Лекция №6 Устройства контроля аппаратуры автоматического управления

Теоретические вопросы:

6.1 Устройства контроля

6.2 Устройства для контроля скорости вращения вала

6.3 Устройства для контроля параметров реле

6.1 Устройства контроля

В промышленности одной из основных задач является задачи контроля, под которыми понимают нахождение соответствия размеров деталей техническому условию и заданному допуску. Результатом контроля является заключается о том, в каком интервале находится измеряемое значение детали.

Возможность контроля параметров срабатывания рассмотренных ранее устройств осуществляют методом измерительных преобразований, под которым понимают операцию преобразования одной или нескольких входных величин в величину, содержащую информацию о значении измеряемой величины. В самом же современном технологическом оборудовании для контроля перемещения (положения) элементов оборудования по шести координатам устанавливают специальные устройства, назначение которых – непрерывное измерение величины или скорости перемещения объекта, образование и передача на пульт управления дискретных или непрерывных сигналов обратной связи.

Для контроля геометрических параметров деталей и механизмов, положения рабочих органов применяются механические, оптико-механические, электрические, фотоэлектрические, пневматические и другие измерительные приборы и устройства. Измерительные системы состоят из датчика обратной связи или комплекса датчиков и схем формирования сигналов.

Датчик служит для преобразования величины контролируемого перемещения в систему первичных сигналов и состоит из чувствительного элемента, преобразователя и схемы формирования.

Схемы формирования выходных сигналов преобразуют первичные сигналы, поступающие от преобразователя, в систему выходных сигналов о перемещении с требуемой дискретностью и точностью.

При изготовлении деталей массового или серийного производства широко используются системы автоматического управления, которые в зависимости от выполняемой ими задачи делят на системы автоматического контроля и автоматического регулирования технологического процесса.

При проектировании схем автоматического управления ввиду исключительно тяжелых условий, в которых работает кузнечно-штамповочное оборудования, предъявляют особое требования к датчикам, которые по характеру выполняемых функций можно классифицировать следующим образом:

1) положения – путевые и конечные выключатели;

2) числа (количества) заготовок;

3) толщины листа;

4) объема или веса заготовки;

5) наличия или отсутствия заготовки;

6) уровня;

7) давления (усилия).

6.2 Устройства для контроля параметров реле

Для контроля параметров срабатывания и возврата реле применяют аппараты, содержащие формирователь испытательного сигнала в виде непрерывно изменяющегося напряжения и выполняемое на основе схем заряда конденсатора.

Длительность процесса контроля в этих устройствах определяется временем нарастания (снижения) напряжения на выходе формирователя от начального значения до уровня, при котором происходят срабатывание (возврат) контролируемого реле.

Скорость изменения этого напряжения ограничена сверху необходимостью обеспечения допустимого уровня динамической погрешности контроля, обусловленной инерционностью процесса срабатывания (возврата) реле.

Величина этой погрешности численно равна изменению напряжения на входе реле за время его срабатывания (возврата) реле. Заряд накапливающего конденсатора осуществляется от источника ЭДС или от источника тока.

В рассматриваемых устройствах осуществляется закон изменения напряжения на входе реле

, (6.1)

где U₀ – начальное значение напряжения, k - коэффициент пропорциональности; t – текущее время.

Отличительной особенностью того или иного устройства рассматриваемого класса является время контроля, сокращение которого может достигаться тем, что в формирователь непрерывно изменяющегося напряжения вводится управляемый делитель напряжения, подключенный к выходу операционного усилителя, управляющий вход управляемого делителя напряжения соединяется с органом управления, выход управляемого делителя напряжения через резистор и ключ соединения с неинвертирующим входом операционного усилителя, который также соединен с органом управления и конденсатором (рис. 12).

Рис. 12. Схема устройства

Описываемое устройство состоит из органа управления и контроля 1, формирователя 2 непрерывно изменяющегося напряжения, усилителя мощности 3. Формирователь 2 состоит из операционного усилителя 4, конденсатора 5, резистора 6, ключа 7, управляемого делителя напряжения 8.

Контролируемое реле 9 подключается к выходу усилителя мощности. Входное сопротивление операционного усилителя при этом должно быть достаточно большим.

