Автоматизация релейно-контактной схемы управления

Московский  Государственный Строительный Университет

Кафедра автоматизации  инженерно-строительных систем 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

По курсу дисциплины

“Технические средства автоматизации” 
 
 
 
 
 

Студент:

Преподаватель: Макарова И.А. 
 

МГСУ 2011г.

Оглавление

1. Задание
2. Назначение системы на контактных элементах
3. Состав системы на контактных элементах
4. Алгоритм работы системы на контактных элементах
5. Назначение системы на бесконтактных элементах
6. Состав системы на бесконтактных элементах
7. Алгоритм работы системы на бесконтактных элементах
8. Вывод

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание

В данной курсовой работе необходимо разработать бесконтактную  систему управления дистанционного вида на основе контактной схемы.

В качестве объекта  управления выступает трёхфазный асинхронный  электродвигатель.

Для схемы управления на бесконтактных элементах необходимо использовать тиристоры и логические устройства ИЛИ-НЕ. 

Система на контактных элементах

Назначение системы

Данная схема может  быть предназначена для управления каким-либо подъемным механизмом. Для  этого для электродвигателя необходимо предусмотреть 3 состояния функционирования:

1. Работа в режиме прямого хода
2. Стоп

 

Состав системы

В данную систему  управления входят следующие элементы:

• Электромагнитное реле
• Переключатели замыкающего вида
• Переключатели размыкающего вида
• Переключатели с самовозвратом

Электромагнитное  реле относится к классу электромагнитных средств автоматики. Оно реализуется на основе разомкнутого магнитного сердечника, который содержит неподвижную магнитную часть, и подвижную магнитную часть – якорь.

Принцип действия реле основан на противодействии двух усилий: электромагнитное, зависящее  от тока, и механическое усилие (усилие возвращающих пружин).

При отсутствии тока в катушке, механическая сила пружин удерживает якорь в фиксированном  положении и замыкает контакты 1 и 2. При подаче тока в катушку, якорь  притягивается к сердечнику, пружина  не в силах удерживать якорь, и  контакты 1 и 2 размыкаются, но замыкаются контакты 2 и 3.

Условное обозначение  на схемах:

1. Обмотка реле (катушка с сердечником)
2. Замыкающий контакт
3. Размыкающий контакт

Переключатели замыкающего вида представляют собой простейшие электромеханические элементы, пропускающие электрический ток в замкнутом состоянии. Переключатели замыкающего вида характеризуются нормально-разомкнутым состоянием.

Переключатели размыкающего вида также представляют собой простейшие электромеханические элементы, пропускающие электрический ток в замкнутом состоянии, но характеризуются нормально-замкнутым состоянием.

Переключатели с самовозвратом могут быть как размыкающего, так и замыкающего вида. Их особенность в том, что они возвращаются в исходное состояние сразу же после снятия управляющего воздействия.

 

Алгоритм работы системы

Для решения задачи возможности реализации функционирования трёх состояний электродвигателя, с  помощью замыкающих ключей реле К1 предусматривается  возможность прямого включения  фаз, а с помощью замыкающих ключей реле К2 предусматривается возможность  обратного включения фаз. При  размыкании обеих групп ключей, электродвигатель будет находиться в состоянии  покоя.

Работа  в режиме местного управления:

• SПМ(+) – работа в режиме прямого хода
• SПМ(-) – работа в режиме реверса
• SСМ – стоп

При нажатии переключателя  SПМ(+) ток проходит через реле К1, что ведёт к замыканию соответствующих ключей на фазах двигателя и замыкающего ключа, включённого параллельно ключу SПМ(+). Последнее действие позволяет блокировать систему в установившемся состоянии, в котором она может находиться сколь угодно долго.

Остановка системы  и её перевод в состояние прямого  хода двигателя осуществляется в  соответствии с вышеописанным алгоритмом.

Кроме того, в схеме  предусмотрена страховка на случай ошибочного перехода из режима прямого  хода в режим реверса или наоборот без промежуточной остановки  двигателя. Она заключается в  установке нормально-замкнутого переключателя реле К1 в цепь к реле К2 и наоборот. Таким образом, при случайном нажатии SПМ(-) при работающем в прямом направлении двигателе, реле К2 разорвёт цепь реле К1, что повлечёт к размыканию ключей на фазах двигателя, соответствующих режиму прямого хода.

