Загальні відомості про системи автоматичного управління (САУ).

Будь-яка цілеспрямована діяльність або процес мають потребу в керуванні. Якщо керування здійснюється технічними засобами без участі людини (або іншого живого організму) — це автоматичне керування.

Системи автоматичного управління (САУ) призначені для керування технічними процесами без безпосереднього втручання або участі людини.

У складі САУ розрізняють власне об'єкт керування й керуючі пристрої. Дуже часто цей розподіл частково або повністю умовно і в основному базується на зручності аналізу системи, а не на фізичному поділі об'єкта й пристрою керування. Об'єкт і керуючий пристрій зв'язані через виконавчі механізми, за допомогою яких на об'єкт передаються керуючі впливи, і через вимірювальну апаратуру, від якої керуючі пристрої одержують сигнали про стан об'єкта. Технічно в САУ входить також апаратура і лінії зв'язку між вище зазначеними елементами, і їхнім можливим впливом на сигнали в системі не можна нехтувати.

При побудові та аналізу САУ приділяється значна увага саме інформаційним потокам та зв'язкам, а також тим перетворенням (і спотворенням) сигналів, які відбуваються в об'єкті, в керуючому пристрої, в зв'язковій апаратурі. Сукупність правил і процедур, по яких керуючий пристрій обробляє інформацію для вироблення керуючих впливів, називається алгоритмом функціонування САУ.

З погляду спрямованості інформаційних потоків можливі два основних принципи побудови САУ: з розімкнутим та із замкнутим ланцюгом впливу.

У САУ з розімкнутим ланцюгом впливу (скорочено — «розімкнуті САУ», рис. 23 а) потік інформації спрямований тільки від керуючого пристрою до об'єкта керування, тобто вироблювані в системі керуючі впливи не залежать від стану об'єкта. Типові приклади такого керування —копіювальні верстати, пральні машини, установки для нарізки і свердління друкованих плат в електроніці, трикотажні машини — автомати, САУ виведенням балістичних ракет на навколоземні орбіту, верстати із програмним керуванням.

Крім розімкнутих САУ в промисловості широко поширені розімкнуті системи автоматичного контролю або інформаційно-вимірювальні системи (ІВС, рис. 23 б).Ці системи не управляють об'єктами, але часто виконують функції автоматичного маркування, сортування або відбраковування виробів.

У САУ із замкнутим ланцюгом впливу («замкнуті САУ», рис. 23 в) є сигнали зворотного зв'язку, що надходять від об'єкта керування в керуючий пристрій. Сигнали зворотного зв'язку обробляються керуючим пристроєм по певних алгоритмах відповідно до поточних і прогнозованих змін стану об'єкта керування. У результаті на виході керуючого пристрою формуються керуючі впливи на об'єкт. У системі керування утвориться замкнута петля зворотного зв'язку. Сигнали, передані між блоками й ланками САУ, часто називають фазовими координатами або просто координатами САУ.

Рис. 23. Структури систем автоматики:

а — розімкнута система програмного керування;

б — розімкнута інформаційна система;

в — замкнута система (зі зворотним зв'язком);

г — розімкнута система з керуванням по збурюванню;

д — комбінована (змішана) система з керуванням по збурюванню і по зворотному зв'язку.

Найважливішою перевагою САУ зі зворотним зв'язком є їх здатність компенсувати різного роду збурювання й перешкоди, що неминуче виникають у процесі роботи будь-якого об'єкта керування. У найпростішому випадку завданням замкненої САУ є підтримка деякої координати в заданих межах. У цьому випадку поточне значення стабілізуючої координати (виходу об'єкта) порівнюється з необхідним значенням, що називається «уставкой» (Вх.). Керуючий пристрій впливає на об'єкт таким чином, щоб різниця виходу і «уставки» була мінімальна (бажано нульовою). Такі системи називають системами автоматичного регулювання (САР) або просто автоматичними регуляторами. Приклад такої системи — звичайний домашній холодильник. В якому термореле спрацьовує, коли температура в холодильній камері стає вище допустимої, і увімкне двигун компресора, що діє доти, поки термореле не «виявить», що температура знизилася досить, і не відключить живлення двигуна. Якщо «уставка» не є постійної, а змінюється за заданим законом для того, щоб і вихід системи змінювався за цим законом, то така САР називається системою, що стежить (слідкуючою).