6.3 Устройства для контроля скорости вращения вала

К настоящему времени известны разнообразные конструкции устройств контроля скорости, общим в которых является наличие диска с прорезью, связанного с валом контролируемой машины, с одной стороны которого размещаются два магнитоуправляемых контакта, напротив которых с другой стороны диска установлены управляющие магниты.

Однако основным недостатком подобных устройств магнитоиндуктивного типа является то, что они громоздки и ненадежны ввиду того, что выходной сигнал от датчиков из-за малой мощности требует преобразования в усилителе, что усложняет устройство и повышает стоимость.

Упрощение конструкции подобных устройств может быть достигнуто тем, что в устройство могут быть введены два реле времени, а в диске прорезь может выполняться в виде сектора, угол которого меньше 180⁰, магнитоуправляемые контакты расположены относительно оси диска диаметрально противоположно и каждый подключен к исполнительному механизму через соответствующее реле времени.

Рис. 13. Устройство контроля скорости вращения вала и принципиальная электрическая схема

Современные устройства контроля скорости вращения (рис. 14) устанавливаются на конец вала с помощью соединительной муфты.

Рассматриваемое устройство обрабатывает частоту входного сигнала в пределах от 0,1 Hz до 25 kHz и включает контакты реле при превышении или понижении заданной частоты или при остановке. При помощи 7-полюсного DIP-переключателя, вращающегося BCD-переключателя, одной кнопки и 2-х светодиодов устройство можно легко программировать и контролировать.

Прибор легко и просто крепится на шину С-образного или шляпо-образного сечения.

Светодиод светит красным цветом, когда выход активен. Светоизлучающий диод светит зеленым цветом, когда идет приём сигналов.

а)	б)

Рис. 14. Установка устройства контроля скорости вращения вала а) и внешний вид устройства б)

Вопросы для самоподготовки

• Устройства контроля

• Устройства для контроля скорости вращения вала

• Устройства для контроля параметров реле

ЧАСТЬ 2 ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ МАШИН

Лекция №7

Задачи проектирования электрооборудования

Теоретические вопросы:

7.1 Проектирование и монтаж электрооборудования

7.2 Выбор мощности привода

7.1 Проектирование и монтаж электрооборудования

Проект электрического оборудования кузнечно-штамповочной машины состоит из следующих частей:

1) технические условия на проектирование;

2) принципиальная электросхема;

3) спецификация электрического оборудования;

4) схема размещения электрооборудования на машине;

5) чертежи узлов с размещением электрооборудования;

6) проект шкафа управления;

7) монтажная электросхема;

8) чертежи электроаппаратуры;

9) описание электрооборудования.

В технических условиях указывают: назначение, мощность и скорость вращения всех электродвигателей; необходимость их реверса или торможения; требуемые формы управления электродвигателями; необходимые блокировки, степень и формы автоматизации и требования по технике безопасности. При составлении принципиальной схемы стремятся к наименьшему количеству аппаратов и контактов. При этом уменьшается стоимость и возрастает надежность схемы. Схему следует построить так, чтобы ни при каких условиях не могло быть самопуска машины, чтобы по возможности не происходило никаких действий при неправильном нажатии кнопок. Кроме того, нужно, чтобы в случае перегорания предохранителей, приваривания контактов или при неожиданных поломках аппаратуры не могло бы возникнуть аварий или травм. Принципиальную схему обычно снабжают диаграммами или таблицами положений переключателей (рис. 15 и 16). Принципиальная схема электрооборудования иногда снабжается также перечнем аппаратуры. Все зажимы аппаратов и провода, постоянно соединенные друг с другом, обозначают одним и тем же буквенным, цифровым или комбинированным индексом.

Рис. 15. Схема электрическая принципиальная

Рис. 16. Пример оформления таблицы режимов работы электрооборудования пресса

Чертежи узлов с размещением электрооборудования специально не разрабатывают. Вместо этого при конструктивной разработке того или иного узла машины вычерчивают также и установленное на этом узле электрооборудование. Специально разрабатывают лишь дополнительные – поясняющие чертежи. Спецификация электрооборудования составляется на основе принципиальной схемы. Размещение электрооборудования производится после его выбора и составления принципиальной схемы.

Обычно электроаппаратуру размещают в шкафах управления, которые устанавливают вблизи кузнечно-штамповочной машины. Шкафы стандартизируют и при невозможности размещения всего электрооборудования в одном шкафу его размещают в двух или трех стандартных шкафах.

