Таблица 2 6 страница

Мероприятиями безопасности приборов для измерения влажности сыпучих материалов и плотности жидкости является обеспечение установки приборов в хорошо доступных местах. Все приборы, питаемые электроэнергией, должны быть тщательно заземлены и иметь плавкие предохранители, точно рассчитанные на допустимое значение рабочего тока.

Радиоактивные приборы необходимо эксплуатировать только согласно рабочей инструкции.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите о классификации приборов, предназначенных для анализа газа.

2. На каком методе основана работа ручного газоанализатора?

3. Как осуществляются анализ газа и определение содержания СО₂, O₂ и СО в дымовых газах?

4. На каком принципе основана работа магнитного газоанализатора?

5. На каком принципе основана работа оптического газоанализатора?

6. Каким образом осуществляются отбор и подготовка газовой пробы?

7. Как определяется влажность газа?

8. Каким образом определяется запыленность воздуха?

9. Расскажите о методах определения влажности сыпучих материалов.

10. Расскажите о методах контроля плотности жидкости.

РАЗДЕЛ III.АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ГЛАВА 11. СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ

Под управлением понимают совокупность действий, выработанных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования объекта в соответствии с заданной программой.

Система с программным управлением состоит из последовательно соединенных элементов. Задающее устройство в соответствии с установленным режимом технологического процесса (программой) посылает сигнал, соответствующий началу отсчета (процесса). Сигнал передается на управляющее устройство, в которое в общем случае входят усилительный, преобразующий и исполнительный элементы. Системы могут состоять из одной цепи последовательно соединенных элементов или из нескольких параллельных цепей, управляемых одним многопозиционным задающим программным устройством.

Системы автоматического программного управления классифицируют по степени централизации и по виду программоносителя.

По степени централизации эти системы можно разделить на централизованные, децентрализованные и смешанные.

В централизованных программных системахуправления координация действий механизмов какого-либо автомата производится из командного центра и осуществляется по единой программе.

Наиболее часто встречающиеся централизованные системы управления имеют в своей основе командоаппараты, предназначенные для двухпозиционного управления (включение-выключение) по заданной программе. Программа определяет последовательность переключений и время их срабатывания, которое задается длительностью цикла t_ц и циклограммой (рис. 97), показывающей относительное расположение моментов включения и выключения цепей в пределах одного цикла.

Централизованные системы осуществляют управление механизмами во времени, причем время одного оборота распределительного вала командоаппарата соответствует длительности одного цикла.

Рис. 97. Циклограмма толкателя:

1 – рабочий ход; 2 – холостой ход

Существуют две разновидности схем централизованного программного управления: без контроля и с контролем выполнения команд. Первые проще в исполнении, однако вторые обеспечивают более высокую надежность в работе. Контроль выполнения команды обычно осуществляется с помощью путевого (конечного) выключателя, сигнал которого используется для остановки механизма.

Рассмотрим схемы централизованного управления без контроля выполнения команд (рис. 98, а). Барабан 3 командоаппарата непрерывно вращается от электродвигателя 5 через редуктор 4. На барабане расположены пластины 2, длина которых соответствует заданному интервалу времени, а их взаимное расположение – чередованию замыкания управляющих контактов 1. Сигналы от контактов 1 подаются на магнитные пускатели 6, которые включают и выключают приводы механизмов 7. Жирными линиями на схеме показана подача силовой энергии к проводам механизмов.

На рис. 98, б приведена схема централизованного программного управления с контролем выполнения команд. Барабан командоаппарата 3 поворачивается на угол, соответствующий интервалу времени между двумя следующими друг за другом командами. Это достигается с помощью особых кулачков 2 и путевого выключателя 6, воздействующего на магнитный пускатель 8 привода 5 командоаппарата, который вращает его барабан 3 через редуктор 4. Первая команда, полученная от управляющего контакта 1, поступает на магнитный пускатель 7 и привод механизма 9. Приведенный в движение механизм перемещает свой рабочий орган. В его предельном положении с помощью путевого переключателя 10 сигнал будет передан на магнитный пускатель 8, который включит двигатель командоаппарата, и т. д.