Розімкнені САУ і ІВС можна розглядати, як окремі випадки замкнутої САУ, у якій один зі зв'язків обірвано. До розімкнутих САУ відносять і системи з керуванням по збурюванню (рис. 23 г), іноді їх називають системами компенсаційного типу. У таких системах керуючий вплив виробляється, як функція діючого на систему збурювання.

Припустимо, що потрібно підтримувати вихідну координату системи на постійному рівні і відомо, який саме фактор і яким чином впливає на вихід системи. Тоді можна, вимірюючи збурювання цього фактора, задавати керуючий вплив так, щоб компенсувати ці збурювання.

Розглянемо простий приклад: здійснюється автоматичне електрозварювання металевих листів, рівномірно подаваних у зварювальний апарат. Щоб зварений шов був міцним, швидкість подачі зварювального електрода й температура зварювання повинні перебувати в певних межах. Однак товщина листів, що зварюють, може змінюватися, а тому повинні змінюватися і швидкість подачі електрода, і сила струму у зварювальному апараті. У цьому випадку цілком доцільний варіант керування полягає в тому, щоб вимірювати заздалегідь товщину аркушів і, залежно від неї, змінювати швидкість подачі електрода і величину струм. Інша можливість складається в зміні швидкості подачі аркушів залежно від їхньої товщини. В обох випадках зворотний зв'язок у системі відсутній, а керування здійснюється, як функція збурювання.

Важлива перевага систем з керуванням по збурюванню полягає в тому, що компенсація збурювання виникає одночасно із самим збурюванням. Більше того, керуючий пристрій може при необхідності заздалегідь «вжити заходів», щоб збурювання не вплинуло небажаним чином на об'єкти керування або на технологічний процес. Таке керування із прогнозом у багатьох випадках просто необхідне.

Капітан корабля вибирає курс і швидкість в залежності від того, що перебуває попереду, а не тоді, коли зіткнення з рифами стає неминучим. У цьому сенсі керування зі зворотним зв'язком істотно програє керуванню по збурюванню, тому що в системі зі зворотним зв'язком інформація в керуючий пристрій надходить «по факту», тобто коли корабель вже сідає на рифи.

Головний недолік систем керування по збурюванню це відсутність в універсальності. У таких системах немає проблеми стійкості, але гостро стоїть проблема точності. Необхідно заздалегідь знати всі можливі фактори, що обурюють, і мати точні способи їхньої компенсації, що, як правило, неможливо або занадто складно. Тому дуже часто застосовують системи комбінованого керування, що включає в себе керування по збурюванню разом з керуванням зі зворотним зв'язком (рис. 23 д).

В тих випадках, коли керування процесом здійснюється за допомогою спеціальних пристроїв, але при участі людини (оператора), говорять про автоматизовані системи керування. Звичайно до складу автоматизованих систем входять САУ більш низького рівня, що управляють окремими агрегатами складного технологічного процесу.

Наприклад, до складу системи керування великою енергетичною установкою може входити безліч автоматичних регуляторів, що підтримують, скажімо, тиск і температуру водяної пари на заданих рівнях, і цілий ряд автоматичних пристроїв, що здійснюють захист агрегатів від перевантажень або призначених для керування процесами виведення цих агрегатів на робочий режим і їх зупинка. До складу такої системи зазвичай входять і пристрої, що здійснюють оптимізацію режиму роботи (екстремальні регулятори), наприклад, мінімізація витрата палива. Однак основні параметри процесу задає з пульта оператор, що спостерігає за роботою установки в цілому. До складу такої сучасної системи зазвичай входять і комп'ютери, які можуть, як безпосередньо управляти параметрами процесу, так і працювати в режимі порадника, виробляючи рекомендації для оператора, але залишаючи за ним остаточне рішення.