На рис. и покажем пример оформления сборочного чертежа электрошкафа. Если электрооборудование состоит из или содержит ряд однотипных узлов, то эти узлы собирают заранее в виде отдельных панелей с аппаратурой – так называемых блоков.

Блочный монтаж применяют также при выпуске однотипных машин в порядке крупносерийного производства. Блоки с аппаратурой, чувствительной к сотрясениям, амортизируют посредством эластичных прокладок или пружин.

Электроэнергия подводится в шкаф управления (рис. 17) чаще всего от системы цеховых шинных сборок, представляющих собой три изолированные металлические полосы, заключенные в общий кожух, укрепленный на стенах, колоннах цеха или на специальных стойках. Во многих случаях ввод делается от кабельной сети цеха, открытой подводки и проводов, уложенных в каналах.

Во избежание случайных прикосновений к токоведущим частям электрооборудования шкафы управления снабжают замком. Иногда устанавливают механическую блокировку, которая позволяет открыть шкаф только тогда, когда вводный

Рис. 17. Электрошкаф

Рис. 18. Схема электрическая электрошкафа

рубильник отключен и, следовательно, все электрооборудование машины не находится под напряжением.

Для управления прессом проектируется узел «Пульт управления» (рис. 19).

Рис. 19. Пульт управления кузнечно-прессовой машиной

На основании принципиальной схемы и эскиза размещения электрооборудования составляют монтажную схему. В отличие от принципиальной схемы на монтажной расположение отдельных аппаратов и их элементов должно точно соответствовать их будущему фактическому размещению.

Аппаратура, расположенная в шкафу обводится на схеме сплошной линией (рис. 20). Провода, идущие в одном направлении, объединяют в пучки и вычерчивают на монтажной схеме одной жирной линией.

К монтажу электрооборудования предъявляются следующие основные требования. Все металлические элементы электрооборудования, не несущие тока (корпуса, кожухи, шкафы, трубы и т.д.), должны быть надежно заземлены. На кузнечно-штамповочных машинах все заземления должны быть выполнены с особой тщательностью, учитывая возможность нарушения заземлений в связи с ударами и сотрясениями.

Рис. 20. Монтажная схема шкафа управления

Чертежи электроаппаратуры и приспособлений, изготовленных специально для данной машины, включают в проект лишь тогда, когда обойтись стандартной аппаратурой нельзя.

7.2 Выбор мощности привода

Для обеспечения работы производственной машины электродвигатель должен: преодолевать наибольшую возможную нагрузку и не перегреваться выше нормы во время работы.

Нагрев электродвигателя обуславливается потерями мощности, возникающими в нем при работе. К ним относятся: потери на нагрев током обмоток электродвигателя, потери на нагрев магнитопровода от гистерезиса вихревых токов, а также потери на трение о воздух.

Потери на нагрев обмоток рабочим током называют переменными потерями. Они резко изменяются при колебаниях нагрузки двигателя. Переменные потери асинхронного двигателя можно определить по следующей зависимости:

, (8.1)

где m – число фаз;

I – ток обмоток статора, А;

- общее активное сопротивление обмоток двигателя, Ом.

Все остальные потери мало изменяются при колебаниях нагрузки. Пренебрегая этими небольшими изменениям, их приближенно считают независящими от нагрузки и называют постоянными потерями.

Допустимый нагрев электродвигателя определяется наименее теплостойким материалом конструкции. И таким материалом в конструкции электродвигателя является изоляция его обмотки.

Величиной, характеризующую нагрев электродвигателя и не зависящей от температуры окружающей среды, является превышение температуры электродвигателя над температурой окружающий среды, или так называемый перегрев

. (8.2)

Различие условий нагрева отдельных частей и сложность явлений теплообмена между ними значительно затрудняют аналитическое исследование теплового состояния электродвигателя. Поэтому для упрощения принимают, что все потери в одинаковой степени влияют на нагрев двигателя, который условно считают однородным теплом с бесконечно большой теплопроводностью.

В общем случае различают следующие основные режимы работы электроприводов. Наиболее простым из них является продолжительный режим работы с постоянной нагрузкой.

За время работы производственной машины электродвигателем достигается установившейся перегрев. Этот режим наиболее часто встречается у приводов правильных, волочильных, ленторазрезных и других кузнечно-штамповочных машин.