Лабораторная работа № 7
Тема: Аппаратура управления и защиты схем автоматики.
Наименование работы: Изучение устройства и работы сигнальной аппаратуры.
Цель работы:
1. Изучить устройство, принцип действия и технические параметры устройств сигнализации.
2. Научиться определять параметры устройств сигнализации.
Приобретаемые умения и навыки:
1. Научиться собирать электрические схемы с участием устройств сигнализации.
Общие сведения
Для обеспечения нормальной работы любых устройств необходимо своевременное и надежное оповещение обслуживающего персонала о состоянии, режимах работы и положениях отдельных механизмов, приводов, узлов, о ходе технологического процесса и состоянии его параметров, о достижении минимально и максимально допустимых значений измеряемых и регулируемых величин объекта управления, об опасности возникновения поломок, аварий, о достижении заданных или предельных значений рабочих параметров. Для выполнения этих функций используют различные аппараты и устройства световой, звуковой и визуальной сигнализации.
Виды сигнализации
В зависимости от назначения различают следующие системы сигнализации: информационную (положения), предупредительную, аварийную.
Сигнализация положения информирует обслуживающий персонал о состоянии и положении электрических аппаратов и цепей. Сигнализация положения выполняется для механизмов, которые имеют два и более рабочих положения. Наиболее распространены две структуры построения схем сигнализации положения (состояния) технологических механизмов:
· схемы сигнализации, совмещенные со схемами управления;
· схемы сигнализации с независимым от схем управления питанием на группу технологических механизмов одного или различного назначения.
Схемы сигнализации, совмещенные со схемами управления, как правило, выполняются в том случае, если полезная площадь щитов и пультов позволяет применить сигнальную аппаратуру без ограничения ее размеров и допускающую прямое питание от цепей управления. Сигнализация положения (состояния) технологических механизмов в таких схемах может осуществляться одним или двумя световыми сигналами.
Например, электродвигатель включен или отключен, исправен или неисправен, и т.п. Такая сигнализация осуществляется обычно с помощью блок-контактов магнитных пускателей и ламп сигнализации включаемыми через них, или же лампами сигнализации включаемыми параллельно катушке магнитного пускателя. Следует отметить, что оба способа сигнализации работы электродвигателей являются косвенными, поэтому не исключена возможность получения ложных сигналов. Так, например, магнитный пускатель может включиться, замкнуть свои силовые и блокировочные контакты, а электродвигатель в результате обрыва фаз или какой-либо иной причины не запуститься. Если тепловая защита не отключит электродвигатель от сети, оператор будет видеть сигнал о работе двигателя, тогда как в действительности он может и не работать. Прямым сигналом о работе электродвигателя мог бы служить сигнал от реле скорости (устройства контроля скорости - УКС) вращения электродвигателя. Однако это приводит к усложнению и удорожанию схемы, поэтому на практике пользуются косвенными методами сигнализации. Если учесть, что вероятность появления описанного выше несоответствия (отсутствие вращения электродвигателя при включенном магнитном пускателе) очень мала, то допустимость применения схем косвенной сигнализации станет очевидной. Сигнализация положений шиберов, заслонок и т.п. производится от конечных выключателей и устройств (приборов) предназначенных для выполнения тех же функций. Конечный выключатель срабатывает при определенных положениях шиберов, заслонок, задвижек и т.п. Приборы сигнализации включаются непосредственно через конечные выключатели или промежуточные реле.
Предупредительная сигнализация оповещает о предстоящем пуске автоматической поточной линии или автоматизированного агрегата, обеспечивая безопасность работ, а также информирует обслуживающий персонал об отклонении управляемых величин от заданных значений. При централизованном управлении агрегатами, установками, поточными линиями и т.п. оператор не видит результата своего воздействия на машины и судит об их включении по световым сигналам и приборам. Для предупреждения травм людей, находящихся в помещении, при централизованном пуске машин подается звуковой сигнал (сирена и т.п.). Чтобы машины не запускались без предупредительного сигнала, применяются специальные схемы.
