Розділ 7 ЗАСОБИ ПРОМИСЛОВОЇ

АВТОМАТИКИ

7.1. Основні поняття та визначення автоматики

Автоматикою називається галузь науки і техніки, яка охоп лює теорію та принципи побудови автоматичних пристроїв і систем, що виконують свої функції без безпосередньої участі людини.

Автоматизацією називається застосування методів та тех нічних засобів автоматики для перетворення неавтоматичних процесів в автоматичні.

Автоматом називається самокеруюча виробнича машина, яка при здійснюванні технологічного процесу здійснює всі ро бочі та холості ходи циклу обробки, крім контролю та наладки.

Напівавтоматом називається машина, яка працює з авто матичним виробничим циклом, повторення якого потребує втручання людини.

Під комплексною автоматизацією слід розуміти таку авто матизацію, яка охоплює весь комплекс виробництва виробу (на приклад, автомобілю), коли всі стадії виробництва, починаючи з отримання вихідних матеріалів та напівфабрикатів і закінчу ючи складанням, автоматизовані.

Задача автоматизації полягає не тільки у тому, щоб полег шити працю людини, але і забезпечити роботу виробництва з такою швидкістю, точністю, надійністю, економічністю, які лю дина забезпечити не може.

Для автоматизації будь яких процесів використовують різні автоматичні системи. Залежно від функцій, які вони виконують, розрізняють системи контролю, управління, регулювання.

Система автоматичного контролю (САК). Процес контролю зводиться до перевірки відповідності об’єкта встановленим тех нічним вимогам. При цьому суть контролю заключається у про веденні двох основних операцій:

242

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

отримання інформації про фактичний стан деякого об’єкта, показники його властивостей (первинна інформація);

зіставлення первинної інформації із наперед встановле ними вимогами, тобто виявлення відповідності або не

відповідності фактичних значень параметрів потрібним.

Система автоматичного управління (САУ) – застосовуєть ся для автоматичного виконання операцій, які задаються зовн ішніми джерелами впливу (задавальними пристроями) на вході цієї схеми. Задавальним пристроєм може бути записана на магнітній стрічці або дискеті програма.

В цієї системі управління будь яким процесом або групою процесів здійснюється без безпосередньої участі людини. В такій схемі людина може подавати лише первісний пусковий імпульс, але часто це виконує автоматичний пристрій.

Система автоматичного регулювання (САР). САР призна чена для автоматичного підтримання з заданою точністю ста лості значень одної або декількох фізичних величин об’єкта регулювання, які характеризують виробничий процес. Крім того, САР може змінювати значення позначених величин за заданим законом.

Систему автоматичного регулювання можна отримати, якщо об’єднати автоматичні системи контролю та управління. Вона представляє собою автоматичну систему з замкнутим ланцюгом впливів, в якій управляючі дії виконуються внаслі док порівняння дійсного значення управляючої величини із заданим значенням. Якщо значення цих величин не рівні, то на виході виникає сигнал від їх різниці, який впливає на сис тему з метою зменшення різниці до нуля. Величини, що вик ликають відхилення параметра від заданого значення та пору шення рівноваги, називають збурюючими впливами.

Автоматизація повірки засобів обчислювальної техніки, які не мають електричного виходу (стрілочні прилади, електронні та цифрові прилади з виходом тільки на візуальні пристрої), не доз воляє автоматично знімати показання та вводити їх у ЕОМ. Тому для подібних приладів рівень автоматизації повірки, і отже, ефек тивність, нижче, хоча і перевершує ефективність ручної повірки.

243

«Товарознавство»

Будь яка автоматична система складається із окремих, зв’я заних між собою та виконуючих визначені функції, конструктив них елементів, які прийнято називати елементами автоматики.

Елементи автоматики досить різноманітні за конструкцією, принципами дії, характеристиками, фізичною природою пере творюваних сигналів, задачами, які виконуються в пристроях автоматичного управління.

Елементи мають вхід і вихід. На вхід потрапляє інформація, форма якої перетворюється в іншу, необхідну для подальшого руху. Вхідна величина позначається X, а вихідна Y. Вхідною величиною можуть бути миттєві значення фізичних величин (швидкості, прискорення, струму, напруги, температури, тощо). Вихідною величиною електричний сигнал, різний за розміром та характером.

