Comanda cu Automat Programabil a Unei Masini de Gaurit Radiale

Comanda cu Automat Programabil a Unei Masini de Gaurit Radiale

Byadmin ianuarie 1, 2024

Memoriu justificativ

Automatele programabile (AP) sunt echipamente electronice destinate realizării instalațiilor de comandă secvențiale în logică programată. Din punct de vedere al complexității automatele programabile sunt situate între echipamentele clasice cu contacte sau cu comutație statică ale instalațiilor de comandă și calculatoarelor electronice.

Utilizând o logică programată, circuite logice integrate și elemente semiconductoare de putere, automatele programabile în comparație cu sistemele secvențiale bazate pe logica cablată prezintă urmatoarele avantajele:

gabarit redus;

consum redus de energie electrică;

facilități la punerea în funcțiune;

fiabilitate ridicată;

consum redus de conductoare de conexiuni și de cablaj;

realizarea facilă a unor funcțiuni specifice;

reducerea ciclului de proiectare, execuție și punere în funcțiune prin posibilitatea supravegherii unor faze.

Față de calculatoarele electronice, utilizarea automatelor programabile au urmatoarele avantajele:

preț de cost redus;

viteză de răspuns ridicată;

imunitate sporită la perturbații;

funcționare sigură în mediu industrial obișnuit;

limbaj de programare simplu.

În general automatele programabile sunt destinate automatizării proceselor secvențiale de complexitate medie. Ele realizează prin logica programată următoarele funcții:

detectarea schimbărilor de stare ale semnalelor aplicate pe intrări;

prelucrează logic pas cu pas informațiile primite conform programului stocat în memoria program(MP);

emite semnale de comandă corespunzătoare programului stocat în memorie;

semnalizează optic valorile semnalelor de pe intrări și ieșiri(valoare logică 1, LED aprins);

Automatele programabile pot fi programate pornind fie de la ecuațiile logice corespunzătoare sistemului, fie de la schemele de comandă realizate cu contacte, relee sau circuite de comutație statică sau folosind organigrama care descrie procesul tehnologic condus.

Folosind automatele programabile se pot realiza instalații de comandă automată secvențiale pentru conducerea proceselor tehnologice din metalurgie, construcții de mașini, chimie alimentară, a materialelor de construcții, electrotehnică, etc.

GENERALITĂȚI

UTILAJUL ELECTROMECANIC PENTRU PRELUCRAREA PRIN AȘCHIERE

Forțele și puterea necesare la așchiere

Pentru alegerea acționării trebuie să se determine forțele care apar în cursul procesului de așchiere.

Prin intermediul figurii 1.1, se pot urmari fenomenele care au loc în cursul așchierii.

Tăișul uneltei B, rotunjit cu o rază care depinde de uzură, este apăsat pe metalul piesei ca și tăișul unei dălți. Pentru ca tăișul să intre în material trebuie să se producă alunecări de-a lungul suprafețelor MP și NQ. In fața tăișului rezultă un corp prismatic, MON aparent legat de tăiș.

b)

Fig. 1.1

Compresiunea transmisă prin tăiș este mare, și în acest fel gradul de plasticitate al materialului crește atât de mult încât alunecările se produc în așa fel încât coeziunea nu este învinsă, astfel explicându-se formarea așchiei curgătoare.

Prin observarea atentă a microstructurii s-a constatat că liniile de alunecare din material, notate cu AC în figura 1.2, nu coincid cu suprafața de detașare A B a elementului de așchie.

Fig. 1.2

Suprafața de alunecare este definită astfel: tensiunea tangențială t învinge rezistența la alunecare g0. Alunecarea, deși este însoțită de rupturi microscopice, în general, se produce fără a înceta continuitatea corpului. Învingerea coeziunii se produce pe suprafețe care formează un anumit unghi cu cele de alunecare. Forța de compresiune variază între o limită inferioară și una superioară, care, când este atinsă, se produce deplasarea elementului de așchie față de piesă. Astfel, se constată faptul că așchierea este un proces periodic.