Аварийная сигнализация информирует об отключениях наиболее важных объектов, или отклонении технологического процесса от заданного хода, о том, что управляемая величина достигла предельно допустимого значения. Аварийный сигнал требует немедленного вмешательства оператора; он будет звучать до тех пор, пока оператор не устранит ненормальный режим работы.
Предупредительная и аварийная сигнализации, предназначенные для оповещения обслуживающего персонала о нарушении нормального хода процесса, осуществляются ровным или мигающим светом и сопровождаются, как правило, звуковым сигналом. Наиболее распространены схемы сигнализации с центральным съемом звукового сигнала. Они дают возможность принимать новый звуковой сигнал до размыкания контактов, вызвавших появление предыдущего сигнала.
В зависимости от способа подачи сигнализацию подразделяют на световую (сигнальные лампы и табло), звуковую (сирены, гудки и звонки) и визуальную.
При выполнении сигнализации, как правило, сочетают звуковые сигналы, звуковые и световые сигналы, используют различные сигнальные цвета, мигание, состояние горения и погасания и т.п. Форма сигнализации зависит от того, в каком месте она применяется. Характер производственного объекта также влияет на выбор того или иного вида сигнализации (наличие производственного шума, пыли, удаления машин от пультов управления, размеры помещения и т.п.) При сигнализации выбор того или иного цвета, характеризующего нормальный режим работы, определяется в каждом конкретном случае исходя из условий управления, контроля сигнализации и особенностей технологического процесса. О нормальном положении механизмов, как правило, сигнализирует зеленый цвет, аварийное состояние или остановку - красный, предупреждение - желтый.
Световая сигнализация осуществляется при помощи различной сигнальной арматуры: табло, транспарантов, семафоров и светящихся мнемосхем, размещаемых на пультах и панелях управления. Используя сигнальные лампы и арматуру с колпачками разных цветов, можно сообщать необходимую информацию путем изменения режима работы лампы: световой сигнал может быть воспроизведен ровным или мигающим светом, а также свечением ламп неполным накалом.
Помимо ламп для световой сигнализации широко применяются светодиоды, имеющие самые разнообразные конструкции и светящиеся различным цветом при протекании по ним электрического тока небольшой величины.
Световая сигнализация с помощью ламп является простым и надежным средством оповещения. Сигнальные лампы, устанавливаемые в специальной арматуре, используют для сигнализации о работе машин и агрегатов, наличии напряжения в питающей сети и пульте управления и т.п. Для надежной работы ламп, их, как правило, включают через добавочные сопротивления уменьшающие накал. Сигнальные лампы закрывают стеклянными колпачками (линзами) различных цветов в соответствии с цветом линзы сигнал может иметь то или иное значение. Например, зеленый цвет - нормальное состояние, желтый цвет - предупреждающий сигнал, красный цвет - аварийное состояние, белый цвет - различные производственные сигналы.
Объединение нескольких световых сигналов образует световое табло, его возможности значительно шире, чем сигнальной лампы. На стекле может быть нанесена надпись, которая четко выделяется при включении табло. Таким образом передаются целые команды. Конструктивно табло отличается от обычной сигнальной арматуры внешним оформлением.
Звуковая сигнализация. В ряде случаев (особенно для аварийных ситуаций) световой сигнализации оказывается недостаточно для быстрого оповещения обслуживающего персонала. Для этого используют аппаратуру звуковой сигнализации (звонки, зуммеры и сирены), включенную в цепь сигнальных контактов схемы управления. Отключение звуковой сигнализации обычно производится вручную после принятия соответствующих мер. В некоторых схемах предусматривается автоматическое отключение звуковой сигнализации после соответствующих переключений в цепях управления или от специального реле времени.
Аппараты звуковой сигнализации отличаются простотой конструкции и надежностью. Их применяют для привлечения внимания обслуживающего персонала к изменениям, происходящим в контролируемых системах, и вызова персонала к определенному месту. К звуковой аппаратуре относят: звонки громкого боя используемые для предупредительной сигнализации о дистанционном пуске поточных производственных систем или их участков, а также гудки, ревуны и сирены для аварийной сигнализации об остановке машин и механизмов, об опасном переполнении бункеров и других нарушениях технологического процесса.