Системы централизованного управления имеют следующие недостатки: подача команд с центрального командоаппарата осуществляется вне зависимости от положения исполнительных механизмов и без учета полного выполнения предыдущего цикла, в связи с чем возникает необходимость иметь дополнительные блокировочные устройства.

Рис. 98. Структурные схемы централизованных систем управления:

а – без контроля результатов; б – с контролем результатов

Децентрализованные программные системы управления не имеют командного центра, орган управления в них рассредоточен по механизмам и соединен между собой механической или электрической связью. Работа механизмов может быть функцией времени, пути или технологических параметров. При функционировании механизмов в зависимости от времени отсчет времени каждой операции осуществляется самостоятельным прибором (реле времени). Такая система отличается от централизованной с непрерывно вращающимся валом только тем, что длительности отдельных операций независимы и их можно быстро и просто изменять (при изменении технологических процессов) путем перестройки реле времени.

При функционировании механизмов в зависимости от пути подача каждой последующей команды осуществляется с помощью путевых выключателей, которые контролируют окончание перемещения рабочего органа механизма, участвующего в предыдущей операции.

В децентрализованных системах программного управления при действии механизмов в функции технологических параметров (температуры, давления, свойств и т. п.) используется зависимость различных физических свойств материалов обрабатываемых изделий от различных технологических факторов. Так, например, подача сигнала выгрузки формовочной смеси из бегунов или нагретых изделий из печи может быть осуществлена измерением электрических параметров или температуры.

Децентрализованные системы программного управления, в которых работа механизмов является функцией пути, широко распространены в литейных и термических цехах, так как они надежны в эксплуатации, просты по устройству и достаточно маневренны, если при переналадке оборудования меняется только время, но не меняется порядок движения рабочих органов. При изменении порядка движения рабочих органов требуется создание новой системы управления.

В схеме децентрализованной программной системы (рис. 99) реле времени 1 задает темп работы механизмов. Сигнал этого реле поступает на магнитный пускатель 2 электропривода механизма 3. После завершения работы этого механизма срабатывает путевой выключатель 4, который передает сигнал на реле времени 5 последующего механизма. Если второй механизм начинает свою работу сразу после окончания первой операции, то реле времени 5 может быть исключено, и тогда сигнал с путевого выключателя 4 непосредственно поступает на магнитный пускатель 6 электропривода механизма 7. Путевой выключатель 8 подает сигнал на реле времени последующего механизма. В рассмотренной системе сигнал передается последовательно от одного механизма к другому, причем сигнал от последнего механизма возвращается на реле времени 1. Таким образом, при децентрализованных системах управляющие функции поочередно выполняют механизмы – объекты управления, передавая друг другу замкнутую «эстафету управления» посредством входных и выходных сигналов. Здесь основную роль играют автономные и полностью независимые подсистемы управления отдельными механизмами.

Рис. 99. Структурная схема децентрализованной программной системы управления

Преимуществом этой системы управления является отсутствие блокировки (так как команды на начало работы подаются только после окончания предыдущей операции), а недостатком – то, что многочисленные первичные преобразователи, работающие в рабочей зоне, нередко выходят из строя вследствие попадания брызг жидкого металла, пыли и масла; кроме того, из-за закорачивания или обрыва электрических цепей могут подаваться неправильные команды.

Смешанные программные системы управления содержат командоаппарат, а также устройство параллельного контроля исполнения очередных команд. При нормальном протекании цикла вал командоаппарата вращается непрерывно, однако, если очередная команда не будет выполнена, то он останавливается. Несмотря на то, что смешанные системы обладают некоторыми недостатками двух систем, они имеют большие перспективы, как более гибкие и универсальные.

По виду программоносителя, т. е. устройства, содержащего законы движения управляемых механизмов, системы управления бывают: с распределительным валом (командоаппаратом); с упорами и копирами; с числовым программным управлением. В последней системе программа может быть записана на перфолентах, магнитных лентах, дисках и картах.