Forțele care se transmit de la unealtă sunt arătate în figura 1.1 a. Suprafața activă a uneltei este împărțită în două: partea plană NS și partea curbă MN, adică tăișul. Pe partea plană NS se transmit forțe elementare normale pe plan și forțe de frecare în direcția planului. Rezultanta lor , formează unghiul de frecare φ cu normala în așa fel încât componenta tangențială să fie opusă direcției relative de deplasare a așchiei față de unealtă. Valoarea forței F1 depinde de lungimea suprafețelor de alunecare, respectiv de detașare, și este cu atât mai mare cu cât stratul îndepărtat e este mai gros. Prin tăiș pe suprafața curbă , se transmite forța , având o înclinație care nu se poate preciza ca si în cazul forței . Valoarea forței depinde de gradul de ascuțire al tăișului. Rezultanta forțelor și este definita astfel: = + . Aceasta se poate descompune în componentele , paralelă cu viteza de înaintare , și , normală pe , (Fig. 1.1 b) astfel încât = + . Din punctul de vedere al puterii consumate pentru așchiere prezintă interes numai componenta , având importanță numai pentru solicitările mecanice.

Mai multe relatii in care apar coeficienti determinati experimental au fost stabilite pentru calcularea fortelor de aschiere. În scopul de a da o orientare asupra factorilor care influențează valoarea forței T se prezintă relația (1.1), stabilită pe baza experiențelor făcute de Celiustkin,

=λCbe0.75 [N], (1.1)

în care:

λ – este un coeficient care depinde de felul lubrefierii, având valoarea 1 pentru apă, 0,7 pentru uleiuri vegetale și 0,9 pentru cele minerale;

C – este un coeficient care depinde de felul materialului prelucrat (Tab. 1.1);

α – este unghiul de tăiere în grade sexagesimale (Tab. 1.1);

b și e – sunt lățimea respectiv grosimea stratului de îndepărtat în mm.

Tabela 1.1

Puterea de așchiere Pa va fi:

Pa= [W], (1.2)

unde viteza de așchiere v este în m/s.

Dacă b, e, α și λ nu se schimbă, din relațiile (1.1) și (1.2) se obține:

Pα =kCv [W], (1.3)

unde k este o constantă.

Lucrul mecanic consumat pentru deformarea plastică se transformă în căldură, care trece la unealtă, așchie și piesă. Încălzirea produsa este proporțională cu căldura Q/t ce se degajă în unitate de timp la locul de formare a așchiei, iar Q/t este proporțional cu puterea consumată Pα, care este proporțională cu coeficientul C și cu viteza v (1.3). Atat timp cat temperatura așchiei este sub 350°, rezistența față de alunecări rămâne aproximativ aceeași ca la temperatura mediului, deci Pα crește proporțional cu viteza. La temperaturi mai înalte rezistența față de alunecări scade, deci și C, adică puterea consumată, iar P, va fi mai mică doar în cazul in care C ar fi constant, deci și căldura degajată în unitate de timp. În concluzie viteza de așchiere ar determina singură o putere proporțională cu ea. Dacă viteza crește, atunci și căldura degajată în unitate de timp va creste, deci se va produce o încălzire care va putea atrage după sine scăderea constantei C. Puterea reală se stabilește sub efectul acestor două influențe de sens contrar ale vitezei de așchiere. De aici rezultă avantajul așchierii la viteze mari din punctul de vedere al reducerii puterii consumate și al măririi productivității.

Aspecte specifice operațiilor de strunjire, rabotare, găurire și frezare, privind determinarea puterii, forței și vitezei de așchiere.

La strunjire, forța de așchiere se descompune în trei componente ortogonale (Fig. 1.3), care se pot obtine experimental cu ajutorul unui suport de măsură: componenta tangențială Ft, în direcția vitezei de așchiere v; componenta radială Fr; componenta axială Fa .

