Введение
Механизация иавтоматизация производственных технологических процессов направлена намаксимальное или полное сокращение применения ручного труда обслуживающегоперсонала при производстве продукции с целью снижения ее себестоимости, а такжеповышения производительности труда. Эти мероприятия возможно осуществить толькопри наличии специальных датчиков, отслеживающих и считывающих заданныепараметры работы, формирующие сигнал, а затем передающие этот сигнал в общуюсистему управления. Для решения этих задач создан целый ряд датчиков различныхтипов и модификаций в зависимости от технических требований, предъявляемых кним, и условий эксплуатации, выполняют функции средств управления, служат дляобщего управления в общей схеме механизации или автоматизации и подразделяютсяна датчики импульсов, преобразователи импульсов и исполнительные двигатели.
Наибольшеераспространение получили датчики, использующие электрическую энергию.
Электрические датчикиразличаются как по физической природе контролируемого импульса, так и поконструкции. Эти датчики способны выполнить множество функций, в частности ониосуществляют контроль перемещений исполнительных узлов рабочей машины, контролируютрасход потребляемой мощности, скорости движения рабочих узлов и другиепараметры.
1. Конечные путевыевыключатели
Широкое распространение всистемах автоматического управления работой технологического оборудованияполучили датчики, контролирующие ход и конечное положение рабочего узла, такназываемые конечные выключатели.
Конечный выключатель −электрический аппарат, обеспечивающий переключения в цепях управления силовыхприводов машин (механизмов) или их органов в определённых точках движения.Конечный выключатель приводится в действие самим перемещающимся механизмомобычно в конце своего движения либо в заданном месте пути следования. Конечные выключателипо своей конструкции могут быть контактными и бесконтактными, а по способувоздействия их конструкции подразделяются на нажимные (кнопочные), рычажные,шпиндельные и вращающиеся конечные выключатели.
Наибольшеераспространение в системах механизации и автоматизации технологическогооборудования до широкого применения электроники имели контактные датчикисигналов о перемещениях (путевые переключатели) исполнительных органов.Применение выключателей этого типа сократилось, но в отдельных областях ониостаются незаменимы, например, при механизации термических нагревательныхпечей.
Прилинейной скорости перемещения исполнительного органа свыше 0,4 м/мин применяютпростые путевые переключатели. Один из них показан на рис.1. При перемещении штока 7 под действием внешних сил(например, упоров, установленных на контролируемом узле) контакты 4, 5, 9 и 10размыкаются, а контакты 1, 2, 11 и 13 замыкаются.
/>
Рис.1. Путевой переключатель типа ВК41:
1,5, 9, 13 — неподвижные контакты; 12 — карболитовая пластина; 2,4, 10, 11 — подвижные контакты; 3 — несущий мостик; 8, 14 — пружины,воздействующие на мостик к карболитовый шток 7.
При меньших скоростях появляется значительное разрушение контактнойсистемы из-за длительно действующих контактных дуг. В этих случаяхрекомендуется ставить переключатели моментного действия.
На рис. 2 приведен моментный путевой переключатель типа ВК-211. Вконструкции этих переключателей замыкание контактов происходит практическимгновенно под действием пружин независимо от скорости поворота рычага 2.
/>
Рис. 2. Моментный переключатель типа ВК-211:
1— ролик; 2 — рычаг; 3 — ленточные пружины, связывающие рычаг 2 споводком 4; 5 — пружина; 6 — подпружиненная защелка; 7, 8 9, 10 — контакты; 11—поворотная планка, несущая подвижные контакты; 12 — ролик.
Во всехконструктивных модификациях конечных выключателей, их работа основана на прямомвоздействии внешнего усилия непосредственно на шток датчика, переключающегоэлектрические контакты. Это усилие может быть приложено или непосредственносамим контролируемым узлом рабочей машины, или специальным упором, жесткозакрепленном на контролируемом узле и соответственно перемещающемся вместе сним с той же скоростью.
Примонтаже и точной установке конечного выключателя следует учитывать, что рабочийход штока переключателя небольшой (в переключателе типа 411 составляет 4мм), арабочий узел технологической машины при работе имеет инерционность движения,которая должна быть компенсирована. С этой целью шток переключателя имеетдополнительный холостой ход, который приблизительно в полтора раза большерабочего хода штока. Если же ход исполнительного органа рабочей машины придвижении по инерции больше суммы рабочего и холостого ходов штокапереключателя, то, естественно, создается аварийная ситуация, т. к. произойдет разрушениеконечного выключателя.
Исключитьэту ситуацию возможно только применением в системе механизации конечныхвыключателей, у которых воздействие внешнего усилия на шток осуществляетсячерез рычаг с роликом. В данной конструкции применяется рычаг второго рода,поэтому ход ролика, непосредственно контактирующего с упором, значительнобольше, чем у выключателя типа ВК 411.Конечный выключатель типа ВК 411 в силусвоих конструктивных особенностей используется в основном в системах контроля иблокировок статических узлов, например дверей шкафов конденсаторных батарейвысокочастотных установок.
Приведенныевыше конструкции конечных выключателей типа ВК являются контактными и могутработать в широком диапазоне напряжений (от 12 до 220 В) и в этом ихпреимущество. К преимуществам следует так же отнести простоту устройства иобслуживания.
Однакоследует учитывать, что чем выше напряжение, на котором работает выключатель, именьше скорость срабатывания, тем большая вероятность подгорания контактов,вызываемого длительностью воздействия контактной дуги. Контакты выключателя длялучшей электропроводности содержат серебро и которые необходимо периодическипромывать для обеспечения работоспособности. Для промывки контактов может бытьиспользован только спирт – ректификат, использование для промывки ацетона илилюбого другого растворителя недопустимо, т. к. при их использовании наповерхности контактов образуется оксидная пленка бело цвета, являющаясядиэлектриком.
