Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации

444

Электропривод получает питание от вводного устройства ВУ. Напряжение на двигатель подается автоматом 1А с максимальной и тепловой защитой. В кабине находится командоконтроллер КК, имеющий три положения. На стороне, противоположной рукоятке управления, имеется хвостовик, выступающий в шахту лифта. При достижении кабиной крайних этажей отводки, расположенные в шахте, воздействуют на хвостовик и устанавливают рукоятку командоконтроллера в среднее положение, тем самым останавливая кабину. Реверсивные контакторы В и Н получают питание через контакты КК1 и КК2 командоконтроллера. В цепь питания контакторов включены аппараты, обеспечивающие все блокировки.

Закрывание дверей шахты на всех этажах контролируется с помощью реле контроля дверей РКД. При наличии закрытых дверей шахты замкнуты контакты 1ДШ — 4ДШ. При подаче напряжения на схему управления (включено реле напряжения РН) получает питание реле. Для пуска кабины необходимо, чтобы двери кабины были закрыты (контакты ДК). В цепи управления также находятся контакты ловителей кабины ЛК, слабины или обрыва подъемных канатов СПК и ограничителя скорости ОС. Контроль слабины или обрыва каната осуществляется контактом СКОС. Контакты концевых выключателей ВКВ и ВКН размыкаются в предельно крайних положениях кабины если не сработает механическая блокировка на хвостовике командоконтроллера.

При среднем положении рукоятки командоконтроллера электродвигатель Д отключен от сети и застопорен механическим тормозом Т. Подъем кабины осуществляется поворотом рукоятки командоконтроллера в положение «вверх». При этом замыкаются контакты КК-1 и при наличии закрытых дверей шахты и кабины подается питание к статору двигателя Д и катушке тормозного магнита Т.

Двигатель разгоняется до установленной скорости, и кабина движется вверх. Для остановки кабины необходимо перевести рукоятку командоконтроллера в нулевое положение. При движении кабины вниз замыкаются контакты КК-2 командоконтроллера, и схема работает аналогичным образом. Точность остановки кабины зависит от опыта проводника и достигается повторным включением электродвигателя.

Вызов кабины на этажи производится нажатием кнопок 1КВ-4КВ, имеющих удерживающие электромагниты МВК. О наличии вызова проводник извещается загоранием сигнальной лампы 1ЛС-4ЛС соответствующего этажа и звуковым сигналом ЗС. Длительность действия звукового сигнала регулируется выдержкой реле времени РВ. В работе схемы сигнализации участвует реле сигнализации PC. Снятие вызова производится дверными контактами ДШ, шунтирующими электромагнит кнопки, благодаря чему кнопка возвращается в исходное положение. Резисторы 1СД-4СД служат для ограничения тока в цепи при шунтировке электромагнитов.

В схеме предусмотрена возможность вызова обслуживающего персонала с помощью кнопки вызова персонала КВП. Для проведения ремонтных работ в

445

кабине установлены штепсельные розетки 1ШР, 2ШР и в машинном зале розетка ШРМ. При работе в режиме ревизии кнопки вызовов отключаются выключателем ВМП, а вызывная сигнализация — переключателем ПР.

Принципы построения систем программного управления с автоматическим адресованием транспортиремых грузов рассмотрены ниже применительно к кранам.

Наиболее распространенные системы управления кранами с использованием стандартных кулачковых контроллеров имеют лишь автоматическую защиту и блокировки. Защита двигателей и цепей управления осуществляется автоматическими выключателями, максимальными реле и плавкими предохранителями. Одна из обязательных блокировок в крановых схемах заключается в том, что лишь в нулевом положении контроллеров можно включить линейный контактор. При исчезновении или уменьшении напряжения линейный контактор отключает двигатель от сети и после того, как контроллер будет переведен в нулевое положение, двигатель может быть включен повторно. Отключение двигателей производится поворотом контроллера в нулевое положение, а также аварийным и конечным выключателями.

