книги из ГПНТБ / Комаров, А. Ф. Наладка и эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков

элементе ИЛИ сигнал на выходе появляется при подаче сигнала хотя бы на один из его входов. Элементы И и ИЛИ имеют не менее двух входов. В отличие от них элемент НЕ имеет только один вход. Элемент НЕ характеризуется тем, что сигнал на его выходе исчезает при подаче входного сигнала.

Логические элементы применяют в схемах управления в качестве промежуточных элементов. Они выполняют различные элементарные операции, позволяющие полу­ чить нужную последовательность включения исполни­ тельных элементов схемы. Логические элементы могут находиться в одном из двух состояний: на выходе эле­ мента имеется выходной сигнал (состояние 1) или на вы­ ходе нет сигнала (состояние 0).

Эти элементы могут быть контактными (различные контактные реле) и бесконтактными. Бесконтактные логи­ ческие элементы (БЛЭ) обладают целым рядом достоинств (отсутствием контактов и быстро изнашивающихся меха­ нических частей, высоким быстродействием, большим сроком службы), благодаря которым они получили более широкое распространение в схемах управления электро­ приводами металлорежущих станков.

БЛЭ могут быть построены с помощью диодов и рези­ сторов, транзисторов, электронных ламп и магнитных усилителей. Рассмотрим наиболее распространенные схемы БЛЭ. На рис. 83 приведены диодно-реостатные схемы элементов И и ИЛИ. Принцип работы элемента И заключается в следующем. Если на оба его входа подать

8x1 Вх 2 gxj вх.г

Рис. 83. Диодно-реостатные схемы логических элементов:

а — И; б ~ ИЛИ

140

Рис. 84. Транзисторные логические элементы:

а — И; б — ИЛИ; о — НЕ

положительные импульсы, амплитуда которых больше напряжения источника питания Еа, то диоды Д1 и Д2 окажутся закрытыми и ток через них протекать не будет. Напряжение на выходе схемы (резисторе R) окажется равным напряжению источника питания (состояние 1). При отсутствии импульса на одном из входов, например втором, диод Д2 окажется открытым, через него проте­ кает ток и на резисторе R создается падение напряжения. Сопротивление резистора R значительно больше сопроти­ влений резисторов R1 и R2. Поэтому большая часть на­ пряжения источника падает на резисторе R, и на выходе схемы сигнала нет (состояние 0).

Сигнал на выходе диодно-реостатной схемы ИЛИ появляется при подаче положительного импульса на один из входов. Диоды Д1 и Д2 препятствуют прохождению сигнала с одного входа на другой. Например, если подан положительный импульс на вход 1, он не может попасть на вход 2, так как диод Д2 будет закрыт. Диодно-реостат­ ные схемы имеют малое входное сопротивление R ^ и поэтому они значительно нагружают источники входных сигналов. Выходное сопротивление таких схем велико (порядка величины сопротивления резистора R), а ампли­ туда выходного сигнала весьма мала. Такими недостат­ ками не обладают транзисторные и магнитные БЛЭ.

Транзисторный элемент И (рис. 84, а) работает сле­ дующим образом. При отсутствии сигналов на входах 1 и 2 оба транзистора открыты и по резистору R5 протекает ток, создавая на нем падение напряжения, полярность которого указана на рисунке. Если одновременно подать на входы 1 и 2 положительные импульсы, амплитуда кото­ рых достаточна для закрытия транзисторов, последние закроются, ток по резистору R5 протекать не будет, и

141

потенциал на выходе схемы повысится до нуля, т. е. на выходе появится положительный импульс. При подаче импульса только на один вход потенциал на выходе изме­ нится незначительно и выходного импульса не будет.

При отсутствии сигналов на входах транзисторного элемента ИЛИ (рнс. 84, б) транзисторы 77 и 72 закрыты положительными потенциалами на их базах. Если подать отрицательный импульс на один из входов, например первый, то транзистор Т1 откроется и по цепи коллектор— эмиттер потечет ток, который создает падение напряже­ ния на резисторе RK. На выходе НЕ (рис. 84, в) при отсутствии входного сигнала имеется потенциал, рав­ ный потенциалу коллектора, так как транзистор 7 за­ крыт положительным потенциалом на базе. Если на вход элемента подать отрицательный импульс, то транзистор 7 откроется, по цепи коллектор—эмиттер потечет ток, который создаст падение напряжения на резисторе RK.

Сопротивление резистора RK значительно больше со­ противления перехода коллектор—эмиттер и поэтому на резистор RK падает большая часть напряжения, а на вы­ ходе элемента напряжение будет незначительным.

