Автоматические аппараты для коммутации силовых цепей

Основным из них является контакторы – это аппараты, обеспечивающие питание напряжением силовые цепи эл/оборудования (ЭД).

КМ – контактор при подаче напряжения Uу через кнопку управления КУ на обмотку 1, сердечник 2 из листовой стали, при этом намагничивается и притягивается якорь 3 из того же материала.

Вал 4 поворачивается и подвижная часть контакта 5 замыкается с неподвижной. На валу 4 также могут быть и вспомогательные или блок-контакты. Главные силовые контакты выполняются с накладками в виде «сухарей» из красной холодно тянутой меди, прикрепляются винтами. Для маломощных контакторов накладки выполняются металлокерамическими из сплава кадмия с серебром или медью. Эти контакторы могут выполнятся прямоходовыми. Изображенный контактор является прямоходовым. Катушка контактора выполняется с большим числом витков малого диаметра, т.е. с большим сопротивлением, поэтому Iу = 100 – 300 мА.

Условное обозначение:

Контакторы различаются по:

А) роду тока главных контактов (переменный или постоянный)

Б) току цепи управления: постоянный (24 В) или переменный (110 В)

В) категории применения

для переменного тока АС-3 с отключением при ωном ,Iном , Мном , Iвкл=6 Iном для динамического торможения

АС-4 с отключением при ω=0 и Iвкл/откл= 6 Iном для торможения противовключением.

Автоматические аппараты для цепей управления

Они разнообразны в зависимости от используемых явлении: электрические, магнитные, механические, тепловые, газовые, жидкостные, оптические и т.д. Так же комбинированные. Наиболее распространенными являются реле, которые предназначены для выполнения логических  и измерительных функции с токами

. Наиболее распространены электромагнитные реле.

На катушку 1 подается напряжение УУ ,в сердечнике 2 возникает магнитный поток, который  замыкается через ярмо 3 и якорь 4, который притягивается к сердечнику 2. при этом подвижный контакт 5 замыкается с неподвижным контактом 6, обеспечивая коммутацию выходного напряжения

. Пружинные контакты закреплены в пластмассовой стойке 7. пружина 8 служит для возврата якоря и контакта 5 при отключении реле. Наконечник 9 латунный используется для устранения залепания якоря. Медное кольцо 10 обеспечивает запас электромагнитной энергии и при отключении, особенно в реле времени может обеспечить выдержку времени при отклучении.

Основной характеристикой реле является статическая или релейная характеристика.

При изменении тока управления Iу (Uу) от 0 до тока срабатывания Iср при Uвых = 0. При Iср Uвых скачком изменяется до UК (напряжения коммутации). При дальнейшем увеличении Iу (Uу) Uвых не меняется. При уменьшении Uу при Iотп происходит отключение реле, т.е. Uвых = 0.

Характеристика определяет коэффициент возврата

, либо

.

При КВ → 1 способность к быстродействию реле повышается.

По чувствительности, т.е. по

 реле:

А) высокочувствительные – мощность управления     Ру < 10 мВт

Б) среднечувствительные -                                              Ру < 5 мВт

В) никочувствительные -                                                 Ру < 10 – 20 Вт

По разрывной или коммутационной мощности

 реле бывают:

А) сильноточные             РК > 500 Вт

Б) промежуточные           РК <= 150 Вт

В) слаботочные                РК < 50 Вт

Реле характеризуется износостойкостью. Механическая износостойкость Nмех – это допустимое число циклов величин отключения без тока в коммутируемых контактах, обычно Nмех >= 2 ·106.

Коммутационная износостойкость – допустимое число циклов с током в коммутируемых контактах, обычно Nком >= 2 ·106.

Применение технологии промышленных шин

Применение технологии промышленных шин знаменует собой совершенно новую эпоху в управлении процессами. Одним из наиболее значительных последствий этого является смещение интеллекта вниз по уровням систем автоматизации. В результате несложные задачи контроля переходят из централизованной системы управления на нижний уровень.

Системы с централизованным управлением требуют, чтобы датчики  подключались к центральной системе управления отдельными (и довольно дорогими) высококачественными кабелями. В противоположность этому в системе на базе промышленной шины рядом с датчиками располагают один интеллектуальный модуль, преобразующий сигналы датчиков в цифровую последовательность и передающий их в этом виде в систему управления по первой общей шине. Прокладка и развертывание промышленных шин обходится при этом значительно дешевле.

Век «самодельных» систем управления различными техпроцессами заканчивается. Сегодня никакой производитель не может поставить всю номенклатуру требующихся в современной системе управления устройств. От специалистов по автоматике требуются сейчас умение применить для построения собственных систем высокотехнологических изделий разных компаний и, естественно, эти изделия должны быть совместимы.

В области программно-математического обеспечения в совркеменной системе управления определены такие новые подходы, как представление функций процесса управления в виде независимых задач (объектов). Такой подход определил новый этап в разработке программно – математического обеспечения – этап объектно-ориентированного программирования.