Всі ці системи автоматики, як правило, зв'язані між собою, утворюючи безліч контурів керування. Зокрема, пристрої, відповідальні за оптимізацію, задають рівні, на яких САР повинні стабілізувати параметри процесів. У процесі роботи об'єкта «установки» можуть також змінюватися відповідно до заданої програми або за бажанням оператора.

Таким чином, системи керування можуть мати складну ієрархічну структуру й містити в собі безліч підсистем, кожна з яких є локальної САУ. При цьому звичайно система в цілому виявляється автоматизованою - на верхньому рівні перебуває людина-оператор, у той час як окремі підсистеми виконують свої функції повністю автоматично (рис. 24).

Рис. 24. Структура автоматизованої системи управління.

 

Фізична реалізація САУ залежить від безлічі факторів, таких, наприклад, як вартість, надійність або обмеження по габаритах або вазі. Зокрема, управління САР або екстремальним регулятором може бути частково або повністю реалізована у вигляді комп'ютерних програм, установлених на тому ж комп'ютері, що виробляє рекомендації оператору і виконує ще ряд додаткових функцій.

Об'єкт керування й керуючий пристрій далеко не завжди розташовуються в безпосередній близькості один до одного. Коли відстань між ними стає настільки великою, що потрібно застосування спеціальних засобів зв'язку для передачі керуючих впливів і інформації про стан об'єкта, то такі САУ називають системами телемеханіки і телекерування.

Навіть найсучасніша обчислювальна машина із сучасними логічними і обчислювальними можливостями не зможе управляти технологічним процесом, якщо не буде одержувати досить повні й точні дані (наприклад від датчиків) про параметри цього процесу. Можна сказати, що машина є мозок, що може вправно, управляти тілом, тільки одержуючи сигнали від очей, вух, рецепторів положення в просторі й ступені напруженості різних м'язів, температури шкіри, величезного числа нервових волокон різного призначення, розсіяних по всьому тілу.

Датчиками або чутливими елементами називають елементи, що перетворять деякий контрольований і (або) регульований параметр у величину, придатну для сприйняття або подальшої інформаційної обробки. У більшості випадків датчики перетворять не електричні параметри в різницю потенціалів або електричний струм, які в ідеалі повинні бути прямо пропорційні вимірюваному параметру.

Наприклад, термопара або термометр опору, включений у вимірювальний міст, служать для перетворення температури в електричну різницю потенціалів. Відповідно, розмірність передаточного коефіцієнта К у цих датчиків є В/град. При цьому термопара є генераторний датчик, — їй не потрібне зовнішнє джерело живлення, тоді як у термометрі опору — параметричному датчику — температура спочатку перетвориться в опір датчика, а його вихідна напруга виникає за рахунок зовнішнього джерела струму. У кожного датчика є робочий діапазон вимірюваного параметра, у межах якого результати виміру придатні для подальшого використання.

Як правило, електричний вихідний сигнал датчика напруга або струм є нестандартним, до нього додаються шуми й перешкоди від зовнішніх джерел, і не дотримується строга пропорційність між входом і виходом датчика, що призводить до зміни передаточного коефіцієнта в середині робочого діапазону. Тому для подальшого використання сигналу потрібно його нормалізувати.

Нормалізація сигналів датчиків здійснюється за допомогою нормалізуючих електронних підсилювачів, з виходів яких сигнали подаються або на спеціалізовані аналогові керуючі пристрої, або на аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) для введення в керуючі комп'ютери або мікропроцесорні пристрої. Завдання АЦП — перевести аналоговий сигнал датчика (сигнал аналоговий, тому що він аналогічний вимірюваному параметру) у цифрову форму, зазвичай — у двійковий код. Нормалізація сигналу може бути сполучена з його лінеаризацією. У цьому випадку нормуючий підсилювач повинен мати характеристику зворотну характеристиці датчика, можливо помноженої на постійний коефіцієнт.

Інша, краща можливість полягає в програмній лінеаризації в мікропроцесорному пристрої або керуючому комп'ютері. В останньому випадку в пам'яті комп'ютера записується залежність значення вимірюваної величини від показань датчика.

