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搅拌站电气控制及电气原理分析

搅拌站电气控制及电气原理分析

发布时间:
2019/04/29
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  内容提要

  1、电气基本常识

  (1)、常用低压电器概述

  (2)、交流接触器的常见故障及处理方法

  2、可编程序控制器概述

  (1)、可编程序控制器的基本结构

  (2)、可编程序控制器的工作原理及与继电控制的区别

  3、电气控制电路图的分析方法

  (1)、电气原理图特点

  (2)、电气控制电路图的分析方法

  4、传感器的工作原理及检测

  (1)、传感器的定义及转换原理

  (2)、如何利用万用表判断传感器是否处于正常

  一.电气基本常识

  与基本的电气传动系统一致,混凝土搅拌站的电气传动系统由:

  电源部分 → 控制部分 → 执行电气元件 构成。

  1、电源部分:主要是由电源开关及电源保护装置构成,它的任务是完成供电能量的馈送、切断及对电源和用电设备的保护。

  2、供电输入—→低压供电的分配及保护—→控制部分。涉及到供电开关、空气开关、熔断器、漏电保护器等低压电器。

  3、控制部分:是整个电气传动系统的中心。在它的控制指挥下,电动执行元件才能按照人们的要求去完成各种复杂的动作。在HZS系列砼站中电气控制主要由PLC控制系统实现。PLC是计算机技术与继电接触式控制技术相结合的产物,它的输入输出仍然与低压电器密切相关。

  ① 继电接触式控制系统:主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成。其控制方式是断续的,又称为断续控制系统。其特点是结构简单、价格低、维护容易、抗干扰能力强等。是基本的电气控制形式。其缺点是采用固定接线方式、灵活性差、工作频率低、触点易损坏、可靠性差。要改变(实现)控制顺序就必须改变控制器的硬件接线。

  ② 可编程序控制器:是一台专为在工业环境下运行的工业计算机。

  4、执行电气元件:是电源部分和控制部分的最终服务对象。如:电机、电磁阀及其它执行电器。

  (一)常用低压电器概述

  低压电器是指在交流50Hz额定电压交流1200V以下或直流1500V以下的电路中起通断、保护、控制调节作用的电器。按照低压电器在电气线路中的职能和用途,一般分为以下几类:

  1、低压配电电器:主要用于低压供电系统,这类低压电器有刀开关、自动开关、隔离开关、转换开关以及熔断器等;

  2、低压主令电器:主要用于发送控制指令的电器。这类电器有按钮、主令开关、行程开关和万能转换开关等。这类电器的主要技术要求是操作频率要高,抗冲击,机械和电器寿命要长。

  3、低压控制电器:主要用于电气控制系统。这类低压电器有接触器、继电器等。对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力、操作频率要高,电器和机械寿命要长。

  4、低压保护电器;主要用于对电路和电器设备进行安全保护的电器。这类电器有热继电器、安全继电器、电压继电器、电流继电器和避雷器等。这类继电器要求有一定的通断能力,反应要灵敏、可靠性高。

  5、低压执行电器:主要用于执行某种动作和传动功能。这类低压电器有电磁铁、电磁离合器、电磁阀等。

  也有将2、4、5归入低压控制电器类。在这里主要介绍常用的电气元件及其基本图形符号和文字。

  ① 按钮:是一种专门发号施令的电器,用以接通或断开控制回路中的电流。其代号为SB。

  

  

  ② 万能转换开关:是由多组相同结构的触头组件叠装而成的多回路控制电器,它能够转换多种和多数量的线路

  ③ 行程开关:又称限位开关。是用以反应工作机械的行程,接通或断开控制电路,发出命令以控制机械运动方向和行程大小的开关。其作用原理与按钮相似,区别在于它不是靠手指的按压而是利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作,从而将机械信号转变为电信号,用以控制机械动作或用作程序控制。通常,行程开关被用来限制机械运动的位置或行程,使运动机械按一定的位置或行程实现自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。如图3-1所示为滚轮式行程开关。行程开关的文字符号为:SQ

