книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики
..pdf856—11
Тип элемен Наименование
та
Т-503 Преобразователь напряжения
Т-109 Логический элемент
Продолжение табл.
Назначение |
Принципиальная схема элемента |
Условное обозначение |
Для получения переменного и выпрямленного напряжения
Для выпрямления перемен ного напряжения и реализации функций ИЛИ и И
162
Тип элеменНаименование
та
Т-205 Релейный элемент
Продолжение табл, 8-3
Назначение |
Принципиальная схема элемента |
Условное обозначение |
Для преобразования плавно изменяющегося входного напря жения в дискретный сигнал
Тип элемен Наименование
та
T-30G Элемент времени
Т-307 Элемент времени
Продолжение табл, 8-3
Назначение |
Принципиальная схема элемента |
Условное обозначение |
Для срабатывания от вход ного напряжения с выдержкой времени от 2 до 200 с после подачи входного напряжения и допускающего сигнала отрица тельной полярности
|
|
S |
|
|
$ | |
|
|
в |
Для |
получения выходного |
10 |
сигнала |
с выдержкой времени |
10 |
от 1 до 200 мсек после снятия |
1Z |
|
сигнала с одного из входов |
13 |
|
|
|
15 |
О
со
Элемент Т-305 является элементом времени, при использовании ко торого выходной сигнал появляется с задержкой по времени относи
тельно входного сигнала. Сигнал на |
выходе |
снимается одновременно |
с исчезновением входного сигнала. |
Плавное |
регулирование времени |
срабатывания элемента осуществляется потенциометром Rtz, ступенча
тое — конденсатором |
С, диапазон регулирования — от 0,01 |
до 20 с. |
К элементу Т-305 можно подключить три элемента типа Т-101 |
или три |
|
элемента типа Т-107. |
|
|
Рис. 8-11. Схема защиты от перегрузки с обратнозависимой характеристикой выдержки времени от величины входного сигнала.
Элемент Т-306 является элементом выдержки времени и конструк тивно выполнен в виде двух элементов Т-306.1 и Т-306.2, которые рабо тают в сочетании с элементом Т-205 (рис. 8-11). Сигнал на выходе схемы появляется с зависимой от величины входного напряжения вы держкой времени. С помощью элемента Т-306 можно получить выдерж ки времени от 2 до 200 с.
Элемент Т-307 является элементом времени и служит для получе ния выходного сигнала с выдержкой времени после снятия сигнала с одного из входов. Элемент имеет диапазон регулирования выдержки времени от 1 до 200 мс.
Элемент Т-109 является логическим элементом и имеет два двухполупериодных выпрямительных моста на диодах Д226Г. В элементе до полнительно установлено четыре диода, с помощью которых можно со брать еще один мост или реализовать функции ИЛИ и И (табл. 8-3).
Элементы Т-501, Т-502, Т-503, Т-205, Т-305, Т-306, Т-307 и Т-109 на ходят широкое применение при исполнении бесконтактных схем защит высоковольтных и низковольтных электродвигателей и трансформа торов.
Защиты с применением перечисленных элементов строятся по еди ному принципу: в схему входят пусковые органы, логическая схема и устройства отключения и сигнализации.
Пусковые органы защиты состоят из разделительных трансформа торов, подключаемых ко вторичным обмоткам измерительных трансфор маторов тока или напряжения, и дискриминаторов уровня, функцию ко торых выполняют релейные элементы Т-205. Регулировка уставки сра-
164
батывания пускового органа осуществляется ступенчато переключением числа витков первичной обмотки разделительного трансформатора Tpi
иплавно регулировочным резистором JRI, включенным во вторичную обмотку разделительного трансформатора (рис. 8-11). Для обеспечения требуемого диапазона регулирования уставок срабатывания защит при меняется несколько модификаций разделительных трансформаторов. Различные схемы подключения защит к измерительным трансформато рам, т. е. включение защит по схеме полной звезды на сумму или раз ность токов, осуществляются в первичных обмотках разделительных трансформаторов. Схема пускового органа остается неизменной.
Рассмотрим подробно принцип работы максимально-токовой защи ты от перегрузки. Защита от перегрузки с обратно зависимой характе ристикой осуществляется по схеме, приведенной на рис. 8-11. Основным узлом защиты является орган зависимой выдержки времени, который состоит из разделительного трансформатора, преобразующего ток изме рительного трансформатора тока в напряжение, элемента времени Т-306
ирелейного элемента Т-205.