За здійснюваними функціями елементи автоматики поділя@ ються на датчики, підсилювачі, виконавчі пристрої, реле, обчис лювальні елементи, узгоджувальні та допоміжні елементи і т. ін.

Датчики сприймають інформацію, що надходить на їх вхід, про управляєму величину об’єкта управління і перетворюють її в форму, зручну для подальшого використання. Більшість датчиків перетворює вхідний неелектричний сигнал Х в елект ричний Y. Залежно від виду вхідного неелектричного сигналу датчики поділяються на датчики механічних величин (пере міщення, швидкості, прискорення), теплових величин, оптич них величин та ін.

Підсилювачі – це елементи автоматики, які здійснюють кількісне перетворювання: збільшення потужності вхідного сигналу (посилення). Іноді підсилювачі здійснюють поряд з кількісним перетворенням і якісне; наприклад, постійний струм в змінний, переміщення – в змінювання тиску. Залежно від виду енергії, отриманої від зовнішнього джерела, вони підрозд іляються на електричні, гідравлічні та комбіновані.

Виконавчі пристрої – це елементи автоматики, які створю ють керуючий вплив на об’єкт управління. Вони змінюють по ложення або стан регулюючого органу таким чином, щоб керо ваний параметр відповідав заданому значенню. До виконавчих

244

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

пристроїв, які створюють керуючий вплив у вигляді сили або обертаючого моменту, який змінює положення робочого орга ну, відносяться силові електромагніти, електромагнітні муфти, двигуни, реле.

Реле – це елемент автоматики, у якого зміна вихідного сигналу Y проходить стрибком (дискретно) при досягненні вхідним сигналом Х визначеного значення, що називається рівнем спрацьовування. Потужність вхідного сигналу X, що викликає реакцію реле, значно менша за потужність, якою може керувати реле, тому реле можна вважати і підсилювальним, і виконавчим елементом.

Обчислювальні елементи здійснюють у пристроях автома тичного управління математичні перетворення із сигналами, що надходять на їх вхід, з метою виконання заданого алгоритму роботи системи. В найпростішому випадку вони виконують алгебраїчне підсумовування, диференціювання, інтегрування, логічне складання, множення і т. ін. Найпростіші із них – це обчислювальні елементи аналогового типу, більш складні – мікропроцесор, спеціалізовані та універсальні ЕОМ.

Узгоджувальні та допоміжні елементи включаються до при строю автоматичного управління для поліпшення його пара метрів, розширення функціональних можливостей основних елементів. Це – трансформатори, редуктори, індикаторні та реє струючі прилади, сигнальні та захисні пристрої, тощо.

7.2. Електричні апарати

Для нормальної експлуатації електроустаткування необхідно мати спеціальні апарати і пристрої, за допомогою яких здійсню ються пуск і контроль за роботою електроустаткування, а також захист від перевантажень і аварійних режимів роботи.

Електричні апарати підрозділяють на два види – апарати висо кої напруги й апарати низької напруги. Апарати першого виду пра цюють у мережах, номінальні напруги яких визначаються десятка ми і сотнями тисяч вольт. Апарати другого виду призначаються для використання в електричних мережах напругою до 1000 В.

245

«Товарознавство»

Апарати включення

Ці апарати призначені для включення та відключення елек тричних ланцюгів за командою оператора. До них відносяться рубильники, кнопкові пускачі, пакетні вимикачі, штепсельні розйоми, мікроперемикачі і кулачкові перемикачі.

Рубильники. Рубильники застосовуються в основному в якості роз’єднувачів для розмикання і замикання електрично го ланцюга вручну і лише рідко для включення і відключення різного технологічного устаткування. Застосовуються рубиль ники з боковим і центральним приводами на струм 60, 100, 200 А і напругу 220 і 380 В.

Кнопкові пускачі. Кнопковий пускач представляє собою трьохполюсний вимикач, замикання контактів здійснюється шляхом натискання на кнопку "Пуск". Розмикання контактів відбувається при натисканні на кнопку "Стоп". Вони випуска ються в захищеному виконанні і розраховані на струм до 12,5 А і споживану потужність не більш 2,5 кВт.

Пакетні вимикачі. Вони значно компактніші рубильників і монтуються з виводом на панель тільки рукоятки, що забезпе чує безпеку роботи обслуговуючого персоналу.