На рис. 11.4 представлена схема управления электроприводом механизма подъема башенного крана с использованием контроллера. В качестве тормозного генератора применен вихревой генератор. Работа вихревого генератора основана на принципе действия вихревых токов и подобна работе короткозамкнутого асинхронного двигателя в режиме электродинамического торможения. Соответственно и характеристики генератора напоминают механические характеристики асинхронного двигателя.

Совместная работа асинхронного двигателя с вихревым генератором происходит на первом положении контроллера при подъеме и втором положении при спуске. Опускание груза на первом положении контроллера производится при работе одного тормозного генератора. Дальнейшее регулирование частоты вращения двигателя осуществляется при отключенном тормозном генераторе изменением величины сопротивления в роторе двигателя.

Рис.11.4. Схема управления электроприводом механизма подъема башенного крана

446

Сложность управления кранами объясняется в значительной степени требованиями техники безопасности и защиты технологического оборудования. С этой целью все грузоподъемные механизмы оснащаются специальными приборами и устройствами защиты, рассматриваемыми ниже.

В первую очередь к этим устройствам следует отнести ограничители различного назначения. Наиболее распространенным ограничителем является концевой (путевой) выключатель, который применяется для ограничения хода крана или его механизмов: тележки, стрелы и т. д. Концевой выключатель устанавливается таким образом, чтобы он срабатывал при определенных положениях механизма: максимальный вылет стрелы, два оборота крана и т. д. Контакты концевого выключателя находятся в цепях управления соответствующего механизма. Для грузоподъемных механизмов небольшой мощности концевой выключатель может использоваться в качестве ограничителя грузоподъемности. В этом случае ограничитель (рис. 11.5) подвешивается с помощью троса 1.

сы; 2,3– оси; 4−эксцентрик; 5−рычаг; допустимой нагрузки толкатель 6 под дейс-

ния двигателем механизма подъема. Хотя вышерассмотренный ограничитель прост и надежен в эксплуатации, он не используется по конструктивным соображениям для механизмов средней и большой мощности. Для этого оборудования применяют электромеханические ограничители грузоподъемности.

В них в качестве чувствительных элементов используют упругое кольцо или бесконтактный электрический динамометр (пьезометрического или тензометрического типа), которые размещаются между канатными оттяжками (рис. 11.6) или на грузовом канате.

447

Рис.11.6. Установка датчика усилия: а) − с помощью канатного многоугольника; б) − с помощью подвижного рычага

Деформации силоизмерительного элемента кольца преобразуются с помощью потенциометрического или индуктивно-трансформаторного преобразователя в электрический сигнал, сравниваемый с заданным (по типовой мостовой схеме). Положение задатчика может быть связано с вылетом стрелы. Если вес поднимаемого груза превысит предельно допустимый, то поступает соответствующий сигнал в блок выходных реле и далее в цепи управления и сигнализации. При определенном ветровом воздействии на грузоподъемный механизм с целью исключения опрокидывания предусматриваются противоугонные средства. Противоугонные устройства, состоящие из датчика скорости ветра и противоугонных захватов, включаются при каждом выключении механизма передвижения крана или при скорости ветра, превышающей допустимую.

В автоматических приборах определения скорости ветра применяют генераторные датчики. В этих устройствах скорость ветра воспринимается приемником воздушного потока, который представляет собой трех-, четырехили восьмилопастную вертушку, непосредственно связанную с генератором переменного тока (рис. 11.7).

Рис. I1.7. Схема определения скорости ветра с помощью анемометра:

В− вертушка; ТГ − тахогенератор; ППУ − преобразовательное устройство;

Р− промежуточное реле

448

Датчик представляет собой флюгер с вертушкой, легко поворачивающийся на трубчатой стойке – основании датчика. Под действием ветра вертушка приводит во вращение постоянный магнит тахогенератора. Возникающая при этом в катушке тахогенератора электродвижущая сила пропорциональна скорости ветра. С усилителя ППУ сигнал поступает на измерительный прибор и в цепь сигнализации, а при достижении критической скорости ветра происходит отключение двигателей механизма перемещения крана и включение захватов. Схема механизма захвата показана на рис. I1.8.