В простих системах, як керуючий пристрій, може використатися аналоговий вирішувальний блок, що перетворить сигнал відповідно до прийнятого алгоритму керування САУ. Зазвичай у вигляді аналогових блоків реалізуються регулятори й керуючі пристрої слідкуючих систем. У випадку більш складних алгоритмів керування застосовуються цифрові мікропроцесорні комплекти, на основі яких будуються спеціалізовані пристрої з невеликим числом функцій. Їх застосування особливо доцільне тоді, коли керування формується з використанням логічних операцій типу умовного переходу «якщо..., то...», логічного додавання «якщо... або..., то» і логічного множення «якщо... і..., то».

У тих випадках, коли для формування сигналів керування потрібно багато логічних операцій і (або) нестандартних операцій із двійковими кодами, надзвичайно ефективним є ПЛІС - програмувальні логічні інтегральні схеми.

При використанні більш складних алгоритмів керування на великих об'єктах використаються мікро – і міні-ЕОМ у промисловому виконанні. Нарешті, для керування цехом або виробництвом в цілому може стати у пригоді ЕОМ типу робочої станції.

Вихідні керуючі сигнали комп'ютера можуть передаватися у вигляді двійкових кодів, що задаються на мікропроцесорні пристрої або на виконавчі механізми об'єкта. В останньому випадку вони спочатку подаються на ЦАП (цифро-аналогові перетворювачі), а з виходів останніх - на підсилювачі потужності, здатні пустити в хід виконавчі механізми. Підсилювачі потужності також необхідні і на виходах аналогових керуючих пристроїв.

Програмне керування - це керування будь-яким процесом за заданим законом - програмою. У найпростішому й найпоширенішому випадку програма не залежить від результатів процесу виконання в цілому або на деякому етапі.

Це найбільше чітко виражений варіант розімкнутого керування. Сама програма готується вручну або шляхом попередньої розробки - проектування на універсальному комп'ютері. Підготовлена так програма переноситься на носій або в запам'ятовувальний пристрій керуючого комп'ютера. Традиційно для керування технологічними об'єктами програма задавалася аналоговим записом - кривими на папері, кіно - і магнітній стрічці, у вигляді профільованих шайб, кулачків і тому подібних механічних деталей - або кодовим записом - на магнітній стрічці, пробиваннями отворів на перфострічках або перфокартах. Ці способи задання програм використаються й дотепер при відсутності керуючого комп'ютера. Для керування процесом статична інформація носія «програми» перетвориться за допомогою барабанних і стрічкопротягувальних механізмів з вартовим, електричним і іншим приводами в динамічну форму - сигнал керування як функцію часу.

Сигнал керування може бути безперервним або дискретним. Найбільш уживана імпульсний числовий запис унітарним кодом (у вигляді послідовності двійкових нулів і одиниць) і імпульсний або безперервний запис фазомодульованими сигналами. Сигнал керування перетвориться в задані програмою рухи за допомогою відтворюючих пристроїв розімкненого або замкненого типу.

У сучасних системах програмного керування програма цілком перебуває в пам'яті керуючого комп'ютера. Залежно від складності системи і самої програми це може бути комп'ютер універсального типу або мікропроцесорна спеціалізована система. При необхідності частої зміни програм вони зберігаються на компакт-дисках, дискетах або інших подібних носіях. Як відтворюючі пристрої систем програмного керування розімкненого типу застосовуються імпульсні крокові електродвигуни й інші електромагнітні пристрої. У системах зі зворотним зв'язком, інформація сигналу керування за допомогою датчиків порівнюється з інформацією про поточне значення керованої величини.

Типова інформаційна структура системи програмного керування показана на рис. 25.

Рис. 25. Структурна система програмного управління.

 

При програмі, що не залежить від результатів її виконання, зовнішній контур програмного керування, що включає носій програми, завжди залишається розімкнутим. Кодова інформація в процесі перетворення в сигнал керування попередньо дешифрується. При цьому в ряді випадків, наприклад, при програмному керуванні металорізальними верстатами, виникає необхідність обчислення великої кількості проміжних крапок по опорних крапках, заданими програмою. Для цього використовуються спеціалізовані обчислювальні пристрої або програми-інтерполятори. Найбільший розвиток програмне керування одержало в машинобудуванні, фрезерних, токарських і інших верстатів, а також в автоматичних лініях (верстати і лінії ЧПУ — із числовим програмним управлінням) і в електронній промисловості при виготовленні мікросхем і інших компонентів, друкованих плат і зборці готових вузлів.

