Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 30 из 32)

Рис.11-8 - Структурная схема контроллера электроавтоматики

Оптоэлектронный прибор

В целях помехозащищенности устройства ЧПУ его электрические цепи гальванически развязаны от электрических цепей станка. Для обмена информацией со станком применяют оптроны (рис. 11-9), где в первичной цепи, передающей информацию, располагаются источник света – светодиод СД, а во вторичной – фототранзистор ФТ. Под действием света на базу Б транзистора он открывается, т.е. пропускает ток по цепи эмиттер – коллектор Э – К.

В аналоговых микросхемах величина сигнала определяется уровнем входного (выходного) напряжения. Эти схемы используют в блоках управления приводами и в блоках связи с датчиками, преобразующими различные физические величины (силу, расстояние) в электрические сигналы. В аналоговых цепях используют микросхемы операционных усилителей. Поскольку в устройствах ЧПУ обрабатываются цифровые (дискретные) сигналы, для связи с аналоговыми цепями используют микросхемы цифроаналоговых (ЦАП) и аналого-цифровых (АЦП) преобразователей, преобразующих код в напряжение (ЦАП) или напряжение в код (АЦП).

Рис. 11-9 - Оптоэлектронный прибор с фототранзистором

Устройства ЧПУ, построенные на базе микропроцессоров, состоят из двух основных

частей – аппаратной и программной. Аппаратная часть представляет собой физическую реализацию устройства ЧПУ. Она состоит из металлического пылезащищенного каркаса(шкафа) с установленной в нём магистралью (рис. 11-3). Магистраль представляет собой ряд электрических разъёмов с проводной связью между ними, устроенной таким образом, что контакты всех разъёмов, имеющих один и тот же номер, соединены друг с другом. Таким образом, любой из сигналов на магистрали (например, сигнал “ Запись”) поступает одновременно на все разъёмы.

Магистральные сигналы можно разделить на группы (шины), такие как шина питания, шина сигналов управления, шина адресов А и шина данных Д. В большинстве случаев шины адресов и данных объединены в одну шину (шина А/Д), где сигналы адреса и данных идут по одним проводам, но разделены во времени (сначала адрес, потом данные). Управление магистралью осуществляется микропроцессором, он же выставляет адреса, через него происходит обмен данными.

Контрольные вопросы:

1) Назначение путевого переключателя.

2) Назначение автоматического выключателя.

3) Назначение электромагнитных плит столов.

Глава 12 Модуляторы

Магнитоуправляемые контакты. Типы и устройство

В обычных электромагнитных реле наиболее часто отказ возникает из-за контактов, которые подвергаются вредным воздействиям окружающей среды (окислению, загрязнению, коррозии и др.). Существенно повысить надёжность реле можно за счёт герметизации контактов. Так как в этом случае невозможно механически связать контактный узел с электромагнитным приводом, то необходимо для перемещения герметизированных контактов использовать силы электромагнитного притяжения. Контактные пластины для этого изготовляются из ферромагнитного материала. Таким образом, контакты становятся магнитоуправляемыми.

К магнитоуправляемым относятся герконы (т.е. герметизированные контакты) и ерри ы. Применяются они для тех же целей, что и мощные электромагнитные реле. Он и возникли в результате совершенствования контактных электромагнитных устройств и стремления свести к минимуму их недостатки: сравнительно небольшой срок службы (до 10⁷ срабатываний), невысокое быстродействие (десятки миллисекунд), потребление энергии в течение всего периода притяжения якоря и необходимость периодического обслуживания.

Геркон (рис. 12-1,а) представляет собой впаянные в стеклянную ампулу (баллон) пермаллоевые пластины 1, служащие одновременно токоподводами, контактом и магнитопроводом. Пластины впаяны в ампулу таким образом, чтобы контакты, в качестве которых используются внутренние концы пластин, покрытые золотом, радием или вольфрамом, находились на некотором расстоянии друг от друга, т.е. были разомкнуты.

а) б) в)

Рис. 12-1 - Герконы – герметизированные магнитоуправляемые контакты

К наружным концам пластин припаивают провода, служащие для присоединения к внешней цепи. Если геркон поместить в магнитное поле, созданное током в обмотке 2, окружающий геркон, то на контакты будет действовать электромагнитная сила F_э. Если эта сила окажется больше противодействующего усилия упругих пластин, то произойдет замыкание контактов.