Недостаткомэтого типа конечных выключателей следует считать и то, что они чувствительны кповышенной влажности, пыли и грязи.
В любомтермическом цехе основной закалочной средой является вода, которая и создаетповышенную влажность в атмосфере цеха, а запыленность в термическом цехе можетдостигать значительной величины, т. к. предельно допустимая концентрация (ПДК)допускается до 4 мг/ м3 (класс опасности 4).
Когда требуется получить срабатывание путевого переключателя приочень малом перемещении штока (0,5—0,7 мм) и небольшом давлении (0,5—0,7 кГ)применяют микропереключатели типа МП 1.
С развитием промышленной электроники получили распространениебесконтактные индуктивные выключатели типа БВК. Принцип действия данноговыключателя основан на изменении амплитуды колебаний генератора датчика привведении в активную зону датчика металлического экрана.
Применение этих датчиков при некотором усложнении электрическойсхемы дает следующие преимущества:
а) отсутствуют контактирующие элементы;
б) отсутствие силовых воздействий на элементы датчика;
в) высокая чувствительность датчика к положению движущихся частеймеханизмов автоматической линии.
г) конструкция датчика не чувствительна к повышенной влажности,запыленности атмосферы цеха и грязи.
Бесконтактные конечные выключатели работают на напряжении 24 В(выключатели постоянного тока) и 110 В (выключатели переменного/постоянноготока), что требует применения промежуточных реле только на указанноенапряжение.
/>
Рис.3. Бесконтактный конечный выключатель
Бесконтактный конечный выключатель (рис.3) выполнен в корпусе изударопрочного полистирола, следовательно, диэлектрическом корпусе 1, внутрикоторого размещены электрические и полупроводниковые элементы, которые с цельюгерметизации полностью залиты компаундом холодного отверждения.
Обязательным условием срабатывания датчика (выдача электрическогосигнала) является введение в паз размером l экрана 2,изготавливаемого из немагнитного материала (обычно из листового алюминиевогосплава) и жестко закрепляемого на контролируемом узле рабочей машины так, чтобыон свободно, не задевая за стенки, входил в паз выключателя. Направление входаэкрана в паз выключателя не лимитировано.
Бесконтактный конечный выключатель крепится двумя винтами наустройстве, не связанным с контролируемым узлом и обеспечивающем возможностьперемещения выключателя вдоль линии движения контролируемого узла для получениятребуемой точности считывания сигнала. В зависимости от конструктивныхособенностей конечных выключателей ширина паза, в который входит экран,колеблется от 4 до 10 мм (соответственно колеблется и толщина экрана), внастоящее время выпускаются выключатели с шириной паза 25 мм.
Отечественной промышленностью (заводы г.г. Брянск, Курск, Орел,Калуга, Смоленск) выпускаются бесконтактные выключатели, перечень которыхприведен ниже: БВК − 221; БВК − 222; БВК − 231; БВК −260; БВК − 261; БВК − 262; БВК − 263; БВК − 264; БВК −265; БВК − 333.
Совершенствование конструкции бесконтактных выключателей иулучшение их технико − эксплуатационных характеристик привело к созданиюи внедрению в производство торцовых бесконтактных выключателей, у которыхрабочей поверхностью является торец, направленный в сторону контролируемогоузла.
Корпус выключателя 1 изготовлен полым из немагнитного металла, нанаружной поверхности корпуса по всей его длине нарезана метрическая резьба, накоторую навернуты две гайки 2. Гайки необходимы для крепления выключателя вспециальном устройстве и регулировки расстояния S от торца выключателя 1 доповерхности контролируемого узла 3. Гайки могут отсутствовать при креплениивыключателя непосредственно в металле. Внутри корпуса размещеныполупроводниковые элементы и электромагнитная система с катушкой индуктивности,полностью залитые с целью обеспечения герметичности компаундом холодногоотверждения. Выдача сигнала производится по проводам 4, выведенным через торец,противоположный рабочему.
Принцип действия. Торцовые бесконтактные выключатели предназначеныдля контроля положения механизма или отдельных узлов. Они находят широкоеприменение в станках, кузнечно-прессовом оборудовании, литейных машинах,конвейерах и т.д., во всех отраслях промышленности. Высокая надежность,независимость срока службы от числа срабатывания, надежная герметизация ивозможность применения в неблагоприятных условиях, большое быстродействие,высокая долговечность — все эти преимущества позволяют с успехом заменятьконтактные путевые переключатели, повышая надежность схем управления различнымипроизводственными процессами.
Принципдействия бесконтактного конечного выключателя основан на изменении амплитудыколебаний генератора при внесении в активную зону датчика металлического,магнитного, ферромагнитного или аморфного материала определенных размеров. Приподаче питания на конечный выключатель в области его чувствительной поверхностиобразуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материалевихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. Врезультате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которогоизменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом. Триггерпреобразует аналоговый сигнал в логический, устанавливая уровень переключения ивеличину гистерезиса. Активная зона бесконтактного индуктивного выключателя(рис.4) — та область перед его чувствительной поверхностью, где более всегосконцентрировано магнитное поле чувствительного элемента датчика. Диаметр этойповерхности приблизительно равен диаметру датчика.
/>
Рис.4.Активная зона бесконтактного индуктивного выключателя
Номинальноерасстояние переключения — теоретическая величина, не учитывающая разброспроизводственных параметров датчика, изменения температуры и напряжения питания(рис.5).
/>
Рис.5.Устройство бесконтактного индуктивного выключателя
Рабочий зазор- это любое расстояние, обеспечивающее надежную работу бесконтактноговыключателя в допустимых пределах температуры и напряжения. 0≤Sраб ≤0,8Sном.