  

  图3-1

  ④ 无触点行程开关:又称为接近开关。其功能是当某种物体与之接近到一定距离时就发生动作信号,达到行程控制、记数及自动控制的作用。而不像机械行程开关那样需要施加机械压力。接近开关是通过其感辩头与被测物体间介质能量来取得信号的。与行程开关相比,接近开关具有定位精度高、工作可靠、寿命长、操作频率高及能适应恶劣环境等优点。但接近开关在使用时,一般需要有触点式继电器作为输出器。

  接近开关的形式有多种 ,不论哪一种都是有接近信号发生机构以及后级的检波、鉴副和出口电路所组成。高频振荡型用于检测各种金属,当前应用最为普遍,其电路结构可以归纳为图 3-2所示

  

  

  图3-2

  ⑤ 空气开关:又称自动空气断路器,当电路发生严重过载、短路及失压等故障时,能自动切断电路,保护串联在它后面的电气设备。在功能上,它相当于刀闸开关、熔断器、热继电过电流继电器和欠压继电器等的组合。其主要有三个基本部分组成,即触头和灭弧系统、各种脱扣器、操作机构。文字符号为QF。如图3-3所示

  

  图3-3 空气开关工作原理示意图

  ⑥ 交流接触器:是一种用来频繁的接通或断开主电路及大量控制电路的自动切换电器。主要有电磁铁和触点两部分组成。其文字符号为KM。接触器最主要的用途是控制电机的启动、正反转、制动和调速。在HZS系列砼站控制系统中,主电路电机的启动均采用了接触器控制切断、导通电路。并且与空气开关配合使用。

  接触器触点分为主触点和辅助触点两种,其中,三对主触点接在主电路中,起断开和接通主电路的作用,辅助触点接在控制线路中,可完成一定的控制要求,如自锁、互锁等。触头还分为常开和常闭两类。当线圈未通电时,处在相互脱开状态的触头叫常开触头,又叫动合触头;处在相互接通的状态的触头叫常闭触头,又叫动断触头。

  

  交流电磁铁(电磁系统)由线圈、静铁芯和动铁芯(衔铁)组成。在铁芯头部平面上装有短路环,目的是消除交流电磁铁在吸合时可能产生的铁芯振动。

  

  

  接触器的工作原理如下:当按下按钮线圈得电时,静铁芯和线圈产生磁场,将动铁芯吸合,带动桥式动触点向右移动,使之与静铁芯接触。这时,电机和电源接通,电动机运转;当松开按钮线圈断电时,磁场吸力消失,在复位弹簧作用下,动触点复位,切断电机电源,电机停止运转。如图3-3所示 图3-3

  ⑦ 继电器:继电器是一种根据某种输入信号(电压、电流等电量或非电量)的变化,而接通或断开控制电路,实现自

  动控制和保护电力拖动装置的电器。它可根据输入的信号达

  到不同的控制目的。

  A、中间继电器:实质为电压继电器。它的特点是线圈的匝数很多,并且触点多(多至六对或更多)、触头能承受的电流较大(额定电流5—10安培)、动作灵敏(动作时间小于0.05秒)。输入信号是线圈的通电和断电,输出信号是触头的动作,并能将信号同时传递给几个元件和回路。图3-4为HZS系列砼站使用的中间继电器工作原理示意图。

  它的用途有两点:一是用做传递信号,当接触器线圈的额定电流超过电压或电流继电器触头所允许通过的电流时,可用中间继电器作为中间放大器再来控制接触器;二是用做同时控制多条线路。HZS系列砼站均使用中间继电器作为PLC 输出接口连接的执行元件。其文字符号为:KA

  

  

  图3-4

  B、时间继电器:从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始,经过一定的延时后才输出信号(触点的闭合或断开)的继电器,称为时间继电器。

  

  时间继电器的延时方式有两种:

  通电延时:接受输入信号后延迟一定的时间,输出信号才发生变化,当输入信号消失后,输出信号瞬时复原。

  断电延时:接受输入信号时,瞬时产生相应的输出信号,当输入信号消失时,延迟一定的时间,输出信号才复原。

  时间继电器的文字符号为KT 。在HZS砼站控制系统中,生产能力为50m3/h以上,主机采用Y—△(星—三角)延时降压启动。

  C、固态继电器:是由半导体器件组成的继电器,它是一种无触点电子开关。没有任何可动部件和触点。具有相当于电磁继电器的功能。它较之电磁继电器具有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快、无火花、无动作噪声和使用方便等一系列优点。

  应用在计算机的输入输出接口、外围和终端设备等。

  ⑧ 其它电气元件文字符号:

  

  

  

  三.电气控制电路图的分析方法

  电气控制电路是把某些电气元件(如接触器、继电器、按钮、行程开关)和电动机等用电设备按某种要求用导线联接起来的电气线路。为了设计、分析研究、安装维修时阅读方便,电气控制电路图中各电气元件使用了国家统一规定的电气图形符号和文字符号。

  电气图的种类很多,下面介绍在电气控制中常用的一种图——电气原理图

  维修电气故障的前提是看懂电气原理图。电气原理图是根据生产机械运动形式对电气控制系统的要求,采用国家统一规定的电气图形符号和文字符号,按照电气设备和电器的工作顺序,详细表示电路、设备或成套设备的全部组成和连接关系,而不考虑各电器元件的实际安装位置和实际接线情况一种简图。所以电路图又称为电气原理图。其用途是:

  详细理解电路、设备或成套装置及其组成部分的作用原理;

  为测试和寻找故障提供信息:

  作为编制接线图的依据。

  1.电气原理图特点

  ① 为便于分析看图,电路或元件按功能布置,并尽可能按其工作顺序排列。对因果次序清楚的其布局一般是从左到右和从上到下;

  ② 电路图一般分为电源电路、主电路和辅助电路三部分,在电路图中它们分开绘制;

  电源电路:三相交流电源相序L1、L2、L3自上而下依次画出。画成水平线。中线和保护地线PE依次画在相线之下。直流电源的“+”端画在上边,“—”端在下边,电源开关水平画出。

  主电路:指受电的动力装置及控制、保护电器的支路等,它是由空气开关或主熔断器、交流接触器

  主触头或(热继电器的热元件)以及电动机等组成。主电路通过的电流是电动机的工作电流,电流

  较大。主电路图画在电路图的左侧并垂直电源电路。

  辅助电路:一般包括控制主电路工作状态的控制电路;显示主电路工作状态的指示电路;PLC输入、输出电路;中间继电器放大转换电路等。在HZS砼站控制系统中,它是由按钮开关、接触器线圈、继电器线圈及触头、操作面板指示灯等。

  ③ 电气控制电路中,同一电器元件的不同部分如线圈和触头常常不画在一起,但要用同一文字符号标注;

  ④ 电气控制电路的全部触头都按“非激励”状态绘出。“非激励”状态对电操作元件如接触器、继电器等是指线圈未通电时的触头状态;对机械操作元件如按钮、行程开关等是指没有受到外力时的触头状态;;对于主令控制器是指手柄置于“零位”时各触头状态;断路器和隔离开关的触头处于断开状态。

  2.电气控制电路图的分析方法

  要读懂电路图,首先要弄清电路图中各个元件起什么样的作用。电路图中(除了配电部分)的电器元件,基本可以分成三路:

  执行元件:是用来操纵被控制对象的执行机构。在HZS砼站控制系统中,这类元件包括电动机、接触器、电磁阀等。

  检测元件:可以把系统工作过程中的一些参量(如机械位移、重量压力等)的变化转换为电信号。在HZS砼站控制系统中,这类元件有传感器、行程开关、按钮、压力继电器等。

  运算元件:用来对检测元件的信号进行逻辑运算,判断系统工作过程的各个阶段,使每个阶段都有其所要求的执行元件工作。在HZS砼站控制系统中,这类元件有PLC、时间继电器。

