Автоматизация электропривода задвижки

Лабораторная  работа №6.

 

Тема: “Автоматизация электропривода задвижки”

 

Цель работы: Изучение электропривода задвижки и методов управления им в наладочном, дистанционном и автоматическом режимах.

 

Ход работы:

Задвижка, являясь широко известным регулирующим органом, используется для перекрытия движения жидкости, пара или газа по трубопроводам. По конструктивному решению задвижки бывают трёх типов: клинкетные, кольцевые и конические.

Самое большое практическое применение получили клинкетные задвижки, которые служат для перекрытия прохода жидкости в трубе с помощью плоского затвора, входящего в поток перпендикулярно протекающей жидкости.

Как правило, задвижки выполняют  две команды “открыть” либо “закрыть” трубопровод в зависимости от изменения контролируемых параметров (давления, уровня, расхода, температуры и т.д.) и состояния управляемых органов (чаще всего насосов либо вентиляторов).

Управление задвижкой  на расстоянии может быть осуществлено с помощью пневмопривода, гидропривода и электропривода. В большинстве случаев при автоматизации задвижки, благодаря простоте решения управления, используется электропривод.

Электроприводом задвижки (рис.1) является асинхронный двигатель 1, выходной вал которого связан с  червячным редуктором 2, выходная шестерня червячного редуктора входит в зацепление с выходным винтом 3 задвижки 4.

Рисунок 1.

При работе электродвигателя винт вместе с затвором поднимается  или опускается, открывая либо закрывая задвижку. Помимо этого, выходная шестерня редуктора 2 через промежуточный  редуктор 5 передаёт вращение ряду дисков 6 с кулачками. При закрытии задвижки кулачки, поворачиваясь влево, переключают контакты микровыключателя КВЗ; при открытии задвижки кулачки, поворачиваясь вправо, переключают контакты микровыключателя КВО. Диски с кулачками установлены так, что при полном открытии задвижки срабатывает выключатель КВО, при полном закрытии – выключатель КВЗ.

Работа конечных выключателей изображена на диаграмме (рис.2), в которой замкнутое состояние изображается сплошной линией, разомкнутое – пунктирной. Как видно из диаграммы, переключение контактов происходит в крайних положениях задвижки. При промежуточном положении на контакты не оказывается никакого воздействия, и они находятся в исходном состоянии. В положении “закрыто” срабатывают контакты КВЗ, а в положении “открыто” – контакты КВО. Изменение состояний контактов выключателей (замкнут или разомкнут) позволяет автоматически отключать электропривод задвижки при её крайних положениях и сигнализировать о положении задвижки.

Принципиальная электрическая схема управления электроприводом задвижки приведена на рис.3. Схема предусматривает следующие режимы управления: наладочный, дистанционный и автоматический.

Наладочный режим необходим для опробования работы электропривода задвижки после монтажа либо ремонтных работ. Для подготовки этого режима устанавливаем тумблер 1ВБ – в положение “включено”. Напряжения питания в схему управления подаём включением автоматического выключателя АВ. Для выполнения команды “открыть задвижку” нажимаем кнопку 4КУ, при этом получает питание магнитный пускатель открытия задвижки ПО. Включаясь, ПО производит следующие изменения в схеме:

1. замыкает его открытый (замыкающий) контакт ПО₁ в цепи самоблокировки (для запоминания команды);
2. размыкает закрытый (размыкающий) контакт ПО₂ в цепи взаимной блокировки (для предотвращения подачи ложных команд);
3. замыкает три силовых контакта ПО₃ в цепи электродвигателя, последний включаясь перемещает задвижку вверх.

 При полном открытии задвижки кулачок диска 6 (рис.1) нажимает на выключатель КВО, замкнутый контакт которого размыкается и пускатель ПО выключается. Контакты магнитного пускателя ПО возвращаются в исходное состояние, электродвигатель отключается и задвижка останавливается.

Для выполнения команды “закрыть задвижку” нажимаем кнопку 5КУ, при этом получает питание магнитный пускатель закрытия задвижки ПЗ. Аналогично, как при рассмотренной выше команде, выключается электродвигатель, изменит направление вращения (режим реверса). Задвижка закрывается. Выключение электродвигателя осуществляется с помощью размыкания контакта микровыключателя КВЗ.

