Пневматические системы автоматизации

Для обеспечения надежности работы пневматических систем автоматизации применяют вспомогательные устройства, обеспе­чивающие требования к качеству воздуха; — фильтры, редукторы давления, позиционеры, панель управления, клапаны.

Фильтр служит для очистки сжатого воздуха от пыли, влаги и масла. В пневмоавтоматических системах применяют исклю­чительно сухие пористые фильтры, в которых в качестве фильт­рующего материала используется ткань. Устрой­ство фильтра показано на рис. 1, а. Воздух, поступающий через штуцер 2 во внутреннюю полость корпуса 4 фильтра, сни­жает свою скорость, частицы пыли и влаги оседают на дно кор­пуса. Затем воздух проходит через фильтрующие прокладки 1, между которыми проложены металлические сетки, очищается дополнительно и выходит через штуцер 5 к редуктору. Вен­тиль 3 служит для спуска выделяющейся влаги. Фильтр рассчи­тан на максимальное статическое давление воздуха 980 кПа. Направление потока воздуха указывает стрелка, изображенная на корпусе фильтра.

Редуктор давления воздуха (рис. 1, б) служит для регу­лирования и стабилизации давления сжатого воздуха и пред­ставляет собой мембранный регулятор прямого действия. Ре­дуктор может быть настроен на поддержание выходного давле­ния в пределах от 49 до 245 кПа. Принцип работы редуктора заключается в следующем. Воздух от фильтра поступает через штуцер 4 в камеру редуктора 10. В камере размещена втулка 8, в верхней части которой запрессовано сопло 5, По оси сопла проходит шток золотника 6, образуя кольцевую щель для про­хождения воздуха. Свободный конец штока жестко соединен с мембраной 3. В верхнем торце золотника установлен вкла­дыш 9, снизу золотник поджимается пружиной 7, закрывая сопло. Величина регулируемого давления на выходе штуцера 11 зависит от степени открытия сопла, которая устанавливается регулировочным винтом 1. При вращении его сжимается пру­жина 2 и прогибает резиновую мембрану 3, которая через шток отводит золотник 6 от сопла 5. Таким образом, устанавливается определенное давление в полости камеры 12. При снижении давления воздуха в пневмопроводе резиновая мембрана 3 про­гибается вниз под действием пружины 2 и происходит дополни­тельный пуск воздуха, который доводит давление в полости ка­меры 12 и на выходе штуцера 11 до заданной величины.

Позиционер — это пневматический усилитель, предназначен­ный для увеличения перестановочного усилия.

На рис. 1, в показана принципиальная схема позиционера. Воздух от регулятора поступает в полость между сильфонами 6 и уравновешивается пружиной 5. Дно сильфонов жестко свя­зано с клапаном 9 пневматического усилителя. Воздух от ком­прессора через фильтр 12 и редуктор 11 поступает в камеру пневматического усилителя, которая соединена трубкой 7 с го­ловкой 1 мембранного исполнительного механизма. При повы­шении давления воздуха, поступающего от регулятора, сильфон пропорционально перемещает клапан 9 вверх, приток воздуха в камеру усилителя увеличивается, а выход в атмосферу умень­шается. Давление воздуха над мембраной в головке 1 исполни­тельного механизма возрастает, мембрана прогибается, и шток 13 перемещает плунжер регулирующего клапана. Жесткая об­ратная связь, состоящая из рычага 15, укрепленного на штоке 14, и рычагов 2 и 3, увеличивает сжатие пружины 5 и восста­навливает равновесие в позиционном реле. При этом клапаны 9 перемещаются в направлении, обратном первоначальному. Ма­нометры 8, 10, 13 служат для контроля давления воздуха в со­ответствующих линиях. Требуемый коэффициент обратной связи устанавливается подвижным шарниром 4.

Панель управления пневматическая ПП12.2 (рис. 1, г) предназначена для дистанционного ручного управления испол­нительным механизмом, плавного перехода с ручного управле­ния на автоматическое регулирование и обратно в схемах авто­матических регуляторов, встраиваемых в приборы типа КС-3, КС-4 и др.

Давление питания от штуцера / через тумблер /// при уста­новленном рычаге в положение А (автоматическое) поступает в управляющую камеру выключающего реле регулятора 4 и управляющую камеру пневматического реле //. Пневматиче­ское реле срабатывает, соединяя выход задатчика 1 с исполни­тельным механизмом 3 камерой изодрома 2. В качестве дискрет­ных сигналов, управляющих выключающим реле регулятора, применяют сигналы «0» и «1». Давление в исполнительном механизме изменяется поворотом ручки задатчика и контро­лируется манометром IV. Нижняя стрелка манометра показы­вает величину давления на выходе регулятора до выключаю­щего реле 5.