В качестве аппаратов звуковой сигнализации используют обычные электрические звонки, звонки громкого боя, а также сигнальные сирены. Для получения слабых звуковых сигналов можно использовать зуммерные элементы, применяемые в технике связи.
Выбор типа аппаратуры звуковой сигнализации производят с учетом важности объектов, размеров и характера помещения и условий обслуживания.
Визуальная сигнализация. В некоторых случаях сигнализация может быть выполнена при помощи специальных указательных реле-блинкеров, изменяющих свое состояние при протекании по их катушке тока определенной величины. Возврат в исходное состояние осуществляется вручную, взведением механизма поворота указателя или нажатием кнопки указателя (в зависимости от конструкции реле).
Комбинированная сигнализация. Кроме перечисленных, в практике применяют сигнальные аппараты комбинированного действия, например звонки со встроенной сигнальной лампой.
Сигнальная аппаратура.
Как уже выше отмечалось по назначению сигнальную аппаратуру подразделяют на световую (оптическую), звуковую (акустическую) и визуальную (блинкерную).
Аппаратура световой сигнализации. К аппаратам световой сигнализации относятся сигнальные лампы с арматурой, табло и светофоры.
Наиболее часто применяются следующие типы сигнальных ламп:
· лампы накаливания
лампы накаливания миниатюрные типа МН на напряжение от 1,25 до 26 В различных мощностей с цоколями Е10/13; 1Ш15; 1Ш9/14-1; Р10/13-1; в обозначении марки эти ламп после типа МН следует цифра, указывающая на номинальное напряжение (В), а затем на мощность (Вт), например МН6,3-0,22;
лампы накаливания коммутаторные типа КМ, внешний вид лампы этого типа показан на рисунке 1, в обозначении марки эти ламп после типа КМ следует цифра, указывающая на номинальное напряжение (В), а затем на номинальный ток (mA), например КМ24-35;
рис. 1. Лампа накаливания коммутаторная типа КМ
лампы накаливания цилиндрические типа Ц с тем же, что и для ламп МН, принципом маркировки; лампы Ц60-10; Ц127-10; Ц127-15; Ц127-25; Ц220-10; Ц220-15; Ц212О-25 имеют цоколь Р14 и 2Ш-15; Ц127-10-1; Ц127-15-1; Ц220-10-1; Ц220-15-1; Ц220-25-1 цоколь Р27-1 и 2Ш-22; применяют также лампы типа СЦ-21 на 110 В, 8 Вт, с цоколем Р14 и 2Ш-15; лампы типа Ц и СЦ в основном используют в сигнальных табло с включением без добавочных сопротивлений при сравнительно небольшом числе точек сигнализации.
В приложении 1 приводятся основные справочные данные ламп типа МН и КМ.
· газоразрядные (неоновые) лампы.
Эти двухэлектродные приборы с тлеющим разрядом применяют для индикации напряжения или электромагнитного поля высокой частоты. Конструктивно лампы выполняют с симметричной и несимметричной формой электродов, помещаемых в стеклянный баллон. Баллон наполняют неоново-гелиевой смесью с небольшой примесью аргона, обеспечивающей при зажигании оранжево-красное свечение.
Если между электродами лампы приложить напряжение, равное напряжению возникновения разряда, то произойдет разряд и в цепи скачком возникнет ток. Для ограничения тока через лампу последовательно с ней всегда включается ограничительный резистор R, не допускающий перехода тлеющего разряда в дуговой.
Помимо неоновых ламп выпускаются индикаторные приборы, в которых представление светового сигнала осуществляется в знаковой форме в виде цифровых, буквенных или каких-либо других символов, они называются знаковыми индикаторами тлеющего разряда.
