Eine intuitive Methode zum Entwerfen von Steuerungsschemata
Intuitive Methode – eine Methode zur Entwicklung von Steuerungsschemata, die auf den Erfahrungen basiert, die in verschiedenen Designorganisationen bei der Automatisierung verschiedener Mechanismen gesammelt wurden. Es basiert auf der technischen Intuition des Designers.
Nur wer alle bisherigen Erfahrungen in sich aufgenommen hat und über gewisse Fähigkeiten in der Schematisierung verfügt, abstrakt denken und logisch argumentieren kann, kann diese Methode perfekt beherrschen. Trotz ihrer Komplexität nutzen die meisten Elektrokonstrukteure die intuitive Methode ausgiebig.
Betrachten Sie beispielsweise ein vereinfachtes kinematisches Diagramm eines Schubhebels (Abb. 1). Wenn sich das Rad 5 im Uhrzeigersinn dreht, dreht der Hebel 4 den Hebel 1 um die Achse O und zwingt dadurch den Schuh 3 mit dem Hebel 2 zur Verschiebung. Bei weiterer Drehung des Rades 5 ändert sich die Bewegungsrichtung des Hebels 1 und der Schuh kehrt in seine Ausgangsposition zurück, danach muss der Motor stoppen.
Reis. 1. Schematische Darstellung der Hebeldrückersteuerung
Der betrachtete Mechanismus ist ein typischer Vertreter einer Schubvorrichtung.Im ersten Zyklus ist der Mechanismus eingeschaltet und läuft. In der zweiten Maßnahme klappt es nicht. Der Zyklus, in dem der Mechanismus nicht funktioniert, wird Null genannt. Obwohl sich der Schuh vollständig hin- und herbewegt (vorwärts und rückwärts), kann für den Antrieb ein nicht umkehrbarer Elektromotor verwendet werden.
Der Steuerkreis des Hebelkolben-Elektromotors besteht aus zwei Teilen (in Abb. 1 sind sie durch eine gepunktete Linie getrennt): dem Leistungskreis und dem Steuerkreis.
Berücksichtigen Sie den Zweck der Elemente des Stromkreises. Der QS-Schalter wird mit Drehstrom versorgt, der im Falle einer Reparatur oder Beschädigung des Magnetstarters die Stromversorgung des Elektromotors unterbricht. Anschließend fließt der Strom durch den Leistungsschalter, dessen QF-Auslöser im Diagramm dargestellt ist. Es dient zum Schutz und zur Unterbrechung der Stromversorgung des Antriebs im Falle von Kurzschlussströmen. Die Hauptkontakte des Magnetstarters KM schalten die Wicklung des Elektromotors M ein oder aus.
Die Thermorelais KK1 und KK2, deren Heizelemente in den Stromkreisen dargestellt sind, sollen den Elektromotor vor längerer Überlastung schützen:
Das Steuerungsschema funktioniert wie folgt. Wenn Sie den Startknopf SB1 drücken, wird die Spule des Magnetstarters KM erregt und daher werden die Kontakte des Versorgungskreises von KM geschlossen und elektrischer Strom gelangt in die Motorwicklung. Der Motorrotor wird gedreht und die Trommel beginnt sich vorwärts zu bewegen. Gleichzeitig entfernt er sich vom Hebel des Endschalters SQ und seine Kontakte werden geschlossen.
Wenn der Startknopf SB1 losgelassen wird und sich seine Kontakte öffnen, wird die KM-Spule des Magnetstarters über die Kontakte des Endschalters SQ mit Strom versorgt.Nach der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung drückt der Kolben auf den Hebel des Endschalters SQ, seine Kontakte öffnen sich und die KM-Spule schaltet sich aus. Dadurch öffnen sich die KM-Kontakte im Stromkreis und stoppen den Elektromotor.
Der betrachtete Stromkreis enthält Strom- und Steuerstromkreise. Zukünftig werden nur noch Kontrollsysteme berücksichtigt.
Nach Funktion, d.h. Zweckmäßig können alle am Betrieb der Schaltung beteiligten Elemente in drei Gruppen eingeteilt werden: Steuerkontakte, Zwischenelemente und Ausführungselemente.
Steuerkontakte sind die Elemente, mit denen Befehle erteilt werden (Steuertasten, Schalter, Endschalter, Primärwandler, Relaiskontakte usw.).
Schon der Name der Zwischenelemente weist darauf hin, dass sie eine Zwischenstellung zwischen den Kontroll- und Exekutivelementen einnehmen. In Relaiskontaktschaltungen umfassen sie Zeitrelais und Zwischenrelais und in berührungslosen Schaltungen – Logikgatter.
Exekutivelemente sind Exekutivmechanismen. Bei der Entwicklung von Regelkreisen werden jedoch nicht die Antriebsmechanismen selbst (Elektromotoren oder Heizelemente) verwendet, sondern die Geräte, in denen sie enthalten sind, d. h. Magnetstarter, Schütze usw.