Поправочныйкоэффициент дает возможность определить рабочий зазор, который зависит отметалла, из которого изготовлен объект воздействия.Материал Коэффициент Материал Коэффициент Сталь40 1,00 Алюминий 0,30…0,45 Чугун 0,93…1,05 Латунь 0,35…0,50 Нерж.сталь 0,60…1,00 Медь 0,25…0,45
Направление движения контактирующей поверхности относительнорабочего торца выключателя не лимитируется.
Торцовые конечные выключатели выпускаются как круглыми диаметром впределах 4…55 мм, так и прямоугольными размером 5x5x25 до 80x80x50 мм и частотойпереключения 2500 Гц.
2. Приборы контроля давления рабочих сред – реле давления
Нормальное функционирование технологического оборудования вавтоматическом режиме работы должно происходить в условиях постоянного контролязаданных параметров используемых в этом оборудовании газообразных или жидких рабочихсред. Основным параметром этих сред является давление этой среды в подводящеймагистрали.
Использование в системах автоматизации производственных процессовпневмомеханизмов, работа которых основана на использовании в качестве рабочейсреды сжатого воздуха, ставит задачу подачи сжатого воздуха к его потребителямстрого определенного давления. Эта задача решается с помощью специальныхрегуляторов давления (редукторами давления или редукционными клапанами).
Редуктор давления — регулятор, служащий для автоматическогопонижения давления сжатого воздуха и автоматического поддержания его назаданном уровне.
В качестве редукторов применяются преимущественно диафрагменные(рис.8) и сильфонные. Эти редукторы используются для получения относительноневысоких давлений (до 30—40 кГ/см2) вследствие ограниченной прочностидиафрагмы и сильфона.
Затвор в клапанах, предназначенных для работы с газами, выполняютобычно в виде плоского (пластинчатого) обрезиненного или изготовленного изэластичного материала клапана, сажаемого на гнездо с закругленными выступающимикромками (реже применяются шариковые затворы). На рис.8 a, показан один изаппаратов этого назначения, который в практике получил название стабилизатора(редуктора) давления. Принцип его работы основан на автоматическом изменениипроходного сечения потока воздуха при изменении давления и расхода воздуха впитающей сети и поддержании, таким образом, постоянства давления воздуха навыходе стабилизатора (в линии потребителей). Постоянство давленияобеспечивается автоматическим изменением положения дроссельного клапана,регулирующего проходное сечение потока воздуха при колебаниях давления в камереа, связанного с выходом.
/>
Рис.6. Редуктор (регулятор) давления воздуха (а) и схемаприменения его в пневмоприводе (б).
На рис.6 a, показан один из аппаратов этого назначения, который впрактике получил название стабилизатора (редуктора) давления. Принцип егоработы основан на автоматическом изменении проходного сечения потока воздухапри изменении давления и расхода воздуха в питающей сети и поддержании, такимобразом, постоянства давления воздуха на выходе стабилизатора (в линиипотребителей). Постоянство давления обеспечивается автоматическим изменениемположения дроссельного клапана, регулирующего проходное сечение потока воздухапри колебаниях давления в камере а, связанного с выходом.
Для установки требуемого рабочего давления на выходе стабилизатораслужит регулировочный (дроссельный) винт 1, с помощью которого изменяют усилиепружины 2, воздействующей на мембрану 3, связанную с клапаном 4, которыйудерживается в седле пружиной 5. Изменение давления и расхода воздуха в сетивызывает перемещение мембраны 3 и клапана 4, вследствие чего изменяетсяпроходное сечение потока воздуха до тех пор, пока силы, воздействующие намембрану 3, не уравновесятся и давление в камере а не стабилизируется. При уменьшениидавления в камере а, что может быть вызвано уменьшением давления в подводящейсети или увеличением расхода воздуха потребителями, мембрана 3 под действиемпружины 2 опустится и, переместив вниз клапан 4, увеличит проходное сечениепотока воздуха, что обеспечит выравнивание давления в камере а до заданного.
Увеличение давления в камере а вызовет обратное действие указанныхчастей стабилизатора. Малейшее изменение давления в камере а вызовет мгновенноеизменение положения клапана 4.
Электропневматическое реле и индикатор давления. Для контролядавления в пневмосистемах, осуществляемого воздействием на контакты микропереключателя,включенного в электрическую цепь управления, применяют реле давления. Релепредставляет собой нагруженную пружиной мембрану 1, на которую действуетрабочее давление воздуха (рис.7).
Давление воздуха, подводимого к каналу а, действует через мембрану1 на грибок 2 и толкатель 5. Если усилие, развиваемое давлением воздуха,превышает усилие противодействующей пружины 3 (усилие пружины регулируетсявинтом 4), то толкатель 5 перемещается и воздействует на штифтмикропереключателя 6.
Аналогичное по принципу действия устройство, называемоеиндикатором давления, применяют для подачи сигнала о наличии давления наопределенных участках пневмосистемы. Этот индикатор представляет собойминиатюрный силовой цилиндр одностороннего действия (рис.8). В корпусе 1цилиндра перемещается поршенек 3, уплотняемый резиновой манжетой 4.
При отсутствии давления на контролируемом участке пневмосистемыпоршенек 3 под действием пружины 2 удерживается в крайнем правом положении.
/> />
Рис.7. Электропневматическое реле Рис.8. Силовой цилиндр
При появлении же давления он, сжимая пружину 2, перемещаетсявлево. Выдвинутый шток 5 сигнализирует с помощью механических или электрическихустройств о наличии давления на том участке пневмоцепи, к которому подключениндикатор давления.
