Автоматическое управление работой объектов

В функции пути

При управлении работой объектов в функции пути коммутация электрических цепей в схемах управления производится в зависимости от положения в пространстве перемещающихся рабочих механизмов или органов технологического оборудования, рабочих агрегатов или обрабатываемых деталей. Информацию о пространственном положении указанных объектов схема управления получает от путевых датчиков, расположенных в соответствующих точках пространства на основном и вспомогательном оборудовании. Эти датчики в зависимости от их

Рис. 11. Управление работой объекта в функции пути:

а) условный узел (У), перемещающийся от двигателя М;

б) схема включения двигателя М; в) схема, позволяющая

автоматически остановить узел в крайних положениях;

г) схема, обеспечивающая возвратно-поступательное

движение в автоматическом режиме

назначения называют или конечными выключателями, если они служат только для ограничения хода объекта, т.е. для его остановки, или путевыми выключателями, если после воздействия на них

объект продолжает движение. Путевые датчики конструктивно могут быть бесконтактными (например, фотодатчики) или контактными, которые используются гораздо чаще бесконтактных и представляют собой модификацию кнопки с самовозвратом: имеют подвижный шток, пружину и систему контактов, расположенных в корпусе.

На рис. 11,а показан условный механический узел У, который перемещается с помощью асинхронного электродвигателя М, включенного по реверсивной схеме (рис. 11,б). На рис. 11,в приведена схема ручного дистанционного управления этим двигателем и, следовательно, перемещением узла У. Для ограничения перемещения узла использованы конечные выключатели S4 и S5. Пусть при включении пускателя К1 узел перемещается влево до крайнего положения Б. В этом положении узел воздействует на шток конечного выключателя S4, контакты которого разорвут цепь питания катушки К1, пускатель отключится, и двигатель остановится. В правом крайнем положении (положение А) узел воздействует на конечный выключатель S5, контакты которого разорвут цепь питания катушки К2, пускатель и двигатель отключатся от сети и узел остановится. Включение двигателя осуществляется кнопками S2 и S3, а останов, когда узел находится не в крайних положениях, кнопкой S1.

Предположим теперь, что узел У должен автоматически совершать возвратно-поступательное движение из положения А в положение Б и обратно до тех пор, пока не будет нажата кнопка S1. Такой режим работы узла может быть обеспечен, если, кроме размыкающих контактов выключателей S4 и S5, использовать еще и замыкающие контакты этих выключателей (рис. 11, г). При этом замыкающий контакт выключателя S5 следует включить параллельно кнопке S2, а замыкающий контакт выключателя S4 – параллельно кнопке S3. Тогда в положении Б размыкающий контакт S4 отключает пускатель К1, но одновременно своим замыкающим контактом подает питание на катушку пускателя К2, который, включаясь, осуществляет реверс двигателя М, и он перемещает узел У из положения Б в положение А. В положении А выключатель S5 под воздействием узла отключает пускатель К2 и одновременно подает питание на катушку пускателя К1, и двигатель начинает перемещать узел из положения А в положение Б и т.д. до нажатия кнопки S1. Однако следует иметь в виду, что схема на рис. 11,г имеет недостаток: если кнопку S1 отпустить, когда узел находится в любом из крайних положений, то произойдет включение двигателя и

узел начнет перемещаться. Поэтому, если использовать эту схему,

узел У может быть остановлен окончательно только тогда, когда он находится в промежуточном положении между А и Б.

Автоматическое управление циклом работы объектов

В функции параметра

При выполнении некоторых технологических операций включение или отключение отдельных агрегатов или всей технологической установки производят в зависимости от величины того или иного параметра режима, окружающей среды или внутреннего состояния самого объекта. Так, например, при токах, превышающих максимально допустимую величину, срабатывают предохранительные устройства автоматики, отключая от питающей сети электрооборудование технологических установок.

Если параметр, от величины которого зависит коммутация электрических цепей, по своей природе имеет не электрический характер, функциональную схему управления циклом можно в общем случае представить так, как это показано на рис. 12. Величина некоторого параметра Хвх измеряется датчиком Д и преобразуется в электрический сигнал. Таким сигналом обычно служит электрическое напряжение. Сигнал с датчика поступает сначала на усилитель напряжения УН, затем – на усилитель мощности УМ и с него на исполнительное устройство ИУ, в качестве которого может служить или тиристор, или электромагнитное реле. Исполнительные устройства осуществляют включение или отключение объектов управления ОУ1 и ОУ2. Объектов может быть и меньше двух и больше, что не меняет сути способа управления.