Пусковой орган защиты от перегрузки с зависимой от тока выдерж кой времени настраивается с помощью переменных сопротивлений
RiuJRz.
Защита работает следующим образом. При возрастании тока в цепи измерительного трансформатора до величины уставки срабаты вает релейный элемент Т-205. Сигналы с выводов релейного элемента поступают на элемент времени, в котором производится задержка сиг нала на время, обусловленное действием релейной защиты. С заданной выдержкой времени сигнал после элемента времени подается в цепь от ключения и сигнализации. Для фиксации и световой индикации сраба
тывания защиты |
можно |
использовать |
двухпозиционное реле |
типа |
РПС-20, которое |
питается |
от усилителя |
типа Т-402 и лампы |
К-24П |
(или эл'ёктролюминесцентные индикаторы).
Защита от замыкания на землю работает аналогично. Если не тре буется выдержки времени при действии максимальной защиты, то вме сто элемента времени можно поставить элемент Т-106, выполняющий функции ИЛИ. Если не требуется выдержка времени при срабатывании защиты от замыкания на землю, то в схеме элемент времени не уста навливается.
8-3. ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕРИИ «ЛОГИКА-Т»
Для правильной работы элементов серии «Логика-Т» требуется ре лейная характеристика входных сигналов. В случае непрерывно изме няющегося сигнала, например от датчика температуры, датчика давле ния и т. п., необходимо преобразовывать выходной сигнал установлен ного уровня датчика в дискретный при помощи элемента Т-202 или
Т-203.
Квыходу схем ИЛИ—НЕ допускается подключать не более трех таких же элементов или элементов И (Т-107). К выходу схемы И до пускается подключение одной схемы ИЛИ или ИЛИ— НЕ.
При необходимости повысить нагрузочную способность элементов допускается использовать усилитель согласования (Т-401), учитывая,
что он реализует функцию НЕ.
Не допускается подключение схемы И к выходу схемы ИЛИ, меж ду ними должно быть включено два элемента ИЛИ— НЕ.
1 6 5
Не допускается последовательное соединение более двух диодных схем ИЛИ и И, перед следующим элементом ИЛИ ;(И) должны быть включены два элемента ИЛИ— НЕ. Не допускается применять схемы И и ИЛИ с числом входов более десяти.
При использовании диодных входов элементов Т-401 и Т-402 не до пускается подключение к выходу управляющего ими элемента входов других элементов. Не допускается также подключение диодных входов элементов Т-401 и Т-402 к выходу элемента ИЛИ— НЕ, включенного по схеме ПАМЯТЬ, а также к выходу элемента Т-304.
К выходу элемента Т-201 можно подключить только одну схему ИЛИ— НЕ. К выходу элемента Т-202 можно подключать не более трех схем ИЛИ—НЕ. Элемент Т-102 может быть загружен на одну схему ИЛИ— НЕ или память схем И, а также на последующий маломощный
триггер Т-102. Элемент Т-103 |
может |
быть нагружен |
на 12 схем |
ИЛИ— НЕ, на двадцать схем И, |
а также на последующий элемент |
||
Т-103. К выходу .усилителя Т-401 |
можно |
подключать до |
семи схем |
ИЛИ—НЕ, до восьми схем И или эквивалентные им по входным пара метрам элементы.
8-4. БЕСКОНТАКТНЫЕ ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА
В современных системах управления широко используются бескон тактные датчики электрических и незлектрических параметров и конеч ные йыключатели.
В зависимости от вида чувствительных элементов существуют раз личные датчики: емкостные, магнитные, оптические, фотоэлектрические и т. д. В последние годы в отечественной промышленности широкое применение нашли бесконтактные путевые переключатели. Они не имеют быстроизнашиваемых электрических и механических деталей, хорошо защищены от влияния внешней среды, имеют высокую допусти мую частоту срабатывания, надежны, долговечны й не требуют усилия для срабатывания. В этом их преимущества перед контактными пере* ключателями.