В настоящее время в связи с развитием электроники получаютразвитие и применение в системах автоматизации технологических процессов реледавления Beck 901 Prescal. Реле этого типа являются регулируемыми и предназначены дляизмерения избыточного давления, разряжения или разности давлений жидкостей илигазов (как агрессивных так и неагрессивных). Установка величины контролируемыхпараметров осуществляется вручную. Принцип действия реле давления Beck 901 Prescal заключается в том, чтооно содержит в своей основе переключающий механизм мгновенного действия,который приводится в движение мембраной и который может быть настроен натребуемое давление с помощью винтовых пружин.
Если давление достигает установленной величины, происходитпереключение механизма (размыкание или замыкание контактов).
Реле давления серии 901 могут перестраиваться в процессе работы вшироком диапазоне рабочих давлений.
3. Приборы контроля времени – реле времени
В системах автоматизированных или механизированныхпроизводственных процессов существует необходимость отсчета времени выдержки(фиксации) какого – либо элемента технологического оборудования, т. е. задержкавремени срабатывания последующего по циклограмме работы механизма с моментаокончания работы предыдущего на период совершения, как правило, технологическойоперации.
Электрическое реле времени − устройство, электрические контактыкоторого замыкаются (или размыкаются) с некоторой задержкой во времени послеполучения управляющего сигнала. Величину задержки можно произвольнорегулировать, влияя на скорость изменения физической величины, воздействующейна релейный элемент реле времени от момента поступления управляющего сигнала додостижения порога срабатывания. Существуют различные конструкции реле времени,в том числе электромеханические (маятниковые), электропневматические, электронныеи др.
Маятниковые реле времени дают короткие выдержки от 2 до 10 сек,электропневматичеляские — в пределах до 180 сек, а электронные реле выпускаютнескольких исполнений, имеющих широкий диапазон выдержек времени.
Электропневматические реле времени имеют наибольшеераспространение в системах управления автоматизированным технологическимоборудованием. Выдержка времени в таком реле основана на взаимодействии усилияприводной пружины, освобождающейся при втягивании якоря электромагнита иторможений выравнивания давлений воздуха внутри и снаружи специальной камеры.Выдержка времени регулируется изменением сечения пропускного сопла истечениявоздуха.
В настоящее время широко распространены электронные реле времени,выпускаемые отечественной промышленностью: РВ – 100; РВ – 200; РВК – 1М; РВК –2М; РВК – 3, а также электронные реле времени серии РЭВ – 201.
Двухканальное релевремени РЭВ-201.2
Электронное двухканальноереле времени с задержкой на включение РЭВ-201 (рис.9) предназначено длякоммутации электрических цепей переменного тока 220В/50 Гц и постоянного тока24-100 В с регулируемыми задержками времени: канал 1 от 0 до 10 сек, канал 2 –от 0 до 10 мин. Каждый канал является самостоятельным реле времени. Выдержкавремени каждого канала начинает отсчитываться от момента подачи питания наканал. Реле РЭВ-201 позволяет обеспечить два режима работы:
Режим 1. Независимаяработа каналов. На каждый канал подается разновременно независимое питание.Выдержка времени отсчитывается от момента подачи питания на каждый канал (режимдвух реле);
Режим 2. Параллельнаяработа каналов. На каждый канал одновременно подается одно и то же питание.Отсчет времени по обоим каналам начинается одновременно. Время срабатываниясоответствует выставленным с помощью регулировок задержкам для каждого канала(режим одного реле с двумя разными выдержками).
ВНИМАНИЕ: При работе в «режиме1» питание каналов должно иметь общий ноль.
/>
Рис.9. Схемареле времени с задержкой на включение РЭВ-201
1 — установка задержкисрабатывания по 1-му канал;
2 — установка задержкисрабатывания по 2-му каналу;
3 — установка временизамыкания выходных контактов первого канала;
4 — установка временизамыкания выходных контактов второго канала;
5 — зелёный светодиодналичия напряжения на 1-ом канале;
7 – зелёный светодиодналичия напряжения на 2-ом канале;
6 — красный светодиодсрабатывания 1-го канала;
8 – красный светодиодсрабатывания 2-го канала;
9 – входные контакты дляподключения питания;
10 – выходные контакты.
Отсчет времени по каждомуканалу начинается с момента подачи питания на контакты «L1-N», (канал 1);«L2-N», (канал 2). Задержка выставляется ручками потенциометров. Каждый каналимеет две регулировки. Регулировки первого (левого) канала от 0 до 1 сек и от 0до 10 сек. Регулировки второго (правого) канала от 0 до 1 мин и от 0 до 10 мин.Задержка срабатывания каждого канала определяется суммой задержек, выставленныхдвумя потенциометрами.
При появлении питания наканале загорается зеленый светодиод. Загорание зеленого светодиодасигнализирует о начале отсчета времени. Срабатывание реле по окончании задержкисигнализируется загоранием красного светодиода.
Каждый канал на выходеимеет по одному размыкающему и одному замыкающему контакту: 1-2 и 4 — 5–размыкающие,2-3 и 5-6 –замыкающие, «1-2-3» — канал 1, «4-5-6» — канал 2; обегруппы — перекидные).