Конструктивно все функциональные элементы могут быть объединены в одном устройстве. Например, если параметр по своему характеру электрическая величина, таким устройством может быть электромагнитное реле. Если же параметр неэлектрической природы, то каждый из функциональных элементов может быть отдельным устройством. Некоторые из возможных вариантов схем приведены на рис. 13. Так, если необходимые переключения требуется осуществить в функции электрического напряжения, может быть использована схема (рис. 13,а): реле К сработает только при таком напряжении U, когда напряжение на реле будет равно напряжению срабатывания; нужное соответствие между напряжениями достигается настройкой резистора R. Такая схема используется при автоматическом

управлении сваркой неплавящимся электродом для управления включением и отключением осциллятора: реле срабатывает при

холостом ходе сварочного трансформатора и отключается, когда зажигается дуга, т.к. напряжение дуги меньше напряжения холостого хода примерно в пять раз.

Если переключения требуется осуществлять в функции тока, может быть использована схема (рис. 13,б), когда катушка реле КS непосредственно включена в цепь тока (такая схема, например, применяется в некоторых полуавтоматах для сварки плавящимся электродом, когда привод подачи проволоки включается при возникновении тока в сварочной цепи), или схема (рис. 13,в), когда для включения реле К приходится использовать усилительную технику (на рисунке – это усилитель У).

Рис. 12. Блок – схема системы управления в функции параметра

а) б) в) г)

д) е)

Рис. 13. Примеры схем управления в функции параметра

(пояснение в тексте)

Если переключения требуется осуществлять в функции тока, может быть использована схема (рис. 13,б), когда катушка реле КS непосредственно включена в цепь тока (такая схема, например, применяется в некоторых полуавтоматах для сварки плавящимся

электродом, когда привод подачи проволоки включается при возникновении тока в сварочной цепи), или схема (рис. 13,в), когда для включения реле К приходится использовать усилительную технику (на рисунке – это усилитель У).

Для управления в функции скорости вращения какого-либо вала в качестве датчика и одновременно усилителя может быть использован тахогенератор ТГ (рис. 13,г), напряжение которого прямо пропорционально скорости вращения его якоря. Вал тахогенератора механически связывают с рабочим валом, скорость которого измеряется. Напряжение срабатывания реле К подбирают таким образом, чтобы реле сработало при заданном значении скорости вращения рабочего вала (согласующий потенциометр на схеме не указан). Схема может быть использована, например, при сварке сопротивлением, когда вращающуюся деталь приводят в соприкосновение с деталью неподвижной при определенной скорости вращения первой детали.

При переключениях в функции температуры может быть применена или схема (рис. 13,д) (температура измеряется термопарой ТП), или схема (рис. 13,г) (температура измеряется по инфракрасному излучению с помощью фоторезистора, имеющего максимум чувствительности в области инфракрасного излучения). Последние две схемы используют иногда для управления циклом контактной точечной сварки. Термопару встраивают в электрод и, когда температура в точке спая достигает заданного значения, ток сварки отключается. Фоторезисторы устанавливают обычно на сварочный электрод так, чтобы резистор воспринимал инфракрасное излучение приэлектродной области и, когда фототок в цепи резистора достигнет заданного значения, сварочный ток отключится.

Заданные значения измеряемых параметров обычно определяются заранее на основе результатов лабораторных или производственных экспериментов.

В заключение раздела рассмотрим работу фрагмента схемы управления циклом аргонодуговой сварки (рис. 14). Фрагмент иллюстрирует способы автоматического управления в функции времени и параметра.

Работа схемы начинается с нажатия на кнопку S2, при замыкании контактов которой подается напряжение на катушку контактора К1. Контактор включается и через свои замыкающие контакты подает напряжение на сварочный трансформатор ТС, электромагнитный клапан подачи газа Y и две катушки реле времени (реле КТ1 и КТ2).

При подключении сварочного трансформатора ТС к сети возникает вторичное напряжение (напряжение холостого хода), при

котором срабатывает реле дуги К2 и подготавливает цепь питания для осциллятора ОСЦ.

При срабатывании клапана Y в систему начинает поступать защитный газ. Через заданный промежуток времени, в течении которого осуществляется продувка перед сваркой системы подачи газа, замыкается контакт в цепи осциллятора. Осциллятор подключается к сети и возбуждает дугу. При возникновении дуги вторичное напряжение трансформатора ТС существенно уменьшается и реле К2 отключается, отключая от сети осциллятор.

Рис. 14. Упрощенная схема управления аргонодуговой сваркой

Процесс сварки продолжается до нажатия на кнопку S1. При этом отключается контактор К1, который своими контактами отключает от сети сварочный трансформатор (дуга гаснет) и катушки реле КТ1 и КТ2. Газ продолжает поступать в зону сварки до тех пор, пока через установленный промежуток времени контакт КТ2 не отключит питание клапана Y, при этом вся схема приходит в исходное состояние.

Сущность автоматического управления в функции времени, пути и параметра не изменяется при автоматизации любого другого механизированного способа сварки и других технологических операций по изготовлению сварной конструкции, изменяется лишь количество объектов управления, последовательность их работы и применяемая элементная база средств автоматики, используемых для создания схем автоматического управления циклом работы технологического оборудования.