В соответствии с назначением и конструктивным выполнением различают обычные сигнальные неоновые лампы СН, миниатюрные неоновые лампы МН, газоразрядные индикаторы ИН, а также лампы специального назначения - модуляторные ТМН, панельные ПН, фазовые ФН, указатели высокого напряжения УВН и др.
· люминесцентные сигнальные индикаторные лампы.
Люминесцентные сигнальные лампы тлеющего разряда содержат два электрода, помещенных в баллоне, внутренняя часть которого покрыта люминофором. Под воздействием приложенного напряжения между электродами возникает тлеющий разряд, при котором возникает невидимое ультрафиолетовое излучение. Это излучение воздействует на люминофорное покрытие лампы и вызывает видимое свечение люминофора. Сигнальные лампы включаются в сеть последовательно с балластным резистором. Внешний вид лампы этого типа показан на рисунке 2.
Рис. 2. Люминесцентная сигнальная лампа.
В обозначении этих приборов буквы указывают:
Т — тлеющий разряд, Л — люминесцентная, О — оранжевого свечения, 3 — зеленого свечения, Ж — желтого свечения, Г — голубого свечения.
Первая (после буквы) цифра указывает номинальный ток в миллиамперах. Вторая цифра характеризует напряжение зажигания: 1 – 145 В, 2 – 185 В.
В настоящее время промышленность выпускает лампы типов: ТЛО-1-1, ТЛЗ-3-1, ТЛЖ-3-2, ТЛГ-1-1.
Лампы в устройствах сигнализации работают в специальной арматуре, которую монтируют либо в щитах (пультах), либо в сигнальных табло, либо в других коммутационных устройствах с сигнализацией.
Основные типы и модификации сигнальной арматуры:
АСК-0, под коммутаторные лампы (при включении под напряжение выше 60 В, в арматуре этого и последующих типов последовательно с лампой включают гасящее добавочное сопротивление);
АС-0 под лампу МН14 (далее тип используемой лампы указывается в скобках, АС-1 (КМ), АС-2 (СЦ-21); СС-3 (MH26), при включении ламп на напряжение выше 24 В, их включают через поставляемые в комплекте с арматурой добавочные сопротивления ПЭВ-25;
АСКМ под коммутаторные лампы серии КМ с подключением к цепям до 220 В. Арматура АСКМ представляет собой пластмассовый цилиндр (рис. 3), вкоторый с лицевой стороны ввинчивается резьбовая втулка, а с задней вставляется контактодержатель, у этой арматуры имеется несколько модификаций: АСКМ-0 — арматура без фланца и шильдика; АСКМ-1 — с фланцем; ACKM-2 — две арматуры с фланцем; АСКМ-3 — с фланцем (меньших размеров, чем АСКМ-1); АСКМ-4 — то же, но с двумя арматурами; АСКМ-5 — без фланца, с шильдиком;
рис. 3. Арматура АСКМ – 0
и АСКМ – 1.
АС-220 рассчитана на лампы РНЦ-220-10 мощностью 10 Вт и напряжение 220 В, арматура (рис. 4)состоит из сварного цилиндра 2с фланцем, в который с лицевой стороны вставляется пластмассовый ободок с цветной линзой 1(красного, зеленого, желтого или молочного цветов), а с задней — колодка с патроном 3 для лампы и зажимами 4 для подключения проводов.
рис. 4. 