Дистанционный режим применяется при управлении электроприводом задвижки на расстоянии, например, с диспетчерского пульта управления. Для подготовки этого режима устанавливают переключатель управления 1ПУ в положение “Дистанционный”, тумблер 1ВБ – в положение “выключено”, тумблер 2ВБ – в положение “включено”. Питание на диспетчерский пульт управления подаётся выключателем В.

Для осуществления команды “открыть задвижку” оператор нажимает кнопку 1КУ, при этом включается реле 1РП. Включаясь, реле 1РП замыкает свой открытый контакт в цепи питания катушки пускателя ПО, что приводит к включению последнего. С включением ПО включается электродвигатель, задвижка открывается. При достижении задвижкой крайнего положения нажимается концевой микровыключатель КВО и его замкнутый контакт КВО₁ – размыкаясь, выключает пускатель ПО (выключается электродвигатель задвижки), а разомкнутый контакт КВО₂ – замыкаясь включает сигнальную лампочку ЛО, извещающую оператора об открытии задвижки.

Аналогично выше описанному выполняется  команда “закрыть задвижку” с помощью кнопки 2КУ. При полном закрытии задвижки загорается лампочка ЛЗ.

Для работы цепи сигнализации использован  полярный признак формирования сигналов. Принцип полярного избирания заключается в том, что применяя полупроводниковый диод можно сделать аппаратуру чувствительной к направлению тока. Как видно из рис.3 для получения тока или другого направления на пульте управления и на объекте управления применяется по два полупроводниковых диода, которые осуществляют однополупериодное выпрямление и полное избирание – тем самым по одному  проводу передаётся два сигнала. Так, при полном открытии задвижки ток протекает через диод 1Д, 2Д – загорается лампочка ЛО; при полном закрытии задвижки ток протекает через диоды 3Д, 4Д – загорается лампочка ЛЗ.

Автоматический режим протекает без участия оператора. Для подготовки автоматического режима устанавливают переключатель управления1ПУ в положение “Автомат”, тумблер 1ВБ – в положение “выключено”, тумблер 2ВБ – в положение “включено”, выключатель ВК – включён.

В зависимости от величины контролируемого  параметра (уровень, расход и др.) со схемы контроля поступает соответствующая команда через замыкание контактов 1РК либо 2РК, что приводит к включению соответственно реле 1РП либо 2РП. Получают команду на выключение магнитные пускатели ПО либо ПЗ и выполняются соответствующие команды “открыть” либо “закрыть” задвижку.

Контроль выполнения команды управления в автоматическом режиме, как и  в дистанционном, осуществляется по загоранию сигнальных лампочек ЛО и ЛЗ.

Схема управления предусматривает  следующие виды защиты:

1. максимальная защита – защита электродвигателя от токов короткого замыкания и большой кратковременной перегрузки. Осуществляется электромагнитными расцепителями автоматических выключателей или плавкими предохранителями;
2. нулевая защита (защита минимального напряжения) – защита срабатывающая при значительном понижении напряжения сети или его полном исчезновении, исключающая возможность самозапуска электродвигателя при внезапном восстановлении напряжения – осуществляется магнитными пускателями или электромагнитными реле напряжения;
3. защита от перегрузки электродвигателя при заклинивании задвижки – осуществляется размыканием контакта микровыключателя муфты предельного момента ВМ, который введён в общую цепь питания обеих катушек магнитных пускателей;
4. электрическая блокировка – достигается включением размыкающего контакта магнитного пускателя ПО в цепи питания магнитного пускателя ПЗ и наоборот. Следовательно, пока включён пускатель ПО, цепь питания пускателя ПЗ будет разомкнутой, а включить пускатель ПЗ одновременно с пускателем ПО невозможно.

Для аварийной остановки  электродвигателя служит кнопка ЗКУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод:

 

Устройство управления и защиты электропривода задвижки без применения концевых выключателей ПКП1: 

 

ПКП1Т – контроль положения задвижки по времени ее перемещения и току, потребляемому электродвигателем.

ПКП1И – контроль положения задвижки по числу оборотов вала и периоду следования импульсов, поступающих с датчика на ее валу. 

Назначение:

Прибор ПКП1 предназначен для управления задвижками и затворами в системе «Водоканал» и защиты их механизмов и электроприводов при заклинивании без применения концевых выключателей.