Raportul dintre forțe este de circa Ft / Fr / Fa=5/2/1. Prin tocirea tăișului cresc componentele Fr și Fa. S-au notat cu a avansul și cu t lățimea așchiei.

Fig 1.3

Viteza de așchiere v se alege astfel încât unealta să lucreze în condiții bune un anumit timp T între două ascuțiri, de exemplu o oră. Viteza v depinde de T, t, a și de felul materialului.

La un material caracterizat prin constanta Cv se poate scrie:

=, (1.4)

unde, la finisare se folosesc valorile a = 0,l – 0,4 mm/rot și t = 0,1 – 2,0 mm iar la degroșare a = 0,4 – 3,0 mm/rot și t =3 – 30 mm; coeficientul Cv are valori cuprinse între limitele 39,5 – 262 pentru plăcuțe din metal dur și 18,2 – 53,7 pentru oțel rapid, iar exponenții au valorile m = 0,1- 0,2, *=0,15 – 0,2 și y = 0,35 – 0,8. În practica de proiectare și exploatare viteza v se obține din tabele sau diagrame [1, 2, 3, 86, 88 și altele].

Unealta folosită la rabotare seamănă cu cea aplicată la strunjire. Prin intervalele de mers in gol, in care cutitul nu lucreaza se deosebeste mersul rabotării de strunjire. Pentru fiecare cursă de așchiere, la intrarea în material, cuțitul este supus unei sarcini cu șoc. De aceea, vitezele maxime la rabotare sunt mai mici decât cele utilizate la strunjire. Puterea motorului electric de acționare rezultă din relația:

P = , (1.5)

unde:

η – este randamentul transmisiei și v viteza;

Ff – este forța necesară învingerii frecărilor în ghidajele mesei, exprimată prin relația:

=µ(, (1.6)

în care:

Fn – este forța normală de respingere a cuțitului;

Fp și Fm – sunt greutățile piesei și mesei exprimate în newtoni.

La găurire se transmit uneltei două mișcări: mișcarea principală, de rotație a burghiului, și mișcarea de avans, adică deplasarea axială a burghiului. S-a stabilit experimental că viteza de așchiere, adică viteza la periferia burghiului, se poate calcula cu expresia:

= [m/min] (1.7)

în care;

Kv – este un coeficient care depinde de materialul de prelucrat și de materialul burghiului;

d – este diametrul burghiului in mm;

T – este durata între două ascuțiri ale uneltei in min;

a – este avansul, în mm/rot și m, zv, yv sunt exponenții care depind de materialul de prelucrat și de diametrul burghiului.

Pe baza datelor experimentale s-a obținut, pentru cuplul dezvoltat de unealtă, relația:

C=Kc · d1,9 · ay [Nm], (1.8)

în care Kc și yc au semnificații corespunzătoare coeficienților Kv, și yv. De exemplu, pentru oțel carbon, Kv=7 și Kc = 0,338, iar zv = 0,4 ~ 0,6; yv = 0,5 ~ 0,8; m = 0,125 ~ 0,2 și yc= 0,8. Pentru burghie cu diametru mare, adică aproximativ 60 mm, T ajunge pînă la 270 min.

Așchiile au grosime variabilă la frezarea cu o unealtă de forma celei din figura 1.4. Notînd cu em grosimea medie a așchiei, obtinuta pe cale grafică din valorile variabile , se poate scrie cu aproximație expresia forței tangențiale sub forma:

Ft = [N] (1.9)

Fig. 1.4

Forța Ft se referă la un singur dinte. Notand cu i numărul dinților care lucrează simultan, puterea pentru așchiere va fi:

= [W] (1.10)

In ceea ce privește puterea necesară pentru avans PA, aceasta este foarte mică în comparație cu cea necesară pentru așchiere. De exemplu în cazul strunjirii, PA = (0,001 – 0,01)P.