В настоящее время создана теория электрических схем, элементы которой будут изложены в последующих параграфах. Эта теория позволяет разрабатывать научные и практические приемы построения схем и их анализа и из множества вариантов схем выбирать наиболее оптимальный. Существуют два метода разработки схем управления: интуитивный и аналитический. При использовании как первого, так и второго за основу берется анализ работы механизма, схему управления которым необходимо разработать.

2. ИНТУИТИВНЫЙ МЕТОД РАЗРАБОТКИ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Интуитивный метод – метод разработки схем управления, основанный на опыте, накопленном в различных проектных организациях при автоматизации разнообразных механизмов. Он базируется на инженерной интуиции проектанта. В совершенстве владеть этим методом может только тот, кто впитал в себя весь предыдущий опыт и имеет определенные способности в отношении составления схем, кто может абстрактно мыслить и логично рассуждать. Однако, несмотря на его сложность, большинство разработчиков схем широко использует интуитивный метод.

Рис. 100. Упрощенная кинематическая схема рычажного толкателя

Рис. 101. Принципиальная схема управления рычажным толкателем

Для примера рассмотрим упрощенную кинематическую схему рычажного толкателя (рис. 100). При вращении колеса 5 по часовой стрелке рычаг 4 поворачивает рычаг 1 вокруг оси О, заставляя тем самым башмак 3 с помощью рычага 2 совершать поступательное движение. При дальнейшем вращении колеса 5 изменяется направление движения рычага 1, и башмак возвращается в исходное положение, после чего двигатель должен остановиться. Рассмотренный механизм является типичным представителем двухтактного устройства. В первом такте механизм включен и работает. Во втором такте он не работает. Такт, в котором механизм не работает, называют нулевым. Хотя башмак полностью совершает возвратно-поступательное движение (вперед-назад), для привода можно использовать нереверсивный электродвигатель.

Схема управления электродвигателем рычажного толкателя (рис. 10.1) состоит из двух частей (на рис. 101 они разделены штриховой линией): силовой схемы и схемы управления.

Рассмотрим назначение элементов силовой цепи. Трехфазный ток поступает на выключатель QS, обеспечивающий отключение питания электродвигателя в случае ремонта или выхода из строя магнитного пускателя. Далее ток проходит через автоматический выключатель, расцепитель QF которого показан на схеме. Он предназначен для защиты и отключения питания привода при токах короткого замыкания. Главные контакты магнитного пускателя КМ включают или отключают обмотку электродвигателя М.

Тепловые реле КК1 и КК2, нагревательные элементы которых показаны в силовых цепях, предназначены для защиты электродвигателя от длительных перегрузок:

Схема управления работает следующим образом. При нажатии на пусковую кнопку SB1 возбуждается катушка магнитного пускателя КМ и, следовательно, замыкаются контакты КМ силовой цепи, и в обмотку двигателя поступает электрический ток. Ротор двигателя приводится во вращение, и башмак толкателя начинает свое движение вперед. При этом он отходит от рычага конечного выключателя SQ, и контакты его замыкаются. Когда пусковая кнопка SB1 будет отпущена и ее контакты разомкнутся, катушка КМ магнитного пускателя будет получать питание электрическим током через контакты конечного выключателя SQ. Совершив движение вперед и затем: назад, башмак толкателя нажмет на рычаг конечного выключателя SQ, контакты его разомкнутся, и катушка КМ обесточится. Это приведет к размыканию контактов КМ в силовой цепи и остановке электродвигателя.

Рассмотренная схема содержит силовые цепи и цепи управления. В дальнейшем будут рассматриваться только схемы управления.

По функции, т. е. по назначению, все элементы, участвующие в работе схемы, можно разделить на три группы: управляющие контакты, промежуточные элементы исполнительные элементы.

Управляющими контактами называются элементы, с помощью которых подаются команды (кнопки управления, переключатели, конечные выключатели, первичные преобразователи, контакты реле и др.).

Само название промежуточные элементы говорит о том, что они занимают промежуточное положение между управляющими и исполнительными элементами. В релейно-контактных схемах к ним относятся реле времени и промежуточные реле, а в бесконтактных схемах – логические элементы.

