Аппаратура управления, защиты и автоматики

Основными операциями управления электроприводом металлорежущих станков являются пуск, регулирование скорости вращения, изменение направления вращения (реверс), торможение и отключение.

Эти операции могут производиться как при помощи аппаратов ручного действия (рубильников и других простейших выключателей, пусковых и регулировочных реостатов и контроллеров), так и автоматически.

Применение аппаратов ручного действия требует от обслуживающего персонала сравнительно высокой квалификации и навыка, а при работе станка с большой частотой включения и выключения эта аппаратура непригодна, так как требует значительных физических усилий от опера­тора, имеет большие габариты и не обеспечивает необходимой последо­вательности в работе отдельных элементов схемы.

Автоматическое управление обеспечивает автоматический и дистан­ционный пуск двигателей, ускорение, изменение скорости вращения, реверс, останов, торможение и определенную последовательность этих операций. Продолжительность рабочих циклов уменьшается за счет сокра­щения времени переходных режимов, а следовательно, увеличивается производительность и надежность действия, сокращается аварийность, так как исключаются ошибочные операции.

В зависимости от основной аппаратуры, различают три системы авто­матического управления электроприводом металлорежущих станков:

1. Релейно-контакторная система без обратных связей, где в качестве основной аппаратуры используют контакторы, магнитные пускатели и раз­личного рода реле.

2. Бесконтактная, разомкнутая система с применением релейно-контакторной аппаратуры иногда в комбинации с магнитными усилителями. Основные функции управления здесь выполняют специальные многообмоточные генераторы постоянного тока; при этом часто осуществляется автоматическое регулирование скорости электропривода.

Однако релейно-контакторная аппаратура имеет следующие недо­статки:

1) ограниченный срок службы вследствие износа контактов;

2) большое время срабатывания вследствие инерции ее подвижных частей; в сложных схемах управления это становится ощутимым препят­ствием, понижающим надежность работы.

3. Непрерывная замкнутая система управления и регулирования с широким применением бесконтактной аппаратуры. Она отличается от предыдущих схем тем, что вход системы управления связывается с выхо­дом, в связи с чем система является не только системой автоматического управления, но и системой автоматического регулирования, дающей воз­можность автоматически поддерживать на определенном уровне значение какой-либо величины (например, скорости подачи инструмента). Эта система дает возможность одновременно контролировать точность обра­ботки изделия. Применяется она в основном в станках с программным управлением.

Применяемые для управления металлорежущими станками современ­ные электрические аппараты, выполняющие ответственные и весьма раз­личные функции, можно классифицировать по следующим характерным признакам:

1) по назначению — аппаратура управления, защиты и сигнализа­ции;

2) по принципу действия — электромагнитная (контакторы, реле), электротепловая (тепловые реле), электромеханическая (путевые и конеч­ные выключатели), электронная и индукционная;

3) по способу управления — аппаратура ручного и автоматического управления;

4) по роду тока — постоянного и переменного тока.

Исходя из физических явлений, на которых основаны действия аппа­ратов, наиболее распространенными являются:

1) коммутационные аппараты замыкания и размыкания электриче­ских цепей при помощи контактов (рубильники, переключатели, путевые и конечные выключатели);

2) электромагнитные аппараты, действие которых основано на элек­тромагнитных усилиях, возникающих при работе аппарата (электромагнит­ные реле, контакторы);

3) индукционные аппараты, действие которых основано на взаимодей­ствии магнитных полей (индукционные реле).

Контакторы

Контактором называется электромагнитный аппарат дистанционного действия с автоматическим или кнопочным включением, предназначенный для частых включений и отключений силовых электрических цепей Частота включений — до 1500 раз в час. В качестве включающего элемента используется электромагнит.

По роду тока контакторы подразделяются на контакторы постоянного и переменного тока, причем контакторы постоянного тока выполняются одно- и двухполюсными, а контакторы пере­менного тока выполняются двух- и трехполюсными. Втягивающая катушка электромаг­нита у контакторов постоянного тока питается постоянным током, а у контакторов перемен­ного тока — переменным током.

По исполнению контактной системы кон­такторы подразделяются на нормально открытые (н. о.) и нормально закрытые (н. з.). Помимо главных контактов, используемых в силовых цепях для непосредственного вклю­чения электродвигателей, у контакторов име­ются еще вспомогательные или блок-контак­ты, предназначенные для различных переклю­чений в цепях управления.

