Μια διαισθητική μέθοδος για το σχεδιασμό σχημάτων ελέγχου
Διαισθητική μέθοδος — μια μέθοδος ανάπτυξης σχημάτων ελέγχου με βάση την εμπειρία που αποκτήθηκε σε διάφορους σχεδιαστικούς οργανισμούς στον αυτοματισμό διαφόρων μηχανισμών. Βασίζεται στη μηχανική διαίσθηση του σχεδιαστή.
Μόνο κάποιος που έχει απορροφήσει όλη την προηγούμενη εμπειρία και έχει ορισμένες ικανότητες όσον αφορά την κατάρτιση σχεδίων, που μπορεί να σκεφτεί αφηρημένα και να συλλογιστεί λογικά, μπορεί να κυριαρχήσει τέλεια αυτή τη μέθοδο. Παρά την πολυπλοκότητά της, οι περισσότεροι ηλεκτρολόγοι χρησιμοποιούν τη διαισθητική μέθοδο εκτενώς.
Για παράδειγμα, εξετάστε ένα απλοποιημένο κινηματικό διάγραμμα ενός μοχλού ώθησης (Εικ. 1). Όταν ο τροχός 5 περιστρέφεται δεξιόστροφα, ο μοχλός 4 περιστρέφει τον μοχλό 1 γύρω από τον άξονα Ο, αναγκάζοντας έτσι το πέδιλο 3 με το μοχλό 2 να μεταφραστεί. Με περαιτέρω περιστροφή του τροχού 5, η κατεύθυνση κίνησης του μοχλού 1 αλλάζει και το πέδιλο επιστρέφει στην αρχική του θέση, μετά την οποία ο κινητήρας πρέπει να σταματήσει.
Ρύζι. 1. Σχηματικό διάγραμμα του χειριστηρίου ώθησης μοχλού
Ο εξεταζόμενος μηχανισμός είναι ένας τυπικός εκπρόσωπος μιας συσκευής ώθησης.Στον πρώτο κύκλο, ο μηχανισμός είναι ενεργοποιημένος και λειτουργεί. Στο δεύτερο μέτρο δεν λειτουργεί. Ο κύκλος στον οποίο δεν λειτουργεί ο μηχανισμός ονομάζεται μηδέν. Αν και το παπούτσι είναι πλήρως παλινδρομικό (εμπρός και πίσω), ένας μη αναστρέψιμος ηλεκτροκινητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πρόωση.
Το κύκλωμα ελέγχου του ηλεκτροκινητήρα μοχλού-εμβόλου αποτελείται από δύο μέρη (στο Σχ. 1 χωρίζονται με μια διακεκομμένη γραμμή): το κύκλωμα ισχύος και το κύκλωμα ελέγχου.
Εξετάστε το σκοπό των στοιχείων του κυκλώματος ισχύος. Τριφασικό ρεύμα παρέχεται στον διακόπτη QS, ο οποίος διακόπτει την παροχή ρεύματος στον ηλεκτροκινητήρα σε περίπτωση επισκευής ή βλάβης του μαγνητικού εκκινητή. Στη συνέχεια, το ρεύμα ρέει μέσω του διακόπτη κυκλώματος του οποίου η απελευθέρωση QF φαίνεται στο διάγραμμα. Έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει και να αποσυνδέει την παροχή ρεύματος στον ηλεκτροκινητήρα σε περίπτωση ρευμάτων βραχυκυκλώματος. Οι κύριες επαφές του μαγνητικού εκκινητή KM ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν την περιέλιξη του ηλεκτροκινητήρα M.