В системах управления, созданных на основе объектного программирования внедряется новая технология отношений между объектами под названием «Клиент – Сервер».

Понятие «Клиент» трактуется как любой объект или система, который для своего функционирования вынужден обращаться за услугой к другой системе, называемой «Сервером».

Сервер должен обладать набором срецтв для реализации запрашиваемых клиентом услуг, обеспечить сервис при выполнении запросов клиента. В общем случае один сервер может обслуживать несколько клиентов.

Объектно-ориентированное программирование позволяет создавать «открытые системы» управления с модульным программно-математическим обеспечением. Технология такого программирования называется СОМ (Component Object Model) технологией.

Цель изучения курса компьютерного управления МС – освоение общих принципов построения компьютерных систем управления для решения технологических задач автоматизированного производства.

Ручные аппараты для коммутации цепей управления

Работа технологического оборудования начинается с выбора режима работы, способа управления, подключения необходимых приводов, вспомогательных устройств (смазки, выбор инструмента, уборка стружки), а также устройств контроля, сигнализации и освещения. Для этого используются кнопки управления, выключатели, переключатели и т. д.

Основой этих аппаратов являются электрические контакты. По конструкции они бывают: а) мостиковые

Подвижные контакт премещается толкателем 3 и замыкается с неподвижным контактом.

X0 – раствор контакта

Могут образовываться искры или дуги при замыкании и размыкании.

б) рычажные

Подвижный контакт 1 перемещается толкателем и замыкается с «неподвижным», который являясь пружиной смещается на величину провала Xn. 4 – диэлектрическая стойка для закрепления контактов.

в) электромагнитные

Пружинные контакты 1 (посеребренные) запаяны в стеклянную колбу 2 заполненную инертным газом. При подаче на обмотку 3 напряжения контакты притягиваются, т. к. через них замыкается магнитный поток. Это герметизированные контакты – герконы.

По принципу действия и обозначению контакты могут быть:

а) замыкающими

б) размыкающими

в) силовой

Кнопками управления называются аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель.

Условное графическое изображение и обозначение.

Кнопки управления различают по числу контактов (1-4) по виду толкателя (цилиндр, прямоугольный, грибовидный).

Кнопки управления могут иметь надписи или пиктограммы (графические изображения).

Кнопки управления объединяются в станции, в них кнопки включающие движение утапливаются под лицевую панель. Кнопки отключающие движение – выступают.

Переключатели могут быть пакетными, кулачковыми, универсальными и могут обеспечить и переключении до 48 элементов цепей одновременно, то есть это поворотные, барабанные и так далее. Такие аппараты называют иногда коммандоконроллерами.

Назначение и классификация устройств управления УУ

СУТО – система управления технологией оборудования, действующее на базе устройств ЧПУ управляет через УУ исполнительными органами технологического оборудования ИОТО. При этом решается логическая задача УЧПУ.

Команды типа «вкл-выкл», «пуск-стоп», «закрыто-открыто».

УУ предназначается для переработки входных сигналов, их хранения, преобразования, распределения и передачи на исполнительные органы технологического оборудования.

Выполняется в виде устройств электроавтоматики на базе электроаппарата (реле, кнопок управления, контакторов и т. д. ).

Размещается УУ в электрошкафах, пультах, панелях.

Классификация УУ:

1.  По напряжению

а) низкого напряжения U < 1000 В

б) высокого напряжения U ³ 1000 В

2.  По величине тока

а) управления (сигнализации, контроля, освещения) I £ 10 А

б) силовые  I > 10 А

3.  По назначению

а) управление (сигнализация, контроль, освещение)  I £ 10 А

б) устройство питания и защиты  I > 10 А

4.  По виду объекта управления.

а) для управления электрооборудованием

б) управление распределительными сетями

5.  По наличию механических элементов

а) контактные (электромеханические или коммутационные

б) статические или бесконтактные

6.  По принципу управления

а) ручные

б) автоматические или дистанционные

Показатели частотного регулирования

в) Регулирование бесступенчатое

Стабильность высокая. Экономичность хорошая, требуется специальная система частотного управления, что удорожает ЭМС.

Направление регулирования вверх и вниз от номинальной при постоянной мощности и моменте. Используя привода главного движения и подачи в станках с ЧПУ.

Способы торможения АД в ЭМС.

1.  Генераторное торможение.

2.  Динамическое торможение.

3.  Торможение противовключением.

1 – механическая характеристика (МХ) в двигательном режиме

1. Генераторный режим торможения возникает при переключении обмоток статора в соединении 2-й звездой на соединение звездой или D, т. е. С большей скорости на меньшую. При этом w1 уменьшается в 2 раза и двигатель переходит из точки А на работу в точке В механической характеристики генераторного торможения. Здесь возникает тормозной момент MTB,  действующий на вращающийся с большой скоростью w2 ротор и затормаживающий его АД переходит из точки В в точку С двигательного режима. Этот режим называется также рекуперативным и возможно снимать энергию с обмоток статора если есть соответствующие устройства.