Системи ЧПУ діляться на два види:

1). Системи координатного керування для стартостопного переміщення робочих органів механізму з одного положення в інше, із зупинкою в кожній позиції для виконання технологічних операцій.

2). Контурні системи з пересуванням інструмента і (або) виробу по плоских безперервних і просторових траєкторіях, наприклад, з метою обробки виробів складної форми.

Виконавчі пристрої систем ЧПУ верстатами є різновидом систем, що стежать, і відрізняються досить високими вимогами до динамічної й статичної точності. Програми для верстатів розробляються за допомогою спеціалізованих пакетів прикладних програм на універсальних комп'ютерах - робочих станціях з розвиненою комп'ютерною графікою. У деяких випадках використовуються запис зразкового циклу обробки виробу при ручному керуванні верстатом. У процесорах ЧПУ, крім інтерполяції, можуть бути передбачені й інші стандартні обчислення - виправлення на радіус інструмента, обчислення оптимальних технологічних швидкостей і так далі. Ці стандартні програмні блоки разом із слідкуючими системами для керування приводами є основною частиною систем ЧПУ.

У машинобудуванні системи ЧПУ мають особливе значення при автоматизації виробництв із індивідуальним і дрібносерійним випуском виробів або із частими змінами їх конструктивних і технологічних параметрів (гнучкі виробництва). При цьому заощаджується час на підготовчі й налагоджувальні операції, збільшується точність і однорідність виготовлення виробів.

Основні проблеми при створенні і експлуатації систем програмного керування і ЧПУ лежать поза сферою автоматичного керування, як такою. Головні труднощі виникають у розробці і виготовленні прецизійних і виконавчих мало інерційних механізмів і датчиків високої точності. Тому можливості створення ЧПУ істотно зросли із впровадженням лазерних технологій.

Дуже подібна ситуація виникає при керуванні нестаціонарнимиоб'єктами, коли технологічний або інший керований процес по суті полягає в переході об'єкта продовж кінцевого відрізка часу з деякого початкового стану в задане кінцеве при заздалегідь непередбачених повністю умовах. У цьому випадку програма керування об'єктом повинна створюватися або змінюватися в процесі керування залежно від поточного стану об'єкта для того, щоб досягти мети керування в умовах, коли ситуація може мінятися заздалегідь непередбаченим чином.

Проблеми створення динамічної моделі керованого об'єкта або процесу тут починають відігравати вирішальну роль. Прикладами такого роду об'єктів можуть служити абсолютна більшість діючих у цей час металургійних агрегатів по виплавці металів, де метою перехідного процесу в агрегаті є одержання кінцевого продукту із заданими властивостями.

 

Питання та завдання для самоконтролю.

1. Що являє собою САУ?

2. Назвіть два основні принципи побудови САУ?

3. Назвіть можливі структури систем автоматики.

4. Що являє собою телемеханіка, телекерування?

5. Дайте визначення такому терміную, як програмне керування?

Додаток 3.1

Аналіз типових схемо-технічних рішень систем автоматизації окремих технологічних процесів в комунальному господарстві.

Для самостійної роботи студентів та розгляду на практичних заняттях.

 

«... не верь глазам своим».

(Козьма Прутков)

 

«Вірити не можна нікому, а собі тим паче».

Значна кількість матеріалу взята з підручника: Бородин И.Ф., Судник Ю. А. «Автоматизация технологических процессов». Учебник для студентов ВУЗ-ов – М. “КолосС”, 2004.

В якості прикладу системи автоматизації розглянемо автоматизацію насосних станцій.

Насосні станції по устаткуванню і протікаючим в них технологічним процесам порівняно легко піддаються автоматизації. На насосних станціях процеси, пов'язані з пуском, зупинкою і контролем за станом насосно-силового устаткування, здійснюються автоматично в суворо встановленій послідовності, без постійної участі людини.