Принципиальная схема бесконтактного конечного выключателя
приведена на рис. 8-12. Чувствительным |
элементом конечного выклю |
||||||||||
|
чателя |
|
является |
|
импульсный |
||||||
|
трансформатор |
с |
большим |
воз |
|||||||
|
душным |
зазором. |
|
Параметры |
|||||||
|
трансформатора |
изменяются, |
ко |
||||||||
|
гда в |
его воздушный |
зазор |
вхо |
|||||||
|
дит |
металлический |
экран. Маг |
||||||||
|
нитная |
система |
датчика |
состо |
|||||||
|
ит из двух ферритовых сердеч |
||||||||||
|
ников. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На одном из них располо |
|||||||||
|
жены контурная обмотка ©к и об |
||||||||||
|
мотка |
положительной |
обратной |
||||||||
|
связи |
соц с. На другом |
сердечнике |
||||||||
|
расположена |
обмотка |
отрица |
||||||||
|
тельной |
связи |
©о.с- |
В |
качестве |
||||||
|
экрана, |
жестко |
|
связанного с |
|||||||
|
контролируемым |
|
объектом, |
ис- |
|||||||
Рис. 8-12. Принципиальная схема бескон- |
пользуется |
алюминиевая |
ИЛИ |
||||||||
тактного конечного выключателя. |
медная пластинка, |
|
|
|
|
|
16«
Принцип действия датчика заключается в следующем [4]. При отсутствии экрана в зазоре между сердечниками обеспечивается силь ное воздействие отрицательной обратной связи и генератор находится в заторможенном состоянии, катушка реле Р обесточена и на выходе действует сигнал высокого уровня, соответствующий 1.
При введении экрана в зазор между сердечниками влияние отри цательной обратной связи снижается, генератор возбуждается, транзи стор Т открывается, потенциал его коллектора становится близким к нулю и на выходе появляется сигнал, соответствующий 0.
При выведении пластины из зазора датчика сначала выходной сиг нал плавно уменьшается до 0,8 максимального значения, а затем скач кообразно падает до начального значения напряжения. Наличие началь ного напряжения и переменной составляющей на выходе датчика тре бует принятия специальных мер, чтобы обеспечить допустимые пределы сигнала логического нуля и единицы при состояниях датчика «вклю чен— отключен».
Отклонение напряжения питания и изменение температуры окру жающей среды влияют на разброс точек срабатывания датчика и на величину дифференциала хода пластины.
Для снижения влияния колебания питающего напряжения в схеме датчика используется стабилитрон Ст. Для компенсации температурной погрешности устанавливается термосопротивление iR3. Защита датчика от неправильного подключения к блоку питания осуществляется дио дом Mi. Чтобы исключить перенапряжение на переходе эмиттер — кол лектор транзистора при работе его в качестве усилителя на индуктив ную нагрузку предусмотрено шунтирование обмотки реле Р цепочкой из резистора Re и диода Д 4. Для сглаживания пульсаций выходного на
пряжения используется конденсатор С4. |
|
|
|
|
||
Технические |
данные бесконтактных датчиков генераторного |
типа |
||||
приведены в табл. 8-4. |
|
. |
■ |
|
|
|
|
|
|
|
Т аб л и ц а |
8-4 |
|
|
|
|
Тигг датчика |
|
|
|
Параметр |
|
БВК-24 |
КВД-З |
|
ДЗ |
|
|
|
|
|
|||
Тип чувствительного |
элеЩелевой или тор- |
Щелевой |
|
Щелевой |
||
м ен та |
|
девой |
3 |
|
3 и 5 |
|
Зазор, мм |
|
6 |
|
|
||
Дифференциал хода, мм |
Не более 5 |
Не более 0,3 |
Не более 0,3—0,5 |
|||
Напряжение питания, |
В |
24 |
24 |
Блок питания |
||
Бесконтактный датчик типа БВК |
питается постоянным |
напряже |
||||
нием 24 В и служит для |
управления |
электромагнитными |
реле |
типа |
||
КДР1 и МКУ-48, |
а через |
согласующий элемент — бесконтактными ло |
гическими элементами. Мощность, потребляемая датчиком, без учета мощности, потребляемой, реле, не превышает 0,5 Вт.
Описание бесконтактных выключателей с воздушными зазорами 50 и 100 мм и плоскостных выключателей с рабочим зазором 8 и 16 мм приведено в [57].
Принципы, положенные в основу бесконтактных датчиков генера торного типа, используются в бесконтактных аппаратах управления — кнопках, выключателях и др. В этих устройствах, например, нажатие кнопки соответствует введению пластины в щель датчика положения.
167
Разновидностью бесконтактных органов управления являются аппа раты (конечные выключатели, кнопки и др.) трансформаторного типа.
Герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы)
В последние годы в схемах промышленной автоматики в качестве выходных устройств широко применяются герметизированные магнито управляемые контакты.
Герконы используются в герметизированных электромагнитных реле, во всевозможных переключателях, в качестве выходных элементов в схемах с логическими элементами, во всевозможных датчиках и т. п. Они используются во всех отраслях промышленности, в телефонно-теле графной аппаратуре, аппаратуре управления лифтами, телемеханиче ской аппаратуре и т. п. .