 

Основные функции:

• Автоматическая остановка электропривода при достижении задвижкой крайнего положения без применения «концевиков»;
• Контроль и индикация текущего положения задвижки в процентах;
• Выключение управления приводом с выдачей сигнала «Авария» при заклинивании задвижек или проскальзывании механизмов электропривода;
• Сохранение информации о положении задвижки при обесточивании;
• Контроль положения задвижки при установленном модуле с токовым выходом 4...20 мА или контроль и управление при установленном модуле интерфейса связи RS-485;

 

ПКП1 выпускается в корпусах 2-х типов: настенном Н и щитовом Щ1.

 

 

 

Функциональная  схема устройства управления и зашиты электропривода задвижки без применения концевых выключателей ПКП1:

 

 

ПКП1 представляет собой микропроцессорное устройство, имеющее 4 входа, таймер и блок управления 5-ю выходными реле.

 

Входы:

Управление задвижкой  осуществляется оператором с пульта управления с помощью 3-х кнопок, подключаемых к входам 1...3 прибора: “Открыть”, “Закрыть”, “Стоп” —  или кнопок, расположенных на лицевой панели прибора.

Входы 1...3 обеспечивают гальваническую развязку между кнопками и прибором.

В приборе ПКП1Т для контроля тока, потребляемого электроприводом задвижки, используется стандартный измерительный трансформатор тока, например, Т-0, 66-УЗ, подключаемый ко входу 4.

В приборе ПКП1И в качестве датчика импульсов могут быть

использованы:

- герконы;

- датчики Холла;

- активные датчики  (индуктивный, емкостной, оптический);

 

Блок управления (БУ):

БУ предназначен для  обработки поступающих на него сигналов, индикации параметров и формирования управляющих сигналов выходными реле.

Автоматическая  остановка электропривода при достижении задвижкой концевого положения:

БУ позволяет автоматически  отключать электродвигатель при  достижении задвижкой крайнего (концевого) положения без применения «концевых» выключателей.

ПКП1Т: При поступлении внешнего сигнала на открытие или закрытие задвижки БУ отслеживает значение силы тока с трансформатора тока и время, отсчитываемое таймером. На время пускового момента сигнал, поступающий с трансформатора, блоком управления игнорируется.

Определение концевого  положения может осуществляться одним из способов:

• значение тока достигло заданного (параметр СurA) и время, отсчитанное таймером, находится в установленном интервале (IntL...IntH), как при закрытии, так и при открытии задвижки;
• то же при закрытии задвижки, а при открытии по истечении заданного времени (IntL);
• при открытии и при закрытии по истечении заданного времени.

Два первых способа определения  концевого положения позволяют  плотно закрывать задвижку, определять открытое положение в зависимости от конструктивных особенностей.

Третий способ позволяет  управлять некоторыми типами задвижек, не допускающих механических перегрузок в концевых положениях.

При определении концевого  положения одним из вышеперечисленных  способов БУ сигнализирует о достигнутом задвижкой концевом положении, включая соответствующее ему реле (4 или 5). Реле 1 или 2 при этом выключается.

ПКП1И: Определение концевых положений происходит аналогичным образом, но БУ отслеживает значение периода следования поступающих от датчика импульсов и их число.

 

Аварийное отключение электродвигателя:

БУ определяет аварийную  ситуацию, при этом включает управление приводом, включает реле «Авария» и  мигание индикатора при:

• заклинивании задвижки в процессе движения;
• проскальзывании вала привода или других механизмов.

 

Контроль и  индикация текущего положения задвижки:

В начале работы прибор запускает  таймер, отсчитывающий время движения задвижки и вычисляет процент ее открытия.

Вычисленное значение выводится  на индикатор прибора в зависимости от текущего времени.

 

 

Выходы:

ПКП1 имеет два выходных реле для управления задвижкой (реле 1 и 2), два реле для имитации концевых выключателей (реле 4 и 5) и реле 3 для аварийной сигнализации.

Кроме того, в ПКП1 по желанию заказчика может быть установлен модуль, формирующий унифицированный токовый сигнал 4...20 мА, пропорциональный степени открытия задвижки или модуль интерфейса связи с ЭВМ RS-485.