Τα θερμικά ρελέ KK1 και KK2, τα θερμαντικά στοιχεία των οποίων εμφανίζονται στα κυκλώματα ισχύος, έχουν σχεδιαστεί για να προστατεύουν τον ηλεκτροκινητήρα από παρατεταμένες υπερφορτώσεις:
Το σχήμα ελέγχου λειτουργεί ως εξής. Όταν πατήσετε το κουμπί εκκίνησης SB1, ενεργοποιείται το πηνίο του μαγνητικού εκκινητή KM και επομένως οι επαφές του κυκλώματος τροφοδοσίας του KM κλείνουν και ηλεκτρικό ρεύμα εισέρχεται στην περιέλιξη του κινητήρα. Ο ρότορας του κινητήρα περιστρέφεται και το τύμπανο αρχίζει να κινείται προς τα εμπρός. Ταυτόχρονα απομακρύνεται από το μοχλό του οριακού διακόπτη SQ και οι επαφές του είναι κλειστές.
Όταν απελευθερωθεί το κουμπί εκκίνησης SB1 και ανοίξουν οι επαφές του, το πηνίο KM του μαγνητικού εκκινητή θα λάβει ισχύ μέσω των επαφών του διακόπτη ορίου SQ.Αφού κινηθεί προς τα εμπρός και μετά προς τα πίσω, το έμβολο θα πιέσει το μοχλό του διακόπτη ορίου SQ, οι επαφές του θα ανοίξουν και το πηνίο του KM θα σβήσει. Αυτό θα προκαλέσει το άνοιγμα των επαφών KM στο κύκλωμα ισχύος και θα σταματήσει τον ηλεκτροκινητήρα.
Το εξεταζόμενο κύκλωμα περιέχει κυκλώματα ισχύος και ελέγχου. Στο μέλλον, θα εξετάζονται μόνο συστήματα ελέγχου.
Κατά συνάρτηση, δηλ. ανά σκοπό, όλα τα στοιχεία που εμπλέκονται στη λειτουργία του κυκλώματος μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες: επαφές ελέγχου, ενδιάμεσα στοιχεία και εκτελεστικά στοιχεία.
Οι επαφές ελέγχου είναι τα στοιχεία με τα οποία εκδίδονται οι εντολές (κουμπιά ελέγχου, διακόπτες, οριακούς διακόπτες, πρωτεύοντες μετατροπείς, επαφές ρελέ κ.λπ.).
Το ίδιο το όνομα των ενδιάμεσων στοιχείων υποδηλώνει ότι καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των στοιχείων ελέγχου και εκτελεστικών στοιχείων. Στα κυκλώματα ρελέ-επαφής, περιλαμβάνουν ρελέ χρόνου και ενδιάμεσους ηλεκτρονόμους, και σε κυκλώματα χωρίς επαφή — λογικές πύλες.
Τα εκτελεστικά στοιχεία είναι εκτελεστικοί μηχανισμοί. Ωστόσο, κατά την ανάπτυξη κυκλωμάτων ελέγχου, δεν χρησιμοποιούνται οι ίδιοι οι μηχανισμοί κίνησης (ηλεκτρικοί κινητήρες ή θερμαντικά στοιχεία), αλλά οι συσκευές που τους περιλαμβάνουν, π.χ. μαγνητικές μίζες, επαφές κ.λπ.
Όλες οι επαφές ελέγχου, σύμφωνα με τη λειτουργική τους αρχή, χωρίζονται σε πέντε τύπους: έναρξη επαφής με σύντομη δράση (PC), έναρξη επαφής με μεγάλη δράση (PD), διακοπή επαφής με σύντομη δράση (OK), διακοπή επαφής με μεγάλη δράση (OD ), επαφή start-stop (λογισμικό). Αυτές οι επαφές ονομάζονται οι κύριες.
Κυκλογράμματα της λειτουργίας όλων των τυπικών επαφών στον έλεγχο των κυκλικών μηχανισμών φαίνονται στο σχ. 2.
Ρύζι. 2.Κυκλόγραμμα επαφών ελέγχου
Κάθε μία από τις πέντε επαφές αρχίζει να λειτουργεί (κλείνει) και τελειώνει (ανοίγει) σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές. Έτσι, οι επαφές έναρξης ξεκινούν την εργασία τους μαζί με την αρχή της διαδρομής εργασίας, αλλά η επαφή YAK σταματά να λειτουργεί κατά τη διάρκεια της διαδρομής εργασίας, OD — κατά τη διάρκεια της παύσης, δηλαδή, διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στις στιγμές απενεργοποίησης ( άνοιγμα).
