- •9 Автоматизация управления транспортно-технологическими машинами и комплексами
- •9.1 Автоматизированный электропривод
- •Автоматизированное управление асинхронным электродвигателем трёхфазного тока с короткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя
- •Устройство
- •9.8 Автоматизация работы землеройных машин
- •Приборы для учета производительности экскаваторов
- •9.9 Автоматизация процессов управления землеройно-транспортных машин
- •Автоматизация шпалоподбивочных машин.
9 Автоматизация управления транспортно-технологическими машинами и комплексами
9.1 Автоматизированный электропривод
Электропривод – электромеханическое устройство, посредством которого приводятся в движение рабочие органы производственных механизмов; состоит из электродвигателя, аппаратуры управления и защиты, механической передачи.
Аппаратура управления и защиты предназначена для управления режимами работой электродвигателя и связанного с ним производственного механизма, а также для защиты от различных аварий.
Управление электроприводом – процесс осуществления пуска, торможения, реверсирования, регулирования скорости и поддержания такого режима работы, который требуется технологическим процессом. Бывает ручное и автоматическое.
При ручном управлении выполняется при помощи простейших аппаратов управления (рубильников, контролёров, реостатов), на которые воздействует оператор.
Управление автоматическое осуществляется без непосредственного участия человека. При этом оператор подаёт первый импульс (нажатие кнопки) на автоматическое выполнение необходимого режима работы привода и контролирует его выполнение. Различают следующие виды:
• релейно-контакторное при помощи реле и контакторов;
• электромашинное – при помощи электромашинных усилителей (схемы ЭМУ более надёжны в работе, сокращают количество применяемых аппаратов);
• электронно-ионное (в схемах применяют электронные и ионные приборы, в том числе выпрямители, усилители); в последнее время электронные приборы заменяются полупроводниковыми, т.к. обладают повышенной чувствительностью;
• при помощи электронных усилителей, обладающих высокой надёжностью, простотой эксплуатации.
Автоматизированное управление асинхронным электродвигателем трёхфазного тока с короткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя
Рис. 9.1. Схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем
при помощи нереверсивного магнитного пускателя
Данная схема управления без возможности изменения направления вращения (реверсирования). Нереверсивный магнитный пускатель состоит из трёх полюсного контактора и теплового реле.
Устройство
Силовые цепи. Трёхфазный ток к статору электродвигателя D поступает полюсный рубильник Р, который даёт возможность отключить электродвигатель в случае ремонта или выхода из строя магнитного пускателя.
Далее в силовой цепи находятся: предохранители 1П, обычно размещённые на групповом распределительном щетке и защищают цепи от коротких замыканий.
Главные контакты Л трёх полюсного линейного контактора включают или отключают обмотку статора двигателя; подключены таким образом, чтобы подвижные контакты располагались со стороны двигателя, а неподвижные, всегда находящиеся под напряжением, – со стороны сети: такое подключение повышает безопасность подключения.
Тепловые реле 1РТ и 2РТ включаются в две фазы, т.к. чрезмерно большой ток возможен не менее чем в двух проводах; служат для защиты двигателя от длительных перегрузок и от работы на двух фазах.
Применение в схеме наряду с тепловыми реле плавких предохранителей объясняется следующим. Силовые контакты магнитных пускателей допускают разрыв токов перегрузки не больше семикратной величины номинального тока электродвигателя, мощность которого допустима в данном пускателе. На разрыв токов короткого замыкания эти контакты не рассчитаны. В силовую цепь включаются нагревательные элементы реле.
Цепи управления. Питание цепи управления осуществляется через рубильник и предохранители главной цепи, а также через свой предохранитель 2П, защищающий цепь управления от коротких замыканий.
В цепь управления включены кнопки: «стоп» и «пуск».
При помощи главных контактов Л в силовой цепи катушка линейного контактора с блок – контактом Л1 осуществляет включение и отключение электродвигателя О. Далее в цепь управления включены: размыкающие контакты тепловых реле 1РТ и 2РТ, нагревательные элементы которых включены в главную цепь.
Работа
После включения рубильника Р для пуска двигателя следует нажать кнопку «пуск». При этом замыкается цепь катушки контактора Л. Ток идёт по следующей цепи: фаза Л1 – предохранители 1П, 2П – размыкающая кнопка «стоп» – кнопка «пуск» – катушка контактора Л – размыкающие контакты тепловых реле 1РТ и 2РТ – фаза Лз. По катушке контактора Л проходит ток, сердечник её намагничивается, якорь втягивается и включает свои главные контакты, выводы обмотки статора С1, С2, Сз присоединяются к сети питания Л1, Л2, Лз и двигатель включается. Одновременно замыкается блок – контакт Л1, теперь не нужно удерживать кнопку в нажатом состоянии; за счёт действия пружины она возвращается в исходное состояние.
Для отключения двигателя следует нажать кнопку «стоп», при этом питание катушки контактора Л прерывается, главные контакты под действием веса или пружины размыкаются и отсоединяют обмотку статора от сети.