Операції, які виконуються автоматично на насосних станціях:

- пуск і зупинка агрегатів з можливою витримкою часу, як перед пуском після отримання імпульсу управління, так і між окремими операціями;

- включення одного або декількох насосних агрегатів у встановленій послідовності, причому це включення може бути здійснено на повну напругу мережі (прямий пуск) або на знижену напругу з подальшим включенням на повну напругу після встановленої витримки часу (ступінчастий пуск);

- створення і підтримка необхідного розрядження у всмоктуючому трубопроводі і насосі перед пуском, якщо він не знаходиться під заливом;

- відкриття і закриття засувок на трубопроводах в певному порядку при пуску і зупинці насосів;

- контроль за виконанням встановленого режиму при пуску, роботі і зупинці насосів, відключення працюючого насоса при порушенні режиму його роботи і включення резервного насоса;

- передача сигналів про роботу насосних агрегатів і аварійні ситуації на диспетчерський пункт;

- захист насосних агрегатів при перегріві підшипників, внаслідок роботи насоса без заливу, при перевантаженні приводного електродвигуна і т. п.;

- опалювання і вентиляція станцій, а також їх охорона від проникання сторонніх осіб;

- включення і відключення дренажних насосів.

Разом з цим на насосних станціях може здійснюватись автоматичне регулювання напору і продуктивності насосних агрегатів. Це здійснюється або на вході води в насос або на виході з нього шляхом дроселювання засувками на відповідних трубопроводах, або зміною швидкості обертання насоса.

Здійснюється контроль за тиском води у всмоктуючій і напірній лініях насосів, температурою підшипників і сальників, наявністю напруги на ввідних шинах насосної станції і на шинах щита автоматичного управління, а також захист насосних агрегатів від короткого замикання, перевантаження і т.п. При появі перерахованих неприпустимих відхилень спрацьовує реле захисту, що вимикає агрегати з роботи. Подальше включення агрегатів в роботу можливе лише після усунення неполадок.

Сигнали на включення і зупинку насосних агрегатів при автоматичному управлінні подаються за допомогою реле рівня, наприклад, встановленого над баком водонапірної споруди або резервуару, або реле тиску, встановленого в характерних точках мережі. Одержаний від реле сигнал забезпечує необхідні перемикання в схемах управління і сигналізації, внаслідок чого включаються насосні агрегати в певній послідовності.

На рис. 26 у вигляді схеми показані основні процеси, що автоматизуються на насосних станціях, приведені можливі варіанти автоматичного включення насосів і здійснення їх заливу перед пуском в роботу.

Від реле часу

 

Рис. 26. Схема автоматизації управління насосною станцією.

 

Найбільш ширше застосовуються гідромеханічні схеми, автоматичний пуск насоса в яких здійснюється або без попереднього (перед пуском) заливу корпусу відцентрового насоса, або з попереднім заливом насоса від напірного патрубка, або з попереднім заливом насоса за допомогою вакуум-установки.

Кожна схема може бути реалізована при відкритій або закритій напірній засувці. Таким чином, можуть бути застосовані шість гідромеханічних схем пуску насосів.

Пуск насосів з відкритою напірною засувкою найлегше здійснимо за наступних умов: при малій продуктивності насосів, що мають резерв потужності приводного електродвигуна, достатній для компенсації перевантаження, яке виникає при пуску з відкритою засувкою; при роботі насосів на напірні трубопроводи невеликої протяжності; при установці на напірному трубопроводі протиударних пристроїв. Пуск насосів з відкритою засувкою спрощує і здешевлює систему автоматичного управління.

Розглянемо функціональну схему автоматичного управління приводом насосу, що подає воду в збірний резервуар (рис. 27).

Функціональна схема автоматизації – це комплексне графічне поєднання технологічного об’єкту виробництва з технічними засобами автоматизації у вигляді автоматичних пристроїв.

Рис. 27. Функціональна схема автоматичного управління приводом насосу.

