Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

По числу контролируемых параметров различают системы защиты единичного и множественного контроля.

По числу выполняемых функций системы защиты делятся на однофункциональные и многофункциональные. Первые выпол­няют только одно действие (например, выключают электродви­гатель при перегрузке). Многофункциональное устройство может кроме остановки электродвигателя включить сигнализацию или дополнительно выполнить какие-либо другие действия.

Системы автоматической защиты в большинстве случаев пред­ставляют собой разомкнутые системы, в состав которых входят следующие основные элементы: индикаторы аварийных ситуа­ций; усилительно-преобразующие устройства и элементы; испол­нительные механизмы.

В индикаторе аварийных ситуаций текущее значение контро­лируемого параметра воспринимается первичным преобразова­телем (датчиком) и сравнивается с заданным значением. Именно в схеме сравнения происходят обнаружение признаков аварийной ситуации и формирование сигнала об этом событии.

Как правило, сигнал, полученный на выходе индикатора ава­рийных ситуаций, обладает малой мощностью и не может непо­средственно воздействовать на исполнительный механизм. В этих случаях сигнал предварительно подается на усилительно-преобра- зующее устройство, где сигнал может усиливаться, преобразо­вываться, а также стабилизироваться.

Сигналы индикатора аварийных ситуаций после усиления и преобразования приводят в действие исполнительные меха­низмы, которые предотвращают возможность аварии и оповещают обслуживающий персонал о ненормальных режимах работы обо­рудования.

В системах защиты, применяемых в сложных объектах, могут контролироваться сразу несколько параметров. В этом случае контроль осуществляется непрерывно или последовательно. При непрерывном контроле система защиты состоит из нескольких (по числу контролируемых параметров) параллельно включенных индикаторов аварийных ситуаций и усилительно-преобразующих элементов с одним исполнительным органом.

При последовательном контроле в одних и тех же индикаторах и усилительно-преобразующих элементах производится поочеред­ная обработка исходной информации первичных преобразова­телей, поочередное включение которых осуществляется специаль­ным переключателем.

К основным характеристикам устройств защиты относятся статические и динамические характеристики, чувствительность, инерционность, параметры и точность срабатывания, стабиль­ность работы, способность к перегрузкам и надежность.

Статические характеристики выражают связь между вход­ными и выходными параметрами в установившемся режиме, а динамические — в переходном, когда входные и выходные пара­метры изменяются во времени.

Инерционность определяется временем срабатывания, т. е. интервалом времени между моментами подачи на вход сигнала и выработки управляющего сигнала.

Точность срабатывания — разность между истинным значе­нием и заданным значением контролируемого параметра, приво­дящая к срабатыванию устройства защиты.

Стабильность работы во времени определяется временными, температурными и другими интервалами, в пределах которых устройства могут нормально выполнять свои функции.

Способность к перегрузкам определяется максимальным зна­чением контролируемого параметра и временем его действия, при которых устройства защиты не выходят из строя.

Надежность работы устройства защиты определяется рядом показателей, к числу которых относятся: вероятность безотказ­ной работы в течение заданного интервала времени, средняя наработка на отказ и т. п.

Основными элементами индикаторов аварийных ситуаций являются первичные преобразователи, которые по конструкции и своим характеристикам практически не отличаются от первич­ных преобразователей, рассмотренных выше (см. гл. 2).

В устройствах защиты применяют стандартные схемы срав­нения, усилители, преобразователи и исполнительные органы. Довольно часто в системах защиты используется исполнительный орган общей системы управления. Конструкции всех перечислен­ных элементов были рассмотрены выше.

В этом параграфе рассмотрены только те или иные индикаторы и сигнализаторы аварийны^ ситуаций.

На практике наибольшее распространение (в схемах управле­ния оборудованием литейных и термических цехов) получили индикаторы аварийных ситуаций предельных положений, ава­рийных перемещений, предельных уровней жидкостей и сыпучих сред, аварийных деформаций и механических напряжений, аварий­ных сил И давлений, нарушений температурных режимов, пога­сания измени топок, аварийной влажности, концентрации пыли и дыма, аварийных значений силы токов и напряжений, замы­кания токоведущих шин на землю, систем защиты от трав­матизма и др.

Индикаторы предельных положений используют конечные (путевые) выключатели. Они устанавливаются таким образом, что срабатывают под действием подвижного элемента защищаемой системы при достижении им соответствующих точек контролиру­емого пути.

Индикаторы предельных уровней отличаются многообразием конструкций и принципов действия. Выбор типа индикатора зависит от физических свойств среды, уровень которой контроли­руется. Наибольшее распространение получили поплавковые и кондуктометрическ ие и ндикаторы.

Индикаторы предельных деформаций и механических напря­жений наиболее часто содержат тензометрические чувствитель­ные элементы.

Индикаторы контроля статических и медленно изменяющихся сил обычно основаны на использовании динамометрических пре­образователей с упругими элементами в виде пружин и колец. Для преобразования деформации в электрический сигнал приме­няют электроконтактные, потенциометрические или индуктив­ные первичные преобразователи.

Индикаторы аварийных давлений обычно имеют чувствитель­ные элементы, подобные чувствительным элементам манометров (мембраны, сильфоны, трубчатые пружины и др.).

Индикаторы нарушений температурных режимов обычно ба­зируются на чувствительных элементах, преобразующих тепло­вую энергию в электрический сигнал, т. е. различного типа тер­мометры.