Рычаг5 механизма захвата поворачивается вокруг осей 1. При работе крана

В герметичном корпусе датчика на карданном шарнире 1 подвешен маятник 2. Корпус 3 датчика, жестко закрепленный на поворотной платформе, наклоняется вместе с краном, а маятник сохраняет вертикальное положение, вследствие чего происходит перемещение связанных с маятником ползунков 4 и 5 относительно закрепленных на корпусе датчика потенциометров 6 и 7.

449

комплекс рассмотренных выше устройств защиты устройств защиты, учитывающих все факторы создающие опасный опрокидывающий момент: вес груза, напор ветра, силы инерции и уклон пути.

На самоходных строительных машинах используются приборы для определения опасной зоны при приближении к линиям электропередач (ЛЭП). Устройства состоят из приемной антенны, усилительно-исполнительного блока и блока сигнализации. Принцип действия основан на наведении ЭДС в катушке при пересечении ее переменным магнитным полем (генераторные датчики).

Кроме рассмотренных устройств защиты для кранов, работающих на одном участке подкрановых путей, применяются электромеханические и оптикоэлектронные устройства, предупреждающие их столкновение. Для поддержания минимального расстояния между кранами используется, например, радиоэлектронное устройство, состоящее из передатчика, приемника и выходного блока. Приемник и передатчик устанавливаются таким образом, чтобы их антенны были ориентированы в направлении перемещения крана. При сближении кранов на расстояние менее допустимого срабатывает реле выходного блока, и кран останавливается.

Дистанционное управление краном. Для обеспечения дистанционного управления краном необходимо, чтобы системы управления приводами отдельных исполнительных механизмов обеспечивали автоматизацию таких процессов, как разгон, замедление и регулирование скорости. При этом в более совершенных системах дистанционного управления разгон и замедление приводов должны производиться по заданному закону.

Рассмотрим первоначально систему дистанционного управления краном, выполняемого машинистом с пульта управления, соединенного с механизмами крана многожильным кабелем. Пульт управления либо располагается на груди машиниста, либо находится в его руке. Схема управления построенная по системе «тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока» или «тиристорный преобразователь – асинхронный двигатель», предусматривает дистанционное и автоматическое управление краном показана на рис. I1.10.

В пульте дистанционного управления размещается пять пар солнечных батарей, отделенных одна от другой перегородками. В каждой из пяти ячеек пульта помимо солнечных батарей размещаются осветительные лампочки.

Лампочки отделяются от солнечных батарей затворами. Затвор может перекрыть одну, другую или одновременно две батареи. Батареи СБ1 и СБ2 включены встречно. Когда обе солнечные батареи закрыты, ток в цепи равен нулю. Когда закрывают одну батарею, например СБ2, а батарея СБ1 освещена, ток идет от батареи СБ1 к СБ2. Тогда через обмотки магнитных усилителей МУ1 и МУ2 течет ток от ЗК МУ2 к 2Н МУ1. При освещении СБ2 ток пойдет в другом направлении. Обмотки смещения МУ1 и МУ2 включены таким образом, что при освещении батареи СБ1 работает магнитный усилитель МУ2, а при освещении СБ2 — МУ1.

Рассмотрим работу электропривода механизма подъема.

450

Рис. I1.10. Принципиальная схема автоматической системы управления кранами: а) − блок разгона и замедления; б) − тиристорный преобразователь, блок регулятора

замедления и дистанционного замедления; в) − блок выбора программы

Нажатием кнопки П включаются пускатель П, тиристорный преобразователь ТП, преобразователи ТП других исполнительных механизмов, не изображенных на рисунке, блоки Б1—Б5, узел реверсивного шагового искателя, реле РВ1 и РВ2, двигатель разгона и замедления Дрз , соединенный редуктором с сельсином С.