Схемы герконов хорошо сочетаются со схемами на полупроводнико вых приборах. При быстродействии 0,5—2 мс герконы более просты и дешевы, чем схемы на полупроводниковых элементах. Кроме того, гер коны обеспечивают полное включение и отключение коммутируемых цепей, что невозможно достигнуть в схемах на полупроводниковых приборах. Герконы имеют сравнительно высокое быстродействие, боль
шой |
срок |
службы |
(10в— (о9 срабатываний), |
|
высокую |
надежность, |
||||||||||
малую стоимость и могут |
работать |
во |
взрывобезопасной |
аппаратуре. |
||||||||||||
Они не требуют регулировки в процессе эксплуатации. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Герконы |
могут |
работать в |
любом |
по |
||||||
|
#ь- |
|
|
|
ложении и в широком диапазоне изменения |
|||||||||||
|
|
|
|
температуры |
(от —60 до |
+ 1 25°G)4 Основ |
||||||||||
|
/*■ |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
ной недостаток |
герконов — их |
сравнитель |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
но малая |
коммутационная |
(до |
15—60 Вт) |
||||||||
2 |
1 |
S |
|
3 |
и перегрузочная способности. |
|
|
|
||||||||
|
виде |
Геркон |
конструктивно |
выполняется |
в |
|||||||||||
Рис. 8-13. Конструкция магнито |
стеклянной |
колбы |
с |
заключенными |
||||||||||||
в ней двумя |
электродами — контактными |
|||||||||||||||
управляемого контакта. |
пластинами |
(рис. |
8-13) [85]. Колба |
1 |
за |
|||||||||||
/ — стеклянная |
колба; |
2, |
3 — кон |
|||||||||||||
тактные пластины; N, |
S — постоян |
полняется инертным |
газом |
(азотом, |
арго |
|||||||||||
|
ный магнит. |
|
ном, |
водородом |
и т. п.). Благодаря |
этому |
||||||||||
|
|
|
|
|
электроды 2 и 3, выполняющие роль электрических контактов, при раз рыве цепи не окисляются. Электроды 2 и 3 выполняются из магнитного материала, обычно пермаллоя. Контактирующие поверхности электро дов покрываются слоем благородного металла, например золота, родия, палладия, или сплавами серебра с золотом, золота с никелем и т. п.
Управление герконом производится магнитным полем, которое со здается катушкой либо постоянным магнитом. При воздействии на геркон магнитного поля магнитный поток Ф замыкается через электроды, проходя через воздушный зазор й- между ними. При достаточно сильном поле электромагнитная сила притяжения между электродами начинает превышать силу упругости электродов, и они замыкаются, замыкая тем самым электрическую цепь. Следовательно, электроды выполняют три функции — электрического контакта, пружины и магнитопровода.
Кроме простейшей конструкции геркона, показанной на рис. 8-13, имеются и другие конструкции. Так, при установке в колбе еще одного электрода из немагнитного материала, который при отсутствии управ ляющего магнитного потока контактирует с противолежащим электро-
168
дом из магнитного материала, геркон выполняет функции переключаю щего контакта. Имеются также герконы с контактами, смачиваемыми ртутью, что обеспечивает лучшее контактирование и большую комму тируемую мощность. Конструктивные разновидности герконов подробно
описаны в |
[80, 85]. |
|
|
|
Некоторые параметры герконов приведены в табл. 8-5. |
||||
|
|
|
|
Т аб л и ц а 8-5 |
|
|
Режимы коммутации |
Число срабатываний |
|
|
|
|
|
|
Тип геркона |
Ток, А |
Напряжение, |
Род тока |
- в нормальных |
|
В |
условиях |
||
КЭМ-1 |
0,25 |
30 |
Постоянный |
5—10’ |
|
0,5 |
30 |
Постоянный |
10’ |
|
0,03 |
220 |
Постоянный |
106 |
|
5 .1 0 -6 |
2 -10 -5 |
Постоянный, переменный до |
10s |
|
0,2 |
60 |
10 МГц |
5.10е |
|
Постоянный |
|||
|
0,1 |
110 |
Постоянный |
ГО-10’ |
КЭМ-6 |
0,2 |
60 |
Постоянный |
5-106 |
|
0,1 |
24 |
Постоянный |
10-10’ |
КЭМ-2 |
0,25 ' |
30 |
Постоянный |
10s |
|
0,1 |
30 |
Постоянный |
10’ |
|
0,03 |
180 |
Постоянный |
10s |
|
5-10-« |
5 •10—2 |
Постоянный, переменный до |
10s |
|
|
|
10 МГц |
|
МКВ-1 |
5.10-» |
S .1 0 -2 |
Постоянный, переменный до |
10s |
|
|
|
10 МГц |
|
|
0,01 |
6 |
Постоянный |
5-10’ |
|
0,1 |
30 |
Постоянный |
5-106 |
|
0,2 |
30 |
Постоянный |
5- 10s |
КЭМ-3 |
0,25 |
30 |
Постоянный |
10* |
|
5 -10-9 |
5-10-2 |
Постоянный, переменный |
Ю7 |
Бесконтактные тиристорные пускатели
Бесконтактные тиристорные пускатели служат для пуска и оста новки трехфазных электродвигателей, для включения и отключения различных трехфазных нагрузок в автоматизированном электроприво де и системах управления производственными процессами. Бесконтакт ные тиристорные пускатели имеют следующие преимущества: отсутст вие искрообразования, высокую механическую прочность и стойкость к воздействию ударов и вибраций, высокую надежность, продолжитель ный срок службы, малое время включения и отключения, широкий рабочий диапазон температуры, малое падение напряжения во вклю ченном состоянии, бесшумность в работе, малую мощность управ ления.
