Цель и задачи курсового проектирования.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра “Управление и информатика в технических системах“

В.Б. ДАВЫДЮК

Утверждено

редакционно-издательским

советом университета

Методические указания к курсовому проектированию

по дисциплине

«ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ»

для студентов 3 курса специальности

«УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ

СИСТЕМАХ»

МОСКВА – 2005

УДК 378:62-52

Д-13

ДАВЫДЮК В.Б. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления». - М.: МИИТ. 2005, - с.

В методических указаниях приведены краткие сведения по проектированию логико-командных регуляторов управления электродвигателями, используемых в качестве исполнительных механизмов в системах автоматизации и управления техническими объектами и технологическими процессами. В приложении приводятся типы и технические характеристики пуско-регулирующей аппаратуры.

© Московский государственный

университет путей сообщения

(МИИТ), 2005

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

В системах автоматизации и управления техническими объектами и техническими процессами находят применение различные датчики, измерительные и преобразующие устройства, усилители, исполнительные механизмы, контролирующие приборы и т.п.

Излагаемые в дисциплине «Технические средства автоматизации и управления» принципы построения, конструктивные особенности, параметры, характеристики перечисленных технических средств позволят студентам обоснованно использовать их при проведении инженерных расчетов при проектировании отдельных комплексов и систем управления технологическими процессами.

В проекте поставлена задача разработки схемы логико-командных регуляторов управления электроприводами постоянного и переменного тока.

В результате выполнения курсового проекта студент должен приобрести знания по основам теории и методам расчета электропривода, принципам автоматического регулирования координат (скорости, тока, момента, положения), построения принципиальных схем логико-командных регуляторов.

ТЕМЫ И РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

3.1. При построении механических и регулированных характеристик двигателя независимого возбуждения следует использовать уравнение «вход-выход» двигателя:

, (1)

где (в системе единиц СИ)

р, N, 2а – соответственно число пар полюсов, общее число проводников обмотки якоря, число параллельных ветвей обмотки;

U_я - напряжение якоря, М_д – вращающий электромагнитный момент, R_яц - активное сопротивление якорной цепи, которое следует рассчитывать с учетом нагрева обмотки по формуле:

(2)

где R_д.п. – сопротивление дополнительных полюсов

=1,32 температурный коэффициент приведения сопротивления к расчетной температуре: .

3.2. Для построения пусковой механической характеристики двигателя независимого возбуждения определяют максимальное значение пускового момента, исходя из перегрузочной способности по току ( ):

(3)

Минимальное значение пускового момента М_{п min} , подбирают так, чтобы пуск двигателя происходил в (3÷4) ступени (рис.1). Рассчитывают сопротивление ступеней пускового реостата графо-аналитическим методом (рис.1) Определяют номинальное сопротивление двигателя

. (4)

Этому сопротивлению соответствует отрезок адна рис. 1. Сопротивление ступеней реостата определяют из соотношений:

; ; ; . Полное сопротивление пускового реостата: .

Рис. 1. Пусковые характеристики двигателя независимого возбуждения.

Рис. 2. Зависимость момента и скоростиот тока i якоря двигателя последовательного возбуждения в относительных единицах: ; ; ; .

3.3. Для линеаризованной зависимости между потоком и током якоря и неучете насыщения магнитной системы уравнения «вход-выход» двигателя последовательного возбуждения имеет вид:

(5)

По уравнению (5) следует построить естественную механическую (ЕМ) и регулировочную характеристику двигателя последовательного возбуждения, которые дают лишь общее представление взаимосвязи между скоростью, моментом и напряжением.

Реальные естественную (ЕМ) и реостатную механические характеристики можно построить с помощью универсальных характеристик в относительных единицах, приведенных на рис. 1 для заданных в табл. 2 типов двигателей, используя уравнение «вход-выход» в относительных единицах:

, (6)

где (см. (2) и (4)); ; ; ; ;

- значение скорости на естественной характеристике ЕМ;

- сопротивление обмотки возбуждения;

- сопротивление реостата.

Механические характеристики в режиме динамического торможения построить для схемы с независимым возбуждением, включив обмотку возбуждения через добавочное сопротивление, величину которого следует рассчитать, при номинальном напряжении питания.

3.4. Пусковую механическую характеристику двигателя последовательного возбуждения следует строить – графо-аналитическим способом (рис.3). Число ступеней пускового реостата должно быть равно (3÷4). Максимальное значение пускового момента выбирают, исходя из допустимой перегрузочной способности двигателя:

(7)

где - коэффициент перегрузки по току.