Transmiterea cuplului de la motor la unealta

La ciocane cu resort sau pernă de aer, la prese cu excentric și la foarfece, forța opusă de piesa de prelucrat apare sub formă de șocuri. Transmiterea cuplului de la motor la mașina de lucru se face adeseori printr-o curea, iar pentru a-l feri de socuri de aplica un volant. O parte mai mare din energia cinetică a volantului este utilizata prin intermediul alunecarii curelei. La mașinile sus amintite modificarea vitezei nu se ia în considerare.

O conditie fundamentala pentru buna functionare o reprezinta modificarea vitezei la mașinile unelte pentru prelucrarea prin așchiere. Din cele arătate în subcapitolul 1.1.2. rezultă că producția unei astfel de mașini este limitată de cantitatea de căldură care se degajă în unitate de timp Q/t la locul de formare al așchiei. Deci, dacă pentru o anumită unealtă raportul Q/t este aproximativ constant, atunci și puterea necesară așchierii este constantă. Cu cât secțiunea așchiei este mai mică cu atat viteza de aschiere trebuie sa fie mai mare și viceversa.

Sectiunea cea mai mare a aschiei determina cuplul cel mai mare Cmax ,transmis prin organele mașinii unelte. Un strung de exemplu, trebuie dimensionat în așa fel încât la acest cuplu să nu se producă nici deformații elastice prea mari, nici vibrații.

In diagrama din figura 1.5 sunt ilustrate cele de mai sus unde se arată limitele de cuplu și de putere în funcție de turație. Se observă că pentru n<nc cuplul C=Cmax=const., iar pentru n>nc puterea fiind constantă, cuplul scade cu creșterea turației conform relației: P=2πnC. Folosind motorul de curent continuu cu excitație în paralel se pot obtine astfel de caracteristici.

Fig. 1.5

La o mașină unealtă se deosebesc două feluri de mișcări și anume:

a) mișcarea principală, pentru a realiza viteza de așchiere

b) mișcarea secundară, prin care se obține avansul.

Mișcarea principală se poate obține de la arborele motorului de acționare

prin conuri de curea în trepte și angrenaje de reducție la mașinile unelte de construcție mai veche. Cutiile cun angrenaje au fost introduse pentru a obține mașini unelte la care transmiterea cuplului să fie asigurată în bune condiții și la care modificarea turației să se facă cu o pierdere mai mică de timp decat la trecerea curelei de pe o treaptă a conurilor pe alta. La acestea, cuplarea diferitelor angrenaje se realizează fie prin cuplaje mecanice cu comandă manuală prin deplasarea unor roti dințate în direcție axială sau radială, fie prin cuplaje electromagnetice.

La mașinile de rabotat mișcarea principală este rectilinie și alternativă. Pentru o utilizare bună a timpului, viteza de mers în gol trebuie să fie mai mare decât viteza de așchiere. Inversarea sensului de mișcare se poate obține prin următoarele mijloace:

a) mecanisme cu culisă la mașini mici,

b) curele,

c) angrenaje,

d) cuplaje electromagnetice,

e) motoare electrice reversibile.

La o masina unealta, miscarea secundara se poate realiza prin comandă manuală sau automata. În general avansul automat se obține prin intermediul unei transmisii de la arborele principal al mașinii. Uneori se folosește un motor de acționare numai pentru avans, de exemplu, acest caz este întâlnit când se cere modificarea vitezei de avans între limite largi.

Domeniul total de modificare a turației vt rezultă pe baza vitezelor de așchiere necesare. Astfel, la un strung cea mai mică turație nmin se obține la prelucrarea unei piese din material dur cu diametrul maxim posibil, limitat constructiv, iar cea mai mare turație nmax se obține pentru o piesă din material moale cu diametrul cel mai mic. De exemplu, la un strung cu înălțimea varfurilor de 0,15 m se pot strunji piese din oțel dur cu viteza 8m/min și diametrul 0,30 m și piese din alamă cu diametrul 0,03 m cu viteza de 20 m/min. Deci diametrele sunt în raportul 10:1 iar vitezele de așchiere 2,5:1, adică Vt =102,5 = 25. Acest domeniu de modificare a turației se obtine în trepte prin transmisii cu roți dințate, iar între două trepte succesive se poate face o schimbare fină a turației arborelui strungului pe cale electrică, prin modificarea turației motorului de acționare, de exemplu prin slăbire de camp dacă acesta este de curent continuu. Fie vs raportul turațiilor la două trepte mecanice succesive, corespunzând și domeniului de modificare a vitezei cu motorul electric de acționare. Astfel, față de turația minimă nmin = 8/0,3π = 8,5 rot/min se poate obține cu motorul electric o creștere a turației până la valoarea vsnmin. Deci aici, cu prima treaptă mecanică se poate obține turația nmin; după treapta z mecanică, se obține turația maximă:

(1.11)

de unde:

= (1.12)

La strungul luat ca exemplu, dacă se folosește un motor electric cu vs = 3, avînd vt = 25, rezultă din relația (1.12):

z = -1= 1,95

adică 2 trepte realizate prin angrenaje cu roți dințate. Deci, pornind de la nmin= 8,5 rot/min, turația se poate mări cu motorul la 38,5 = 25,5 rot/min și apoi cu prima treaptă mecanică la 3 – 25,5=76,5 rot/min iar cu a doua la nmax= 3 76,5 = 229,5 rot/min, rezultând valoarea recalculată vt = 27. Se observă că turațiile 25,5 și 76,5 se pot obține de cate două ori și anume 25,5 pentru cuplarea mecanică aferenta turației minime și turația maximă a motorului electric, respectiv pentru prima treaptă de cuplare mecanică și turația minimă electrică. 76,5 se obtine pentru prima treaptă mecanică și turația maximă electrică, respectiv pentru treapta de turație maximă mecanică și minimă electrică. Aceasta situatie nu este necesara si in cazul in care se modifica turația în trepte pe cale electrică, se pierde din domeniul de schimbare a vitezei. Pentru a înlătura acest neajuns se procedează după cum urmează, ținând cont că treptele de viteză formeaza o progresie geometrica cu rația λ.

Pe cale electrica se pot realiza 5 turatii. Deci, de la nmin, pe cale electrică se poate mări turația la nminλ4, următoarea treaptă de turație adică:

obținandu-se cu prima treaptă mecanică și turația minimă electrică.

În continuare se obțin mărind viteza motorului electric 4 turații, ajungâdu-se la nminλ9. Comutând a doua treaptă mecanică se ajunge corespunzător turației minime electrice la:

Turația poate ajunge la final pana la:

realizându-se astfel 15 trepte de viteză în loc de 13 cum ar fi rezultat dacă s-ar fi suprapus unele valori ale treptelor de viteză. Astfel, cu datele numerice adoptate rezultă din relațiile de mai sus λ= = 1,315, n1 = 33,3, n11 = 131 și nmax = 392 rot/min, respectiv cele 15 trepte de turații cu valorile rotunjite: 8,5 – 11,2 – 14,5 – 19,3 – 25,4 – 33,3 – 43,7 – 57,5 – 75,5 – 99 – 130 – 171 – 225 – 296 – 390. Se observă că raportul total de modificare a vitezei, vt = 390/8,5 = 46, s-a mărit de la 27 la 46. Diagrama vitezelor de așchiere în funcție de diametrul piesei, pentru cele 15 trepte, este arătată în figura 1.6.

Este foarte important sa observam ca complexitatea organelor de transmitere a miscarii de la motorul de actionare la locul de prelucrare a piesei se simplifică în mare măsură, dacă se folosesc pentru acționarea aceleiași mașini unelte mai multe motoare electrice. Această idee este ilustrată prin figurile 1.7 – schița unei mașini de găurit cu braț cu un singur motor de acționare și 1.8 – cazul acționării unei astfel de mașini prin mai multe motoare electrice.