Alle Steuerkontakte werden nach ihrem Funktionsprinzip in fünf Typen unterteilt: Startkontakt mit kurzer Aktion (PC), Startkontakt mit langer Aktion (PD), Stoppkontakt mit kurzer Aktion (OK), Stoppkontakt mit langer Aktion (OD). ), Start-Stopp-Kontakt (Software). Diese Kontakte werden als Hauptkontakte bezeichnet.
Zyklogramme der Funktionsweise aller typischen Kontakte bei der Steuerung zyklischer Mechanismen sind in Abb. 1 dargestellt. 2.
Reis. 2.Zyklogramm der Steuerkontakte
Jeder der fünf Kontakte beginnt zu bestimmten Zeitpunkten zu arbeiten (schließt) und endet (öffnet). So beginnen die Startkontakte ihre Arbeit zusammen mit dem Beginn des Arbeitshubs, aber der YAK-Kontakt hört während des Arbeitshubs auf zu arbeiten, OD – während der Pause, das heißt, sie unterscheiden sich nur in den Momenten des Ausschaltens voneinander ( Eröffnung).
Stoppkontakte, die im Gegensatz zu Startkontakten gleichzeitig mit dem Ende des Arbeitshubs ihre Arbeit aufgeben, unterscheiden sich in den Momenten des Einschlusses (Schließens). Der Stoppkontakt OK startet seinen Betrieb während des Arbeitshubs und der Kontakt OD – während der Pause. Erst der Kontakt der Software beginnt mit Beginn des Arbeitsgangs seine Arbeit und endet mit dessen Ende.
Mit Hilfe der betrachteten fünf Hauptkontakte lassen sich vier Schemata zur Steuerung von Führungs- und Zwischenelementen erhalten, die als typische Schemata bezeichnet werden (Abb. 3).
Reis. 3. Typische Steuerungsschemata für Exekutiv- und Zwischenkreise
Die erste typische Schaltung (Abb. 3, a) hat nur einen Software-Steuerkontakt. Ist er geschlossen, fließt elektrischer Strom durch den Aktor X, ist er geöffnet, fließt kein Strom. Der PO-Kontakt hat eine eigene Bedeutung und alle anderen Kontakte müssen paarweise (Start und Stopp) verwendet werden.
Der zweite typische Stromkreis verfügt über zwei Steuerkontakte mit kontinuierlicher Wirkung: PD und OD (Abb. 3, b).
Der dritte typische Stromkreis besteht aus dem Startkontakt des Computers und dem Stoppkontakt OD. Zusätzlich zu den Steuerkontakten sollte dieser Stromkreis einen Sperrkontakt x enthalten, über den der Aktor X nach dem Startkontakt des Computers weiterhin mit Strom versorgt wird Der Computer wird geöffnet (Abb. 3, c).
Das vierte typische Schema basiert auf zwei kurzfristigen Kontakten: Starten eines Computers und Stoppen OK, parallel geschaltet (Abb. 3, d).
Die angegebenen vier typischen Schemata ermöglichen (wie aus Würfeln) die Zusammenstellung komplexer parallel-serieller Schemata zur Kontaktsteuerung. So basiert beispielsweise das betrachtete Hebelsteuerungsschema (siehe Abb. 1) auf dem vierten typischen Schema. Es verwendet den Drucktaster SB1 als Kurzzeit-Startkontakt und den SQ-Endschalter als Kurzzeit-Stoppkontakt.
Bei der intuitiven Erstellung eines Steuerungsschemas ist es notwendig, die Art des Steuerkontakts, also die Dauer seiner Wirkung, richtig zu bestimmen.
Betrachten Sie ein Beispiel für die Entwicklung eines Steuerungsschemas mithilfe einer intuitiven Methode unter Verwendung typischer Schemata.
Es wäre notwendig, ein halbautomatisches Gerät zur Steuerung eines Induktors und ein Gerät zum Sprühen einer Anlage zu entwickeln, die zum Erhitzen eines Produkts mit Hochfrequenzströmen und anschließendem Abkühlen mit Wasserstrahlen bestimmt ist. Die Produkterwärmungszeit im Induktor beträgt 12 s und die Abkühlzeit 8 h. Das Produkt wird manuell in den Induktor eingebaut.
Zunächst analysieren wir die Funktionsweise des halbautomatischen Geräts und ermitteln alle ausführenden und zwischengeschalteten Elemente. Der Arbeiter installiert das Produkt manuell in den Induktor und drückt den Startknopf.Zu diesem Zeitpunkt schaltet sich der Induktor ein und die Erwärmung des Produkts beginnt. Gleichzeitig sollte auch das Zeitrelais unter Berücksichtigung der Heizzeit (12 s) einschalten.