Рис. 3. Пусковые характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Минимальное значение пускового момента подбирают графически. В начале строят естественную механическую характеристику ЕМ (рис.3). Для момента по ЕМ характеристике находят скорость и откладывают тg влево от оси ординат на расстоянии, равном в соответствии с выбранным масштабом внутреннему сопротивлению двигателя: По оси абсцисс влево откладывают отрезок , соответствующий в том же масштабе сопротивлению и проводят линию аg.

Задаваясь несколькими значениями минимального пускового момента

, строят линию mh. Отрезок 0m в масштабе равен сопротивлению . Построив ломанную линию a b c d e f g ( пунктир), получают пусковую характеристику двигателя. Отрезки bc, de, fg в масштабе соответствуют сопротивлениям реостата , , .

3.5. Для выполнения задания по п.п. 2.3.1., 2.3.2. следует использовать известные соотношения [1,2] для 3-х фазных асинхронных двигателей:

- формула Клосса; (8)

- скорость вращения ротора; (9)

- номинальное скольжение; (10)

- скорость вращения магнитного поля; (11)

p – число пар полюсов обмотки статора; (12)

- максимальный (критический) момент; (13)

- критическое скольжение; (14)

- реактивное сопротивление короткого замыкания;

(15)

- номинальное сопротивление ротора; (16)

- активное сопротивление обмотки статора; (17)

- приведенные активное и реактивное сопротивление обмотки ротора; (18)

- коэффициент трансформации; (19)

- номинальный момент двигателя. (20)

Построение механических характеристик двигателя провести по точкам скольжение S изменять в пределах от 0 до 1 с дискретностью 0,1. Результаты вычислений по соотношению (8) свести в таблицу. При пониженном напряжении питания следует пересчитать значение момента в нескольких точках: , где - значение момента на ЕМ характеристике при номинальном напряжении. По полученным данным в тех же осях построить механическую характеристику двигателя.

3.6. Построение пусковой механической характеристики двигателя и расчет сопротивлений пускового реостата следует выполнить графоаналитическим способом (рис.4)

Рис. 4 Пусковая механическая характеристика асинхронного двигателя

Максимальный пусковой момент принять равным (0,8 ÷ 0,9) . Построив естественную механическую характеристику (ЕМ), через точки и провести перпендикуляры соответственно к оси абсцисс и ординат. Задаваясь несколькими значениями , построить линию переключения bд и kg, параллельно оси ординат. Через точки а и b провести прямую at. Т. t является центром, из которого исходят прямые tc, te, tд. Отрезки gh, ef, cd являются участками реостатных механических характеристик двигателя. Сопротивления пускового реостата определяют из следующих соотношений: ; ; ; - полное сопротивление пускового реостата. Для найденных сопротивлений в тех же осях построить искусственные механические характеристики в диапазоне скольжений от 0 до 1. Расчетные данные привести в таблице.

3.7. Расчет и построение разгонной пусковой характеристики (п.п. 2.1.5 и 2.2.4) проводится с помощью уравнений динамики для двигателей постоянного тока:

где , - суммарные значения индуктивности и активного сопротивления контура якоря при пуске двигателя.

При этом предполагается при пуске двигателя неизменными напряжение U, момент сопротивления и магнитный поток .

При расчете разгонной пусковой характеристики 3-х фазного асинхронного двигателя инерционностью электромагнитных процессов в обмотках статора и ротора пренебречь. В этом случае динамика асинхронного привода описывается уравнением (2.2), где зависимость момента от скорости в зоне пуска (рис. 4) считается линейной функцией вида:

(23)

Зависимости (21)÷(23) позволяют определить полное время разгона до установившейся скорости ( ) и время торможения до полной остановки при динамическом торможении двигателей независимого и последовательного возбуждения, а также торможение противовключением асинхронного двигателя.

3.8. Принципиальная схема ЛКР должна обеспечивать следующие режимы работы двигателей:

- автоматический пуск и торможение;

- изменение направления вращения;

- задание постоянства скорости при номинальном моменте: , , , .

Следует также предусмотреть защиту схемы от короткого замыкания и перегрузок по току (моменту).

В схеме должны быть обозначены все элементы, приведена спецификация и дано описание ее работы.

В приложении приведены различные типы и характеристики пуско-регулирующей аппаратуры [3]: командоаппараты, командоконтроллеры, кнопки, выключатели, переключатели, трехполюсные рубильники, плавкие вставки предохранителей, контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели, реле тока и напряжения, реле – контакторы, реле автоматики, реле времени, герконы.

ОФОРМЛЕНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Пояснительная записка оформляется на листах формата А4. Материал разделяется на разделы и подразделы, имеющие порядковые номера. Все страницы записки, включая рисунки и таблицы нумеруются. Номер страницы проставляется вверху посередине. Формулы и расчетные соотношения нумеруют, проставляя номер с правой стороны в круглых скобках. Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулы и расчетные соотношения, расшифровывают, начиная с новой строки после слова «где».