 

Принцип роботи: якщо рівень води у збірному резервуарі досягне нижньої критичної позначки «L» то насос повинен включитися за допомогою датчика рівня 1.1 і сигналізатора 1.2. А коли рівень досягнув верхньої позначки «Н» то по сигналу сигналізатора рівня насос відключається. В схемі передбачено управління приводом насосу в двох режимах, в автоматичному – за допомогою сигналізатора 1.2; і в ручному – за допомогою кнопочної станції 1.4. Вибір режиму виконується за допомогою вибирача 1.5 (універсальний перемикач).

Розглянемо принципіальну електричну схему управління водонасосною станцією типу «ШЭТ» (с. 266 вище зазначеного підручника), яка зображена на рис. 28.

Принципіальна схема – визначає повний склад приладів, апаратів, автоматичних пристроїв і зв’язків між ними. Робота яких забезпечує вирішення задач керування, регулювання, захисту, вимірювання та сигналізації.

 

 

Рис. 28. Принципіальна електрична схема управління водонасосною станцією

Типу «ШЭТ».

Безконтактна станція управління типу «ШЭТ» виконана на напівпровідникових логічних елементах. В порівнянні з контактними схемами безконтактні станції дорожчі, але це виправдовується збільшенням терміну служби і надійності роботи, як самої системи управління, так і електродвигуна. Для захисту електродвигуна від перевантажень і коротких замикань є спеціальний блок захисту.

Принципіальна схема станції (рис. 26) працює таким чином.

За відсутності води у водонапірній башті контакти датчиків верхнього SL1 і нижнього SL2 рівнів розімкнені. Внаслідок цього на входах Вх.5 і Вх.6 здвоєного логічного елементу «АБО – НІ» сигнали відсутні, а на його виході сигнали з'являються і через діоди VD8 і VD9 поступають на підсилювач П, який підсилює вхідний сигнал, що викликає спрацьовування проміжного реле KV ізагоряння сигнальної лампи HL. Реле KV своїми контактами включає магнітний пускач КМ, а останній – електронасос М. Помірі заповнення башти водою спочатку замикаються контакти датчика SL2 нижнього рівня, а потім контакти датчика SL1 верхнього рівня. При замиканні контактів SL2 на Вх.6 подається негативний потенціал, внаслідок чого на діоді VD9 вихідний сигнал зникає, а на діоді VD8 вихідний сигнал є, завдяки чому насос не відключається. Коли вода замикає контакти датчика SL1 верхнього рівня, на Вх.5 поступає сигнал і на діоді VD8 вихідний сигнал також зникає. Внаслідок цього лампа НL і реле KV відключаються, що викликає виключення електронасоса.

При витраті води спочатку розмикаються контакти SL1 верхнього рівня, але це не приводить до включення електродвигуна, оскільки замість вихідного сигналу від датчика на вхід Вх.5 через діод VD7 иреле KV подається негативний потенціал від джерела – 24 В. При розмиканні контактів SL2 нижнього рівня на вході Вх.6 сигнал зникає, що викликає автоматичне повторне включення електронасоса.

Елементи логіки і витримки часу D, а також елемент «АБО» разом зблоком живлення «БЖ2» захищають двигун від перевантажень і роботи в аварійних режимах. Датчиком струму служить трансформатор струму ТА, випрямлений струм якого поступає на потенціометр RР. За допомогою потенціометра RР встановлюють значення струмів спрацьовування захисту при перевантаженнях і коротких замиканнях електродвигуна. При струмах перевантаження спрацьовує безконтактне реле, з якого на вхід Вх.3 поступає сигнал, що викликає спрацьовування елементу витримки часу D. З елементу D сигнал з витримкою часу через елемент «АБО» поступає на вхід Вх.5 елемента «АБО – НІ»,що викликає відключення реле КV і електронасоса М. Приструмах короткого замикання напруга на потенціометрі RР зростає у декілька разів, внаслідок чого відкривається стабілітрон VD2 і через вхід Вх.2 наелемент D поступає сигнал, минувши ланцюг витримки часу в елементі D. З елементу D сигнал послідовно поступає на входи Вх.4 і Вх.5 ізникає біля входу Вх.7,що викликає відключення електронасоса без витримки часу.