Двигатель Дрз поворачивает сельсин на угол, немного меньший П/2, благодаря чему в крайних положениях напряжение на клеммах сельсина равно нулю или максимуму. Конечные выключатели установлены на валу редуктора двигателя Дрз под углом 90°. Конечный выключатель КВЗ1, блокирующий контакты реле Р, включается, когда двигатель Дрз начнет увеличивать частоту вращения. Конечный выключатель КВ32 выключается одновременно с включением КВ3. Контакты выключателя КВЗ2 включены в цепь пускателя П.

При исчезновении напряжения двигатель Дрз надо включить в обратную сторону (перевести из режима замедления) и только после этого включить пускатель П. Конечный выключатель КВЗЗ в цепи контактора Кт тормозного магнита выключается, когда начинает вращаться двигатель Дрз. Конечный выключа-

451

тель КВ34 включается в той же последовательности, что и выключатель КВ31. Конечный выключатель КВР1 в цепи Др3 выключается, когда напряжение сельсина С достигает максимума (окончание разгона). Назначение конечного выключателя КВР2 в цепи катушки реле Р аналогичное.

В исходном положении обе батареи закрыты. Машинист затвором открывает батарею СБ2. Ток идет по обмотке ЗК—2Н усилителя, который установлен в блоке Б1. Так как выключатель КВР2 замкнут, реле Р включается, двигатель Дрз начинает вращаться в определенном направлении. Одновременно включается контактор КT тормоза и контактор В, двигатель Д подключается к тиристорному преобразователю ТП. Выключатели КВ31 замыкаются, а выключатели КВЗЗ размыкаются, но так как уже включился КВ34, то катушка КT заблокирована своим контактом. Вал сельсина С поворачивается двигателем Дрз через редуктор с определенной частотой вращения и по определенному закону. Выходное напряжение сельсина увеличивается, в результате чего напряжение на обмотках магнитных усилителей МУ5, включенных в фазосмещающее устройство преобразователя TП, возрастает, тиристорный преобразователь ТП все больше открывается и частота вращения двигателя механизма подъема Д увеличивается. Когда частота вращения достигает максимума (максимум напряжения на сельсине при угле поворота его вала П/2), срабатывают выключатели KВР2 и КВР1, двигатель Дрз останавливается, но обмотки МУЗ остаются включенными. Груз движется на максимальной скорости.

Машинист может не доводить скорость до максимальной, перекрыв затвором батарею СБ2. Тогда реле Р отпадает, но груз движется с любой заданной в момент закрытия затвором СБ2 скоростью, так как сельсин остановлен в одном из промежуточных положений.

Если необходимо уменьшить скорость перемещения, то двигатель Дрз работает на замедление, т. е. сельсин С вращается в обратную сторону. Управление осуществляется аналогично рассмотренному выше, но в этом случае затвором закрывается батарея СБ1, и работает усилитель МУ2. Так же, как и при разгоне, двигатель Др3 может быть остановлен в любом промежуточном положении и перемещение груза может происходить с любой скоростью, заданной машинистом (скорость дотяжки). Если идет процесс замедления, то включается лампа ЛЗ. Опускание груза осуществляется путем включения контактора Н с предварительным заданием расстояния с помощью кнопок. Отсчет высоты производится с помощью шагового искателя. Управление двигателем Дрз осуществляется по вышерассмотренному принципу. Таким образом, данная система дистанционного управления обеспечивает не только любые режимы работы исполнительных механизмов, но и выполнение операции по заданному закону. Возможна система управления работой крана голосом. В такой системе обычные аппараты телеуправления заменены микрофоном. Принятые микрофоном сигналы усиливаются и различаются с помощью фильтров логической схемой. Полученные команды передаются исполнительным органам (например, контакторам).