Все расчеты выполняются в международной системе единиц измерения (СИ). Условные графические и буквенные обозначения в схеме должны соответствовать требованиям ГОСТ.

На титульном листе пояснительной записки указывается:

- наименование университета и кафедры;

- тема курсового проекта;

- номер варианта;

- фамилия и инициалы студента;

- внизу – дата выполнения работы.

Следующая после титульного листа страница должна содержать исходные данные и задание на курсовой проект.

В конце пояснительной записки приводится список использованной литературы.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Серии ПМЕ и ПАЕ

Тип пускателя	Тип теплового реле для защиты от перегрузок	Наибольшая мощность управляемого электродвигателя, кВт, при напряжении, В
открытого исполнения	защищенного исполнения
ПМЕ-112	ПМЕ-122	ТРН-10	1,2
ПМЕ-212	ПМЕ-222	ТРН-25	5,5
ПМЕ-312	ПМЕ-322	ТРН-40
ПАЕ-412	ПАЕ-422	ТРП-60
ПАЕ-512	ПАЕ-522	ТРП-150
ПАЕ-612	ПАЕ-622	ТРП-60

Таблица П.8

Серии ПМА

Тип пускателя	Тип теплового реле	Среднее значение тока теплового элемента, А	Номиналь- ный ток, А, при 380 В	Предельная мощность электродвигателя, кВт, при напряжении, В
ПМА-3000	РТТ-2П	12,5;16;20;25;32;40			18,5	-
ПМА-4000	РТТ-2П	40;50;63; 80		18,5
ПМА-5000	РТТ-3П	50;63;80; 100
ПМА-6000	РТТ-2П	80;100; 125;160

Таблица П.9

Переменного тока

Тип	Наименование	Число полюсов	Допусти-мая частота включе-ний, 1/ч	Напряже-ние втягиваю-щей катушки, В
Ток, А	Напряже-ние, В
КТ6000	100,160,250,400, 630, 1000	380 и 660	2,3,4,5		127-380
КТ7000	100, 160	380 и 660	2,3,4,5		127,220, 380
КДТ121		<500			-
КТВ	75,150,300, 600	220 и 380	2,3,4,5	-	-

П2. Реле автоматики обеспечивают измерение, контроль электрических и неэлектрических величин, сигнализацию о состоянии системы, счет числа дискретных электрических и неэлектрических величин.

В некоторых случаях реле выполняют двойную функцию – коммутации сильноточных цепей и управление (защита) этими цепями. Такие реле называют реле-контакторы. Данные о реле-контакторах приведены в таблице П.10

Таблица П.10

Реле-контактакторы

Тип	Число кон-такторов	Номинальное напряжение, В	Длительный ток контак-тов, А	Допустимая частота срабатываний ч-1
постоян-ное	переменное
ПЭ-20	4р+4з	-	12-240		-
ПЭ-21	4-8	12-220	12-380
ПЭ-23	3з-3р	12-110	12-240
РП-23		12-220	-	-	-
РП-41, РП-42	8, 4	12-220	-		-
ЭП-41В	3-6	-	36-500
РП-8, РП-9 РП-11,РП-12	7,7. 1,3	24-220	24-220	-	-
РПМ-0	4-12	-	12-500
МКУ-48с	2-6	12-220	24-380
МКУ-48г	2-8	12-220	24-380

Примечание: р – размыкающие, з – замыкающие контакты.

Таблица П.11

Реле тока и напряжения

Реле автоматики объединяют широкий класс электромагнитных и электромеханических реле, включая шаговые искатели, реле угловой скорости, счетно-шаговые реле и т.д. Данные о некоторых типах реле автоматики приведены в таблице П.12.

В таблице П.13. приведены данные о некоторых реле времени.

Таблица П.12.

Реле автоматики

Наименование	Тип реле	Номинальное напряжение или ток срабатывания
Реле импульсной сигнализации	РИС-ЭЗМ РИС-Э2М-02	220 В =18; 60; 220В
Реле сигнальные	РУ-21	=0,01-4 А (токовые) =12;48;220В (напряжение)
Сигнальные устройства	ЭС-41	От 0,01 до 0,5 В
Блоки сигнальных реле	СЭ-2	От 0,01 до 1А
Реле счетно-импульсное	Е-531	220 и 380 В
Реле счетно-шаговое	Е-526	127; 220 и 380 В
Реле обрыва фаз	Е-511	380 В
Реле счета импульса	РСИ-1 РСИ-2	380 В =220 В
Шаговые искатели	ШИ-25 ШИ-50	=24; 48; 60 В
Реверсивные шаговые искатели	РШИ-25	=90 В; 127; 220; 380 В
Реле угловой скорости	РС-2М	220 В

Данные о выпускаемых промышленностью герконах и реле, на основе их использования приведены в таблицах П.14, П.15.