Dieses Zeitrelais (genauer gesagt seine Kontakte) schaltet den Induktor aus und den Sprinkler ein, der Wasser zur Kühlung liefert. Gleichzeitig muss ein zweites Relais eingeschaltet werden, um die Abkühlzeit herunterzuzählen, also das Spritzgerät auszuschalten. Auf diese Weise müssen vier Elemente gesteuert werden: ein Induktor, eine Sprühvorrichtung und zwei Zeitrelais.
Das Ein- und Ausschalten des Induktors erfolgt über ein Schütz, weshalb eine Ansteuerung dieses erforderlich ist. Der Sprüher wird durch ein Magnetventil gesteuert.
Bezeichnen wir die Spule (Spule) des Schützes KM1, die Spule des Magnetventils KM2 und die Spulen des Zeitrelais KT1 bzw. K.T2. Somit haben wir zwei Aktoren: KM1 und KM2 und zwei Zwischenelemente: KT1 und KT2.
Aus der durchgeführten Analyse folgt, dass zunächst mit der Erwärmung begonnen werden soll, also die Spule KM1 erregt wird. Als Startkontakt dient der SB-Auslösetaster (kurze Betätigung). Somit ist entweder das dritte oder das vierte typische Schema anwendbar.
Lassen Sie die Induktivität von den Kontakten des Zeitrelais KT1.1 trennen, bei denen es sich in diesem Fall um langwirkende Kontakte handelt. Daher wählen wir das dritte typische Schema. Gleichzeitig mit der Wicklung des Magnetstarters KM1 muss das Zeitrelais KT1 eingeschaltet werden, was durch Parallelschaltung sehr einfach möglich ist.
Betrachten Sie die Funktionsweise der resultierenden Schaltung (Abb. 4, a).
Reis. 4.Steuerkreise: a – Induktor und Relais für die Heizzeit, b – Sprinklergerät und Relais für die Kühlzeit, c – Gesamtanlage
Wenn Sie die Starttaste SB drücken, wird die Spule des Schützes KM1 erregt, d. h. die Erwärmung des Produkts beginnt. Gleichzeitig wird die Spule des Zeitrelais KT1 erregt und beginnt, die Heizzeit herunterzuzählen. Mit Hilfe des Sperrkontakts KM1.1 bleibt die Spannung der Spule KM1 auch nach Loslassen des Auslösers SB erhalten, d.h. nach dem Öffnen seiner Kontakte.
Nach Ablauf der Heizzeit arbeitet das Zeitrelais KT1, sein Kontakt KT1.1 öffnet. Dadurch wird die KM1-Spule ausgeschaltet (die Erwärmung des Produkts wird beendet). Das Spritzgerät sollte jetzt eingeschaltet sein. Es kann durch das Zeitrelais KT1 durch Schließen des Kontakts eingeschaltet werden. Beim Einschalten der Spritze wird das Zeitrelais KT1 ausgeschaltet. Daher handelt es sich beim Schließerkontakt KT1.1 um einen Kurzzeitkontakt. Daher werden wir wieder das dritte typische Schema verwenden.
Gleichzeitig mit dem Sprühgerät muss das Zeitrelais KT2 eingeschaltet werden, das die Abkühlzeit herunterzählt. Zu diesem Zweck nutzen wir die angewandte Technik und schalten die Spule des Zeitrelais KT2 parallel zur Spule KM2. Somit erhalten wir das zweite Kontrollschema (Abb. 4, b). Durch die Kombination der beiden Schaltkreise (Abb. 4, a und b) erhalten wir ein allgemeines Steuerungsschema (Abb. 4, c).
Betrachten wir nun die Funktionsweise der Schaltung als Ganzes (Abb. 4, c). Wenn Sie die SB-Starttaste drücken, werden die Spulen des Schützes KM1 und des Zeitrelais KT1 erregt und das Produkt beginnt sich aufzuheizen.Nach 12 s zieht das Zeitrelais KT1 an und seine Kontakte im Kreis 1 öffnen und im Kreis 2 schließen. Das Produkt beginnt abzukühlen. Gleichzeitig mit der Spule KM2 des Magnetventils wird das Zeitrelais K T2 erregt und zählt die Abkühlzeit herunter. Wenn der Kontakt KT2.1 (Kreis 3) öffnet, werden das Ventil KM2 und das Zeitrelais KT2 ausgeschaltet und Die Schaltung kehrt in ihre ursprüngliche Position zurück.
Das resultierende Induktor- und Sprinkler-Steuerungsschema wurde mithilfe einer intuitiven Methode entwickelt. Es gibt jedoch keine Hinweise darauf, dass dieses Schema korrekt und optimal ist. Die Frage der Funktionsfähigkeit der Schaltung kann erst nach ihrer Herstellung und sorgfältiger experimenteller Überprüfung geklärt werden. Genau darin liegt der größte Nachteil der intuitiven Methode. Der festgestellte Mangel fehlt in der Analysemethode. Die analytische Methode zur Entwicklung von Kontrollsystemen wird im nächsten Artikel besprochen.