Электрические параметры тиристоров хорошо согласуются с пара метрами бесконтактных логических элементов серии «Логика-Т».
В настоящее время промышленность выпускает тиристорные пу скатели серии ТУР и тиристорные пускатели типа ПТ и ПТУ.
16»
Тиристорные пускатели серии ТУР классифицируются на виды, группы и исполнения по следующим признакам:
по роду тока коммутируемой нагрузки: постоянный однополупериодный; постоянный двухполупериодный; переменный однофазный и пе ременный трехфазный;
по функциональным возможностям: характеру управления на грузки (включено ■— выключено; включено — выключено — реверс); наличию элементов защиты (максимальная токовая, от перегрузки, ну левая, от повышения напряжения выше 1,15.1/шгг; от понижения напря жения ниже 0,8 С/пит, от обрыва цепи трехфазной нагрузки), наличию элементов контроля (состояния тиристоров, исполнения команды, токов в фазах трехфазной нагрузки, наличия фаз питающего напряжения, правильности порядка следования фаз трехфазного питающего напря жения);
по устойчивости к механическим воздействиям и защищенности от воздействия окружающей среды;
по устойчивости к воздействию температуры и влажности окружаю щего воздуха устройства ТУР относятся к III группе ГСП, которая пре дусматривает допустимый интервал температур от —5 до +50°С И отно сительную влажность на всем диапазоне температур от 30 до 80% .
Все устройства построены по блочному принципу из элементов, взаимозаменяемых в пределах данной номенклатуры.
Каждый пускатель состоит из коммутирующего элемента, элемен та управления, входного элемента, элементов защиты.
Коммутирующие элементы служат для непосредственного воздейст вия на ток нагрузки по сигналам, формируемым схемой управления. Количество тиристоров и их соединение устанавливают в зависимости от рода тока, источника питания и вида нагрузки.
Функции схемы управления коммутирующим элементом состоят в преобразовании информации и доведении ее до управляющих элек тродов тиристоров соответствующих групп. Сигнал управления к управ ляющим электродам тиристора подводится по каналам, не имеющим между собой гальванической связи.
Входной элемент защищает тиристоры от коротких замыканий при мгновенном изменении направления вращения электродвигателя и одно временной подаче двух команд по разным входам на включение элек тродвигателя.
Входным сигналом управления устройствами ТУР является посто янное или выпрямленное напряжение отрицательной полярности от 2,4 до 12 В, мощностью не более 30 мВт. Быстродействие при включении нереверсивных тиристорных пускателей серии ТУР не более 10 мкс, реверсивных — не более 30 мкс. Время включения устройств ТУР не превышает 12 мкс.
Нижнее значение вероятности безотказной работы устройств равно 0,85 за 8000 ч. Срок службы установлен не менее б лет.
Тиристорные пускатели серии ТУР обладают повышенной помехо устойчивостью, так как схема управления До момента появления вход ного сигнала обесточена; имеют малый уровень помех на выходе за счет включения тиристоров в момент перехода полуволны сетевого на пряжения через нуль. Пускатели просты в изготовлении, после монтажа не нуждаются в настройке, не требуют подготовки к работе и регу лировки, дают при применении значительный экономический эф фект [67].
170