Арматура АС-220
ЛС-53 с лампой КМ24-90 для включения в цепи с напряжением до 500 В переменного тока и до 400 В постоянного;
АЕР под лампы МН, КМ либо с резьбовым патроном типа B9S/14 на напряжение до 500 В; в марке после типа АЕР
первая цифра указывает на цоколь лампы: 1 – цоколь B9S/14, 2 — цоколь Е10/20, 3 — цоколь под лампы КМ;
вторая цифра на напряжение лампы: 1 — напряжение 6 В, 2 – напряжение 24 В;
третья цифра указывает на цвет светофильтра: 1 — цвет светофильтра красный, 2 — синий, 3 — зеленый, 4 — желтый, 5 —молочный;
четвертая цифра исполнение: 1 — исполнение с пристроенным трансформатором, 2 — без трансформатора, но с добавочным сопротивлением; исполнение арматуры АЕР—IP54;
АЕ и АМЕ с теми же параметрами, что и АЕР, но исполнения IP00 и IP65; в марке после типа серии:
первая цифра указывает на цоколь лампы: 1 цоколь Ш9/14-1, 2 — с цоколь Р10/20-2, 3 — под лампы КМ;
вторая цифра на напряжение лампы: 1 — напряжение 6 В, 2 — 24 В;
третья цифра указывает на цвет светофильтра: 1 — цвет светофильтра красный, 2 — синий, 3 — зеленый, 4 — желтый, 5 —молочный;
четвертая цифра исполнение: 1—с трансформатором и 2 — без трансформатора,
пятая цифра степень защиты: 1—исполнение IP00 и 2 — IP65.
Например марка арматуры АМЕ-32121 означает, что арматура АМЕ с цоколем под лампу КМ (3), напряжением 24 В (2), с красным светофильтром (1), без трансформатора (2), исполнение IP00 (1).
Внешний вид арматуры АЕ с различными цоколями показан на рисунке 5.
рис. 5. Сигнальная арматура АЕ:
а – с цоколем Ш9/14-1;
б – с цоколем Р10/20-2;
в – с цоколем под лампу типа КМ.
Световое табло - это металлический или пластмассовый ящик с транспарантом, в котором установлено несколько сигнальных ламп. Надписи на матовых стеклах транспаранта световых табло о содержании сигналов выполняют в ходе монтажа. В качестве примера рассмотрим световые табло марок ТСМ и ТСБ. Световое табло (рис. 6)состоит из корпуса 1 в виде металлической коробки прямоугольного сечения, с лицевой стороны которой установлена пластмассовая рамка 2, а с задней — патроны 5 для ламп с зажимами 6 для подключения проводов. Планка 4 служит для крепления табло к панели щита. В рамку 2 вставлены два стекла (матовое 3 снаружи и прозрачное внутри), между которыми находится транспарант с соответствующей надписью. Малое световое табло ТСМ — одноламповое, а большое ТСБ — двухламповое.
рис. 6.
Световые табло марок ТСМ и ТСБ
Аппаратура звуковой сигнализации. К звуковым (акустическим) аппаратам сигнализации относятся звонки, сирены, ревуны, колокола, трещотки и другие им подобные устройства. Технические данные электроакустических аппаратов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Технические данные электроакустических аппаратов
| Наименование и тип сигнального устройства | Напряжение, В | Мощность, Вт | Продолжительность непрерывного сигнала, минуты | Сила звука, дБ | Режим работы | |
| постоянное | переменное | |||||
| Звонки переменного тока ЗВП-24 ЗВП-127 ЗВП-220 | повторно- кратковременный | |||||
| Звонок громкого боя МЗ-1 | повторно- кратковременный | |||||
| Звонок громкого боя МЗ-2 | повторно- кратковременный | |||||
| Сирена СС-1 | повторно- кратковременный | |||||
| Ревуны РВ-24 РВ-220 | повторно- кратковременный | |||||
| Трещотки ТРП-24 ТРП-220 | повторно- кратковременный | |||||
| Колокола КАП-24 КАП-220 | повторно- кратковременный |
Оснащение рабочего места (используемые приборы и оборудование):
| Приборы и оборудование | Тип | Кол-во | Пределы измерения | Примечание |
| Стенд лабораторный | БИС | |||
| Прибор комбинированный | Ц4353* | 15-60-300-1500 mA | Измерение силы тока | |
| Сигнальная арматура | АСЛ11* | |||
| Сигнальная арматура | АС220* | |||
| Сигнальная арматура | АСКМ* | |||
| Сигнальная арматура | АМЕ* | |||
| Звонок | ЗВП* | |||
| Сирена | СС-1* | |||
| Гудок | Uном = 24 В | |||
| *- приборы и оборудование могут быть заменены аналогичными |