ТехническиехарактеристикиНоминальное напряжение, В 220 Нижний порог напряжения питания, запускающий реле, В 170 Максимально допустимое напряжение питания, В 300 Первоначальная фиксированная выдержка времени при напряжении питания 220В, не более, с ~ 0.5 Точность удержания временной уставки, не более, % 01.май Точность выставления уставки (точность шкалы), не более, % 3 Диапазон регулирования, с 0-220 Регулировка выдержки времени плавная Количество делений шкал потенциометров 10 Число и вид контактов на каждый канал (ЗК — замыкающий, РК — размыкающий; перекидные) 1 ЗК и 1 РЗ Климатическое исполнение У3 Степень защиты: реле клеммника ІР40 ІР20 Коммутацион. ресурс выходных контактов: 100 тыс. 1 млн. под нагрузкой 5А, не менее, раз под нагрузкой 1А, не менее, раз Потребляемая мощность (под нагрузкой), не более, ВА 1.0 Масса, не более, кг 0.150 Габаритные размеры, мм 50х88х65 Диапазон рабочих температур, С -80 Температура хранения, С -115
Схема подключения
/>
Реле выпускаетсяполностью готовым к эксплуатации и не требует особой подготовки к работе. Приэксплуатации реле в соответствии с техническими условиями и настоящим паспортомв течение срока службы, в том числе, при непрерывной работе, проведениерегламентных работ не требуется. Подключить реле только согласно схемеподключения.
В том случае, когданеобходима выдержка времени больше чем могут дать вышеперечисленные релевремени, (например, в случае нагрева и отпуска большой партии металла вкамерной печи), используют специальные электронные таймеры, диапазон выдержки укоторых достигает 24 часов, а отсчет ведется по минутам и часам.
Реле счета импульсоввыполнено в виде комбинации шагового искателя, промежуточного реле,переключателя и преобразователей тока и представляет собой вид запоминающегоустройства.
При дистанционномуправлении для синхронизации выполнения команд, подаваемых разным механизмам,применяются сельсины.
4. Приборы контроля скорости вращения – реле контроля скорости
В системах автоматизации технологических процессов часто возникаетнеобходимость иметь точную скорость (число оборотов) вращения исполнительного механизма.С этой целью созданы и успешно эксплуатируются в производственных условияхприборы контроля скорости вращения – реле контроля скорости (РКС).
Эти приборы являются датчиками, которые дают импульс в том случае,когда скорость движения соответствующего исполнительного механизма будет вышеили ниже заданного значения. Для этой цели обычно применяют датчикиэлектрического типа. Эти датчики в зависимости от принципа действия могут бытьиндуктивными, центробежными или типа тахогенератора.
/>
Рис.10. Скоростной индуктивный датчик типа РКС
Скоростной индуктивный датчик типа РКС (рис.10) выполнен с жесткоукрепленным на валике датчика постоянным магнитом 1. Кольцо 2 с обмоткой навнутренней стороне охватывает магнит и при его вращении в обмотке катушкипоявляется ток, а кольцо, закрепленное на кронштейне 3, поворачивается всторону вращения магнита. На другом конце вала 4 укреплена колодка 5, котораяпри повороте размыкает нормально замкнутые (НЗ) и замыкает нормально открытые(НО) контакты 6. Поворот колодки зависит от скорости вращения магнита 1, чемвыше эта скорость, тем больше угол поворота колодки Настройка реле контроляскорости на требуемое по технологическому процессу число оборотов, а такжепереключение контактов осуществляется регулировочными винтами 7. Этот датчик устойчивоработает в пределах 930—3000 мин-1, при меньших числах оборотов датчикнедостаточно чувствителен.
Скоростной центробежный датчик основан на действии центробежнойсилы, которая при увеличении числа оборотов раздвигает шарнирно подвешенные квращающейся вертикальной оси грузы. Эти грузы при определенном числе оборотовзамыкают или размыкают соответствующие контакты электрической цепи управления.
5. Промежуточные звенья схемы электроавтоматики
К промежуточным звеньям, преобразующим сигналы датчиков, относятсяпромежуточные реле, реле пуска и защиты электродвигателей при перегрузке,счетчики импульсов и др., а также вычислительные, сравнивающие и измерительныеустройства.
Промежуточное реле используют в разных случаях, например дляразмножения контактов в дополнение к путевому переключателю, когда у последнегоне хватает их для посылки командных сигналов; усиления командных сигналоввключением цепи питания током более высокого напряжения; постановки какого-либоприбора, в том числе и самого реле на самопитание — как запоминающее устройствои т. п.
Реле в общем случае состоит из катушки, внутри которой расположенстальной сердечник. Торец катушки находится на одном уровне с торцом стальногосердечника, под которым расположен и шарнирно закреплен якорь, способный легкоповорачиваться в сторону сердечника. Свободным концом якорь контактирует сжесткими пружинными лепестками, несущими контакты, которые в свою очередьконтактируют с контактами на неподвижном жестком пружинном лепестке. Лепестокпредставляет собой плоскую пружину, обеспечивающую плотное прилегание контактови осуществляющую компенсацию хода якоря при воздействии последнего на лепесток.
Реле работает следующим образом. Электрический ток поступает наобмотку катушки и намагничивает стальной сердечник. Под воздействием созданногомагнитного поля якорь притягивается к сердечнику и одновременно воздействует напружинный лепесток с контактами. Если качающийся лепесток заключен между двухстатических лепестков, каждый из которых имеет свои контакты, то при работе(качании) подвижного лепестка одни контакты будут размыкаться, а другиезамыкаться. Увеличивая количество подвижных и неподвижных лепестков,электрически изолированных друг от друга, создается возможность размножения полученногосигнала от контролирующего элемента схемы электроавтоматики.
Для обеспечения питания элементов электросхемы электрическимнапряжением применяются блоки питания типа БПТ – 11; БПТ – 11/12 и БПТ – 1002,работающие на тиристорах и выполняющие функции стабилизатора напряжения,понижение напряжения до требуемого уровня, необходимого по условиям работысхемы электроавтоматики, и если есть необходимость – преобразование переменноготока в постоянный.