Индикаторы погасания пламени в топках контролируют нали­чие факела в камере сгорания нагревательной и плавильной печей, работающих на жидком или газообразном топливе. Пода­вая сигнал на отключение подачи топлива, индикаторы позво­ляют защищать печи от взрывов и других опасных последствий, которые могут возникнуть при погасании пламени. В таких индикаторах используются различные способы контроля наличия пламени: контроль за тепловыделением с помощью термочувстви­тельного элемента; контроль за световым излучением,, где исполь­зуют фотоэлектрические преобразователи (фоторезисторы и фото­элементы).

Весьма перспективными являются индикаторы в виде элек­тронных датчиков, использующих ионную проводимость пла­мени. Так, через электроды датчика, введенные в зону факела, может протекать электрический ток с силой 2 ... 1200 тА.

Индикаторы дыма и пыли используются в системах противо­пожарной защиты, при контроле горения топлива, степени загряз­нения окружающей среды и обнаружения недопустимых концен­траций пыли в атмосфере цехов и помещений. Наиболее часто контроль осуществляется оптическими или радиоактивными мето­дами по интенсивности излучения, поглощения или рассеивания частицами пыли и дыма.

Наиболее простыми защитными устройствами от перегрузок по току и коротких замыканий являются плавкие, предохрани­тели.

Система защиты от производственного травматизма, кото­рый возможен при эксплуатации прессов, циркуляционных пил, механических фуганков и другого оборудования, останавливает машину при обнаружении приближения человека в опасной зоне. В этих случаях обычно применяют индикаторы на базе фотореле, которые срабатывают при прерывании светового барьера, ограждающего опасную зону. Кроме того, используют индикаторы генераторного типа, в качестве чувствительного элемента которого служит антенна. При приближении человека к антенне, подве­шенной в опасной зоне, изменяется частота генератора. На выходе генератора появляется сигнал, который можно использовать для остановки оборудования. Генераторный индикатор может сра­батывать на расстоянии 1 ... 100 см. Длина антенны может дости­гать 10 м.

Рис. 109. Схемы защиты элек­тродвигателя от коротких за­мыканий:

а — с помощью плавких предо­хранителей; б — с помощью автоматического выключателя; в — с помощью реле максималь­ного тока

Для оповещения обслуживающего персонала о возникновении опасных ситуаций, а также о причинах и характере аномальных режимов работы применяется специальная сигнализация, которая осуществляется акустическими и визуальными средствами, кон­струкция которых будет рассмотрена в последующих парагра­фах (см. гл. 13).

Из большого числа различных систем аварийного отключения оборудования наибольшее распространение в литейных и терми­ческих цехах получили системы защиты электродвигателей от перегрузок и короткого замыкания, нулевая защита, защита при обрыве троллейных проводов и другие, принцип которых будет рассмотрен ниже.

Защита в схемах управления электроприводами предназна­чена для предотвращения повреждения электрооборудования. Устройство защиты устанавливают как в силовых цепях, так и в цепях управления. К основным видам защиты в электроприводе относятся: защита от короткого замыкания; максимальная за­щита, срабатывающая даже при кратковременном превышении установленного значения силы тока; защита двигателей от пере­грузок, если сила тока длительно превышает ее номинальное зна­чение; защита от перенапряжения, возникающего в электриче­ских цепях.

Защита от короткого замыкания обеспечивает немедленное отключение цепи, в которой произошло короткое замыкание или чрезмерное увеличение силы тока. Защита осуществляется с по­мощью плавких предохранителей (рис. 109, а), автоматических выключателей с электромагнитными расцепителями (рис. 109, б) и тепловых реле (рис. 109, в).

Защита плавкими предохранителями трехфазной силовой цепи двигателя обладает большим недостатком. При перегорании од­ной из вставок двигатель будет работать на двух фазах, что при­ведет к его перегреву. Этого недостатка лишена защита автома­тическими выключателями. При их срабатывании отключаются все три фазы питающего напряжения..

Защита двигателя от перегрузки током предназначается для предотвращения перегрева двигателя при продолжительном режиме работы.

Рис. 110. Схемы защиты элек­тродвигателя от длительных нагрузок с помощью тепло­вых реле

Для этого в цепи трехфазного двигателя вклю­чаются два однополюсных или одно двухфазное тепловое реле. Тепловые элементы (нагреватели) этих реле включаются в цепи двигателя, как правило, после главных контактов магнитного пускателя или контактора (рие. 110).

Защита от длительных перегрузок может также осуществляться и автоматами и тепловыми расцепителями.

Схема защиты от перенапряжения выполняется на реле мак­симального напряжения, катушка которого включается в измери­тельную электрическую цепь. Необходимость такой защиты воз­никает при питании электроприводов от отдельных генераторов или преобразователей.

Нулевая защита — это такой вид защиты, который исклю­чает возможность самопроизвольного включения электродвига' теля после исчезновения напряжения или чрезмерного его сни­жения. При управлении двигателем с помощью кнопок по схемам, приведенным на рис. 108, такую защиту осуществляют магнитные пускатели КМ1 и КМ2. В этих схемах после отключения магнит­ных пускателей, замыкающих контакты КМ 1.1 и КМ2.1, вклю­чение параллельно пусковых кнопок 5В/ и БВЗ при появлении напряжения на схеме не позволяет включаться магнитным пуска­телям, так как цепи включения катушек разомкнуты.

Если управление электроприводом “Осуществляется переклю­чателем с фиксированным положением, то нулевая защита обес­печивается включением реле напряжения КУ (рис. 111). Реле включается в исходном положении переключателем, становится на самопитание и через замыкающий контакт создает цепь пита­ния магнитных пускателей КМ1 и К М2. При срабатывании