerviz üzemben történő korrekt beállításához mind kezelőszervekre, mind visszajelzésre szükség van. A doboz fedőlapját eltávolítva láthatóvá válik a 2x8 karakteres alfanumerikus LCD display, valamint alatta a 6 db un. TACT típusú kapcsoló, ahol az egyes nyomógomboknak többféle elnevezése és funkciója van, a vezérlő program futásától függően, illetve attól függően, hogy mi fér el a nagyon kicsi kijelzőn (Pl. UP = ). Az áramköri lap nagyon kis mérete miatt feliratozásra nem volt lehetőség. Balról jobbra az alábbi gombokat találjuk: F : funkció választó és ESC gomb TARA : (felfelé nyíl) GROSS/NETTÓ : (lefelé nyíl) MAX : (balra nyíl) -6-

7 NUL : (jobbra nyíl) : OK A továbbiakban a fenti elnevezésekkel hivatkozunk a kezelést illetően. A készüléket áram alá helyezve rövid időre az alábbi kijelzés jelenik meg: BAY-IKTI Contener majd 5 másodpercig lehetőségünk van a menü rendszerbe belépni: SETUP? F = YES Az F gomb az adott időn belüli megnyomásával belépünk a menübe. Az időkeret lejártával a mérleg a beállított üzemmód szerinti állapotba kerül.(lásd később). A menübe történő belépést az alábbi kijelzés jelzi: MODE F Az F gombbal kilépünk a menü rendszerből, és az adott mód szerinti állapotba kerülünk. A gombbal a következő menüpontra jutunk, míg az gombbal lehetőségünk van a MODE megválasztására. A készülék kétfajta üzemmódban dolgozik: normal, vagy contener módban. A normal módban a mérleg 25 sample/sec mintavételezéssel folyamatosan mér, az adatokat RS485-ös vonalon az alábbi formátumban adja ki 19200, 8,1, N paraméterekkel. STX,, -, 1,9, 8, ETX [] STX,,1, 9, 4, 5, ETX. A contener üzemmód a mérleg rendeltetésszerű üzemmódja: a megfelelő paraméterek beállításával kiküldi a tele illetve az ürítés utáni konténer tömegét. A kettő különbsége adja a hulladék nettó súlyát. Részletes ismertetését lásd később. Fontos: ha a menü módból kilépünk, akkor csak a készülék ki, majd ismételt bekapcsolásával juthatunk a már korábban ismertetett módon a menü rendszerbe. A menü rendszerben korlátlanul böngészhetünk, módosíthatunk egészen a kilépésig. Tehát az gomb megnyomásával az alábbi kiírás jelenik meg: SET MODE (az U az UP, a D a DOWN gombot jelenti.) Néhány másodperc múlva az alsó sorban a letárolt értéknek megfelelően vagy a contener, vagy a normal felirat jelenik meg. A DOWN gombbal a normal, az UP gombbal a contener módok között választhatunk, az F gomb megnyomásával változtatás nélkül visszatérünk a menüpontba. Az OK-val a beállított érték letárolásra kerül és visszakerülünk a menü sorba. -7-

8 -8-

9 A gomb megnyomásával a következő menüpont jelenik meg: COMP1? Az egyes menüpontok között a balra illetve a jobbra nyíllal közlekedünk, az gombbal bemegyünk az adott menübe, az F -fel visszamegyünk a meghívó menüpontba az eredeti érték változatlan hagyása mellett. Az alábbi kiírás jelenik meg: COMP1 = Néhány másodperc múlva az alsó sorban a letárolt érték jelenik meg: COMP1 = 550Kg Az érték az UP gombbal kezdetben lassan, majd egyre gyorsabban nő. A gombot felengedve a léptetés leáll, a pontos értéket többszöri rövid léptetéssel állíthatjuk be. A DOWN gomb hasonlóan működik. Mindkét esetben az értékek limitálva vannak, felfelé 2000 Kg, lefelé 0 Kg. Értelemszerűen az gombbal letároljuk az új értéket, és vissza lépünk a meghívó menü pontba. A következő menüpont: DELAY1? Az megnyomásával az alábbi kiírás jelenik meg: DELAY1= Néhány másodperc múlva az alsó sorban megjelenik a korábban letárolt érték: DELAY1= 10 SEC A beállítás, letárolás az előző menüponthoz hasonlóan történik. Idő állításnál a limit 100 sec, illetve 0 sec. -9-

10 További menüpontok: A_TIME1? A_TIME1= A_TIME1= 5 SEC COMP2? COMP2 = COMP2 = 225 Kg DELAY2? DELAY2= DELAY2= 5 SEC A_TIME2? A_TIME2= A_TIME2= 4 SEC COMP3? COMP3 = -10-