В схемах электроавтоматики применяются промежуточные реле типа РП– 23; 25; 250; 321; РП – 8; 9; РП – 16-5; РП – 16 -1М/7М; промежуточные релепостоянного тока типа РПУ – 3М – 114; 116; 112Т и др., а также дифференциальныереле, размножающие и преобразующие сигнал типа РНТ565; 566; 566/2; 567/2 и ДЭТ– 11; 11/2; 11/3; 11/4; 11/5, а также реле повторного включения РПВ – 01; 02.
Для защиты электродвигателей от перегрузки применяются релемаксимального тока, реагирующие на повышение в цепи питания тока вышеустановленного допускаемого номинала. С этой целью используются релемаксимального тока типа РСТ – 11; 13; РСТ – 11М; РСТ – 15; 23, но наибольшеерасспрос ранение получили для защиты электродвигателя от перегрузок релеэлектротепловые токовые типа ТРТ – 110; 120; 130; 140; 150 и ТРТП – 110; 120;130; 140; 150
Запуск в работу электродвигателя рабочей машины в системеавтоматизации технологических процессов производится с помощью реле –пускателей нереверсивных типа РЭВ – 1224; 1314; 1404 – питание постояннымтоком, РЭВ – 2224; 2313 – питание переменным током, а реле – пускатели РЭВ –2318 и РЭВ – 2408 дополнительно снабжены тепловым реле. Кроме указанных вышетипов используются реле – пускатели типов РЭП – 15П – 0102;. – 0202; −0304;− 0404.
/>
Рис.11. Реле типа ЭП
Для визуального показания наличия или отсутствия того или иногосигнала и его использования в электросхемах автоматизации применяют реле –указатели типа РУ – 21 (переменного тока), РУ – 21 (постоянного тока), РУ – 21– 1 (постоянного тока). Все используемые реле имеют очень малое времясрабатывания, равное 0,1 … 0,2 с, что практически можно считать мгновенным;частота срабатывания реле доходит до 2000 Гц. Такая частота срабатывания всхемах автоматизации технологических процессов в термических, кузнечно –прессовых и литейных цехах недоиспользуется, т. к. процессы движений рабочихорганов, выдержки времени на период совершения технологической операции и т. п.операции совершаются за время, значительно большее, чем частота срабатывания реле.Этот фактор в свою очередь приводит к увеличению срока службы самого реле.
В схемах автоматизации технологических процессов получилираспространение реле типа ЭП (рис.11), используемые как командоаппарат. Стойкис неподвижными контактами прикреплены винтами к основанию из карболита.Контактные мостики с контактами перемещаются с карболитовым штифтом. Черезсистему рычагов штифт связан с небольшим электромагнитом, который поднимает еговместе с подвижными контактами вверх при подаче тока в катушку магнита, замыкаяНО контакты или размыкая НЗ контакты, при ртом происходит переключение цепейуправления. При отключении тока штифт с подвижными контактами, под действиемсилы тяжести, опускается в нижнее положение. Реле многоконтактное. В системахавтоматического управления встречаются также и телефонные электромагнитные релетипа РМ. Потребляемая мощность телефонного реле в 10—12 раз меньше мощностиуправляемой сети. Такое реле может без обгорания контактов разорвать цепьмощностью до 60 вт. Ток срабатывания около 0,001а.
В системах автоматического управления распространены различныеэлектромагнитные муфты, включение и выключение которых осуществляется откомандных сигналов датчиков.
В качестве электрических средств управления, применяемых какприводы исполнительных органов, можно назвать лишь два — электродвигатели иэлектромагниты. На автоматических линиях используют электродвигателипеременного тока. Электродвигатели постоянного тока применяют обычно в техслучаях, когда необходимо регулировать число оборотов.
В качестве привода для небольших поступательных перемещенийэлементов механизмов автоматического управления используют электромагниты,например для перемещения гидравлических и пневматических золотников, включениятормозов и муфт. Обычно принимают электромагниты переменного тока, которыеизготовляют как с толкающим, так и с тянущим якорем для ходов от 10 До 15 мм ис тяговым усилием от 1 до 25 кГ.
6. Распределительная иуправляющая пневмоаппаратура
В пневмосистемах применяется распределительная и регулирующаяаппаратура тех же типов и конструктивных исполнений, что и в гидросистемах, илишь в отдельных случаях применяются дополнительные средства для повышениягерметичности и обеспечения смазки. Так, например, повсеместно применяютсяраспределительные и прочие регулирующие клапаны с дополнительными средствамигерметизации в виде резиновых уплотнительных колец, а также клапаны сэластичными затворами.
/>
Рис.12. Клапанный распределитель
Распределительные клапаны. Для распределения воздуха применяютсядвухпозиционные клапаны и золотники с плоскими распределительными элементами,которые обеспечивают высокую герметичность соединения.
/>Нарис. 12 приведена принципиальная схема клапанного распределителя для управленияпневмоцилиндром одностороннего действия. Подвод сжатого воздуха производится кканалу b,а отвод отработавшего воздуха— через канал а. Рабочая полость силового цилиндра1 соединена с каналом с. При повороте рычага 4 утапливается тот или иной клапан2 или 5, в результате воздух или подводится в рабочую полость цилиндра 1, илиотводится из него в атмосферу. Герметизация затворов клапановосуществляется плоскими или резиновыми фторопластовыми кольцами 3, заделаннымив металлические части затворов.
Клапан управляется вручную различными рычагами и толкателями, атакже электромагнитами и сжатым воздухом, причем при отсутствии управляющеговоздействия затвор клапана обычно перекрывает под воздействием пружины проходвоздуха от подводящего к выходному отверстию.
На рис. 16 представлены клапаны с ручным воздействием на толкатель2, осуществляемым через рычаг 1 (рис. 13, а), и механическим воздействием наэтот толкатель (рис. 13, б).