Οι επαφές διακοπής, οι οποίες, σε αντίθεση με τις επαφές εκκίνησης, σταματούν να λειτουργούν ταυτόχρονα με το τέλος της διαδρομής εργασίας, διαφέρουν στις στιγμές ένταξης (κλείσιμο). Η επαφή διακοπής OK ξεκινά τη λειτουργία της κατά τη διάρκεια της διαδρομής εργασίας και η επαφή OD - κατά τη διάρκεια της παύσης. Μόνο η επαφή του λογισμικού ξεκινά τη δουλειά της μαζί με την έναρξη της πορείας εργασίας και τελειώνει με το τέλος της.
Με τη βοήθεια των θεωρούμενων πέντε κύριων επαφών, είναι δυνατό να ληφθούν τέσσερα σχήματα για τον έλεγχο των εκτελεστικών και ενδιάμεσων στοιχείων, τα οποία ονομάζονται τυπικά σχήματα (Εικ. 3).
Ρύζι. 3. Τυπικά σχήματα ελέγχου για εκτελεστικά και ενδιάμεσα κυκλώματα
Το πρώτο τυπικό κύκλωμα (Εικ. 3, α) έχει μόνο μία επαφή ελέγχου λογισμικού. Εάν είναι κλειστό, τότε το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω του ενεργοποιητή Χ, και εάν είναι ανοιχτό, δεν ρέει ρεύμα. Η επαφή PO έχει τη δική της σημασία και όλες οι άλλες επαφές πρέπει να χρησιμοποιούνται σε ζεύγη (εκκίνηση και διακοπή).
Το δεύτερο τυπικό κύκλωμα έχει δύο επαφές ελέγχου με συνεχή δράση: PD και OD (Εικ. 3, β).
Το τρίτο τυπικό κύκλωμα αποτελείται από την επαφή εκκίνησης του υπολογιστή και την επαφή διακοπής OD, εκτός από τις επαφές ελέγχου, αυτό το κύκλωμα πρέπει να περιλαμβάνει μια επαφή μπλοκαρίσματος x, μέσω της οποίας ο ενεργοποιητής Χ θα συνεχίσει να λαμβάνει ισχύ μετά την επαφή εκκίνησης του ανοίγει ο υπολογιστής (Εικ. 3, γ).
Το τέταρτο τυπικό σχήμα βασίζεται σε δύο βραχυπρόθεσμες επαφές: εκκινήστε έναν υπολογιστή και σταματήστε το ΟΚ, συνδεδεμένο παράλληλα (Εικ. 3, δ).
Τα δοσμένα τέσσερα τυπικά σχήματα επιτρέπουν (σαν από κύβους) να συνθέτουν πολύπλοκα παράλληλα σειριακά σχήματα για τον έλεγχο των επαφών. Έτσι, για παράδειγμα, το υπό εξέταση σχήμα ελέγχου μοχλού (βλ. Εικ. 1) βασίζεται στο τέταρτο τυπικό σχήμα. Χρησιμοποιεί τα κουμπιά SB1 ως επαφή βραχυπρόθεσμης εκκίνησης και διακόπτη ορίου SQ ως επαφή βραχυπρόθεσμης διακοπής.
Κατά την κατάρτιση ενός σχήματος ελέγχου χρησιμοποιώντας μια διαισθητική μέθοδο, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί σωστά ο τύπος της επαφής ελέγχου, δηλαδή η διάρκεια της δράσης της.
Εξετάστε ένα παράδειγμα ανάπτυξης ενός σχήματος ελέγχου χρησιμοποιώντας μια διαισθητική μέθοδο χρησιμοποιώντας τυπικά σχήματα.