Эта схема осуществляет и так называемую «нулевую» (или минимальную) защиту: при исчезновении или значительном снижении напряжения сети до 35...40 % номинального значения контактор Л отключается и отключает электрический двигатель от сети. При восстановлении напряжения самопуска двигателя уже не произойдёт, т.к. кнопка «пуск» отпущена, а блок – контакт Л1 разомкнут.
В случае длительной перегрузки размыкающий контакт теплового реле 1РТ (2РТ) отключает контактор, а, следовательно, и двигатель. Тепловое реле защищает двигатель от перегрузок свыше 20...30 % от номинального значения тока, а также от обрыва одной фазы питающей линии, т.к. в этом случае в двух не повреждённых проводах величина тока оказывается выше номинальной.
Рис. 9.2. Принципиальная схема включения теплового реле
Реле состоит из нагревательного элемента, например спирали 1, биметаллической пластинки 2, состоящей из двух полосок металла с различными коэффициентами линейного расширения.
Нагревательный элемент включается последовательно в силовую цепь двигателя (на схеме ток Г). При токах, превышающих номинальное, биметаллическая пластинка сильно нагревается и настолько изгибается, что её не закреплённый конец освобождает рычаг 3, который под действием пружины 4 поворачивается против часовой стрелки и размыкает контакт 5. Контакт 5 включается последовательно в цепь катушки контактора (на схеме ток i): при размыкании этого контакта происходит отключение контактора, который отключает ток от сети.
После срабатывания реле возврат его в исходное положение осуществляется при помощи кнопки возврата.
Магнитный пускатель представляет собой пусковой аппарат, состоящий из контактора, обычно помещаемого в защитном кожухе, управляемого дистанционно при помощи кнопок управления.
Магнитные пускатели переменного тока в основном предназначены для дистанционного управления трёхфазными асинхронными электродвигателями с коротко-замкнутым ротором.
Изготовляются нереверсивные и реверсивные магнитные пускатели. Нереверсивный магнитный пускатель предназначен для управления электродвигателем без возможности изменения направления вращения и состоит из одного контактора.
Рис. 9.3. Схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем
с возможностью реверсирования
Реверсивный магнитный пускатель даёт возможность изменять направление вращения электродвигателя, в котором имеются два контактора, расположенных рядом для «прямого» и «обратного» включения. Контакторы данного пускателя механически или электрически сблокированы между собой (часто механическая и электрическая блокировки осуществляются одновременно для большей надёжности) так, чтобы при включении одного из контакторов второй был обязательно отключён.
Магнитные пускатели надёжно работают при напряжениях сети 85...105 % номинального значения; способны защищать двигатель от понижения напряжения и, как следствие, от само запуска. Отключение магнитного пускателя происходит при снижении напряжения сети до 35...40 % номинального значения.
Схема, представленная на рис. 9.3, также допускает дистанционное управление, при этом можно пустить двигатель, изменить направление вращения, остановить его; кроме того, осуществляется защита установки от коротких замыканий, от перегрузки, от падения напряжения в сети (нулевая защита) и от самопуска. В этой схеме совмещаются две схемы: нереверсивного пуска и имеются некоторые особенности.
Схема снабжена двумя контакторами: контактором «вперёд» (катушка и её три главных контакта обозначены буквой В, а блок – контакты – В1 и В2) и контактором «назад» (катушка и три главных контакта обозначены буквой Н, а блок – контакты – Н1 и Н2). Главные контакты контакторов В и Н включены в силовую цепь таким образом, что когда замыкаются контакты В (контакты Н при этом разомкнуты), на обмотку статора подаётся три фазы сети в одном порядке, а, когда замыкаются контакты Н, две фазы из трёх меняются местами. В связи с этим магнитное поле статора двигателя начинает вращаться в обратную сторону и двигатель реверсируется.
При включении контактов В фаза Л1 сети подаётся на обмотку статора С1, фаза Л2 – на С2, фаза Л3 - на С3; если же замыкаются контакты Н, то фаза Л1 подаётся на обмотку С3, фаза Л2 – на С2, фаза Л3 – на С1; следовательно, фазы Л1 и Л3 меняются местами.
Работа
Для включения двигателя в направлении «вперёд» нажимается кнопка «вперёд»; при этом ток от фазы Л1 идёт по цепи: 1-3-5-6-7-4-2-фаза Л3; катушка В замыкает свои главные контакты В и двигатель включается на движение «вперёд».
Для изменения направления вращения включается кнопка «стоп», а затем включается кнопка «назад», при этом ток идёт по цепи: фаза Л1-1-3-9-11-6-4-2-фаза Л3; катушка Н замыкает свои контакты и двигатель реверсируется.
Одновременное включение обоих контактов в этой схеме может привести к короткому замыканию в силовой цепи. Если двигатель включить в направлении, например, «вперёд», и по ошибке нажать кнопку «назад», то катушка Я также включит свои контакты (контакты В были включены ранее, поскольку двигатель работал в направлении «вперёд»; в силовой цепи окажутся включёнными все шесть главных контактов, что приведёт к короткому замыканию в двух фазах Л1 и Л3).
Для предотвращения этого в схеме применяются двух сцепные кнопки «вперёд» и «назад»: при нажатии кнопки «вперёд» одновременно размыкается контакт «назад» в цепи катушки Н, наоборот. Это устройство называется механической блокировкой.
