Автоматика: Практикум (Составление электрических схем автоматизации)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТОЭ

АВТОМАТИКА

ПРАКТИКУМ

КРАСНОЯРСК – 2008

Цель практикума состоит в том, чтобы приобрести навык составления электрических схем автоматизации.

При защите следует объяснить работу схемы и рассказать устройство выбранных элементов автоматики.

В практикуме рассматриваются задачи, близкие к экзаменационным. Но это не шпаргалки к экзамену. Критически отнеситесь к тому, что здесь записано. Есть ловушки. Схемы следует чертить по размерам согласно ГОСТу на страничке, разлинованной в клетку. Нарушение ГОСТа карается снижением оценки на один балл.

Рисунок 1 -  Условные обозначения элементов электрических схем: а – контакт коммутационного устройства замыкающий; б - контакт коммутационного устройства размыкающий; в – катушка электромагнитного устройства (например, реле); г - контакт замыкающий с замедлителем, действующим при возврате; д - контакт размыкающий с замедлителем, действующим при возврате; е –резистор постоянный; ж – лампа накаливания; з - электродвигатель. Обозначения нарисованы на страничке из тетради, разлинованной в клетку. Клетка в тетради имеет размер 5 х 5 мм.

            Задача 1. Для защиты компрессора водяного охлаждения в случае отсутствия воды автоматически через 5 с отключить компрессор.

Выберите реле защиты: а) реле с поплавковым датчиком уровня воды; б) реле с датчиком давления воды в водопроводной сети; в) реле с датчиком расхода воды через компрессор; г) реле с датчиком температуры корпуса компрессора; д) реле с датчиком скоростного напора воды на выходе из компрессора; е) ртутный термоконтактор ТК для контроля температуры воды на выходе из компрессора.

Для примера на рисунке 2 показана схема сильфонного реле давления.

Рисунок 2

Выбор реле защиты зависит от вас, но он должен быть обоснован. Любой из них на электрической схеме будем изображать в виде электрического контакта (замкнутого, разомкнутого или переключающегося). В случае прекращения подачи охлаждающей воды контакт выбранного реле должен замкнуться и подать ток на реле времени, чтобы сделать паузу на 5 сек. Нельзя допустить мгновенного отключения компрессора от случайного кратковременного перерыва подачи воды.

Рисунок 3 - Моторное реле времени

На валу двигателя имеются кулачки, воздействующие на контакты. Реле времени имеет несколько контактов КТ, срабатывающих с выдержкой времени на отключение и на включение. Через выбранный вами контакт и будем питать двигатель компрессора М.

                                                                        Куда же подключить его на схеме?

Внимание: разрывающий контакт всегда устанавливается со стороны фазы. Нулевой провод присоединяется к любому потребителю напрямую без всяких разрывов.

Ниже представлена незавершённая схема защиты компрессора водяного охлаждения. Выберите нужный контакт реле времени и установите его в нужное место. Нарисуйте всю схему в своей тетради.

Рисунок 4 - Схема к задаче 1

Задача 2. Требуется поддерживать температуру в диапазоне 10 – 40⁰ С.

Выберите термореле: а) биметаллическое; б) дилатометрическое; в) манометрическое; г) ртутный термоконтактор; д) термореле с датчиком - термочувствительным резистором .

      Некоторые из них (а, б, в) не требуют эл. питания для своей работы, поэтому на схеме их будем изображать в виде обычного контакта (замкнутого, разомкнутого или переключающего). Другие (г, д,) требуют электропитание для своей работы. Их на схеме будем изображать так же, как обозначают, например,·электромагнитное реле (катушка и отдельно - контакты).