Работа  в режиме дистанционного управления:

В этом режиме основным состояниям функционирования двигателя  соответствуют следующие переключатели, находящиеся на пульте дистанционного управления:

• SПД(+) – работа в режиме прямого хода
• SПД(-) – работа в режиме реверса
• SСД – стоп

При нажатии переключателя  SПД(+) ток проходит через реле К4, что ведёт к замыканию (на время удержания ключа SПД(+)) соответствующего ключа (являющегося аналогом SПМ(+) в режиме местного управления) в цепи реле К1. Это, в свою очередь, ведёт к замыканию соответствующих ключей на фазах двигателя и замыкающего ключа, включенного параллельно ключу реле К4. Последнее действие позволяет блокировать систему в установившемся состоянии, в котором она может находиться сколь угодно долго.

Для остановки двигателя  необходимо нажать переключатель SСД, что приводит к протеканию тока через реле К3 и размыканию на короткое время нормально-замкнутого ключа этого реле. Это ведёт к прекращению протекания тока через реле К1 и соответственно размыкаются ключи на фазах двигателя и ключ, включенный параллельно ключу реле К4. Система приходит в начальное состояние. Далее можно снова включить прямой ход или реверс.

Для перехода в режим  реверса необходимо нажать переключатель  SПД(-), при этом ток проходит через реле К5, что ведёт к замыканию соответствующего ключа в цепи реле К2. При этом ток проходит через реле К2, что ведёт к замыканию соответствующих ключей на фазах двигателя и замыкающего ключа, включенного параллельно ключу реле К5. Последнее действие позволяет блокировать систему в установившемся состоянии, в котором она может находиться сколь угодно долго.

Остановка системы  и её перевод в состояние прямого  хода двигателя осуществляется в  соответствии с вышеописанным алгоритмом.

К режиму дистанционного управления также относится система  страховки на случай ошибочного перехода из режима прямого хода в режим  реверса и наоборот без промежуточной  остановки двигателя. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Система на бесконтактных  элементах

Назначение системы

Назначение системы  управления на силовых (бесконтактных) элементах соответствует назначению системы управления на контактных элементах. 

Состав системы

В данную систему  управления входят следующие элементы:

• Переключатели с самовозвратом
• RS-триггеры
• Логические элементы ИЛИ-НЕ
• Биполярные npn-транзисторы
• Тиристоры
• Генераторы коротких импульсов
• Блоки питания

RS-триггер:

Триггер — это  запоминающий элемент с двумя (или  более) устойчивыми состояниями, изменение  которых происходит под действием  входных сигналов и предназначен для хранения одного бита информации, то есть логический 0 или логический 1.

RS-триггер характеризуется тем, что при отсутствии сигналов на обоих входах состояние триггера не меняется.

При наличии сигнала  на входеS, триггер переходит во включенное состояние. При наличии сигнала на входе R, триггер переходит в выключенное состояние. Для триггера недопустимо наличие управляющих сигналов на двух входах одновременно.

Таблица истинности RS-триггера:

 

Условное обозначение:

Логические  элементы ИЛИ-НЕ:

Логические элементы ИЛИ-НЕ имеют до 8 входов и 1 выход. Они  реализуют логическую функцию ИЛИ  с инверсией.

Таблица истинности:

 

Условное обозначение:

Биполярные  npn-транзисторы:

Биполярный npn-транзистор – это управляемый коммутирующий элемент. Используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером.

Структура npn-транзистора:

Условное обозначение:

Тиристоры:

Тиристор – это  управляемый силовой коммутирующий  элемент.

Для его включения  необходимо, чтобы напряжение стало  выше напряжения включения. Это обеспечивается за счёт создания положительного тока управления.

Выключения диода  можно достичь тремя способами:

1. Снижением уровня анодного напряжения
2. Снижением уровня анодного тока
3. Увеличением потенциала катода в момент выключения

Условное обозначение:

Генераторы  коротких импульсов (ГКИ):

ГКИ предназначены для формирования последовательности импульсов, используемых как сигнальные показатели в системе управления.

Схема ГКИ:

Условное обозначение:

Блок  питания:

БП – это устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии требованиям её параметров: напряжения, тока, и т. д. путём преобразования энергии других источников питания.

Схема БП:

 
 
 

Алгоритм работы системы

Поскольку двигатель  является трёхфазовым, то для его  работы нужно подавать ток одновременно на все три его фазы. В режиме прямого хода, ток подаётся на фазы в том же порядке, в котором  они расположены: A, Bи C. Для этого, соответственно, необходимо открыть пары тиристоров V3-V4, V6-V7, V9-V10. Сигналы на открытие тиристоров подаются, соответственно, через трансформаторы T3, T4, T6, T7, T9 и T10.

Поскольку все фазы разные, сигнал для тиристоров на каждой фазе формируется в своём логическом блоке, реализующем функцию И (включают в себя логические элементы ИЛИ-НЕ – D111, D112, D113, D121, D122, D123, D131, D132, D133) и усиливается на транзисторном усилителе.