Пакетні вимикачі в основному застосовуються для вклю чення і виключення електродвигунів і випускаються на струм 10 і 25 А при напрузі 220 В, в одно , двох і трьохполюсному виконаннях.

Ці вимикачі можуть застосовуватися і при напрузі 380 В, але припустима величина струму для них знижується відпові дно до 6 і 15 А. При номінальних розмірах струму і напруги і коефіцієнті потужності 0,8 пакетні вимикачі витримують 20 000 переключень. Частота переключень не повинна перевищувати 300 разів на годину.

Крім пакетних вимикачів широко застосовуються і пакетні пе$ ремикачі. У пакетному перемикачі тільки одне положення відпов ідає відключеному стану устаткування, а інші – включення.

Пакетні вимикачі і перемикачі представляють собою ком пактні електричні апарати, призначені для досить складних переключень у декількох електричних ланцюгах і мають великі

246

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

переваги в порівнянні з рубильниками. Вони мають малі габари ти, зручні в монтажі. Дуга гаситься в замкнутому об’ємі, без викиду полум’я і газів. Контактна система дозволяє управляти одночасно великою кількістю ланцюгів. Вимикачі мають висо ку вібро і ударостійкість.

Умовне позначення пакетних вимикачів складається з трьох літер і груп цифр, що йдуть за літерами. Літери позначають вид апарата керування й особливості конструкції: М – металевий корпус, К – кулачковий. Перша група цифр позначає число полюсів, друга – номінальний струм при постійній напрузі 220В. Позначення ПВМ3 100, наприклад, розшифровується в такий спосіб: пакетний вимикач, корпус металевий, робить роз микання трьох полюсів, номінальний струм при постійній на прузі 220 В – 100 А.

Штепсельні розйоми.. Для підключення до мережі перенос них і пересувних електричних машин і електротеплових апа ратів застосовуються штепсельні розйоми, що виготовляються різного типу, виду і розміру.

Розміри і товщина контактних штирів залежать від потуж ності і напруги струму. Штепсельні розйоми, що складаються із розетки і вилки, застосовуються в ланцюгах однофазного струму. Трьохконтактні розйоми використовуються для одно фазного струму, але при цьому 3 й контакт з’єднаний з зазем люючим приводом.

Контакти у штепсельному розйоми розташовані в глибині пластмасового корпуса, що охороняє від ураження електричним струмом.

Мікровимикач – призначений для включення і відключен ня електродвигуна під впливом зусилля цієї машини або її де талей. Вони мають невеликі розміри, прості і надійні в експлу атації і тому широко застосовуються в різних машинах.

Кулачковий перемикач – кулачкові перемикачі складають ся із корпуса, шпинделя і рукоятки. Усередині перемикача роз ташовані рухомі і нерухомі контакти. З правого і лівого боку корпуса розташовані клеми, до яких приєднуються проводи електромережі і машини.

247

«Товарознавство»

При повороті рукоятки на 90° рухомі контакти з’єднуються з нерухомими, створюючи різні варіанти замикання контактів.

Апарати контролю і управління

Ці апарати здійснюють пуск, гальмування, реверсування та зміну швидкості обертання електричних машин, забезпечують виконання технологічних операцій в заданій послідовності.

До апаратів контролю відносяться програмні пристрої, ма нометри, терморегулятори, реле часу. Ці апарати встановлюють ся в електроплитах, електрожарочних шафах, печах СВЧ і інших видах устаткування. Основними частинами апаратів контролю є чутливі елементи – датчики, що сприймають зміну режиму роботи апарата. Робочий елемент сприймає імпульс чутливого елемента і відповідно включає або відключає пуско вий пристрій даного устаткування.

Електроконтактний манометр служить для контролю й ав томатичного підтримання тиску в пароводяних котлах.

Він складається з корпуса, трьох стрілок із електроконтакта ми і шкали визначення тиску в корпусі котла. При охолоджуванні котла тиск в котлі буде зменшуватися і манометрична стрілка почне переміщатися в зворотному напрямку. При сполученні її зі стрілкою, установленою на позначці мінімального тиску, на грівачі котла автоматично включаються в роботу.

Для контролю, включення і регулювання електричних теп лових апаратів (котлів, водонагрівачів, кип’ятильників і т. ін.) застосовується станція управління.

Цей апарат встановлюється в металевий ящик і закріплюєть ся поруч на стіні. Станція управління забезпечує автоматичне регулювання роботи котла, підтримуючи заданий режим.

