automatyka.doc

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

INSTYTUT MASZYN ELEKTRYCZNYCH

Zakład Konstrukcji Urządzeń Elektrycznych

INSTRUKCJA ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

Łączniki elektromagnetyczne w układach sterowania automatycznego

Laboratorium Elektrotechniki w Inżynierii Komunalnej

Warszawa 2003

1. 
   Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawową aparaturą układów sterowania stykowego, zasadami rysowania schematów, łączenia układów oraz podstawowymi funkcjami, jakie spełniają układy sterownicze. Program przewiduje montaż i sprawdzenie działania najprostszych układów sterowania (np. układów napędowych) spełniających funkcje: podtrzymania, blokady i sygnalizacji.

2. Wprowadzenie

2.1.   Sterowanie automatyczne

Zadaniem urządzeń automatycznego sterowania jest wykonywanie pewnych czynności bez udziału obsługi. Jest to w niektórych przypadkach konieczne lub niezbędne np. wtedy, gdy człowiek nie nadążałby z wykonaniem tych czynności ręcznie. W innych przypadkach zastosowanie automatyki nie jest konieczne, ale jej wprowadzenie jest celowe, gdyż przyczynia się do zwiększenia wydajności pracy, podniesienia sprawności oraz niezawodności maszyn i urządzeń.

Układy automatyki elektrycznej stosowane w urządzeniach technicznych można podzielić na dwa rodzaje:

·         układy automatycznego sterowania

·         układy regulacji automatycznej

Różnicę między automatycznym sterowaniem a automatyczną regulacją wyjaśniają schematy blokowe. W układzie sterowania automatycznego (rys.1) elektryczny układ sterujący steruje pracą danego urządzenia, zwanego obiektem sterowania. Po uruchomieniu urządzenie pracuje samoczynnie, przy czym wszelkie zmiany parametrów pracy (np. prędkości, kierunku wirowania itp.) przeprowadzane są automatycznie w zależności od określonych czynników (np. czasu, przebytej drogi itp.)

.

Rys. 1.              Schematy blokowe układów: a) automatycznego sterowania b) automatycznej regulacji

W układzie automatycznej regulacji z rysunku 1b pracą obiektu regulacji kieruje układ regulujący (regulator), przy czym wielkość regulowana y jest mierzona w punkcie B zwanym węzłem zaczepowym i doprowadzana do punktu A, zwanego węzłem sumacyjnym, znajdującym się na wejściu układu regulacji. Przepływ informacji dotyczącej wartości mierzonej regulowanej wielkości y od punktu B do punktu A tworzy tzw. pętlę sprzężenia zwrotnego. W węźle sumacyjnym wartość mierzona y jest porównywana z wartością zadaną x regulowanej wielkości. Automatyczny układ regulacji działa zawsze w tym kierunku, aby wartość mierzona y równała się wartości zadanej x.

Układy automatycznej regulacji charakteryzują się tym, że mają jedną lub kilka pętli sprzężenia zwrotnego tworzących obwody zamknięte. Z tego względu nazywamy je układami zamkniętymi.

Układy automatycznego sterowania nie mają zamkniętych sprzężeń zwrotnych i noszą nazwę układów otwartych.

2.2.   Podział układów sterowania automatycznego

Sterowanie automatyczne wiąże się nierozłącznie z blokadą i sygnalizacją. Blokada uniemożliwia wykonanie błędnych czynności sterowania. Sygnalizacja informuje obsługę o przebiegu pracy urządzenia. Blokada i sygnalizacja usprawniają obsługę i zwiększają bezpieczeństwo pracy.

Elektryczne układy sterowania automatycznego można podzielić na dwie grupy :

·         Układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe,

·         Układy sterowania sekwencyjnego (kolejnościowego).

Układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe są zbudowane, jak wskazuje nazwa, z dwóch podstawowych elementów: styczników i przekaźników. Styczniki są elementami wykonawczymi, które włączają w odpowiedniej chwili obwody robocze. Przekaźniki sterują pracą styczników, powodując wzbudzenie cewek styczników w zależności od określonych czynników – czasu, przebytej drogi, prędkości obrotowej itp. W zależności od tych czynników rozróżnia się sterowanie w funkcji: czasu, drogi, prędkości itp.

Sterowanie sekwencyjne stosuje się w urządzeniach, w których zachodzi konieczność wykonywania odpowiednich czynności przez podzespoły w ściśle określonej kolejności.