Перевод с ручного управления на автоматическое регулиро­вание осуществляется следующим образом. Ручкой задатчика, встроенного в прибор типа КС-3, изменяют давление выхода регулятора до тех пор, пока нижняя стрелка манометра не оста­новится против верхней. Затем переходят с ручного управления на автоматическое регулирование путем переключения рычага пневматического тумблера III в положение А. Переход с авто­матического регулирования на ручное управление осущест­вляется переключением рычага пневматического тумблера III из положения А в положение Р, предварительно совместив по­казания верхней стрелки мано­метра с нижней путем измене­ния величины выходного дав­ления задатчика. Диапазон из­менения входных и выходных аналоговых сигналов следую­щий: 2—10 МПа (0, 2— 1, 0 кгс/см²).

Клапан электропневматиче­ский трехходовой ЭПК-1/4 яв­ляется преобразователем элек­трического сигнала в пневма­тический и предназначен для подачи сжатого воздуха на пневматические приборы (мем­бранный клапан, пневмопровод и т. п.) При включении и выключении электрического тока. Клапаны изготовляются двух модификаций: «ток откры­вает» — тип ЭПК-1/4 (ТО), «ток закрывает» —тип ЭПК-1/4 (ТЗ).

Первый осуществляет подачу сжатого воздуха на прибор при включении катушки электромагнита и сбрасывает воздух из прибора в атмосферу при обесточивании. Действие второго кла­пана обратное: воздух подается на прибор при обесточивании катушки электромагнита и сбрасывается в атмосферу при вклю­чении. Клапан (рис. 2) состоит из электромагнита и клапан­ного устройства.

Конструкции клапанов ТО и ТЗ аналогичны и различаются расположением уплотнителей и седел по отношению к плун­жеру 10. Через верхний штуцер Л (для клапана ТО) и В (для клапана ТЗ) осуществляется сброс воздуха в атмосферу. Сред­ний штуцер С служит для присоединения прибора— потреби­теля сжатого воздуха. К нижнему штуцеру В (для клапана ТО) и Л (для клапана ТЗ) присоединяют линии питания сжа­тым воздухом. Клапаны устанавливают на каркасах щитов, сте­нах и металлоконструкциях. Корпус клапана заземляют.

Максимальное давление осушенного сжатого воздуха 0, 2 МПа. Питание осуществляется от сети переменного тока напря­жением 127 и 220 В, частотой 50 Гц, Клапаны рассчитаны на работу при температуре окружающего воздуха— 30ч-+ 50 °С. После монтажа клапана все соединения пневматических линий проверяют на герметичность сжатым воздухом давлением 0, 2 МПа.

Рис. 1. Вспомогательные элементы пневматических систем автоматики:

а —фильтр; б — редуктор давления воздуха; в — позиционер; г — панель управления пневматическая ПШ2.2

Электрические системы автоматизации

Кнопки управления и универсальный переключатель. Кнопки управления представляют собой простейшие электрические аппараты с ручным управлением.

Кнопочная станция – комплект кнопок, установленных на общем основании. По числу кнопок кнопочные станции бывают двух- и трех- кнопочные.

Кнопка управления К-2 имеет два замыкающих контакта, которые срабатывают при нажатии стержня-толкателя.

Кнопки управления и кнопочные станции выпускают различных конструкций и назначений. Их подразделяют по числу нормально открытых (НО) и нормально закрытых (НЗ) контактов, способу монтажа, виду защиты от окружающей среды (открытое, защищенное, герметическое, взрывобезопасное исполнение). Широко применяемые кнопки типа К и кнопочные станции типа КУ-121, КС-1, ПЭ предназначены для дистанционного управления электрическими аппаратами переменного тока напряжением до 500В и постоянного тока до 400В.

Контакторы и магнитные пускатели. Контакторы являются электромагнитными реле. Которые имеют мощную контактную систему и предназначены для коммутации рабочих цепей электродвигателей.

Контакторы подразделяют на контакторы постоянного и переменного тока.

Контакторы переменного тока служат для коммутации цепей переменного тока, на их обмотку подается переменный ток промышленной частоты. Напряжением до 500 В. Число главных контактов от 1 до 5, кроме них имеются также маломощные блок-контакты, предназначенные для самоблокировки, коммутации дополнительных цепей и т.д.

Магнитные пускатели представляют собой контакторы, которые служат для дистанционного управления трехфазными асинхронными двигателями. Их подразделяют на два вида – нереверсивные и реверсивные. Для защиты двигателей от перегрева в магнитных пускателях установлены тепловые реле, допускающие протекание больших кратковременных пусковых токов в двигателях, но размыкающие цепи питания двигателей при длительных перегрузках. Для защиты двигателей от токов короткого замыкания установлены плавкие предохранители. Схема состоит из двух частей: силовой и управляющей. Силовая часть включает двигатель 1, два тепловых реле 1 РТ и 2РТ, две группы рабочих контактов: 1 РК 1, 1 РК 2, 1 РК 3 – контакты первого контактора, 2 РК 1, 2 РК2, 3 РК 3 – контакты второго контактора и плавкие предохранители 2.

Управляющая часть включает обмотку 1 К первого контактора и 2 К второго контактора, кнопочные выключатели 1 П и 2 П, блок-контакты контакторов БК 1 и БК 2, кнопочный выключатель Ст, контакты 1 РТ, 2 РТ тепловых реле и блок-контакты взаимной блокировки 1 К1 и 2К1.