Исполнительные элементы – это исполнительные механизмы. Однако при разработке схем управления используются не сами исполнительные механизмы (электродвигатели или нагревательные элементы), а включающие их устройства, т. е. магнитные пускатели, контакторы и т. п.

Все управляющие контакты по их функциональному принципу делятся на пять видов: пусковой контакт кратковременного действия (ПК); пусковой контакт длительного действия (ПД); остановочный контакт кратковременного действия (ОК); остановочный контакт длительного действия (ОД); контакт пуск – остановка (ПО). Эти контакты называют основными.

Циклограммы работы всех типовых контактов при управлении циклическими механизмами приведены на рис. 102. Каждый из пяти контактов начинает работу (замыкается) и заканчивает ее (размыкается) в определенные моменты времени. Так, пусковые контакты начинают свою работу вместе с началом рабочего хода, но контакт ПК заканчивает свою работу во время рабочего хода, ПД – во время паузы, т. е. они отличаются друг от друга только моментами выключения (размыкания). Остановочные контакты, которые в отличие от пусковых заканчивают свою работу одновременно с концом рабочего хода, различаются моментами включения (замыкания). Остановочный контакт ОК начинает свою работу во время рабочего хода, а контакт ОД – в период паузы. Только контакт ПО начинает свою работу вместе с началом рабочего хода и заканчивает с его концом.

Рис. 102. Циклограмма работы управляющих контактов

С помощью рассмотренных пяти основных контактов можно получить четыре схемы управления исполнительными и промежуточными элементами, которые получили название типовых схем (рис. 103).

Первая типовая схема (рис. 103, а) имеет только один управляющий контакт ПО. Если он замкнут, то через исполнительный элемент X протекает электрический ток, а если разомкнут, то ток отсутствует. Контакт ПО имеет свое самостоятельное значение, а все остальные контакты должны быть использованы парами (пусковой и остановочный).

Вторая типовая схема имеет два управляющих контакта длительного действия: ПД и ОД (рис. 103, б).

Третья типовая схема состоит из пускового контакта ПК и остановочного контакта ОД; кроме управляющих контактов в эту схему обязательно должен быть включен блокировочный контакт х, через который исполнительный элемент X будет продолжать получать питание после размыкания пускового контакта ПК (рис. 103, в).

Четвертая типовая схема базируется на двух контактах кратковременного действия: пусковом ПК и остановочном ОК, включенных параллельно (рис. 103, г).

Рис. 103. Типовые схемы управлении исполнительными и промежуточными схемами

Приведенные четыре типовые схемы позволяют (как бы из кубиков) составлять сложные параллельно-последовательные контактные схемы управления. Так, например, рассмотренная схема управления рычажным толкателем (см. рис. 101) основана на четвертой типовой схеме. В ней в качестве пускового контакта кратковременного действия используют пусковые кнопки SB1, а в качестве остановочного контакта кратковременного действия – конечный выключатель SQ.

При составлении схемы управления интуитивным методом необходимо правильно определить тип управляющего контакта, т. е. длительность его действия.

Рассмотрим пример разработки интуитивным методом схемы управления с помощью типовых схем.

Пусть требуется разработать полуавтомат для управления индуктором и спреерным устройством установки, предназначенной для нагрева изделия токами высокой частоты и последующего его охлаждения струями воды. Время нагрева изделия в индукторе 12 с, а время охлаждения 8 ч. Изделие устанавливают в индуктор вручную.