Магнитные логические элементы выполняют на основе быстродействующих магнитных усилителей. Сердечники таких усилителей сделаны из ферромагнитных материалов, имеющих хорошие магнитные свойства (узкую прямо­ угольную петлю гистерезиса, способность перемагничиваться за несколько микросекунд). К таким материалам относятся пермаллой и феррит. Схема быстродействующего

6)

Рис. 85. Быстродействующий магнитный усилитель:

а 1— принципиальная электрическая схема; б — кривая намагни­ чивания сердечника В = f (Н)

142

Усилитель имеет рабочую обмотку wp и обмотку упра­ вления Wy, намотанные на общий сердечник и включен­ ные встречно. В цепи обмоток включены диоды Д1 и Д2, благодаря которым ток в обмотке управления протекает в течение одного полупериода напряжения питания пере­ менного тока, называемого управляющим полупернодом, а ток в рабочей обмотке протекает в течение другого (рабо­ чего) полупериода. Величины напряжений и обмоточные данные катушек wp, а> подобраны такими, чтобы при замкнутом контакте Уд насыщение сердечника происхо­ дило в конце рабочего полупериода (точка 1 на характе­ ристике намагничивания В = f (Н), рис. 85, б), а перемагничивание сердечника (точка 2 на характеристике намагничивания) — в конце управляющего полупе­ риода.

Схема может работать в двух режимах: при замкнутом и при разомкнутом контакте УК- Если контакт УК замк­ нут, то в управляющий полупериод происходит размагни­ чивание сердечника, так как диод Д2 открыт и по обмотке управления протекает ток. В этот полупериод ток в рабо­ чей обмотке управления не протекает, так как диод Д1 закрыт положительным потенциалом на катоде. В рабочий полупериод, наоборот, диод Д1 открывается, а Д2 — за­ крывается. По управляющей обмотке ток не протекает, но так как сердечник размагничен, то индуктивное со­ противление рабочей обмотки очень велико и по нагрузке Ди протекает ток подмагничивания, незначительный по величине. Насыщение сердечника происходит в конце рабочего полупериода, сопротивление рабочей обмотки резко снижается, но в этот момент напряжение на рабочей обмотке близко к нулю, и изменения тока нагрузки не происходит.

При разомкнутом контакте УК в управляющий полу­ период не происходит размагничивания сердечника, по­ этому к.началу рабочего полупериода индуктивное со­ противление рабочей обмотки незначительно и ток в ней изменяется скачком, а следовательно, скачком изменяется

такте УК (это соответствует наличию сигнала на входе)

143

"С м

+a—

8x.1 Д1

-и-*— И — f -M ‘

Bx.2 й г

Д5%

a )

Pile. 86. Магнитные логические элементы ЭЛМ:

а — И; б — ИЛИ

На рис. 86 даны схемы магнитных логических элемен­ тов И или ИЛИ серии ЭЛМ. Магнитный элемент ИЛИ работает следующим образом. При отсутствии входных сигналов в управляющий полупериод по обмотке управле­ ния wy протекает ток управления, так как диод ДЗ открыт за счет напряжения смещения. Происходит размагничи­ вание сердечника и поэтому в рабочий полупериод напря­ жение на выходе равно нулю. Если на один из входов, например 1, поступит отрицательный импульс, то диод ДЗ окажется закрытым (катод более положителен, чем анод), в управляющий полупериод ток по обмотке упра­ вления wy протекать не будет, не будет происходить размагничивания сердечника и, следовательно, в рабочий полупериод на выходе появится напряжение.

Напряжение на выходе элемента И появится тогда, когда отрицательные импульсы одновременно закроют оба диода смещения (Д8 и Д6). Если один из диодов ока­ жется открытым, то через него будет протекать ток упра­ вления, размагничивающий сердечник, и сигнал на выходе будет отсутствовать.

Как правило, рассмотренные выше логические эле­ менты имеют выходную мощность, недостаточную для управления контакторами и другими исполнительными аппаратами. Поэтому в большинстве случаев в схемы БЛЭ вводят усилители (электронные, полупроводниковые и маг­ нитные). Жесткие требования предъявляют к амплитуде, форме и длительности сигналов управления, поэтому в схемы с БЛЭ вводят датчики, позволяющие получить сигналы, удовлетворяющие этим требованиям.

144

В станках широко распространены БЛЭ серии «Ло­

гика».

Рассмотрим простейшие схемы с использованием БЛЭ. Релейно-контактная схема управления электромагнит­ ной муфтой и соответствующая ей бесконтактная схема представлены на рис. 87. При нажатии кнопки 1П на вход элемента ИЛИ подается сигнал. На выходе элемента ИЛИ

«Стоп» подается сигнал, то на выходе этого элемента по­ является напряжение, поступающее затем на усилитель У, где оно усиливается до величины, достаточной для вклю­ чения электромагнитной муфты. Для удержания муфты во включенном положении применена обратная связь выхода И со входом ИЛИ, называемая элементом «Па­ мять». Схема отключается нажатием на кнопку «Стоп». При этом исчезает напряжение на одном из входов И, а следовательно, и на его выходе. Электромагнитная муфта отключается. Для повторного включения муфты необхо­ димо нажать кнопку «Пуск».