Системы блокировки широко применяют в системах промышленной автоматики для исключения нарушения нормальной эксплуатации различных объектов.

В схемах с кнопочным управлением реле Р, магнитными пускателями и контакторами К аппараты включают с помощью кнопок управления П (пуск) с замыкающими контактами, а отключают – с помощью кнопок Ст (стоп) с размыкающими контактами. При нажатии на кнопки управления они замыкают (размыкают) свои контакты, а при отпускании под воздействием пружин возвращаются в исходное положение.

Рисунок 1 - Схема реверсивного магнитного пускателя

Для нормальной работы релейной схемы рисунок 2а с кнопочным управлением применятся самоблокировка реле, контактора или магнитного пускателя. При самоблокировке // контактам пусковой кнопки П включается замыкающий контакт реле Р или контактора К.

Рисунок 2 - Схемы блокировок управляющих элементов

Благодаря этому после включения, например, контактора К с помощью кнопки П сохраняется цепь питания катушки независимо от положения пусковой кнопки.

При необходимости управление реле, контакторами или магнитными пускателями с разных мест (местное и дистанционное управление) или при осуществлении автоматического режима включающие кнопки П, замыкающие контакты управляющих реле (ЗКУР), включается //, а отключающие кнопки Ст и размыкающие контакты управляющих реле (РКУР), используемые для отключения, включаются последовательно. Рядом представлена схема рис.17.б. взаимной блокировки, исключающая одновременно включение двух реле, а следовательно, и управляемых ими выходных, исполнительных и других устройств. При выключении реле Р1 размыкается контакт реле Р1 в цепи катушки Р2, что делает невозможным включение реле Р2 и наоборот.

С помощью блокировок обеспечивают определенную последовательность технологических операций, включения и отключения исполнительных механизмов и других устройств.

Рисунок 3 - Схема последовательного включения исполнительных электродвигателей

На схемах рисунка 3 а) и б) реализуется последовательное включение трех исполнительных электродвигателей М1, М2, М3.

Схема на рисунке 3 а обеспечивает независимое включение М1 и включение М2 и М3 после включения соответственно М1 и М2. В случае отключения М1 автоматически отключаются М2 и М3 и при отключении М2 отключается М3. На рисунке 3 б приведена схема последовательного включения исполнительных электродвигателей с центрального пульта кнопкой управления П. Остановка осуществляется либо с центрального пульта кнопкой Ст, либо в аварийных случаях кнопками Ст1, Ст2, Ст3. Напряжение к каждому электродвигателю рисунок 3 в подводится через автоматический выключатель АВ с электромагнитным или тепловыми расцепителями, обеспечивающими отключение АВ при коротких замыканиях и перегрузках и через главные контакты контакторов К.

При необходимости включения резервного агрегата используют различные схемы автоматического включения резерва (АВР). Простейший пример такой схемы на рисунке 4. Двигатели М1 и М2 подключают совместно с соответствующими цепями управления через автоматы АВ1 и АВ2 к различным источникам питания. Для обеспечения включения эл.двигателя резервного агрегата при отключении рабочего в цепи его управления включается размыкающий контакт контактора рабочего эл.двигателя. Если агрегат с двигателем М1 находится в работе, а с М2 – в резерве, то унив­ерсальный переключатель УП должен быть установлен в левое положение (М1 раб.), а его контакт 2 замкнут. При этом контакт К1 в цепи катушки К2 разомкнут. При отключении М1обесточится катушка К1 и замкнется размыкающий контакт К1, что обеспечит замыкание цепи катушки К2 и включение резервного агрегата. При начальном запуске агрегата УП находится в среднем положении. Если агрегат с двигателем М1 находится в резерве, а рабочим является агрегат М2, то АВР осуществляется аналогично, только УП переключается в правое положение (М2 раб.).

Рисунок 4 -Релейно-контактная схема включения резервного агрегата при исчезновении питания основного агрегата

На рисунке 5 представлена релейно-контактная схема автоматического управления компрессором.

Рисунок 5 - Релейно-контактная схема автоматическим управлением компрессора

Датчиком давления является электроконтактный манометр ЭКМ. Компрессор включается кнопкой П при ручном управлении (переключатель УП установлен в левое положение) или замыканием контакта реле РП 1 в цепи катушки магнитного пускателя ПМ при автоматическом управлении (переключатель УП повернут вправо). Если давление в системе упадет до установленного на ЭКМ минимального значения, то будет подан сигнал на включение компрессора. При работе компрессора давление в системе будет повышаться. Что приведет к размыканию контактов ЭКМ min. Однако благодаря самоблокировке реле РП1 не отключается и компрессор будет продолжать ра­ботать. Если давление в системе превышает установленное на ЭКМ, то вызовет отключение компрессора. В результате периодичного включения и отключения компрессора обеспечивается двухпозиционное регулирование давления в преде­лах от минимального до максимального заданного значения. Тепловые реле РТ и расцепители автоматов АВ предназначены для отключения электродвигателя при перегрузках и коротких замыканиях.