Сначала проведем анализ работы полуавтомата и определим все исполнительные и промежуточные элементы. Рабочий вручную устанавливает изделие в индуктор и нажимает на пусковую кнопку. В этот момент включается индуктор и начинается нагрев изделия. Одновременно должно включиться и реле времени, отсчитывающее время нагрева (12 с). Это реле времени (точнее, его контакты) выключает индуктор и включает спреерное устройство, подающее воду для закалки. Одновременно должно включиться второе реле, отсчитывающее время охлаждения, т. е. отключающее спреерное устройство. Таким образом, необходимо управлять четырьмя элементами: индуктором, спреерным устройством и двумя реле времени. Индуктор включается и выключается с помощью контактора, следовательно, необходимо управлять последним. Спреерное устройство управляется электромагнитным краном. Обозначим катушку (обмотку) "контактора КМ1, катушку электромагнитного крана КМ2, а катушки реле времени соответственно КТ1 и КТ2. Таким образом, мы имеем два исполнительных элемента: КМ1 и КМ2, и два промежуточных элемента: KT1 и КТ2.

Из проведенного анализа следует, что сначала должен начаться нагрев, т. е. возбудится катушка КМ1. В качестве пускового контакта используется пусковая кнопка SB (кратковременного действия). Таким образом, применима либо третья, либо четвертая типовая схема. Пусть индуктор выключается контактами реле времени КТ1.1, которые в данном случае являются контактами длительного действия. Поэтому выбираем третью типовую схему. Одновременно с катушкой магнитного пускателя КМ1 необходимо включить реле времени КТ1, что очень просто сделать, соединив их параллельно.

Рис. 104. Схемы управления:

а – индуктором и реле времени нагрева; б – спреерным устройством и реле времена охлаждения; в установки в целом

Рассмотрим работу полученной схемы (рис. 104, а). При нажатии на пусковую кнопку SB возбуждается катушка контактора КМ1, т. е. начинается нагрев изделия. Одновременно возбуждается катушка реле времени КТ1 и начинается отсчет времени нагрева. С помощью блокировочного контакта КМ 1.1 напряжение на катушке КМ1 будет удерживаться и после отпускания пусковой кнопки SB, т. е. после размыкания ее контактов. По истечении времени нагрева сработает реле времени КТ1, его контакт КТ1.1 разомкнется. Это приведет к обесточиванию катушки КМ1 (нагрев изделия закончится). Теперь необходимо включить спреерное устройство. Его включить может реле времени КТ1 путем замыкания контакта. Включив спреерное устройство, реле времени KT1 отключается. Следовательно, замыкающий контакт КТ1.1 будет являться контактом кратковременного действия. Поэтому вновь воспользуемся третьей типовой схемой.

Одновременно со спреерным устройством необходимо включить реле времени КТ2, отсчитывающее время охлаждения. Для этой цели воспользуемся примененным приемом и включим катушку реле времени КТ2 параллельно катушке КМ2. Таким образом получим вторую схему управления (рис. 104, б). Объединяя две схемы (рис. 104, а и б), получим общую схему управления (рис. 104, в).

Рассмотрим теперь работу схемы в целом (рис. 104, в). При нажатии на пусковую кнопку SB возбуждаются катушки контактора КМ1 и реле времени КТ1, начинается нагрев изделия. Через 12 с реле времени КТ1 сработает, и его контакты в цепи 1 разомкнутся, а в цепи 2 замкнутся. Начнется процесс охлаждения изделия. Одновременно с катушкой КМ2 электромагнитного крана возбудится реле времени КТ2, отсчитывающее время охлаждения. При размыкании контакта КТ2.1 (цепь 3) кран КМ2 и реле времени КТ2 выключаются, и схема возвращается в исходное положение.

Полученная схема управления индуктором и спреерным устройством разработана интуитивным методом. Однако нет никаких доказательств, что эта схема будет верна и оптимальна. Вопрос о работоспособности схемы можно будет решить только после ее изготовления и тщательной экспериментальной проверки. Именно это является самым большим недостатком интуитивного метода. Отмеченный недостаток отсутствует у аналитического метода.

3. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАЗРАБОТКИ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Аналитический метод появился в сороковые годы, однако он и до настоящего времени не оформился в широко применяемую теорию, что объясняется его сложностью. Аналитический метод базируется на элементах алгебры логики. Поэтому, прежде чем приступить к его изложению, остановимся на некоторых положениях алгебры логики.