/>
Рис.13. Клапаны с ручным воздействием на толкатель (рис. 13, а), имеханическим воздействием на толкатель (рис. 13, б).
Сжатый воздух(давление до 6 кГ/см2) подводится к каналу b (рис. 13, а). Вположении затвора клапана 4, показанном на рис. 13, а (толкатель 2 не нажат),он усилием пружины 5 и давления сжатого воздуха прижимается к седлу втулки 6 игерметично перекрывает с помощью резиновой прокладки 3 проход воздуху отвходного отверстия b к отверстию а, которое сообщается через осевое сверлениетолкателя 2 с атмосферой. При утапливании (перемещении вправо) толкателя 2 онупирается сначала своим торцом в резиновую прокладку 3 затвора, отключаяотверстие а от атмосферы, и при дальнейшем перемещении отрывает затворклапана 4 от седла, открывая при этом проход сжатому воздуху от входногоотверстия b в отверстие а пневмодвигателя.
На рис. 13, б показан клапан с пневматическим воздействием натолкатель 3 через поршень 2 пневмоцилиндра 1. Сжатый воздух подается в канал а.
В тех случаях, когда требуется обеспечить фиксирование затвора вобоих крайних его положениях, применяются различные механические средства. Вклапане, представленном на рис. 14, б, это обеспечивается тем, что рычаг 1воздействует на толкатель 4 через перемещающуюся в направляющих 2 косую шайбу3, с помощью которой рычаг 1 фиксируется в обоих крайних своих положениях. Этафиксация обеспечивается тем, что в обоих крайних положениях рычага 1 усилиереакции подпружиненной косой шайбы 3 стремится удержать его в этом положении.
7. Пневмоклапаны с электромагнитным управлением
В системах пневмоавтоматики широко применяются распределительныеклапаны с электромагнитным управлением.
На рис. 14 приведена принципиальная схема пневмопривода сраспределением плоскими клапанами с резиновыми затворами. Открытие(утапливание) клапанов 1 и 3 осуществляется электромагнитом 4 через рычаг 2 изакрытие — пружинами 7. При утапливании левого клапана 1 и освобождении правогоклапана 3 левая полость пневмоцилиндра 6 соединяется с магистралью 5 питаниясжатым воздухом, а правая — с атмосферой и наоборот. Применяются клапаныпрямого действия и с серводействием (двухступенчатые клапаны).
На рис. 15, а приведена схема двухпозиционного клапанногораспределителя (пневмокрана) с электромагнитным сервоприводом.
Запорный узел этого распределителя состоит из двух клапанов(затворов), один из которых 2, нагруженный пружиной 1, является собственнораспределителем, а второй 3, связанный с якорем 6 электромагнита 5, —вспомогательным клапаном (клапаном-пилотом), управляющим основным клапаном 2.
При подаче напряжения на обмотку электромагнита 5 его якорь 6переместится, преодолевая усилие пружины 7 вправо, в результате правый затворвспомогательного клапана 3 сядет на седло 4, отойдя от седла 8, выполненного восновном клапане 2 (рис. 15, а). При этом воздух под давлением поступит вкамеру с и, действуя на правый торец основного клапана 2, переместит его влево,соединив канал питания а с каналом потребителя b и перекрыв одновременно проходк каналу d,ведущему в атмосферу.
После обесточивания обмоток электромагнита 5 его якорь 6 поддействием пружины 7 переместится влево, в результате связанный с ним затворвспомогательного клапана 3 отойдет от седла 4 и соединит камеру с с атмосферой.Это позволит пружине 1 возвратить основной клапан 2 в исходное (правое)положение (рис. 15, б). При этом клапан 3 сядет на седло 8, перекрывая доступвоздуха из канала питания а в камеру с.
/>
Рис. 14. Схема пневмопривода с распределением плоскими клапанами
Распространены пневмораспределители с плоским распределительнымэлементом (золотником), которые выполняются с различным (ручным, пневматическими электрическим) управлением. Конструктивно эти золотники подобны аналогичнымзолотникам гидросистем.
/>
Рис. 15. На рис. 15, а приведена схема двухпозиционного клапанногораспределителя; на рис. 15, б — с электромагнитным сервоприводом
Управление этими распределителями осуществляется, как правило, спомощью пневматических устройств или электромагнитов.
На рис. 16 показана принципиальная пневмосхема сэлектропневматическим распределителем в виде плоского золотника 9, приводимымсвязанным с ним дифференциальным плунжером 1 (диаметр D > d).
/>
Рис. 16. Пневмосхема с распределителем в виде плоского золотника
Командными элементами в этой схеме являются концевые выключатели 7и 8, на которые воздействуют упоры, установленные на штоке силовогопневмоцилиндра 6. Исполнительным элементом является сердечник электромагнита 3,несущий управляющие пневмоклапаны 2 и 4, отжимаемые пружиной 5 в левоеположение, в котором клапан 2 перекрывает канал d, соединенный смежпоршневой камерой b и вводным каналом а.
При втягивании сердечника в катушку пневмоклапан 4 отсоединяеткамеру с от атмосферы, а клапан 2 соединяет ее с каналом пневмосети, врезультате сжатый воздух, воздействуя на дифференциальный плунжер 1 перемещаетплоский золотник 9 в левое положение, в соответствии с чем поршеньпневмоцилиндра 6 перемещается влево.