2. Режим динамического торможения возникает когда отключают переменное напряжение и включают 2 обмотку статора на положительное напряжение. Магнитное поле Ф становится и при взаимодействии с током вращающегося по инерции ротора создается тормозной момент MТР. Под действием этого момента АД затормаживается до нуля.

3. Торможение противовключением
возникает когда меняется порядок чередования токов в 2-х фазах. Магнитное поле Ф меняет направление вращения на противоположное и взаимодействие с токами вращающегося по инерции ротора, затормаживает его под действием момента MТЕ. Ротор АД затормаживается до w2=0 и если не отключить питание, то происходит реверсирование АД (он начинает вращаться в обратном направлении)

Введение

Современные системы автоматизированного производства имеют одну общую базу – они относятся к классу устройств вычислительной техники.

Вычислительную технику применяют для решения 2-х существенно различающихся задач: вычислительных (задач машинного масштаба времени) и управленческих (задач  реального масштаба времени).

Особенность управления от ЭВМ в том, что этот процесс поддерживается десятками, а иногда и сотнями программ, которые должны быть синхронизированы между собой и согласованны с управляемым объектом.

Указанная особенность предопределяет специфику аппаратного построения программно-матаматического обеспечения, управляющей ЭВМ.

Промышленная автоматизация переживает сейчас большие изменения. Пользователи постепенно отходят от практики применения собственных систем и начинают обращать внимание на распределенные системы (distributed control system).

Эта система, состоящая из нескольких взаимосвязанных, как логически так и физически, компьютерных локальных систем управления, каждая из которых функционирует независимо, но пользуется общими ресурсами и услугами, принадлежащими всей системе. Функционально распределенные системы управления представляют собой вычислительную сеть, в которой для сбора данных и обмена информацией служат промышленные шины.

Промышленная шина – это коммуникационная сеть, объединяющая несколько промышленных систем. Промышленная шина должна поддерживать режим реального времени – качество отсутствующее в офисных локальных сетях. Промышленные шины обладают определенными характеристиками, делающими их пригодными для использования в промышленном окружении, а именно:

1.  работа в реальном времени

2.  поддержка больших расстояний между узлами

3.  защита от эл/магнитных наводок

4.  прочная механическая конструкция

Многие промышленные шины опираются на стандарт RS 485 двухпроводникового канала, обеспечивающего взаимосвязь нескольких устройств на расстояниях до нескольких сотен метров. Скорость передачи на промышленных шинах достигает 12 Мбит/с.

(шина PROFIBUS)

В распределенных промышленных системах между собой связанны сетевые узлы самых разных типов, с разными расстояниями передачи данных да и типами самих данных.

Частоты в спец. АД с к.з. ротором)

В обмотке статора индуцируется ЭДС

 которая должна быть

U1 (220,380В). Если увеличивать f1 (

), то снижается магнитный поток и момент, что недопустимо. Если уменьшать

, то Ф=Фмах  не может увеличиваться значит снижается

 , что тоже плохо, поэтому надо менять 2  параметра

.Сохраняя перегрузочную способность АД, т. е.

MK – критический момент 

;  

  Þ   

т. е.

 - закон частотного регулирования

а)

 - закон регулирования при M=const

Регулирование скорости вращения изменением числа пар полюсов

Используется в АД с короткозамкнутым ротором т.к. с фазным ротором АД  необходимо изменять

 как в статорной так и роторной обмотке одновременно.

Обычно используется переключение статорной обмоток  с                 ,         или

А также использование дополнительных обмоток для

 и

 скоростных двигателей.

Пример соединения 1 витка обмоток:

2p = 4 – 4 полюса.

2Х скоростной – 1500/150

3Х скоростной – 3000/1000/500

Стабильность регулирования высокая.

4. Экономичность 2 и 3 обмоток у

скоростных двигателей не работает, поэтому дополнительные обмотки не работают, но увеличивают объем двигателя. Направление регулирования вверх и вниз при постоянной мощности и моменте. Используется в приводах главного движения(в токарных станках).

Способы регулирования скорости вращения АД в ЭМС

. Регулирование скорости вращения АД может осуществляться изменением:

а) скольжения S;  б) числа пар полюсов р;  в) частоты питающего напряжения f1

.

Реостатное регулирование скорости АД (за счет скольжения S).

,  где

 - электрические потери в роторе; 

 - потери электромагнитные. Вводя

 в обмотку ротора, можно изменить

, а следовательно скольжение. Это может быть реализовано только в АД с фазным ротором.

КМ1, КМ2 – контакты контакторов. Если контакты контакторов КМ1, КМ2 разомкнуты, то

. Если замкнуты контакты КМ2, то

. Если замкнуты все контакты, то

.

а)

;  при

;

б) плавность регулирования: ступенчатое изменение

;

в) стабильность регулирования низка и ухудшается (понижается) при увеличении R;

г) экономичность регулирования: КПД при повышении R снижается, т.к. увеличиваются потери

;

д) регулирование вниз от номинальной скорости при постоянном моменте.

Используется при вентиляторной нагрузке.