Магнитные пускатели

Магнитные пускатели переменного тока состоят из одного или двух трехполюсных контакторов, смонтированных на общей панели. В боль­шинстве случаев пускатели снабжены также встроенными тепловыми реле. Магнитные пускатели применяются в основном для пуска асинхронных короткозамкнутых электродвигателей без применения пусковых сопро­тивлений.

Магнитный пускатель с одним контактором является нереверсивным и служит для пуска, защиты двигателя от тепловых перегрузок и защиты от самопроизвольного пуска двигателя при временном исчезновении напря­жения в питающей сети. Магнитный пускатель с двумя контакторами назы­вается реверсивным и служит для обеспечения изменения направления вращения двигателя при автоматическом управлении.

Реверсивный магнитный пускатель также осуществляет защиту дви­гателя от перегрузок и самопроизвольного пуска двигателя при времен­ном исчезновении напряжения в питающей сети.

При исчезновении напряжения в сети втягивающая катушка электро­магнита контактора или магнитного пускателя обесточивается, якорь при этом отпадает и размыкает контакты, подключающие электродвигатель к сети. При появлении напряжения контактор не сработает, так как для этого необходимо нажать пусковую кнопку.

Реле

Аппарат, предназначенный для приведения в действие какого-либо мощного устройства или для регулирования какого-либо процесса при воздействии на него относительно малой мощности, называется реле.

Отличительной особенностью реле является то, что при воздействии на него какой-то мощности, называемой входной величиной, выходная вели­чина его, служащая для указанных выше целей, изменяется скачком, достигая определенного значения.

По виду применяемой для их действия энергии реле можно разделить на электрические и неэлектрические. По своему назначению применяемые в схемах металлорежущих станков реле делятся на реле защиты и управ­ления. Первые служат для обеспечения защиты различных цепей от появ­ления ненормальных режимов работы (понижения напряжения, превыше­ния тока и т. п.), вторые — для переключения различных цепей с целью осуществления определенной последовательности выполнения операций управления.

По способу включения в электрическую цепь электрические защитные реле, в свою очередь, разделяются на первичные, включаемые непосред­ственно в защищаемую цепь, и вторичные, включаемые в защищаемую цепь через трансформаторы тока и напряжения. В схемах металлорежущих станков применяются в основном первичные реле, так как напряжение на их зажимах не превышает 500 в, а токи в их цепи не превышают 100 а.

По способу действия реле делятся на реле прямого действия, непосред­ственно воздействующие на отключающие устройства, и реле косвенного действия, воздействующие на цепь управления вспомогательным током, который называется оперативным. В качестве источника оперативного тока могут быть использованы: междуфазное напряжение, напряжение между фазой и нулем, трансформаторы тока или напряжения, выпря­мители.

Работу реле характеризуют следующие параметры:

1) величина срабатывания — значение входной величины, при котором реле переходит из состояния покоя в состояние срабатывания, при котором выходная величина реле достигает определенного значения и далее остается на этом уровне;

2) величина отпускания — значение входной величины, при котором реле переходит в состояние покоя;

3) время срабатывания ~- время, в течение которого реле переходит из состояния покоя в состояние срабатывания;

4) время отпускания — время, в течение которого реле переходит из состояния срабатывания в состояние покоя.

По последним двум параметрам различают реле мгновенного действия, время срабатывания и отпускания которых не превышает 0,1—0,15 сек, и реле времени, у которых эти параметры могут меняться в пределах от 0,1 секи более. В этом случае употребляется термин «выдержка времени реле». Выдержка времени обычно регулируется.

В схемах управления приводом металлорежущих станков наибольшее распространение получили следующие виды реле:

1) электрические — электромагнитные, электромагнитные поляризо­ванные, с приводом от электродвигателя (моторные реле), электронные и индукционные;

2) неэлектрические — тепловые и некоторые типы реле скорости. Обмотки электрических реле могут питаться или постоянным, или переменным током. Из числа электромагнитных реле обычно выделяются так называемые промежуточные реле, служащие для размножения кон­тактов основных схемных реле, если этих контактов недостаточно или они рассчитаны на малую силу тока.