Для увеличения надёжности работы схемы механической блокировкой снабжаются также якори катушек контакторов, имеющих специальный рычаг: втягивание якоря одной катушки делает невозможным одновременное втягивание якоря второй катушки.
Кроме механической, применяется также электрическая блокировка: в цепь катушки «вперёд» включён размыкающий контакт Н2 контактора Н и, наоборот, в цепь катушки «назад» включён размыкающий контакт H2 контактора В. Если нажать кнопку «назад», то ток пройдёт по катушке контактора H, контактор замкнёт свои замыкающие контакты Н1 и разомкнёт свой размыкающий контакт H2 в цепи катушки В. Следовательно, пока включена катушка контактора Н, цепь катушки контактора В будет разомкнутой и включить одновременно данные катушки будет невозможно.
Для увеличения надёжности работы схемы применяют эти блокировки одновременно.
Автоматизированное управление и блокировка транспортёров.
На предприятиях строительных материалов широко применяются поточно-транспортные системы. Основными механизмами в поточно-транспортных системах являются механизмы непрерывного транспорта - транспортёры, элеваторы, конвейеры. В практике непрерывного транспорта груз переносится обычно рядом последовательно установленных транспортёров, от одного к другому. В управлении поточно-транспортными системами вообще и транспортёрами, в частности, обязательной является блокировка механизмов.
Под блокировкой понимается электрическая или механическая связь между пусковыми аппаратами. Благодаря блокировки, действие одного сблокированного пускового аппарата находится в зависимости другого пускового аппарата.
Рис. 9.4. Схема дистанционного управления
и блокировки трёх транспортёров
Над электрической схемой рис. 9.4 приведена технологическая схема с указанием направления потока груза, а также порядка пуска и остановки.
Предположим, что в указанном направлении транспортируется песок. Песок поступает из бункера на третий транспортёр, с третьего – на второй, со второго – на первый и далее. Необходимо, чтобы в случае остановки транспортёра 1Т автоматически остановились транспортёры 2Т и ЗТ, которые подают песок на транспортёр 1 Т. В противном случае первый транспортёр будет завален материалом, поэтому при остановке второго транспортёра автоматически должен остановиться третий транспортёр. Первым должен запускаться транспортёр 1Т, затем 2Т и ЗТ, этим будет предотвращён завал груза.
Для пуска схемы прежде всего включается автоматический выключатель А, затем нажимается кнопка «пуск» в цепи управления электродвигателем 1Д, включается контактор 1К, который своими главными контактами включает электродвигатель 1Д. Одновременно включаются три блок – контакта контактора 1К: одними блок – контактами шунтируется кнопка «пуск», другими – включается сигнальная лампа 1ЛС, сигнализирующая о пуске электрического двигателя 1Д, а третий, включённый в цепь управления электродвигателем 2Д, – подготавливает эту цепь к работе. Затем можно включить электродвигатель 2Д: для этого нажимают кнопку «пуск» в цепи управления электродвигателем 2Д.
О включении контактора 2К сигнализирует лампа 2ЛС, включаемая блок – контактом данного контактора. Аналогично включается электродвигатель ЗД. В контакторе ЗК управления электродвигателем ЗД используется только два блок – контакта – для шунтирования кнопки «пуск» и включения лампы ЗЛС.
Первым включить электродвигатель ЗД при отключённом электродвигателе 2Д не удастся, т.к. в цепи управления электродвигателем ЗД разомкнут контакт 2К. Аналогично нельзя включить электродвигатель 2Д при отключённом электродвигателе 1Д.
Если по какой – либо причине, например, вследствие того, что сработает тепловое реле 1РТ, остановится электродвигатель 1Д первого транспортёра, то контактор 1К будет отключён. В связи с этим отключится блок – контакт 1К в цепи управления электродвигателем 2Д; контактор 2К потеряет питание и отключит электродвигатель 2Д. При отключении контактора 2К произойдёт размыкание блок – контактов контактора в цепи катушки ЗК, управляющей электродвигателем ЗД. Контактор отключится и отсоединит электродвигатель ЗД третьего транспортёра.
Таким образом, выполненная блокировка обеспечивает автоматическое отключение электродвигателей 2Д и ЗД, как только отключится электродвигатель 1Д. Если же отключится электродвигатель 2Д, то электродвигатель ЗД тоже отключится, а электродвигатель 1Д будет работать.
Если необходимо остановить систему транспортёров, то, прежде всего, следует нажатием кнопки «стоп» остановить электродвигатель ЗД. Этим будет прекращена подача груза на транспортёры. Затем останавливается электродвигатель 2Д и последним – 1Д.
Выключатели 1ВБ и 2ВБ в цепях управления электродвигателями 2Д и ЗД являются выключателями блокировки. В нормальном режиме работы сблокированных транспортёров эти контакты разомкнуты. Включаются эти выключатели тогда, когда необходимо отключить блокировку – при ремонте или наладке второго и третьего транспортёров. Это даёт возможность включать каждый из электродвигателей независимо от работы других электродвигателей.