Информационные технологии и автоматизация в металлургии. Лабораторный практикум

Сигнал с выхода регулирующего прибора подводится к усилите- лю У, усиливается по мощности и поступает далее на вход электро- двигателя ЭД, вращение которого преобразуется с помощью пони- жающего редуктора Р во вращательное или поступательное переме- щение выходного исполнительного элемента. Информация о поло- жении регулирующего органа осуществляется с помощью датчиков положения ДП и передается оператору дистанционно с помощью указателя положения УП. При необходимости сигнал датчика поло- жения используется в качестве сигнала отрицательной обратной свя- зи на вход регулирующего прибора.

Когда регулирующий орган достигает одного из конечных поло- жений, срабатывает датчик положения конечный ДПК, разрывая цепь электродвигателя. Для улучшения динамических характеристик исполнительного устройства обычно используется специальное тор- мозное устройство ТУ, которое, воздействуя тем или иным способом на электродвигатель, быстро останавливает его при исчезновении входного сигнала.

Усилители

Слабый входной сигнал с выхода регулирующего, прибора усили- вается до необходимой мощности за счет энергии внешнего источ- ника питания. Усилители предназначены для пуска, реверса и оста- нова исполнительного механизма. Они делятся на две основные группы – с контактным и бесконтактным управлением.

Усилители с контактным управлением строятся на базе контакто- ров и магнитных пускателей, имеют небольшой срок службы, не до- пускают повышенную частоту включений, обладают небольшими габаритами и низкой стоимостью, однако они достаточно распро- странены в общепромышленных системах регулирования. Основным их недостатком является невысокая надежность в условиях запылен- ности. Поэтому в последнее время все чаще стали применяться бес- контактные магнитные усилители, которые управляют электриче- скими исполнительными механизмами в комплекте с электронными бесконтактными регулирующими приборами. Рассмотрим принцип действия такого усилителя.

Магнитный усилитель (рис. 4.3) собран на двух дросселях насы- щения Др1 и Др2 по двухтактной схеме. Каждый дроссель имеет два Ш-образных сердечника с обмотками возбуждения и обмотками управления. Последние подключаются к выходным клеммам элек-

61

тронного блока регулирующего прибора 0-1 и 0-2. Напряжение пита- ния усилителя осуществляется от трансформатора Тр. Обмотки воз- буждения включены последовательно с диодами Д1–Д4 таким обра- зом, что в состоянии равновесия через каждую из них протекает вы- прямленный однополупериодный ток I1–I4.

Рис. 4.3 Принципиальная схема магнитного усилителя

На рис. 4.4, слева, приводятся графики токов I1 и I5 в состоянии равновесия (при отсутствии управляющего сигнала на входе усили- теля). При этом индуктивности обмоток возбуждения обоих дроссе- лей одинаковы, вследствие чего ток I5 в управляющей обмотке элек- тродвигателя исполнительного механизма отсутствует, так как токи I1-2 и I3-4 равны и направлены навстречу друг другу.

При подаче управляющего сигнала на одну из обмоток возбужде- ния (например, на клеммы 0-1) магнитопровод соответствующего дросселя Др1 насыщается, благодаря чему его индуктивность умень- шается, а ток увеличивается (график токов на рис. 4.3, справа). Соот- ветственно ток I1-2 увеличивается. Разность токов I1-2 и I3-4 поступает в соответствующую обмотку электродвигателя и в зависимости от фазы тока приводит к вращению ротор электродвигателя в ту или иную сторону. В случае смены полярности управляющего сигнала фаза выходного тока усилителя изменится на 180°, что приведет к реверсированию электродвигателя исполнительного механизма.

Для работы в комплекте с регулирующими приборами РПИБ и с исполнительными механизмами типа МЭО (электродвигатели серии ДАУ) служат магнитные усилители типа УМД (рис. 4.5) Для связи

62

регулирующих приборов РП-2 с исполнительными механизмами МЭО применяются магнитные усилители типа УМД-Б.

Рис. 4.4. Графики токов в дросселях усилителя и в управляющей обмотке двигателя

Усилители типа УМД предназначены для работы с регулирую- щими приборами с номинальной величиной управляющего сигнала 24 В и имеют активное сопротивление входной цепи 80 Ом. Особен- ностью усилителя типа УМД-Б является использование в качестве источника управляющего сигнала внутреннего источника постоянно- го тока, цепь которого замыкается на обмотки управления усилителя с помощью бесконтактных ключей, находящихся внутри регули- рующего прибора.

Усилитель УМД (рис. 4.5) собран по двухтактной схеме и состоит из двух однотактных усилителей. Нагрузка подключается со стороны выходного трансформатора Tp1 к крайним точкам, (клеммы 3; 4), а напряжение питания (клеммы 1; 2; 5; 6) подводится к средней точке трансформатора и к общей точке рабочих обмоток сердечников (че- рез сопротивления R3 и R4).