Электромагнитные реле тока и напряжения. В качестве реле управле­ния в схемах электроприводов металлорежущих станков наибольшее распространение получили электромагнитные реле тока и напряжения. В зависимости от конкретных условий реле напряжения должно реагировать либо на повышение напряжения сверх заданного значения (реле максимального напряжения), либо на понижение напряжения (реле минимального напряжения). Реле тока также делятся на реле максималь­ного тока и минимального тока. В большинстве случаев реле максималь­ного и минимального тока и напряжения имеют одинаковые конструкции. Разница между ними заключается лишь в обмоточных данных втягивающей катушки: реле напряжения имеет обмотку с достаточно большим числом витков провода небольшого сечения и подключается на полное напря­жение источника питания; реле тока имеет обмотку с малым числом витков из провода большего диаметра и подключается последовательно в цепь.

Реле напряжения и тока должны сигнализировать о ненормальном режиме работы установки или отключать ее. Они могут работать в раз­личных условиях с различными величинами срабатывания. Поэтому вели­чина напряжения (или тока) срабатывания их должна регулироваться в достаточно широком диапазоне.

Заключение

Техника безопасности при производстве наладочных работ и при эксплуатации электрооборудования металлорежущих станков

Современные металлорежущие станки, как правило, имеют индивидуальный электропривод. В большинстве случаев электродвигатели, реле и другие электрические аппараты размещены или на самом станке, или в отдельно шкафу. Достаточно широко распространены металло­режущие станки, имеющие двигатели, конечные и путе­вые выключатели, размещенные внутри станка. Работу по наладке и ремонту электрооборудования станков раз­деляют на четыре категории: работы при полном снятии напряжения, работы с частичным снятием напряжения, работы без снятия напряжения вблизи токоведущих шин и работы без снятия напряжения вдали от токоведущих шин.

Работой при полном снятии напряжения считается работа, которую выполняют в электроустановке, где со всех токоведущих частей снято напряжение и где нет незапертого входа в соседнюю электроустановку, нахо­дящуюся под напряжением. К такому виду работ отно­сятся: а) прозвонка цепей силовой схемы с помощью ом­метра; б) ремонт или замена электрической аппаратуры непосредственно на станке; в) проверка величины сопро­тивления изоляции токоведущих частей.

Работой с частичным снятием напряжения считается работа, которую проводят на отключенных частях элек­троустановки, в то время как другие ее части находятся под напряжением или напряжение снято полностью, но есть незапертый вход в соседнюю электроустановку, на­ходящуюся под напряжением. К такому виду работ относятся: а) регулировка параметров срабатывания реле; б) регулировка и чистка контактов аппаратов; в) смена ламп освещения в шкафу и на станке.

Работой без снятия напряжения вблизи и на токо­ведущих частях считается работа, которая требует приня­тия технических и организационных мер и производится на неотключенной электроустановке с применением за­щитных средств. К такому виду работ относятся: измере­ние величин тока и напряжения с помощью измеритель­ных клещей.

Работой без снятия напряжения вдали от токоведущих частей считается работа, при которой исключено случай­ное приближение работающих людей и используемых ими ремонтной оснастки и инструмента к токоведущим .частям на опасное расстояние и не требуется принятия техни­ческих и организационных мер для предотвращения та­кого приближения. К такому виду работ относятся: а) протирка пультов и шкафов управления с наружной стороны; б) протирка электродвигателей станка; в) изме­рение частоты вращения двигателей тахометром.

Работу по наладке электрооборудования металлоре­жущих станков должны выполнять не менее чем два лица, старший из которых — производитель работ — должен иметь квалификационную группу не ниже третьей, а вто­рой — член бригады — не ниже второй. Наладочные работы производят по устному или письменному распо­ряжению ответственного руководителя работ (начальника электролаборатории, механика, мастера эксплуатации или старшего электромонтера), который проверяет наличие у производителя удостоверения на право допуска к ра­ботам на электрооборудовании, дает задание на наладку и обеспечивает его технической документацией (прин­ципиальной электрической схемой и спецификацией к ней).