Электромагнитная сила притяжения контактов определяется аналогично силе притяжения, действующей в любом другом электромагнитном механизме:

F_э=0,5 (Iω)_δ² (dG_δ / d_δ)

(1)

Принимая зазор между пластинами плоскопараллельным, можно записать выражение для производной проводимости:

dG_δ/dδ=-bl₁μ₀/δ² (2)

После подстановки (2) в уравнение (1) получим

F_э=0,5 (Iω)² bl₁μ₀/(1+ δ) ² ,

(3) где I – ток в обмотке; ω - число витков; l – длина обмотки; l₁ – перекрытие пластин; b – ширина пластин.

После отключения обмотки пластины под действием сил упругости возвращаются в

исходное состояние, т.е. контакты размыкаются. Следовательно, удержать контакт в замкнутом состоянии можно только за счёт потребления энергии от сети, что является одним из недостатков геркона. Герконы бывают вакуумные и газонаполненные, в которых стеклянная ампула заполнена азотом, водородом или инертным газом.

Для управления магнитоуправляемым контактом можно использовать не только магнитное поле катушки с током (рис.12-1,а), но и магнитное поле постоянного магнита (рис.12-1,б). В последнем случае срабатывание контактов осуществляется в зависимости от взаимного перемещения геркона и постоянного магнита 3. Изменение магнитного поля, воздействующего на контакты, может осуществляться и за счёт изменения параметров магнитной цепи при перемещении ферромагнитного экрана4(рис.12-1,в).

Большая часть управляющего магнитного потока во всех схемах герконов, изображённых на рис. 1, проходит по воздуху. Так как воздушные участки имеют значительное магнитное сопротивление, то чувствительность устройств на герконах сравнительно невелика. Она, например, ниже чувствительности якорных электромагнитных реле с одинаковыми коммутационными параметрами.

Для повышения чувствительности используют герконы с внешним магнитопроводом (рис.12-2). Однако, при этом увеличивается инерционность. Наличие внешнего магнитопровода увеличивает магнитную проводимость и, следовательно, индуктивность всей системы. Постоянная времени при этом возрастает пропорционально индуктивности. Комбинированная конструкция, объединяющая магнитоуправляемые контакты и внешний магнитопровод, называют ферритом. Название «феррит» объясняется тем, что первоначально эти элементы имели магнитопровод из феррита. Затем, появились конструкции и с металлическим магнитопроводом. Так как материал магнитопровода имеет остаточную намагниченность, то феррит после отключения запоминает воспринятую информацию.

Рис. 12-2 - Геркон с внешним магнитопроводом (феррит)

Повысить чувствительность можно не только за счёт внешнего магнитопровода, но и с помощью

поляризующего постоянного магнита. В этом случае уже небольшой ток в обмотке приводит к срабатыванию контактов, если магнитные обмотки и постоянного магнита направлены в одну сторону. С помощью поляризующего магнита можно получить устройства, работающие не на замыкание контактов, а на их размыкание. Магнитный поток постоянного магнита должен быть таким, чтобы контакты при отсутствии тока в обмотке управления были притянуты друг к другу. При подаче тока в обмотку управления создаётся магнитный поток обратного направления, и под действием сил упругости контакты размыкаются.

Реле на магнитоуправляемых контактах могут производить несколько сотен срабатываний в секунду, а общее число срабатываний может достигать 10¹². При этом сопротивление контактного перехода в замкнутом состоянии может составлять 10"³ Ом, а в разомкнутом - 10⁹ – 10¹¹ Ом. Выпускаемые промышленностью герконы имеют массу 0,4 – З г.

Транзисторный модулятор

Модулятором называется электронное устройство, предназначенное для преобразования напряжения постоянного тока или медленно изменяющегося по амплитуде напряжения в напряжение переменного тока, фаза которого изменяется на 180˚ в зависимости от полярности входного сигнала, амплитуда пропорциональна его значению, а частота равна частоте опорного напряжения.

Модуляторы весьма хорошо применяются в устройствах автоматики. В частности, их используют для преобразования сигналов постоянного тока, снимаемых с датчиков систем управления, в напряжение переменного тока для последующего усиления. Используются модуляторы также в схемах корректирующих цепей систем автоматики, для преобразования напряжения стабилизации, получаемого в корректирующем контуре в результате дифференцирования или интегрирования медленно изменяющихся напряжений постоянного тока.