Таблица П.14

Технические данные герконов

Тип	Размер баллона, мм	Максима-льная комму-тируемая мощность, ВТ	Максимальная комму-тируемый ток, А	Максималь-ное комму-тируемое напряжение, В	Время срабатыва-ния, мс	Время отпускания мс
КЭМ-1	54х50		0,5		3.0	0,8
КЭМ-2	3х20	7,5	0,25		1.0	0,3
КЭМ-3	4х18	7,5	1,0		1.5	2,3
КЭМ-6	4,1х36		0,2		2.0	0,5
МК-10-3	2,3х10,5	0,6	0,03		0.8	0,3
МК-16-3	2,8х16	0,3	0,01		1.0	0,5
МК-27-3	3,8х16		0,3		1.5	2,3
МК-27-М	4х28	1,0	0,01		2.0	1,5
МУК-1А-1	3х21,5		0,05		2.0	0,3
МК-52-3В	5,4х53		-		3.0	2,0
МК-27-П	5х53	10-12	0,2		2.0	3,5
КЭМ-4	-				10.0	8,0

Таблица П.15

Реле на герконах

Параметры	РЭС42 на одном КЭМ-2	РЭС43 на двух КЭМ-2	РЭС на трех КЭМ-3
Рабочее напряжение, В
Напряжение срабатывания, В	6,5		5,5 5,5	11,5 14,0	6.0 6.0	15,0 13,5
Напряжение отпускания, В	1,2	3,0	1,0 1,0	2,0 2,5	1.0 1.0	2,5 2,0
Время срабатывания/время отпускания (при работе одной обмотки),мс	1/0,3	1/0,3	1/0,3	1/0,3	1/0,3	1/0,3
Сопротивление обмотки, Ом
Число витков обмотки

Рекомендуемая литература

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода М.: Энергоиздат, 1981

2. Подлипенский В.С., Сабинин Ю.А., Юрчук Л.Ю. Элементы устройства автоматики. С-П.: Политехника, 1995

3. Алиев Н.Н. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. М.: Высшая школа, 2000

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цель и задачи курсового проектирования............................... 3

2. Темы и рабочее задание для курсового проектирования.... 3

3. Рекомендации для выполнения отдельных разделов курсового проектирования............................................................................................................... 12

4. Оформление пояснительной записки......................................... 21

5. Приложение....................................................................................... 22

6. Рекомендуемая литература.......................................................... 35

Учебно-методическое издание

Давыдюк Вячеслав Борисович

Методические указания к курсовому проекту «Технические средства автоматизации и управления»

Подписано в печать Формат Тираж 100 экз.

Усл. печ. л. Заказ изд.№ Цена -

127994, Москва, ул. Образцова, 15

Типография МИИТа

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра “Управление и информатика в технических системах“

В.Б. ДАВЫДЮК

Утверждено

редакционно-издательским

советом университета

Методические указания к курсовому проектированию

по дисциплине

«ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ»

для студентов 3 курса специальности

«УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ

СИСТЕМАХ»

МОСКВА – 2005

УДК 378:62-52

Д-13

ДАВЫДЮК В.Б. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления». - М.: МИИТ. 2005, - с.

В методических указаниях приведены краткие сведения по проектированию логико-командных регуляторов управления электродвигателями, используемых в качестве исполнительных механизмов в системах автоматизации и управления техническими объектами и технологическими процессами. В приложении приводятся типы и технические характеристики пуско-регулирующей аппаратуры.

© Московский государственный

университет путей сообщения

(МИИТ), 2005

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

В системах автоматизации и управления техническими объектами и техническими процессами находят применение различные датчики, измерительные и преобразующие устройства, усилители, исполнительные механизмы, контролирующие приборы и т.п.

Излагаемые в дисциплине «Технические средства автоматизации и управления» принципы построения, конструктивные особенности, параметры, характеристики перечисленных технических средств позволят студентам обоснованно использовать их при проведении инженерных расчетов при проектировании отдельных комплексов и систем управления технологическими процессами.

В проекте поставлена задача разработки схемы логико-командных регуляторов управления электроприводами постоянного и переменного тока.

В результате выполнения курсового проекта студент должен приобрести знания по основам теории и методам расчета электропривода, принципам автоматического регулирования координат (скорости, тока, момента, положения), построения принципиальных схем логико-командных регуляторов.

ТЕМЫ И РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.