Ας είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί μια ημιαυτόματη συσκευή για τον έλεγχο ενός επαγωγέα και μια συσκευή για τον ψεκασμό μιας εγκατάστασης που έχει σχεδιαστεί για τη θέρμανση ενός προϊόντος με ρεύματα υψηλής συχνότητας και στη συνέχεια την ψύξη του με πίδακες νερού. Ο χρόνος θέρμανσης του προϊόντος στον επαγωγέα είναι 12 δευτ. και ο χρόνος ψύξης είναι 8 ώρες. Το προϊόν εγκαθίσταται χειροκίνητα στον επαγωγέα.
Αρχικά, θα αναλύσουμε τη λειτουργία της ημιαυτόματης συσκευής και θα προσδιορίσουμε όλα τα εκτελεστικά και ενδιάμεσα στοιχεία. Ο εργαζόμενος εγκαθιστά χειροκίνητα το προϊόν στο πηνίο και πιέζει το κουμπί έναρξης.Σε αυτό το σημείο, ο επαγωγέας ανάβει και αρχίζει η θέρμανση του προϊόντος. Ταυτόχρονα, το ρελέ χρόνου θα πρέπει επίσης να ενεργοποιηθεί, λαμβάνοντας υπόψη τον χρόνο θέρμανσης (12 s).
Αυτό το ρελέ χρόνου (ακριβέστερα, οι επαφές του) απενεργοποιεί τον επαγωγέα και ανάβει τον καταιονιστή, ο οποίος παρέχει νερό για ψύξη. Ταυτόχρονα πρέπει να ενεργοποιηθεί και δεύτερο ρελέ για να μετρήσει αντίστροφα τον χρόνο ψύξης, δηλαδή να σβήσει τον ψεκαστήρα. Με αυτόν τον τρόπο, είναι απαραίτητος ο έλεγχος τεσσάρων στοιχείων: ένας επαγωγέας, μια συσκευή ψεκασμού και δύο ρελέ χρόνου.
Ο επαγωγέας ενεργοποιείται και απενεργοποιείται μέσω ενός επαφέα, γι' αυτό είναι απαραίτητος ο έλεγχος του τελευταίου. Ο ψεκαστήρας ελέγχεται από ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.
Ας ορίσουμε το πηνίο (πηνίο) του επαφέα KM1, το πηνίο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας KM2 και τα πηνία του χρονοδιακόπτη KT1 και K.T2, αντίστοιχα. Έτσι, έχουμε δύο ενεργοποιητές: KM1 και KM2 και δύο ενδιάμεσα στοιχεία: KT1 και KT2.
Από την ανάλυση που έγινε, προκύπτει ότι η θέρμανση θα πρέπει να ξεκινήσει πρώτα, δηλαδή θα διεγερθεί το πηνίο KM1. Το κουμπί ενεργοποίησης SB (σύντομη ενέργεια) χρησιμοποιείται ως επαφή έναρξης. Επομένως, ισχύει είτε το τρίτο είτε το τέταρτο τυπικό σχήμα.
Αφήστε το πηνίο να αποσυνδεθεί από τις επαφές του ρελέ χρόνου KT1.1, που σε αυτή την περίπτωση είναι επαφές μακράς δράσης. Επομένως, επιλέγουμε το τρίτο τυπικό σχήμα. Ταυτόχρονα με την περιέλιξη του μαγνητικού εκκινητή KM1, είναι απαραίτητο να ενεργοποιήσετε το ρελέ χρόνου KT1, κάτι που είναι πολύ εύκολο συνδέοντάς τα παράλληλα.
Εξετάστε τη λειτουργία του κυκλώματος που προκύπτει (Εικ. 4, α).