63

меняется начальное смещение постоянным током, который подается в обмотки смещения от трансформатора Тр2 через диоды Д1 и Д2 и ре- зисторы Ri и R2. Для улучшения динамических, характеристик усили- теля в цепи рабочих обмоток включены резисторы R3 и R4 и конден- саторы C1 и С2. Последние, кроме этого, уменьшают наводки на входе и остаточное напряжение на выходе усилителя. Этот же источник пи- тания служит для получения постоянного тока, используемого для управления усилителем УМД при дистанционном управлении испол- нительным механизмом и при управлении от регулирующего прибо- ра. Имеется ряд магнитных усилителей от УМД-4 до УМД-160, кото- рые используются в зависимости от мощности исполнительных меха- низмов. В системе автоматического регулирования электрической аналоговой ветви ГСП в качестве пускателя применен тиристорный усилитель У-101, на выходные клеммы которого подключается трех- фазный электродвигатель исполнительного механизма МЭО-Б. Одна фаза двигателя непосредственно подключена к фазе сети, а две другие его фазы подключаются через тиристорные ключи, осуществляющие пуск и реверс двигателя.

Тиристорный усилитель рассчитан на подключение двигателей мощностью до 1,1 кВт; номинальное значение управляющего напря- жения – 24 В постоянного тока, для дистанционного управления име- ется источник напряжения 24 В постоянного тока.

Исполнительные механизмы. Элементами исполнительных меха- низмов, как следует из блок-схемы (рис. 4.2), являются электродви- гатели, редукторы, тормозное устройство, датчики положения, указа- тели положения и микропереключатели. Эти элементы смонтирова- ны, как правило, в едином корпусе.

Электродвигатели являются одним из основных узлов исполни- тельного механизма. Практически во всех исполнительных механиз- мах постоянной скорости применяются асинхронные двигатели пе- ременного тока. При этом используются как однофазные, так и трех- фазные двигатели. Схемы управления электродвигателями, питаемые от однофазной сети, проще, чем при питании от трехфазной сети. При незначительной мощности двигателей обычно используются двухфазные асинхронные двигатели или трехфазные с фазосдви- гающей емкостью; питание – от двухфазной сети. При больших мощностях целесообразно использовать трехфазные двигатели с пи- танием от трехфазной сети. Первые бесконтактные исполнительные механизмы (ИМ-2Б, МЭК-10Б, МЭК-25Б) работали на базе электро- двигателя типа АДП-362. Для более совершенных бесконтактных

65

исполнительных механизмов (МЭО) используется специальная серия асинхронных однофазных конденсаторных малоинерционных двига- телей типа ДАУ. Однофазное питание двигателя упрощает коммута- цию электрических цепей и исключает необходимость применения защиты электродвигателя при исчезновении напряжения в одной из фаз, что требуется при трехфазном питании.

Двигатели типа ДАУ способны работать в, режиме короткого за- мыкания. В этом случае не приходится опасаться перегрузок двига- теля, а с исполнительного механизма снимаются ограничения по числу и продолжительности включений. Кроме того, механизм не выходит из строя при заклинивании регулирующих органов. В сис- теме автоматического регулирования электрической аналоговой вет- ви ГСП используются исполнительные механизмы типа МЭО-Б с трехфазными электродвигателями.

Редукторы предназначены для согласования частоты вращения выходного вала с частотой вращения приводного электродвигателя. Передаточное отношение редуктора i лежит в пределах 20...50 000.

Существует два типа редукторов – на базе червячной передачи и на базе цилиндрических передач. Редукторы на цилиндрических пе- редачах имеют значительно большие габариты и массу, худшие ди- намические характеристики. Если регулирующий орган (движок рео- стата) пассивен, то можно использовать редуктор с цилиндрической передачей, если активен (обладает большими обратными усилиями), то необходимо применить редуктор с червячной передачей.

Бесконтактные исполнительные механизмы типа МЭО построены преимущественно на базе редукторов, образованных из цилиндриче- ских и планетарных передач. Поэтому недостатком таких редукторов является малая величина передаточного отношения, практически осуществляемого в одной ступени, и отсутствие торможения от дей- ствия обратного момента. Положительным свойством этих редукто- ров являются малый люфт, прочность и долговечность. Редукторы в исполнительных механизмах типа МЭО-Б построены на базе червяч- ной передачи.

Ручное управление механизмом осуществляется вращением махо- вика ручного привода.

Тормозное устройство служит для останова приводного электро- двигателя с целью ограничения выбега при отсутствии управляюще- го сигнала. Кроме того, тормозное устройство зачастую препятствует перемещению регулирующего органа за счет его активной реакции. Торможение электродвигателя с червячным редуктором осуществля-

66

ется чисто электрическим путем без введения дополнительных элек- тромеханических устройств. Широко используется способ электри- ческого торможения двигателя с помощью конденсаторов, включен- ных на время торможения параллельно фазам двигателя и создаю- щих противоэлектродвижущую силу.

