Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

Для примера рассмотрим упрощенную кинематическую схему рычажного толкателя (рис. 100). При вращении колеса 5 по ча­совой стрелке рычаг 4 поворачивает рычаг 1 вокруг оси О, за­ставляя тем самым башмак 3 с помощью рычага 2 совершать по­ступательное движение. При дальнейшем вращении колеса 5 изменяется направление движения рычага /, и башмак возвра­щается в исходное положение, после чего двигатель должен оста­новиться. Рассмотренный механизм является типичным представи­телем двухтактного устройства. В первом такте механизм вклю­чен и работает. Во втором такте он не работает. Такт, в котором механизм не работает, называют нулевым. Хотя башмак полностью совершает возвратно-поступательное движение (вперед-назад), для привода можно использовать нереверсивный электродвигатель.

Схема управления электродвигателем рычажного толкателя (рис. 10.1) состоит из двух частей (на рис. 101 они разделены штри­ховой линией): силовой схемы и схемы управления.

Рассмотрим назначение элементов силовой цепи. Трехфазный ток поступает на выключатель ОБ, обеспечивающий отключение питания электродвигателя в случае ремонта или выхода из строя магнитного пускателя. Далее ток проходит через автоматический выключатель, расцепитель С?/⁷ которого показан на схеме. Он предназначен для защиты и отключения питания привода при то­ках короткого замыкания. Главные контакты магнитного пуска­теля КМ включают или отключают обмотку электродвигателя М.

Тепловые реле КК1 и КК2, нагревательные элементы которых показаны в силовых цепях, предназначены для защиты электро­двигателя от длительных перегрузок.'

Схема управления работает следующим образом. При нажа­тии на пусковую кнопку 5В/ возбуждается катушка магнитного пускателя КМ и, следовательно, замыкаются контакты КМ си­ловой цепи, и в обмотку двигателя поступает электрический ток. Ротор двигателя приводится¹ во вращение, и башмак толкателя начинает свое движение вперед. При этом он отходит от рычага конечного выключателя Б(2, и контакты его замыкаются. Когда пусковая кнопка БВ1 будет отпущена и ее контакты разомкнутся, катушка КМ магнитного пускателя будет получать питание элек­трическим током через контакты конечного выключателя БС}. Совершив движение вперед и затем назад, башмак толкателя наж­мет на рычаг конечного выключателя 3(2, контакты его разом­кнутся, и катушка КМ обесточится. Это приведет к размыканию контактов КМ в силовой це'пи и остановке электродвигателя.

Рассмотренная схема содержит силовые цепи и цепи управле­ния. В дальнейшем будут рассматриваться только схемы управ­ления. ¹

По функции, т. е. по назначению, Все элементы, участвующие в работе схемы, можно разделить на +ри группы: управляющие контакты, промежуточные элементы й^: исполнительные элементы.

Управляющими контактами называются элементы, с помощью которых подаются команды (кнопки управления, переключатели, конечные выключатели, первичные преобразователи, контакты реле и др.).

Само название промежуточные элёменты говорит о том, что они занимают промежуточное положение между управляющими и исполнительными элементами. В релейно-контактных схемах к ним относятся реле времени и промежуточные реле, а в бескон­тактных схемах — логические элементы.

Исполнительные элементы — это исполнительные механизмы. Однако при разработке схем управления используются не сами исполнительные механизмы (электродвигатели или нагреватель­ные элементы), а включающие их устройства, т. е. магнитные пус­катели, контакторы и т. п.

Все управляющие контакты по их функциональному принципу делятся на пять видов: пусковой контакт кратковременного дей­ствия (ПК); пусковой контакт длительного действия (ПД); оста­новочный контакт кратковременного действия (ОК); остановоч­ный контакт длительного действия (ОД); контакт пуск — оста­новка (ПО). Эти контакты называют основными.