11 COMP3 = 25 Kg OVERLOAD OVERLD= OVERLOAD 1025 Kg 2.4. Kalibráció A kalibrálásra két lehetőség kínálkozik. Ha az eszköz felhasználásával számla kibocsájtásra kerül sor, akkor a mérlegrendszernek típusengedélyezésen kell átesnie, valamint az egyes ürítő kocsinál hiteles súlyokkal kell a kalibrációt elvégezni a Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal munkatársának jelenlétében, aki a bemért eszközt leplombálja. A kalibrációt adott időnként, általában 2 évenként meg kell ismételni. Ez meglehetősen költséges dolog. Ha a begyűjtött adatok csak tájékoztató jellegűek, akkor a kalibráció a mérőcella gyártójánál lévő hiteles terhelőgép segítségével az adott elektronikával összekalibrálható, a helyszínen egy, jelen készülékben nem interpretált Handtara funkcióval lehet felszerelés után nullázni, mely érték letárolásra kerül, és adott esetben az ürítő kar cseréje esetén megismételhető. Mivel mindkét esetben a kalibrációt csak az erre feljogosítottak végezhetik, illetéktelen, vagy véletlen kalibráció ellen egy 8 karakteres jelszó védi a rendszert, amely értelemszerűen nem publikus. A kalibráció folyamatának leírása egy külön mellékletben kerül ismertetésre A mérleg működése contener módban A mérleg működését a mellékelt ábrán követhetjük nyomon. Maga a mérleg egy állapotgépnek megfelelően működik. A helyes működéshez a környezetnek megfelelő értékekkel kell felprogramozni. A helyes értékeket normál módban és egy stopperórával határozhatjuk meg kellő számú mérést végezve. A software a programozáskor nem ellenőrzi, hogy az értékek konvergensek, ezt magunknak kell meghatároznunk. A mellékelt ábrán egy ürítés időbeli lefolyását láthatjuk skálázatlan koordináta rendszerben. Az y tengely kb. 400 kg, az időskála 15 másodpercet foglal magában. Azt vélelmezzük, hogy a konténer üresen kb. 80 kg, üveggel töltve kb. 200 kg. -11-

12 Állítsuk a COMP1 értéket 100 kg-ra. A kezelő az emelőmű segítségével felemeli a konténert. Az állapotgép a COMP1 érték meghaladásakor indul. A beállított DELAY1 késleltetés alatt megkeresi és a mért érték maximumát. Ez a maximum a hirtelen megemelésből adódik, de ha valamely elakadás miatt meghaladja a beállított túlterhelési értéket, akkor a relé meghúzásával jelez. A DELAY1 értéket célszerűen akkorára kell beállítani, hogy a nagy lengés már lecsillapodjék. A mérleg a DELAY1 lejártával az alábbi üzenetet küldi a feldolgozó egység felé: STX, H, a mért maximum értéke 5 digites ASCII formátumban, ETX. A H azt jelenti, hogy a konténert felemelték. Ekkor kezdődik az átlagtömeg meghatározása. Az ehhez szükséges A_TIME1 idő a lengés periódus idejének minimum a másfélszerese kell, hogy legyen. Remélhetőleg a kezelő hajlandó ennyit várni. Ennek lejártakor a mérleg az alábbi üzenetet küldi: STX, F, a tele konténer átlagolt súlya 5 digites ASCII formátumban, EXT. A kezelő ekkor a konténert beforgatja a gépkocsi raktere fölé, majd megkezdi az ürítést. A mérleg ezt a mért érték COMP2 alá történő süllyedéséből érzékeli. A COMP2-t feltételezve, hogy adott esetben a konténerben bennmarad valamennyi tartalom (pl. megázott papír esetén ez előfordulhat) kg-mal a konténer üres súlya fölé érdemes állítani. Ha valamely okból ez az esemény 20 másodpercen belül nem következik be, akkor következő üzenetet kapjuk: STX, t, az aktuális súly éréke, ETX. Ezután a mérleg alvó állapotba kerül, csak kikapcsolással szüntethető meg. Ha a súly a COMP2 alá megy, azaz vélelmezhetően az ürítés rendben megtörtént, az mérleg a következő üzenetet küldi: STX, D, aktuális súly, ETX. Itt ismét várakozni kell, amíg a rendszer meg nem nyugszik (csapóajtó teljesen kinyílt, a tartalom kiürült, stb.). A DELAY2 értéke célszerűen néhány másodperc. Ennek lejártával a beállított A_TIME2 ideig megtörténik az üres konténer súlyának átlagolása. Ha ez befejeződött, a mérleg az következő üzenetet küldi: STX, E, az üres konténer súlya 5 digites ASCII formában, ETX, majd STX, N, a kiürített tartalom nettó súlya, ETX. A kezelőnek az üres konténert vissza kell tennie a helyére, erre 20 másodperc ideje van. A mérleg a lehelyezést a néhány kg-ra beállított COMP3 alá történő süllyedésből érzékeli. Ezt a tényt a következő üzenettel jelzi: STX, P, aktuális súly, ETX. Ha a lehelyezés nem történik meg a már -12-

13 említett 20 másodpercen belül, akkor a következő üzenet megy: STX, T, aktuális súly, ETX, majd a mérleg alvó állapotba kerül. Ezt csak kikapcsolással lehet feloldani. -13-

14 Mellékletek: 1. R16A_Konténer_mérleg_CONTENER_DIAGR.LYT.pdf 2. R16A_Konténer_mérleg_ME100_GREEN_C.pdf 3. R16A_Konténer_mérleg_ME100_GREEN_P.pdf -14-