В конце хода штока пневмоцилиндра 6 им приводится в действиевыключатель 8, который обесточивает электромагнит 3, в результате клапан 4соединяет камеру с с атмосферой, а клапан 2 перекрывает канал d, соединяющий ее скамерой bмежду дифференциальными поршнями распределительного плунжера 1. При этомплунжер вместе с золотником 9 в результате действия на его поршнинеуравновешенного вследствие разности площадей давления в камере перемещаетсявправо (в положение, показанное на рис. 17), соединяя левую полостьпневмоцилиндра б с каналом а питания. В результате шток пневмоцилиндра 6возвратится в исходное положение, воздействуя в конце своего хода навыключатель 7. Далее цикл повторится.
На рис. 17, а представлена конструкция золотника с двустороннимпневматическим управлением прямого действия.
Плоский золотник 5 перемещается из одного крайнего положения в другоепоршнями 1 и 4, общий шток 2 которых механически связан с золотником. К зеркалукорпуса 6 распределителя золотник 5 прижимается усилием пружины 3 и давлениемвоздуха в камере g, соединенной с каналом с питания.
Сжатый воздух подводится к каналу с и отводится в атмосферу черезканал е. Перемещение золотника осуществляется давлением сжатого воздуха,подводимого поочередно в цилиндры двустороннего поршня от какого-либо источникачерез отверстия а и b.
В одном из крайних положений золотника 5 сжатый воздух проходит котверстию 1, связанному с одной из полостей пневмоцилиндра, а отверстие d в это время сообщается сатмосферой. В другом крайнем положении золотника отверстие f сообщается с атмосферой,а отверстие dвторой полости пневмопривода — с магистралью сжатого воздуха. Следовательно,отверстия fи d, соединенные с полостямисилового пневмоцилиндра, сообщаются попеременно при перемещении золотника 5либо с каналом питания, либо с атмосферой. Необходимо учесть, что золотник вэтой схеме распределения будет нагружен давлением воздуха, действующим на всюомываемую им поверхность.
/>
Рис. 17. Конструкция золотника с двусторонним управлением прямогодействия
На рис. 17, б показана конструкция двухпозиционногочетырехходового воздухораспределителя этого типа с двустороннимэлектропневматическим управлением. Сжатый воздух подводится к внутреннейполости с воздухораспределителя через входное отверстие h и далее в зависимости отположения золотника 5 поступает к соответствующим каналам е или g, связанным с полостямипневмоцилиндра.
На рис. 17, б правый электромагнит 1 показан во включенномположении, а левый — в выключенном.
Якорь правого электромагнита, втягиваясь, нажимает на стержень 2клапана управления, открывая затворы. Сжатый воздух из полости с черезотверстие iмалой площади сечения (дроссель) поступает в полости d и b под торцы поршня 4. Привключенном правом электромагните стержень 3 вместе с резиновой прокладкойотодвигается влево, открывая выход сжатому воздуху из полости b через отверстие а ватмосферу. В результате давление воздуха в полости b падает, тогда как вполости dоно равно подводимому, ввиду чего поршень 4 с золотником 5 перемещается вправое положение. В этом положении золотника сжатый воздух из полости споступает в отверстие е, а отверстие g сообщается с атмосферой через отверстие f. При этом поршень 4кольцевым выступом (рыльцем) упирается в резиновую прокладку 6 и закрываетвыход сжатому воздуху через отверстие а в атмосферу в течение всего времени,пока электромагнит включен.
При выключении правого электромагнита стержень (затвор клапана) 3возвращается в исходное положение.
8. Электропневматический вентиль
В системах пневмоавтоматики применяются для дистанционного управлениявоздушными магистралями вентили (рис. 18), в которых проходные каналызакрываются и открываются конусными клапанами, управляемыми электромагнитом.
/>
Рис.18. Схема электропневматического вентиля
При включении электротока, подводимого через клеммную коробку 1,якорь 9 перемещается вниз и с помощью толкателя 8 и клапана 6 перекрываетотверстие в верхнем седле клапана 2 и, одновременно нажимая через толкатель 5на нижний клапан 3, открывает нижнее отверстие этого седла. При этом сжатыйвоздух, поступающий из магистрали в отверстие b, направляется черезотверстие с к потребителю.
При обесточивании катушки 7 пружина 4 перемещает вверх нижнийклапан 3, перекрывая поступление воздуха из магистрали. Одновременно с этимперемещается вверх верхний клапан 6, обеспечивая сброс через канал в седлеклапана 2 и выпускное отверстие а воздуха из системы потребителя в атмосферу.
Заключение
В схемах автоматизации технологического оборудования термическогопроизводства используются самые различные приборы и аппаратура, завязанные вединую цепь управления работой.
Построение последовательности срабатывания механизмов оборудованиястроится на базе циклограммы работы и может быть последовательной, параллельнойили комбинированной.
В связи с тем, что в термических цехах существует повышеннаяопасность возникновения пожаров из-за большого количества нагретого металла, вкачестве энергоносителей используется электроэнергия и сжатый воздух.Применение гидравлики, работающей на минеральных маслах, сведено к минимуму поусловиям пожароопасности.
Полностью автоматизированное оборудование выполняет весь циклработ без участия обслуживающего персонала, роль которого сведена до ролинаблюдателя за правильностью работы оборудования и течения технологическогопроцесса.
Список использованнойлитературы
1. Автоматические регуляторы и следящие системы. Основыавтоматического управления. Т. 3. под редакцией В. В. Солодовникова. М.:Машгиз, 1963.
2. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение,1972.
3. Герц Е. В. Пневматические приводы. М.:Машиностроение, 1969.
4. Гамырин Н. С. Основы следящего привода. М.,Оборонгиз. 1962.
5. Лемберг М. Д. Пневмоавтоматика. М.Госэнергоиздат, 1961.
6. Справочник машиностроителя, Т. 5/2 под ред. д.т.н.Э. А. Сатель. М.: Машиностроение, 1964.