Релейно-контакторні системи керування

   Під терміном РКСУ(Релейно-контакторні системи управління) розуміють логічні системи управління, побудовані на релейно-контакторної елементної бази та здійснюють автоматизацію роботи приводу.

     У завдання РКСУ входить автоматизація наступних процесів: увімкнення та відключення двигунів, вибір напрямку та швидкості обертання, пуск та гальмування двигуна, створення тимчасових пауз у русі, захисне відключення двигуна та зупинення механізму.           Безпосереднім об'єктом управління для РКСУ є двигун, що живиться від мережі.

       До переваг РКСУ відноситься:

• наявність гальванічної розв'язки ланцюгів,
• значна комутаційна потужність,
• висока стійкість до перешкод.

      Недоліки РКСУ є:

• контактна комутація, яка потребує відповідного обслуговування та обмежує термін її служби;
• обмежена швидкодія;
• підвищені масогабаритні показники та енергоспоживання.

Електричні схеми та способи аналізу РКСУ

       Послідовність роботи вузлів у складі РКСУ залежить від їх електричних з'єднань. Електрична схема РКСУ є графічною формою зображення РКСУ.

На рис.2.2 приведена общая функциональная схема РКСУ в виде узлов.

       В принципиальной схеме приводятся все элементы системы управления, электрические соединения элементов. Допускается изображение какого-либо узла без раскрытия его внутреннего содержания. Если узел не стандартный, то его схема должна быть дополнительно приведена как приложение. Схема не дает пространственного расположения аппаратуры, поэтому дополнительно дается монтажная схема.

       Оценить работоспособность и качество разработанной РКСУ можно на основе ее анализа.

      В общем анализе дается характеристика РКСУ в целом указываются назначение системы, тип элементной базы, выделяются основные узлы и отмечаются принципы, на которых они построены. Способ описания — словесный.

     В детальном анализе дается подробное описание функционирования всей РКСУ или ее отдельных узлов, описывается алгоритм логической системы управления.

     Алгоритм может быть представлен как словесно, так и формализованно ‑ символическим, аналитическим и графическим способами.

    Наиболее строгой и компактной формализацией описания РКСУ является аналитический способ, выраженный в структурных формулах булевой алгебры логики.        Обозначив логические входные независимые переменные через , внутренние зависимые переменные через , а выходные переменные (функции) через , получим структурные формулы подобного типа:

Такая запись не отражает временной последовательности работы данного узла. Этот способ используется главным образом при синтезе РКСУ, при формировании аналитического алгоритма управления.

Для детального анализа РКСУ применяется графический способ описания в форме графа или циклограммы.

Циклограмма состоит из следующих элементов:

• такт — интервал времени, на котором в состоянии системы не происходит изменений;

• период включения ‑ интервал времени включенного состояния аппарата (изображается горизонтальной прямой в строке);

• период отключения ‑ интервал времени отключенного состояния аппарата (изображается отсутствием горизонтальной прямой);

• воздействие одного аппарата на другой изображается тонкой вертикальной прямой.

Все такты и периоды включения и отключения изображаются на циклограмме без соблюдения количественного масштаба времени. Логическим масштабом времени можно считать такт.

Рис. 3.2. Циклограмма узла торможения противовключением

Пример: циклограмма узла торможения противовключением. За начальное исходное состояние системы принимается вращение двигателя в направлении «вперед» с полной скоростью (правая третья позиция SM1), за окончание циклограммы — начало пуска в направлении «назад». В данном узле за входные независимые переменные принимаются сигналы командоконтроллера  за выходные переменные – функции  ‑ токи контакторов КМ1 ‑ КМ7, а за внутреннюю переменную  ‑ ток реле напряжения ротора KV. Циклограмма будет иметь вид, показанный на рис. 3.2. В ней семь тактов, 2 ‑ 5 и 7 неустойчивые.  ‑ отключающий такт,  ‑ включающие такты.

Принципы управления и типовые узлы в РКСУ

Операции, выполняемые узлами РКСУ, представляют собой логические функции входных переменных.

В РКСУ используются такие переменные, как время, ток, напряжение, скорость двигателя, перемещение рабочего органа, которые воспроизводятся соответствующими реле.

Оценить особенности различных принципов управления и определить необходимые уставки реле можно с помощью механических характеристик двигателя, представляющих собой зависимости угловой скорости  от момента М или тока (рис. 3.3).

Для линеаризованных участков пусковой диаграммы справедливы соотношения:

где  и  ‑ значения жесткости механических характеристик и пусковых сопротивлений соответственно для -й и -й пусковых ступеней. Если задано число пусковых ступеней , то

где  ‑ скольжение, соответствующее значению  на естественной механической характеристике.

Если заданы значения  и , то из выражения (2.2) можно определить число пусковых ступеней:

(полученный результат округляется  до большего целого значения).

Дополнительным условием к (2.2) и (2.3) служат неравенства:

где  ‑ допустимый момент;  ‑ момент сопротивления на валу двигателя.

Значениям  и  соответствуют определенные значения токов  и  цепей якоря, ротора, статора, которые могут быть найдены из электромеханических характеристик двигателя.

Продолжительность работы двигателя на пусковой и тормозной характеристиках определяется выражением, полученным интегрированием уравнения движения:

Здесь  ‑ механическая постоянная времени -й пусковой или тормозной ступени, с (  где ‑  момент инерции);  ^‑ соответственно начальный и конечный моменты (для пуска  и ; для торможения  и ; для торможения противовключением в одну ступень  где  ‑ скольжение ротора двигателя при ; для динамического торможения в одну ступень ).

За время пуска принимается время достижения двигателем скорости на естественной характеристике при :

Зная значения , можно определить уставки реле времени, тока, скорости.

Можно строить схему по любой из вычисленных переменных. Но желательно контролировать две, три переменных, для более надежной, стабильной работы привода.