2.3.   Symbole graficzne

Poniżej rozpatrywane będą zasady łączenia i sterowania aparatów i maszyn elektrycznych wchodzących w skład układu napędowego. Zasady te mogą być również zastosowane do innych układów wymagających sterowania.

Wszystkie elementy układu tworzą obwody elektryczne. Najważniejsze znaczenie mają:

a)      obwód główny – obwód łączący silnik z siecią zasilającą, nazywany również obwodem prądu głównego,

b)     obwód sterujący, zawierający cewki i styki przekaźników, styczników, przyciski, wyłączniki krańcowe ewentualnie inną aparaturę sterowniczą.

Schematy układów sterowania automatycznego są nieraz bardzo rozbudowane. Szczególnie złożony obraz przedstawia schemat rzeczywisty połączeń poszczególnych zacisków i elementów aparatury sterującej, zwany schematem montażowym.

W celu możliwie jasnego przedstawienia obwodów sterujących rysuje się schematy ideowe. Na schematach elektrycznych obwód główny rysuje się linią grubą zaś obwód sterujący linią cienką. Poszczególne elementy układu sterującego przedstawia się na tych schematach przy pomocy symboli graficznych. Symbole te rozmieszczone są na schemacie tak, aby połączenia były jak najkrótsze, bez zbędnych krzyżowań i załamań przewodów.

W dalszym ciągu będą rysowane tylko schematy ideowe. Zestawienie najważniejszych symboli graficznych podano w tablicy1.

TABLICA1              Wybrane symbole graficzne stosowane na schematach

Jako przykład może posłużyć schemat połączeń obwodu głównego i sterującego stycznika elektromagnetycznego (rys. 2) Schematy rysuje się zawsze w stanie bezprądowym i beznapięciowym. Wyłączniki są w stanie otwartym, a przyciski – nie naciśnięte. Taki stan nazywa się stanem normalnym.

Wyróżniamy następujące rodzaje zestyków:

·         zestyki normalnie otwarte - styki, które są otwarte w stanie beznapięciowym, a zwierają się dopiero po włączeniu prądu do odpowiedniego. Noszą one także nazwę zestyków zwiernych.

·         zestyki normalnie zamknięte - styki, które w stanie beznapięciowym są zamknięte, a rozwierają się z chwilą włączenia prądu do obwodu sterującego. Nazywa się je zestykami rozwiernymi.

3. Elementy układów sterowania automatycznego

3.1.   Stycznik elektromagnetyczny

Stycznik jest to łącznik, którego zestyki robocze są zamykane przy pomocy elektromagnesu i utrzymywane w takim stanie tak długo, dopóki napięcie załączone do cewki jest odpowiednio wysokie. Po przerwaniu obwodu cewki elektromagnesu następuje opadnięcie zwory i otwarcie zestyków roboczych. Na rys2 podany jest schemat elektryczny stycznika. Należy tu rozróżnić części obwodu głównego (linia gruba) od obwodu sterującego (linia cienka).

Rys. 2.              Schemat stycznika: a) montażowy b) ideowy

S – cewka stycznika i styki główne, pomocnicze S1, PT – przekaźnik termiczny

Na drodze przepływu prądu roboczego znajdują się zestyki robocze (1) oraz przekaźniki cieplne (2). W obwodzie sterującym jest zestyk przekaźnika cieplnego (3), cewka elektromagnesu (4), zestyk pomocniczy (5), przycisk załączający (6) oraz przycisk wyłączający (7). Przyciski (6) i (7) stanowią oddzielne elementy i mogą być umieszczone w dowolnym miejscu (możliwość zdalnego sterowania). Zestyk pomocniczy (5), zamykający się jednocześnie ze zwieraniem styków roboczych, jest połączony równolegle z przyciskiem (7). Układ taki pozwala realizować funkcję samopodtrzymania. Do załączania wystarczy jedynie krótkotrwały impuls podany za pomocą przycisku (6). Przerwania obwodu sterującego może dokonać obsługa przyciskiem (7) lub przekaźniki cieplne (w przypadku przeciążenia) zestykiem (3). Układ stycznika nie pozwala na samorozruch silnika po zaniku i ponownym pojawieniu się napięcia oraz po zadziałaniu przekaźników cieplnych. Wraz z rozłączeniem styków głównych następuje przerwanie obwodu cewki elektromagnesu przy pomocy zestyku (5).

...