Станція «ШЭТ» дозволяє управляти електронасосом за допомогою телемеханіки. Для цього встановлюють реле прийому телесигналів управління, контакти КV2 і КV1, які відповідно включають і відключають електронасос. Паралельно контактам можна встановити кнопкові станції для дистанційного включення і відключення насоса. Логічні елементи живляться від блоку живлення «БЖ1»,який підключається до електричної мережі вимикачем S.

Завдання.

1. Розглянути схему управління водонасосною станцією типу «ШЭТ», проаналізувати принцип роботи (рис. 28).

2. Розглянути структурну будову, функціонування, принцип роботи та призначення всіх елементів електричної схеми типу «ШЭТ» (рис. 28).

3. Розглянути схему управління водонасосною станцією типу «ШЭТ» (рис. 29). Принцип роботи якої аналогічний схемі, що зображена на рис. 28.

а). Порівняти та знайти принципові відмінності між схемами, що зображені на рис. 28 і рис. 29.

б). Надати пояснення відмінностям.

 

Рис. 29. Принципіальна електрична схема управління водонасосною станцією

Типу «ШЭТ».

4. Розглянути схему автоматичного контролю рівня рідини в резервуарі з використанням «ключового» режиму роботи транзисторів, що зображена на рис. 28, проаналізувати принцип роботи.

 

Рис. 30 Схема автоматичного контролю рівня рідини в резервуарі.

 

На рис. 30 зображена схема з використанням роботи напівпровідникових тріодів в «ключовому» режимі - транзистор знаходиться або в стані насичення (напруга між колектором і базою або емітером приблизно дорівнює нулю), або в стані відсічення (струм колектора рівний нулю), а перехід з одного стану в інший здійснюється досить швидко. Схема забезпечує можливість контролю верхнього і нижнього рівнів рідини в резервуарі і дозволяє створювати різноманітні варіанти схем автоматичного двопозиційного регулювання роботи наносних агрегатів.

Дія схеми полягає в наступному: електроди з'єднуються з виводами джерела живлення і при дотику їх з рідиною «відкривають» заздалегідь «зачинені» транзистори.

Це викликає перерозподіл напруги в схемі і вихідні реле контролю рівнів спрацьовують. Для вимірювання кожного рівня рідині потрібні два транзистори, включені по схемі із спільним емітером. Напруга зсуву на базу першого транзистора VТ1 подається через опір R2 і опір переходу електрод – рідина. Якщо рідина знаходиться нижче за електрод (Е), то напруга зсуву на базі транзистора VТ1 і колекторний струм відсутні. У цьому режимі немає падіння напруги на опорі R3, отже, «зачинений» вихідний транзистор VТ2.

У момент дотику рідини і електроду 1Е на базі вхідного транзистора VТ1 з'являється напруга зсуву. Транзистор VТ1 «відкривається», в колі колектора з'являється струм, на емітерному опорі R3 виникає напруга, яка «відкриває» вихідний транзистор VТ2. Включене в його колекторне коло реле KV2 спрацьовує і виробляє відповідні перемикання в схемі управління насосними агрегатами. Кола з транзисторами VТ3 – VТ4 і реле KV3 працюють аналогічно і контролюють верхній рівень рідини. При необхідності вимірювати проміжні рівні рідини додають такі кола і електроди.

Змінним опором R1 підбирається оптимальна напруга зсуву на базі транзисторів VТ1 і VТ3, для захисту їхвід перенапруг. Змінні опори R2, R5 дають можливість регулювати чутливість датчиків.

KV1 – реле контролю напруги.

SA – перемикач.

 

5. Включити схему автоматичного контролю рівня рідини в резервуарі (рис. 30) в схему управління водонасосною станцією типу «ШЭТ».

6. Розробити схему телемеханіки для управління електричною схемою типу «ШЭТ».

 

7. Розглянути схему блоку живлення (рис. 31). Та розробити схему блоку живлення «БЖ1», що включений в принципіальну електричну схему управління водонасосною станцією типу «ШЭТ».

	Випрямляч		Фільтр		Стабілізатор

 

Рис. 31 Принципіальна схема блоку живлення.

Додаток 3.2