452

В одном из вариантов микрофонной системы телеуправления для передачи кодированных команд на подъем или опускание груза и передвижение в двух направлениях используются четыре простых слова. Еще одно слово дает команду на прекращение любого из движений. На ленте, надеваемой на голову машиниста, помимо микрофона укреплен также аварийный выключатель, приводимый в действие движением головы. В дистанционных системах управления с помощью радио, радиопередатчик, блок генераторов командных частот с командоаппаратом входят в состав пульта управления, легко переносимого машинистом. Каждому механизму крана на пульте управления соответствует определенная рукоятка (кнопка). Антенна передатчика располагается непосредственно на пульте управления или закладывается в лямку прибора, что делает передвижение машиниста более удобным.

В ряде случаев в системах радиоуправления является удобным применение телевизионных камер, позволяющих по экрану телевизора наблюдать за перемещением груза.

Рассмотрим представленные на рис.11.11, а блок-схему приемноисполнительного устройства и на рис. 11.11, б функциональную схему приемного блока механизма управления.

Формирование сигнала генератором на пульте управления производится при посылке команды на включение первой скорости любого механизма. Несущая частота передатчика модулируется в зависимости от выбранного направления движения.

Рис. 11,11. Радиоуправление краном:

а) − блок-схема приемно-исполнительного устройства; б) − функциональная схема приемного блока механизма управления; t − задержка; П − память; ПУ − пульт управления;

PC − блок сигналов; ФВ, ФН − фильтры; Р − реле

453

В приемном устройстве сигналы усиливаются и преобразуются в низкочастотные. Командный сигнал выделяется фильтром направления движения (ФН

— назад, ВФ — вперед), выпрямляется и поступает на двойную реостатнотранзисторную ячейку «ИЛИ», усиливающую сигнал. Продифференцированный импульс поступает на один из логических элементов «ПАМЯТЬ 1» и «ПАМЯТЬ 2» (мощный триггер). В коллекторные цепи триггеров включены реле первой скорости РПВ или РПН (в зависимости от выбранного направления).

Контакты реле постоянного тока РПВ или РПН замыкаются в цепи реле переменного тока РВ или РН, осуществляющих переключения в цепях панели управления механизмом крана, В то же время элемент «ПАМЯТЬ 1» формирует сигнал для элемента «ЗАДЕРЖКА», откуда он поступает на приставку «И». На этот же элемент поступает импульс с фильтров ФВ и ФН через логический элемент «ИЛИ». Если после поступления задержанного сигнала на элемент «И» поступит сигнал с фильтров ФВ или ФН, то элемент «ПАМЯТЬ 3» формирует сигнал для элемента «ЗАДЕРЖКА», который через приставку «И» перебрасывает элемент «ПАМЯТЬ 4» при поступлении сигнала с фильтров ФВ или ФН. Таким образом, в зависимости от числа или времени подачи команды можно получить любую частоту вращения двигателя.

Остановка двигателя производится нажатием кнопки, при этом командный сигнал выделяется фильтром ФС и через усилитель «ИЛИ» и приставку «И» воздействует на другие входы элементов «ПАМЯТЬ», снимая поданные ранее команды и отключая реле. При наличии в схеме силового контроллера приводной серводвигатель поворачивает вал контроллера на угол, соответствующий определенной скорости механизма, в зависимости от длительности поданной команды. При подаче команды «стоп» двигатель включается в обратном направлении, возвращая контроллер в нулевое положение. Отключение серводвигателя в нулевом и крайних положениях производится конечными выключателями. Системы дистанционного управления кранами могут применяться также совместно с системами программного управления, составляя комбинированные системы дистанционно-программного управления.

Системы программного управления краном. Рассмотрим систему про-

граммного управления краном применительно к схеме изображенной на рис. 11.10, обеспечивающей управление рядом операций крана по определенным программам исходя из математической модели. С точки зрения дистанционного управления схема была рассмотрена выше.

На кнопочном пульте установлены два ряда кнопок, причем каждая кнопка имеет десять размыкающих и замыкающих контактов. При нажатии на кнопку она остается включенной, что дает возможность набрать любую цифру в заданном диапазоне. Крайняя левая кнопка ряда при нажатии сбрасывает ту кнопку, которую набрали раньше. Левые кнопки двух рядов механически связаны меж-