Циклограммы работы всех типовых контактов при управлении циклическими механизмами приведены на рис. 102. Каждый из пяти контактов начинает работу (замыкаегся) и заканчивает ее (размыкается) в определенные моменты времени. Так, пусковые контакты начинают свою работу вместе с началом рабочего хода,

Рис. 102. Циклограмма работы управляющих контактов

но контакт ПЬС заканчивает свою работу во время рабочего хода, ПД — во время паузы, т. е. они отличаются друг от друга только моментами выключения (размыкания). Остановочные контакты, которые в отличие от пусковых заканчивают свою работу одно­временно с концом рабочего хода, различаются моментами вклю­чения (замыкания). Остановочный контакт О К начинает свою ра­боту во время рабочего хода, а контакт ОД — в период паузы. Только контакт ПО начинает свою работу вместе с началом рабо­чего хода и заканчивает с его концом.

С помощью рассмотренных пяти основных контактов можно получить четыре схемы управления исполнительными и промежу­точными элементами, которые получили название типовых схем (рис. 103).

Первая типовая схема (рис. 103, а) имеет только один управ­ляющий контакт ПО. Если он замкнут, то через исполнительный элемент X протекает электрический ток, а если разомкнут, то ток отсутствует. Контакт ПО имеет свое самостоятельное значение, а все остальные контакты должны быть использованы парами (пусковой и остановочный).

Вторая типовая схема имеет два управляющих контакта

длительного действия: ПД и ОД (рис. 103, б).

Третья типовая схема состоит из пускового контакта ПК

и остановочного контакта ОД; кроме управляющих контактов

в эту схему обязательно должен быть включен блокировочный контакт х, через который исполнительный элемент X будет про­должать получать питание после размыкания пускового кон­такта ПК (рис. 103, в).

Четвертая типовая схема базируется на двух контактах кратко­временного действия: пусковом ПК и остановочном ОК, включен­ных параллельно (рис. 103, г).

Рис. 103. Типовые схемы управление исполнительными и промежуточными схемами

Приведенные четыре типовые схемы позволяют (как бы из кубиков) составлять сложные параллельно-последовательные кон­тактные схемы управления. Так, например, рассмотренная схема управления рычажным толкателем (см. рис. 101) основана на четвертой типовой схеме. В ней в качестве пускового контакта кратковременного действия используют пусковые кнопки БВ1, а в качестве остановочного контакта кратковременного действия — конечный выключатель Б(2.

При составлении схемы управления интуитивным методом необходимо правильно определить тип управляющего контакта, т. е. длительность его действия.

Рассмотрим пример разработки интуитивным методом схемы управления с помощью типовых схем.

Пусть требуется разработать полуавтомат для управления индуктором и спреерным устройством установки, предназначен­ной для нагрева изделия токами высокой частоты и последующего его охлаждения струями воды. Время нагрева изделия в индук­торе 12 с, а время охлаждения 8 ч. Изделие устанавливают в ин­дуктор вручную.

Сначала проведем анализ работы полуавтомата и определим все исполнительные и промежуточные элементы. Рабочий вручную устанавливает изделие в индуктор и нажимает на пусковую кнопку. В этот момент включается индуктор и начинается нагрев изделия. Одновременно должно включиться и реле времени, отсчитывающее время нагрева (12 с). Это реле времени (точнее, его контакты) выключает индуктор и включает спреерное устрой­ство, подающее воду для закалки. Одновременно должно вклю­читься второе реле, отсчитывающее время охлаждения, т. е. от­ключающее спреерное устройство. Таким образом, необходимо управлять четырьмя элементами: индуктором, спреерным устрой­ством и двумя реле времени. Индуктор включается и выключается с помощью контактора, следовательно, необходимо управлять последним. Спреерное устройство управляется электромагнит­ным краном. Обозначим катушку (обмотку) контактора КМ1, катушку электромагнитного крана КМ2, а катушки реле времени соответственно КТ1 и КТ2. Таким образом, мы имеем два испол­нительных элемента: КМ1 и К М2, и два промежуточных эле­мента: КТ1 и КТ2.

