Основные элементы систем автоматизации

Подразделяя элементы автоматических систем по характеру выполняемых функций, можно выделить следующие основные их виды: датчики или измерительные (чувствительные) элементы; цепи; преобразователи и усилители; реле; контакторы; исполнительные механизмы и регулирующие органы.

Датчики — чувствительный элемент автоматического устройства, преобразующий контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи на расстояние. Датчики делятся на две группы: параметрические, которые преобразуют неэлектрическую величину в параметр электрической цепи, и генераторные, которые преобразуют неэлектрическую величину в электродвижущую силу.

Реле-— элемент, в котором при достижении определенного уровня входной величины выходное значение параметра меняется скачкообразно. Так, в автоматических системах насосных и воздуходувных станций входными сигналами чаще всего бывают такие неэлектрические величины, как уровень, давление, подача, скорость движения, температура, влажность, а также электрические — напряжение, сила тока, сопротивление электрической цепи. Выходной параметр — изменение положения контактов, используемое для управления электрическими цепями.

Реле уровня получили широкое распространение для измерения уровней, а также разности уровней, расходов. Они показывают значения контролируемых уровней. Наиболее часто используются поплавковые и электродные реле.

Принцип действия электродного реле основан на использовании электропроводимости жидкой среды. Основными его элементами являются электроды, которые включены в цепь промежуточного электромагнитного реле. Электроды представляют собой стальные или латунные стержни. При повышении уровня жидкой среды электроды замыкаются, в результате чего возбуждается промежуточное реле и своими контактами производит переключение в цепи управления. При понижении уровня электроды выходят из жидкой среды, промежуточное реле обесточивается, благодаря чему опять происходят соответствующие переключения в цепи управления.

Реле давления (электроконтактный манометр) служит для контроля давления среды. На рис. 11.2 приведен пружинный манометр с совмещенным реле давления. Чувствительным элементом прибора является одновитковая трубчатая пружина. Один конец ее с помощью ниппеля присоединяется к месту отбора давления, другой (свободный) запаян и соединен передаточным механизмом со стрелкой и подвижным ее контактом. При избыточном давлении пружина разгибается, ее свободный конец перемещается, поворачивая стрелку и сблокированный с ней контакт. С помощью указателя настройки подвижные контакты устанавливаются на предельные значения давления, при которых реле срабатывает.

Реле струйное (рис. 11.3) применяется для контроля заливки насосов. Действие его основано на использовании перепада давления, возникающего в сужающем устройстве. Реле устанавливается в трубопроводе. Оно срабатывает при движении струи среды слева направо и определенном давлении. Проходящая через отверстие диафрагмы струя создает в левом сильфоне повышенное давление, сильфон расправляется, и его штифт перемещает подвижный контакт в левое крайнее положение. Замыкающие контакты включаются, и реле срабатывает. Когда движения жидкой среды нет, сильфоны уравновешены и размыкающие контакты реле замкнуты.

Термические реле, применяемые для автоматизации электропривода, по способу нагрева рабочего элемента подразделяют на две группы: тепловые, работающие в зависимости от силы тока, протекающего в самом элементе или по окружающей его обмотке; термостаты, воспринимающие изменение температуры окружающей среды. Первые применяются как токовые реле для защиты обмоток электродвигателей и как реле времени, вторые — для тепловой защиты пусковых реостатов и подшипников агрегатов.

Реле времени служат для обеспечения выдержки промежутков времени между отдельными операциями при автоматическом управлении. В настоящее время широкое распространение в схемах автоматики нашли электронные реле времени серии ВЛ. Реле построены на полупроводниковых элементах с применением микросхем, отличаются высокой надежностью и выпускаются в широком ассортименте.

Электромагнитное реле (рис. 11.4, а) представляет собой прибор, служащий для дистанционного управления с помощью входного электрического тока независимыми внешними исполнительными цепями, т. е. выполняет роль промежуточного элемента. Конструктивно электромагнитное реле состоит из неподвижной части магнитопровода — сердечника, обмотки сердечника, подвижной части магнитопровода — якоря и контактной системы.

Электромагнитные реле постоянного тока бывают нейтральные и поляризованные. Нейтральные одинаково реагируют на разные направления постоянного тока, протекающего в обмотках, а работа поляризованных зависит от направления тока.

Особый интерес представляет электромагнитное реле нового типа, называемое язычковым реле или магнитоуправляемым контактом (рис. 11.4,6). Это реле имеет незамкнутую магнитную систему:-внутри цилиндрической катушки помещается герметизированная стеклянная ампула, наполненная инертным газом. Контактные пружины выполнены в виде тонких упругих язычков из ферромагнитного материала. При пропускании тока по катушке контактные пружины притягиваются друг к другу, замыкая электрическую цепь.

Вакуум-реле предназначены для поддержания определенного разрежения (вакуумметрического давления) в вакуум-прово-

Рассмотрим в качестве примера принципиальную электрическую схему управления горизонтальным центробежным насосным агрегатом с низковольтным двигателем (рис. 11.5), реализованную на основе наиболее общих принципов построения схем управления. Порядок работы насосного агрегата следующий. По команде оператора или программного реле времени включается заливочный насос. Контроль заливки осуществляется с помощью сигнализатора уровня. Пуск насосного агрегата производится при закрытой задвижке, при этом осуществляется контроль времени пуска. Если включенный насос не развивает нормальную подачу, он отключается.

При отклонении от заданных режимов работы срабатывает электрическая или гидромеханическая защита и происходит аварийная остановка насосного агрегата. Вторичный пуск насоса возможен только после выяснения причин остановки и их устранения.

Электрическая схема работает следующим образом. Реле KV2 осуществляет контроль наличия напряжения питания. Выбор режима работы (автоматический, телемеханический или местный) производится переключателем SA1, При пуске насосного агрегата цепь питания катушки реле KV5 замкнута. Реле KV5 срабатывает и замыкает свои контакты в цепях питания катушек реле KV1, KV10, KV18, в цепи самоблокировки и в цепи управления контактором заливочного насоса (на схеме не показан). После заливки насосного агрегата замкнется контакт электродного сигнализатора уровня SL2, сработает реле KV1, которое включит катушку магнитного пускателя КМ1, и насос начнет работать. Если насос развивает нормальную подачу в течение заданного времени, реле давления размыкает контакт SP1, отключая реле времени КТ1, и происходит открывание задвижки (цепь управления электроприводом задвижки на схеме не показана). При этом размыкается контакт концевого выключателя SQ1 и обесточивается катушка реле KV5.

При остановке насосного агрегата замыкается цепь питания катушки реле KV6, которое замыкает свой контакт в цепи питания катушки реле KV4. Это в свою очередь вызывает отключение катушки реле КУ1 и контактора К.М1. Электродвигатель насосного агрегата отключается, задвижка закрывается.

Реле напряжения служат для контроля напряжения, питающего агрегаты станции. В аварийном режиме, т. е. при отклонении напряжения от номинального значения, производят отключение агрегатов.

Контакторы и электромагнитные пускатели предназначены для дистанционного включения и отключения силовой цепи.