In cazul schiței din figura 1.7 unealta are cinci posibilități de mișcare. Fusul principal VI cu burghiul este condus în lagărele fixate pe suportul A care se poate roti în jurul axei V, fiind condus pe suportul A1 care, la rândul lui este condus în direcție orizontală pe brațul B. Acesta poate fi rotit în jurul axei orizontale IV, determinată de o conducere din suportul C, care poate fi ridicat și coborât în direcția verticală, pe coloana D. In sfîrșit, aceasta din urmă poate fi rotită în jurul axei verticale II. Acționarea fusului principal VI se obține de la un motor electric prin cureaua F sau direct de la un motor, prin cutia cu angrenaje E, arborele I, angrenajul conic z1z2, arborele II, angrenajul cilindric z3z4, arborele III, angrenajul conic z5z6, arborele IV, angrenajul z7z8, arborele V și angrenajul z9zl0. O simplificare foarte mare rezultă folosind două motoare individuale : unul așezat pe coloana D, pentru realizarea mișcării 3-3', iar al doilea, pe suportul A, pentru mișcarea principală a fusului VI. Mișcările 1-1', 2-2', 4-4' și 5-5' se pot realiza relativ ușor manual. La mașini mari și pentru astfel de mișcări se folosesc motoare.

In figura 1.8 este reprezentată schița unei mașini de găurit cu acționare multiplă. Cu această se executa găuri cu diametrul de până la 50 mm, în oțel semidur. Este posibilă prelucrarea orificiilor cu diametru mai mare in limita puterii admise pe fusul A, care antrenează unealta. Mașina nu este folosită la puteri apropiate de cea nominală la toate turațiile fusului A. La astfel de mașini, pentru turații joase ale uneltei, corespunde filetarea, operațiune care cere o putere relativ mică. Pentru exemplificare, în figura 1.9 este arătată variația puterii și a cuplului în funcție de turația fusului A.

Fig. 1.9

Fig. 1.7

Fig. 1.8

Mașina din figura 1.8 are patru motoare de acționare, asincrone cu rotorul în scurtcircuit. Mișcarea principală, adică a fusului A, se obține de la motorul M1, de 4,5 kW. Deplasarea pe traversa C se realizează cu motorul M2, de 1,7 kW. Traversa B se poate roti cu 360° în jurul coloanei C, respectiv poate fi deplasată vertical cu viteza de 1 m/min. Motorul M3 este utilizat pentru strângerea hidraulică a capului de găurire și a coloanei. Pompa pentru lichidul de răcire este antrenată de motorul M4. Folosirea mai multor motoare simplifica construcția mașinii, deoarece se reduce considerabil numărul organelor de transmisie mecanică.

Turația uneltei se modifică mecanic; la fel se execută și schimbarea valorii avansului. Avansul se poate face manual sau automat, mișcarea fiind luată, în acest din urmă caz, de la motorul M1. Se observă că toate motoarele, cu excepția pompei electrice, sunt fixate pe partea mobilă a mașinii. De aceea, alimentarea panoului de distribuție fixat pe traversă se face prin inele de contact.

Acționarea electrică și utilajele de bază necesare

Mașinile electrice folosite pentru acționare.

Motoarele asincrone trifazate cu rotorul în scurtcircuit sunt utilizate la mașini unelte speciale și universale mici si mijlocii. Se folosesc motoare cu rezistență rotorică mărită sau cu colivie dublă la acționări cu număr mare de porniri pe oră si în cazul motoarelor auxiliare cu funcționare de scurtă durată. Pornirea se face prin legare directă la rețea. Dacă curentul de pornire va fi micsorat se va folosi un autotransformator sau o rezistență legată în serie cu înfășurarea statorică. Frânarea se face în contracurent aplicând un releu de turație nulă sau uneori prin alimentarea în curent continuu a înfășurării statorice.