Из проведенного анализа следует, что сначала должен начаться нагрев, т. е. возбудится катушка КМ1. В качестве пускового кон­такта используется пусковая кнопка Б В (кратковременного дей­ствия). Таким образом, применима либо третья, либо четвертая типовая схема. Пусть индуктор выключается контактами реле времени КТ 1.1, которые в данном случае являются контактами длительного действия. Поэтому выбираем третью типовую схему. Одновременно с катушкой магнитного пускателя КМ1 необхо­димо включить реле времени КТ1, что очень просто сделать, со­единив их параллельно.

Рис. 104. Схемы управления:

а — индуктором и реле времени нагрева; б — спреериым устройством и реле времена охлаждения; е установки в целом

Рассмотрим работу полученной схемы (рис. 104, а). При на­жатии на пусковую кнопку 5В возбуждается катушка контактора КМ1, т. е. начинается нагрев изделия. Одновременно возбуж­дается катушка реле времени КТ1 и начинается отсчет времени нагрева. С помощью блокировочного контакта КМ 1.1 напряже­ние на катушке КМ1 будет удерживаться и после отпускания пус­ковой кнопки БВ, т. е. после размыкания ее контактов. По исте­чении времени нагрева сработает реле времени КТ1, его контакт КТ1.1 разомкнется. Это приведет к обесточиванию катушки КМ1 (нагрев изделия закончится). Теперь необходимо включить спре- ерное устройство. Его включить может реле времени КТ1 путем замыкания контакта. Включив спреерное устройство, реле вре­мени КТ1 отключается. Следовательно, замыкающий контакт КТ 1.1 будет являться контактом кратковременного действия. Поэтому вновь воспользуемся третьей типовой схемой.

Одновременно со спреерным устройством необходимо вклю­чить реле времени КТ2, отсчитывающее время охлаждения. Для этой цели воспользуемся примененным приемом и включим ка­тушку реле времени КТ2 параллельно катушке К М2. Таким об­разом получим вторую схему управления (рис. 104, б). Объеди­няя две схемы (рис. 104, а и б), получим общую схему управле­ния (рис. 104, в).

Рассмотрим теперь работу схемы в целом (рис. 104, в). При нажатии на пусковую кнопку БВ возбуждаются катушки кон­тактора КМ1 и реле времени КТ1, начинается нагрев изделия. Через 12 с реле времени КТ1 сработает, и его контакты в цепи 1 разомкнутся, а в цепи 2 замкнутся. Начнется процесс охлаждения изделия. Одновременно с катушкой КМ2 электромагнитного крана возбудится реле времени КТ2, отсчитывающее время ох­лаждения. При размыкании контакта КТ2.1 (цепь 3) кран К М2 и реле времени КТ2 выключаются, и схема возвращается в ис­ходное положение.

Полученная схема управления индуктором и спреерным уст­ройством разработана интуитивным методом. Однако нет никаких доказательств, что эта схема будет верна и оптимальна. Вопрос

о работоспособности схемы можно будет решить только после ее изготовления и тщательной экспериментальной проверки. Именно это является самым большим недостатком интуитивного метода. Отмеченный недостаток отсутствует у аналитического метода.

8. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАЗРАБОТКИ

СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Аналитический метод появился в сороковые годы, однако он и до настоящего времени не оформился в широко при­меняемую теорию, что объясняется его сложностью. Аналитиче­ский метод базируется на элементах алгебры логики. Поэтому, прежде чем приступить к его изложению, остановимся на неко­торых положениях алгебры логики.

Алгебра логики — раздел математической логики, который рас­сматривает применение математического аппарата к логике. Алгебра логики — алгебр'Ё высказываний, причем под высказы­ванием понимается любое суждение, предложение или понятие, но с одним условием — оно должно быть в данный момент либо истинным, либо ложным и не может быть одновременно и тем, и другим. Обычно истинному высказыванию приписывается значе­ние единицы (1), а ложному — значение ноль (0).

Переменные в алгебре логики имеют свою специфику. Они обязательно имеют два состояния, одно исключающее другое. Например, «включено—выключено» или «замкнуто—разомкнуто».