Контролер – багатоступінчастий, багатоланцюговий апарат із ручним управлінням, призначений для зміни схеми головно го ланцюга двигуна або ланцюга збудження. Крім того, контро лери застосовують для зміни опорів, включених у ці ланцюги.

Контролери за конструктивним виконанням поділяють на

барабанні, кулачкові і плоскі.

248

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

Барабанний контролер унаслідок малої зносостійкості кон тактів має обмежене число включень у годину (до 240). Тому він застосовується при рідких включеннях.

Командоапарат – пристрій, призначений для переключен ня в ланцюгах керування силових електричних апаратів (кон такторів). Командоапарати можуть мати ручний привід (кноп ки, ключі управління, командоконтролери) або приводиться в дію контрольованим механізмом .

Найпростішим командоапаратом є кнопка управління. Кнопка використовується для різних схем пуску, зупинки і реверса двигунів шляхом замикання і розмикання ланцюгів електромагнітів контакторів, що комутують головний ланцюг Шляхові і кінцеві вимикачі. Призначені для замикання кон тактів ланцюга з невеликим струмом залежно від положення робочого органа управляючої машини або апарата. При русі што ка униз під дією робочого органа машини фігурна пружина пе реводить рухомий контакт із верхнього положення в нижнє. У результаті одні контакти замикаються, а інші контакти розмика ються. Плавність замикання – розмикання контактів, а також достатнє зусилля притиснення контактів забезпечуються плос кою пружиною. Усі деталі розміщені в пластмасовому корпусі. Кінцеві вимикачі – частковий випадок шляхових, оскільки кінцеві вимикачі служать для комутації ланцюгів у крайніх по

ложеннях робочого органа управління машини.

Апарати захисту

Надмірні струми перевантаження і короткого замикання в основному виникають у ланцюзі, коли його опір виявляється набагато меншим від номінального опору. Причинами можуть бути ушкодження електроізоляції, перевантаження двигуна. Під дією цих величезних струмів за короткий час може виділити ся така кількість тепла, що перегріє проводку й електроустат кування вище критичної для ізоляції температури. Якщо не забезпечити своєчасного відключення електричного ланцюга, то відбудеться загоряння ізоляції проводів і електроустаткування.

249

«Товарознавство»

Для захисту електроустаткування від перевантажень засто совуються плавкі запобіжники, автоматичні вимикачі, теплові реле захисту.

Плавкі запобіжники за своєю конструкцією підрозділяють ся на різьбові і трубчасті. Головною частиною плавких запобі жників є плавка вставка – металевий дріт або пластина мен шого перетину, ніж перетин проводів. При струмах короткого замикання, у п’ять і більше разів перевищуючих номінальний струм у ланцюзі, плавка вставка миттєво розплавляється. При цьому електричний ланцюг розривається і проходження стру му до струмоспоживачів припиняється.

Автоматичний вимикач. Автоматичний вимикач служить для захисту електричних ланцюгів від струмів короткого замикання і струмів перевантаження. Він являє собою пластмасовий кор пус, усередині якого встановлені рухомі і нерухомі контакти, а також три електромагнітних і три теплових роз’єднувача. На кришці корпуса є дві кнопки: чорна – "Включено", червона – "Відключено". При короткому замиканні в ланцюзі спрацьову ють електромагнітні роз’єднувачі. При тривалих перевантажен нях у ланцюзі спрацьовують теплові роз’єднувачі.

Принцип дії теплових реле захисту той же, що й в автома тичних вимикачів із тепловими роз’єднувачами.

Контактори призначені для частих переключень силових ланцюгів і ланцюгів управління в мережах змінного і постійно го струму до 1000 В. Широко застосовують контактори змінно го струму серій КТ, КТПВ, КТП, постійного струму серій КП, КПВ і ін.

Магнітні пускачі – вимикачі, що працюють під дією елект ромагніта, призначені для дистанційного управління трифазни ми асинхронними двигунами з короткозамкнутим ротором напругою до 660 В. Вони також захищають двигуни від пере вантажень і мінімальної напруги. Управління пускачами здійснюється кнопками. Випускають магнітні пускачі серій ПМЕ, ПАЕ, ПМА.

Пускачі серії ПМЕ працюють на змінному струмі напругою 36...500 В. Позначення пускачів залежить від їх виконання: за

250