 Если применить одно термореле и настроить его на некую среднюю температуру, то температура будет регулироваться в малых пределах с частым включением нагревателя. Такой режим хорош повышенной точностью поддержания температуры и плох большой частотой включения нагревателя. Частое переключение контактов ведёт к их быстрому износу, а частое включение нагревателей, электродвигателей ведёт к их перегреву. Поэтому целесообразно устанавливать иногда два термореле и настроить их на разные значения температуры. Пусть автоматика позволит нагреть объект, например, до 40⁰, а затем даст ему остыть до 10⁰С. После такого снижения снова нагреет до 40⁰ и снова позволит снизить до 10⁰С. Точность поддержания температуры, конечно, хуже. Но частота включения нагревателя существенно снизится. Такой режим часто предпочтителен.

Итак, в простейшем случае (а, б, в) имеем два контакта (на 10⁰ и на 40⁰С). Пробуем включить их последовательно (рисунок 4). И выберем их замкнутыми в режиме "холодно".

При подаче напряжения пойдёт ток по цепи фаза – SK1 – SК2 – ноль. Нагреватель поднимает температуру объекта. Едва температура превысит 10⁰С, как контакт SK1 разомкнётся и нагрев прекратится. Таким образом, температура будет колебаться около 10⁰С, что не отвечает поставленной задаче.

Рисунок 4 – Первый вариант схемы к задаче 2.

Включим контакт параллельно друг другу (рисунок 5). Контакты замкнуты, пока "холодно". При подаче напряжения пойдёт ток по цепям фаза – SK1 – КМ – ноль, фаза – SK2 – КМ – ноль и фаза – замкнувшийся контакт КМ – R – ноль. Нагреватель поднимает температуру объекта. Едва температура превысит 10⁰С, контакт SK1 разомкнётся и дальнейшего влияния оказывать не будет. Ток, протекающий через замкнутый контакт SK2 продолжает питать катушку магнитного пускателя КМ, его контакт КМ продолжает быть замкнутым, нагреватель продолжает греть. Нагрев продолжится до 40⁰С и только тогда размыкание контакта SK2 отключает нагрев. Температура будет колебаться около 40⁰С, что не соответствует поставленной задаче.

Рисунок 5 – Второй вариант схемы к задаче 2.

Рассмотрим третий вариант соединения контактов двух термореле (рисунок 6). Контакты включены последовательно, но один из них зашунтирован контактом КМ1 магнитного пускателя КМ.

	"Холодно". Все контакты замкнуты.

	"Горячо". Все контакты разомкнуты.

 

"Холодно". Все контакты замкнуты.

Рисунок 6 – Третий вариант схемы к задаче 2

Проанализируем его работу с момента, когда было "холодно". Оба контакта (SK1 и SK2) замкнуты. При подаче напряжения пойдёт ток по цепи фаза – SK1 – SК2 – КМ - ноль. Магнитный пускатель КМ замыкает свои контакты КМ1 и КМ2. Сейчас пойдёт силовой ток по цепи фаза – КМ2 – R – ноль. Таким образом, в режиме "холодно" все контакты замкнуты и через все контакты идут токи. Нагреватель повышает температуру. При температуре выше 10⁰ контакт SK1 размыкается, но это не приводит к прекращению нагрева, т. к. ток продолжает идти по цепи фаза – контакт KМ1 – SК2 – КМ - ноль. Магнитный пускатель по-прежнему запитан, его силовой контакт КМ2 остаётся замкнутым и следовательно нагреватель R продолжает греть.

При повышении температуры выше 40⁰ контакт SК2 разрывается, магнитный пускатель обесточивается и его пружины размыкают оба его контакта КМ1 и КМ2. В режиме "горячо" все контакты разомкнуты, никаких токов нет. Происходит остывание объекта. При понижении температуры ниже 40⁰

(10⁰ <θ< 40⁰) контакт SК2 замыкается, но остальные контакты ещё разомкнуты и остывание продолжается. И только при падении температуры ниже 10⁰ контакт SК1 замыкается (режим "холодно") и … всё сначала. Начинается нагрев. Нарисуйте правильную схему.