Алгебра логики – раздел математической логики, который рассматривает применение математического аппарата к логике. Алгебра логики – алгебра высказываний, причем под высказыванием понимается любое суждение, предложение или понятие, но с одним условием – оно должно быть в данный момент либо истинным, либо ложным и не может быть одновременно и тем, и другим. Обычно истинному высказыванию приписывается значение единицы (1), а ложному – значение ноль (0).

Переменные в алгебре логики имеют свою специфику. Они обязательно имеют два состояния, одно исключающее другое. Например, «включено-выключено» или «замкнуто-разомкнуто».

Логические действия, с помощью которых простые суждения группируются в сложные, называются функциями алгебры логики.

Наибольшее применение получили функции, входящие в систему логических операций: умножения (конъюнкции), сложения (дизъюнкции) и отрицания (инверсии). С помощью указанных трех операций можно выразить все остальные операции алгебры логики.

Логические умножение и сложение выражаются соответственно точкой (·) и знаком плюс (+), а отрицание – чертой над символом переменной. Символы переменных изображаются буквами латинского алфавита.

Логическое умножение (конъюнкция) – это функция, соответствующая логической связке И, с помощью которой простые суждения объединяются в сложные. Это сложное суждение ложно (равно нулю), если хотя бы одно из простых суждений ложно. Сложное суждение f(X), определяемое логическим умножением двух простых суждений а и b, можно записать в виде

Рис. 105. Электрические цепи, реализующие операции:

а – умножения; б – сложения

При числе простых суждений, равном т, формула логического умножения примет вид

Электрическая цепь, реализующая логическую операцию И, состоит из последовательно включенных контактов. Ток протекает по этой цепи только в том случае, если замкнуты все контакты, а и b (рис. 105, а).

Логическое сложение (дизъюнкция) – это функция, соответствующая логической связке ИЛИ, с помощью которой простые суждения объединяются в сложные. Новое суждение будет истинно (равно 1), если хотя бы одно из простых суждений истинно. Сложное суждение f (X), определяемое логическим сложением двух простых суждений а и b, записывается в виде

При числе простых суждений, равном n, формула логического сложения примет вид

В электрической схеме функции ИЛИ соответствует параллельное соединение контактов. Ток протекает по этой цепи, если замкнут контакт а или контакт b (рис. 105, б).

Логическое отрицание (инверсия) – это функция, соответствующая логической связке НЕ. При этом, если основное суждение ложно (равно нулю), то его логическое отрицание истинно (равно единице), и наоборот. Аналитически логическое отрицание записывается следующим образом:

В электрической цепи функцию логического отрицания может выполнять реле с размыкающимися контактами, которые будут разомкнуты при подаче напряжения на обмотку реле.

В алгебре логики существует целый ряд законов (соотношений), которые отображают тождественные логические функции. Рассмотрим наиболее важные соотношения, которые можно разбить на три группы.

К первой группе относятся соотношения, которые согласуются с правилами обычной алгебры:

переместительные законы:

1) ; 2)

сочетательные законы:

распределительный закон:

Ко второй группе относятся соотношения, не согласующиеся с правилами обычной алгебры:

распределительный закон:

закон повторения:

действия с константой:

9) 10)

В третью группу входят соотношения, не имеющие эквивалентов в обычной алгебре:

закон отрицания (инверсии):

11) ; 12)

действия с инверсными символами:

13) 14)

15) 16) 17)

Рассмотренный математический аппарат алгебры логики может быть с успехом применен для решения различных задач при проектировании схем управления различными механизмами, так как каждая цепочка схемы может находиться только в двух состояниях: либо проводить электрический ток, либо нет.

Рассмотрим пример. Пусть дана математическая модель

По этой модели построим схему (рис. 106, а), которая будет иметь девять управляющих элементов. Теперь с помощью законов алгебры логики попытаемся сократить число элементов схемы (операция уменьшения числа элементов носит название минимизация).

Рис. 106. Схемы математической модели:

а – до минимизации; б – после минимизации

Сначала рассмотрим первые четыре - сомножителя модели и на основании соотношений 5, 7 и 13 запишем:

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 192021 22 23 24 Следующая ⇒