Основные характерные особенности работы тормоза в исполни- тельном механизме – высокая эксплуатационная надежность при зна- чительном числе включений и большое быстродействие. Поэтому, кроме электрического тормоза, применяются также электромагнитные тормозные устройства. Принципиальная электрическая схема испол- нительного механизма типа МЭО приводится на рис. 4.6. На клеммы 1-2 выведены концы обмотки возбуждения электродвигателя ОВ, по- следовательно с которой включен конденсатор С. Обмотка управления ОУ выведена на клеммы 3-4. Параллельно с обмоткой управления включена обмотка электромагнита ЭМ тормозного механизма.

Рис. 4.6 Принципиальная электрическая схема исполнительного механизма типа МЭО

Датчики предельной информации по своему назначению бывают концевыми и предельных моментов. Первые выключают электродви- гатели при достижении исполнительным устройством заданного по- ложения, вторые – при превышении заданного предельного момента в системе электродвигатель – редуктор. Основой этих устройств яв- ляются различного рода контактные и бесконтактные переключате- ли. Наибольшее распространение получили контактные микропере- ключатели. Переключатель (В1 – В4) имеют один нормально замкну-

67

тый и один нормально разомкнутый контакты с независимыми цепя-

ми (рис. 4.6).

При отсутствии усилия на переключатель подвижный контакт на- ходится в исходном положении под действием пружины. При нажа- тии на кулачок переключателя контакт размыкается, цепь двигателя обесточивается и двигатель отключается. Нормально разомкнутые контакты могут служить датчиками в схемах сигнализации и контро- ля положения регулирующего органа.

Кулачки микропереключателей закрепляются на валу в необхо- димых положениях. Микропереключатели конструктивно объедине- ны в один узел, унифицированный для различных исполнительных механизмов. Таким узлом является блок типа БДП-6. На передней стенке блока находятся шкала местного указателя положения со стрелкой и флажки для указания пределов настройки конечных по- ложений.

Датчики положения (ДП1 – ДП2) – применяются как дистанцион- ные указатели положения регулирующего органа и как датчики от- рицательной обратной связи. Обычно в качестве, датчиков положе- ния используются либо контактные потенциометры (реохорды), либо бесконтактные индукционные датчики.

В исполнительных механизмах МЭО и МЭО-Б чаще всего уста- новлены два индукционных датчика, один из которых используется для осуществления обратной связи по положению регулирующего органа с регулирующим прибором, второй – для дистанционного указателя положения.

4.3. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд для выполнения работы (рис. 4.8) состоит из ВК1 – выключатель, предназначен для включения/отключения лабо- раторного стенда к напряжению сети ~220 В; Д1 – датчика измере- ния технологического параметра (в роли датчика выступает задатчик 0...100 %); МР1 – микропроцессорный регулятор МИНИТЕРМ-400 (рис. 4.7) с УОИ (устройством отображения информации), предна- значен для измерения, регулирования и отображения на ЖК дисплее значения технологического параметра либо положения регулирую- щего органа; У1 – тиристорный усилитель; ИМ1 – исполнительный механизм.

68

на индикаторе микропроцессорного регулятора МР1 и время фикси- рования нового положения регулирующего органа исполнительного механизма.

3.Движком датчика Д1, по шкале с шагом 10 %, имитировать уменьшение значения технологического параметра от MAX до MIN, снимая значения положения движка задатчика по его шкале, показа- ния положения регулирующего органа исполнительного механизма на индикаторе микропроцессорного регулятора МР1 и время фикси- рования нового положения регулирующего органа исполнительного механизма.

4.Выключателем ВК1 выключить лабораторный стенд.

4.5. Отчет по работе

Каждый студент составляет отчет о проделанной работе объемом 4−5 стр., который должен содержать следующие материалы:

1.Краткое изложение теории.

2.Схему и описание лабораторной установки.

3.Краткое описание методики проведения лабораторной работы.

4.Экспериментальные данные в табличном и графическом виде.

5.Выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.Типовые функциональные подсистемы.

2.Из каких элементов состоит электрическое исполнительное уст- ройство постоянной скорости?

3.Каково назначение усилителей?

4.Магнитные усилители. Достоинства и недостатки.

5.Контактные усилители. Достоинства и недостатки.

6.Принципиальная схема магнитного усилителя

7.Виды редукторов применяемых в исполнительных механизмах?

8.Назначение тормозного устройства?

9.Принципиальная электрическая схема ИМ типа МЭО.

10.Назначение датчиков предельной информации.

11.Назначение датчиков положения.

70