Ρύζι. 4.Κυκλώματα ελέγχου: α — επαγωγέας και ρελέ για το χρόνο θέρμανσης, β — συσκευή καταιωνιστήρων και χρόνος ψύξης ρελέ, γ — εγκατάσταση ως σύνολο
Όταν πατάτε το κουμπί εκκίνησης SB, ενεργοποιείται το πηνίο του επαφέα KM1, δηλαδή αρχίζει η θέρμανση του προϊόντος. Ταυτόχρονα, το πηνίο του ρελέ χρόνου KT1 ενεργοποιείται και αρχίζει να μετρά αντίστροφα το χρόνο θέρμανσης. Με τη βοήθεια της επαφής μπλοκαρίσματος KM1.1, η τάση του πηνίου KM1 θα διατηρηθεί ακόμη και μετά την απελευθέρωση του κουμπιού σκανδάλης SB, δηλ. μετά το άνοιγμα των επαφών του.
Μετά τη λήξη του χρόνου θέρμανσης, το ρελέ χρόνου KT1 θα λειτουργήσει, η επαφή του KT1.1 θα ανοίξει. Αυτό θα προκαλέσει την απενεργοποίηση του πηνίου KM1 (η θέρμανση του προϊόντος θα τερματιστεί). Ο ψεκαστήρας πρέπει τώρα να είναι ενεργοποιημένος. Μπορεί να ενεργοποιηθεί από το ρελέ χρόνου KT1 κλείνοντας την επαφή. Όταν ο ψεκαστήρας είναι ενεργοποιημένος, το ρελέ χρόνου KT1 απενεργοποιείται. Επομένως, η επαφή κλεισίματος KT1.1 θα είναι μια βραχυπρόθεσμη επαφή. Επομένως, θα χρησιμοποιήσουμε ξανά το τρίτο τυπικό σχήμα.
Ταυτόχρονα με τον ψεκαστήρα, είναι απαραίτητο να ενεργοποιήσετε το ρελέ χρόνου KT2, το οποίο μετρά αντίστροφα το χρόνο ψύξης. Για το σκοπό αυτό θα χρησιμοποιήσουμε την εφαρμοσμένη τεχνική και θα συνδέσουμε το πηνίο του χρονικού ρελέ ΚΤ2 παράλληλα με το πηνίο ΚΜ2. Έτσι παίρνουμε το δεύτερο σχήμα ελέγχου (Εικ. 4, β). Συνδυάζοντας τα δύο κυκλώματα (Εικ. 4, α και β), παίρνουμε ένα γενικό σχήμα ελέγχου (Εικ. 4, γ).
Ας εξετάσουμε τώρα τη λειτουργία του κυκλώματος συνολικά (Εικ. 4, γ). Όταν πατήσετε το κουμπί έναρξης SB, τα πηνία του επαφέα KM1 και το ρελέ χρόνου KT1 ενεργοποιούνται και το προϊόν αρχίζει να θερμαίνεται.Μετά από 12 δευτερόλεπτα, το ρελέ χρόνου KT1 θα λειτουργήσει και οι επαφές του στο κύκλωμα 1 θα ανοίξουν και στο κύκλωμα 2 θα κλείσουν. Το προϊόν θα αρχίσει να κρυώνει. Ταυτόχρονα με το πηνίο KM2 της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, το ρελέ χρόνου K θα ενεργοποιηθεί T2, μετρώντας αντίστροφα το χρόνο ψύξης. Όταν ανοίξει η επαφή KT2.1 (κύκλωμα 3), η βαλβίδα KM2 και το ρελέ χρόνου KT2 απενεργοποιούνται και το κύκλωμα επιστρέφει στην αρχική του θέση.
Το προκύπτον σχήμα ελέγχου πηνίου και καταιονιστή αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας μια διαισθητική μέθοδο. Ωστόσο, δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι αυτό το σχήμα θα είναι σωστό και βέλτιστο. Το ζήτημα της λειτουργικότητας του κυκλώματος μπορεί να επιλυθεί μόνο μετά την παραγωγή του και την προσεκτική πειραματική επαλήθευση. Αυτό είναι ακριβώς το μεγαλύτερο μειονέκτημα της διαισθητικής μεθόδου. Η διαπιστωθείσα έλλειψη απουσιάζει στην αναλυτική μέθοδο. Η αναλυτική μέθοδος για την ανάπτυξη σχημάτων ελέγχου θα συζητηθεί στο επόμενο άρθρο.