  电路通常有三种状态

  通路 指处处连通的电路,简称闭路。

  开路 指电路中某处断开、不成通路的电路,也叫断路。

  短路 指电路(电路中的一部分)被短接。

  在“通路”状态下,某一执行元件有相关的“动作”。电路图中,就要满足基本电路的组成即:有供电、导线、控制元件、执行元件等。生产能力为50m3/h以上的砼站控制系统中,主机采用的Y—△(星—三角)延时降压启动电路。

  四、传感器的工作原理及检测

  

  4、1 传感器的定义及转换原理

  凡接受外界刺激并能产生输出信号,即可定义为传感。传感器就是用来对所测的量产生响应并提供可用的电信号的器件,即把输入信号变成不同形式输出信号的装置。它的作用是接受外界信息,并将其变成信号 。HZS系列砼站计量用的传感器其转换原理为:力—电压转换。如上图所示为应用力—电压转换原理制作的压力传感器线路图。

  外力作用在电阻应变片上,组成电桥的四个电阻的阻值发生变化,R1、R2电阻增大,而电阻R3、R4阻值减少,使电桥失去平衡,有信号输出;输出电压与压力呈线性关系。

  根据基尔霍夫定律和欧姆定律:

  I = I1 + I2 I1 = E/R1+R3 I2 = E/R2+R4

  则a b两点之间的电压:Uab= Ua – Ub = I1×R1 = E× R1/ R1+ R3 (1)式

  a c两点之间的电压:Uac = Ua – Uc = I2×R2 = E× R2/ R2+ R4 (2)式

  (2)式 — (1)式 = Ubc = E ×(R2/ R2+ R4 —R1/ R1+ R3) (3)式

  (3)式中:当外供的电源E为恒定值时,b c两点的电压Ubc的变化仅与构成电桥的四个电阻R1、R2、R3、R4的变化有关。

  HZS系列砼站计量用的测力与称重传感器是一种将所受力或重量转换成电压的部件。一个测力与称重传感器包括两部分:

  一是能根据所受力的大小而线性变形的金属部件;

  二是可根据金属部件的变形大小而改变其阻值的应变片。称重传感器的连接如图3-7所示:

  

  图3-7

  EXC+ 、EXC—:激励电压输入。一般为定值(8~12)V SIG+、SIG—:信号输出。为毫伏级的电压信号,一般为0-24mv。随外加重量的改变而发生线性变化。

  SHD:屏蔽线

  传感器的接线

  传感器四根线中任意两根随机组合,用万用表测试其电阻,其中电阻最大的两根为电源线,接到信号放大板的+12V,GND上,电阻电小的两根为传感器返回的信号线,接到信号放大板的SIG+、SIG-上。

  传感器的输出信号要经过放大和A/D转换等环节的处理,在显示器上显示实际的配料重量。

  4、2 如何利用万用表判断传感器是否处于正常

  若传感器处于正常,则用万用表测单传感器时:

  1、屏蔽线与信号线之间的阻值为无穷大,屏蔽线接地;

  2、SIG+、SIG-之间的阻值为350±10欧姆;

  EXC+、EXC-之间的阻值约为390±20欧姆;最高可达420欧姆;

  其外:EXC+、SIG+之间的阻值与EXC+、SIG-之间的阻值应平衡;

  EXC-、SIG+之间的阻抗值与EXC-值、SIG-之间的阻抗值应平衡;

  EXC+、SIG+之间的阻值>EXC-、SIG+之间的阻抗。

  若称重传感器为多个并联(如HZS系列砼搅拌站中的水称、水泥称、骨料称),则SIG+、

  SIG-之间的阻抗为350/n、EXC+、EXC-之间的阻抗为390/n(n为传感器的个数。传感器输出电压越低,其灵敏度越差)。

  四线中任意两根线之间的电阻为0表示这两根线之间已经短路,电阻无穷大表示这两根线之间已经断路,该传感器都已经损坏不能使用。

  注意:上述方法只是粗略测试,测试未通过传感器已经损坏,测试通过并不能代表该传感器一定是好的。