Непосредственно перед допуском бригады к работе допускающий (дежурный электромонтер или ответствен­ный руководитель работ) проверяет:

а) наличие у членов бригады удостоверений на право работы;

б) знание производителем работ «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустано­вок потребителей» и электрической схемы настраиваемого оборудования;

в) обеспечение безопасного производства работ на ра­бочем месте.

Перед началом работы производитель работ подгота­вливает рабочее место: выключатель пульта управления станком устанавливает в положение «Отключено» и выве­шивает плакат «Не включать — работают люди»; осма­тривает техническое состояние пульта, шкафа с электро­оборудованием: подготавливает защитные средства ков­рики, диэлектрические перчатки, монтерский инструмент); подготавливает электроизмерительные и другие приборы, необходимые при наладке.

После проведения подготовительных работ произво­дитель разрешает бригаде приступить к работе. Во время наладки электрооборудования бригаде разрешается вы­полнять следующие работы:

а) проверку правильности выполнения монтажа;

б) включение и отключение оборудования;

в) манипуляции органами управления (кнопками, переключателями, командоаппаратами) на станке и щите управления;

г) выявление дефектов оборудования путем его осмотра;

д) замену дефектных мест монтажа вторичной комму­тации и силовой схемы;

е) замену дефектного оборудования;

ж) измерение параметров схемы переносными измери­тельными приборами;

з) испытание электрооборудования станка повышенным напряжением;

и) измерение сопротивления изоляции катушек аппа­ратов и обмоток электрических машин мегомметром;

к) испытание электрооборудования станка при холо­стом ходе и под нагрузкой.

Проверку дефектов монтажной схемы разрешается про­водить только на полностью отключенном оборудовании. Осмотр электрооборудования с целью выявления его дефектов можно производить без снятия напряжения производителем работ через открытую дверь в присут­ствии второго лица из состава бригады. Замену вышедших из строя аппаратов проводят при полном снятии напряже­ния, при этом на ручке вводного автомата или рубиль­ника должен быть вывешен плакат «Не включать — ра­ботают люди».

При подаче напряжения на отдельные участки схемы по временным перемычкам должны быть обеспечены условия безопасной работы для остальных членов бри­гады, занятых на наладке аппаратуры, установленной на станке или в другом шкафу. При подаче напряжения на всю схему необходимо поставить ограждения в местах, доступных для проникновения посторонних лиц и выве­сить плакат «Стой! Опасно для жизни!».

При замене предохранителей, измерениях переносными приборами и мегомметром необходимо пользоваться за­щитными средствами. Перед использованием в работе защитных средств необходимо убедиться в том, что срок пользования ими не истек (для диэлектрических перчаток он составляет 6 месяцев, для диэлектрических ковриков 2 года, для монтерского инструмента с изолированными ручками 1 год). Одновременно необходимо убедиться в механической целостности диэлектрических перчаток. При обнаружении прорывов и других механических по­вреждений пользоваться защитными средствами запре­щается.

С точки зрения возможного травматизма, наиболее ответственными и опасными являются испытания работы станка вхолостую и под нагрузкой, так как в процессе ремонта или наладки могут быть не выявлены и не устра­нены некоторые дефекты оборудования, влияющие на безопасность работы на станке. Поэтому проверку работы станка вхолостую и под нагрузкой необходимо проводить с большой осторожностью.

Перед проверкой работы станка удаляют с него по­сторонние предметы, совместно с механиком убеждаются в правильной работе кинематической схемы, проверяют крепление всех аппаратов, электрических машин, состоя­ние и работу предохранительных и блокировочных устройств, действие остановочных, пусковых и реверси­рующих устройств, переключающих рукояток фрикцион­ных муфт, путевых выключателей. Перед пуском станка четко уясняют последовательность операции включения и отключения главного привода и приводов подач, убе­ждаются в правильном подключении электродвигателей — их направление вращения должно соответствовать требо­ваниям паспорта.

Первоначальное опробование станка под нагрузкой нужно производить на самых низких оборотах и при самых легких режимах с постепенным увеличением за­грузки станка. При испытании станка под нагрузкой следует строго руководствоваться правилами техники безопасности, относящимися к выполняемой на нем работе и вытекающими из его конструктивных особенностей.

Техническую эксплуатацию электрооборудования ме­таллорежущих станков нужно производить в строгом соответствии с действующими «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Пра­вилами техники безопасности при эксплуатации электро­установок потребителей».