Бесконтактная схема управления реверсивным пуска­ телем (рис. 88, б) работает следующим образом. При на­ жатии на кнопку «Вперед» на вход 2 элемента ШЛИ поступает напряжение и на его выходе возникает сигнал, поступающий на вход элемента 1И. На выходе 1И сигнал будет в том случае, когда на другие его входы 2 и 3 по­ ступит напряжение. В нашем случае сигнал на вход 2

1И имеется напряжение, являющееся входным для эле­ мента ЗИ. Второй сигнал на вход ЗИ поступает через замкнутый контакт теплового реле РТ. На выходе ЗИ появляется напряжение, которое поступает на вход уси­ лителя У и там усиливается до необходимой величины.

Рис. 87. Схемы управления электромагнитной муфтой:

а — релеПно-контактная; 6 — бесконтактная

145

6)

Рис. 88. Схемы управления реверсивным пускателем:

а — релеЛно-коитактная; 6 — бесконтактная

дается на вход 2ИЛ И, осуществляя тем самым блокировку на включение контактора 2К- Аналогично работает схема при нажатии на кнопку «Назад», но в этом случае работают элементы 2ИЛИ, 2И, 4И и контактор 2К. Контактор 1К отключается нажатием на кнопки «Стоп» или «Назад». На входы 2 или 3 элемента 1И в этом случае напряжение не поступает, а следовательно, нет напряжения и на его выходе. Одновременно снимается сигнал запрета с входа

2ИЛИ.

В схеме предусмотрена защита оборудования от пере­ грузок с помощью теплового реле РТ, через размыкаю­ щие контакты которого подается напряжение на один из входов элементов ЗИ, 4И. При перегрузке контакты реле РТ размыкаются и на входах 2 элементов ЗИ, 4И напря­ жения не будет, контакторы отключаются.

146

9.Бесконтактные датчики перемещения

Вметаллорежущих станках широко распространены индук­ тивные датчики перемещения. Они очень просты, состоят из одной или нескольких катушек на одном магннтопроводе с зазором (рис. 89). От величины зазора зависят токи

инапряжения в катушках. Магнитопроводу нетрудно придать любую требуемую форму, встроить в узел станка

идаже использовать в качестве магнитопровода детали

контролируемого узла. Эти датчики позволяют измерять как линейные (рис. 89), так и круговые (рис. 90) пере­ мещения. Схема включения двухобмоточных индуктивных датчиков показана на рис. 91.

Наряду с БЛЭ, в схемах управления электроприводами металлорежущих станков нашли некоторое применение бесконтактные путевые переключатели, которые подобно БЛЭ имеют два состояния выхода (0 и 1), причем переход из одного состояния в другое происходит практически мгновенно. Различают бесконтактные путевые выключа­ тели генераторные и трансформаторные.

Путевой выключатель генераторного типа БВК-24 (рис. 92, а) состоит из генератора релаксационных коле­ баний с трансформаторной обратной связью, собранного на транзисторе 77 и трансформаторе Тр. Магнитной систе­ мой трансформатора (рис. 92, б) являются два феррито­ вых сердечника диаметром 28 мм, разделенные воздушным зазором б—8 мм. На первом сердечнике намотаны две обмотки: первичная wх и положительной обратной связи w2n. с, а на втором — обмотка отрицательной обратной связи w2o.с-

Рис. 89. Индуктивные датчики линейного перемещения:

/ — ярмо; 2 ^ сердечник; б « зазоры; z u z 2 — катушки; Ф = магнит­ ный поток

147

А-А

ким образом, чтобы при отсутствии экрана в зазоре э. д. с., наведенная в обмотке положительной обратной связи, была больше э. д. с. обмотки отрицательной обратной связи (в этом случае транзистор 77 будет закрыт положи­ тельным потенциалом на базе и генерации не будет). При введении в зазор диамагнитного экрана, обычно алю­ миниевого, э. д. с. обмотки отрицательной обратной связи

148

становится больше э. д. с. обмотки положительной связи за счет изменения коэффициента взаимоиндукции между обмотками ш2о. с и w2n.с 11 транзистор открывается.

В колебательном контуре, образованном конденса­ тором СЗ и индуктивностью рабочей обмотки, возбужда­ ются незатухающие колебания. При протекании тока через транзистор на переходе эмиттер—база переменная составляющая тока детектируется, что приводит к воз­ растанию постоянной составляющей тока цепи эмиттер— коллектор, а следовательно, и тока нагрузки. Выходная мощность выключателя БВК невелика, поэтому в схемах управления на выходе БВК включают усилитель или

ного типа БСП-11 (рис. 93) состоит из полупроводникового триггера и дифференциально-трансформаторного датчика. ААагнитная система собрана из двух сердечников s, и s2, имеющих форму, указанную на рисунке. На сердечнике sx намотана первичная обмотка wu на сердечнике s2 — вто­ ричная обмотка w2, а обмотка возбуждения дов охваты­ вает оба сердечника. Сердечник Sj зашунтирован пласти­ ной П, а сердечник s2— якорем Д, связанным с подвижным

Рис. 91. Дифференци­ альная схема включе­ ния двухобмоточиых индуктивных датчи­ ков (а) и ее выходной сигнал (б)

149