Modificarea turației la mașinile unelte se face prin schimbarea numărului de perechi de poli p. Procedeele pentru a obtine numere diferite de poli sunt :

statorul se prevede cu două înfășurări diferite, construite fiecare pentru alt p, cum ar fi de exemplu pl/p2=3/2 deci n/n2= 1000/1500;

statorul are o singură înfășurare ale cărei bobine se conectează în două feluri obținandu-se p1/p2=2/l, 4/2 etc.; schimbarea lui p se poate face prin trecerea bobinelor de la conexiunea în serie cu p=p1 la aceea în paralel cu p= p1/2 sau prin schimbarea felului de legare a bobinelor în serie. Practic, conectarea bobinelor se face trecand de la legătura în stea simplă la legătura în stea dublă (Fig. 1.10) sau de la legătura în triunghi la stea dublă (Fig. 1.11).

Puterea motorului este dată de relația:

P= 3IUηcosφ (1.13)

Fig. 1.10 Fig. 1.11

unde I și U sunt curentul și tensiunea pe fază, η randamentul și φ unghiul de defazaj între I și U. Curentul Ix printr-o secțiune x de înfășurare este constant, limitat de încălzirea acceptata. In cazul conexiunii în stea (Fig. 1.10) se obține :

Admițand ηacosφa≈ηbcosφb, rezulta Pa/Pb. Cuplul fiind dat de expresia:

C = = ,

unde k este o constantă, f frecvența și s alunecarea, rezultă :

deci în cazul figurii 1.10 modificarea turației se face la cuplu constant.

In cazul conexiunii în triunghi (Fig. 1.11) se obține:

unde modificarea turației se face aproximativ la putere constantă. Pentru cuplu se obtine:

Acționarea mișcării principale impune modificarea turației la putere constantă, deci se va aplica schema din figura 1.11, iar acționarea mecanismelor de avans impune modificarea turației la cuplu constant si se va aplica schema din figura 1.10. Motoarele asincrone cu inele colectoare sunt mai costisitoare si mai mari decat cele cu rotorul în scurtcircuit. Din aceste cauze se folosesc la acționarea mașinilor unelte mai rar decât cele în scurtcircuit.

Motoarele de curent continuu cu excitație în paralel se utilizeaza la acționarea mașinilor unelte grele și de obicei în cazurile in care se cer condiții deosebite privind modificarea vitezei și reversarea sensului de mișcare. Pornirea motoarelor sub 1 kW se face prin legare directă la rețea iar peste 1 kW prin rezistențe intercalate în circuitul rotorului. La acestea, se aplică frânarea reostatică, iar modificarea vitezei are loc prin slăbire de câmp. In mod normal se folosește în montaje care permit modificarea vitezei nu doar prin slăbire de câmp, ci mai ales prin schimbarea tensiunii la bornele rotorului. Astfel se foloseste grupul Ward-Leonard în cazurile în care o modificare continuă a vitezei în limite largi este necesara. Raportul între turația maximă și minimă este 6 – 12 fără slăbire de câmp și 15 – 30 dacă se aplică și slăbirea de câmp. Se pot face caracteristici de viteză independente de sarcină la grupurile cu excitație specială pentru generator, unde raportul vitezelor poate ajunge până la 100 – 200. În ultimul timp se raspandeste tot mai mult alimentarea motorului de la surse statice de curent continuu la acționarea mașinilor unelte, în componența cărora pot intra diode semiconductoare, tiristoare, amplificatoare magnetice, sursa primară de energie fiind rețeaua industrială trifazată.

Motoarele de curent continuu cu excitație în serie sunt utilizate rar si doar cu alimentare de la un generator serie, obtinandu-se astfel grupul generator-motor cu mașini de c.c. cu excitație în serie. Este intalnita la mecanismele de avans ale mașinilor de șlefuit și de frezat sau al altor mașini unelte, unde este nevoie de o modificare continuă a vitezei în limite largi, de exemplu 10:1. Grupul generator-motor cu mașini de c.c. cu excitație în serie este utilizat doar la puteri mici, avantajul acestui grup fiind simplitatea montajului.

Motoarele trifazate cu colector sunt folosite rar și anume la mașinile unelte care au nevoie de o modificare continuă a vitezei în raportul 2:1 pînă la 3:1. Motoarele cu caracteristică de viteză puțin dependentă de cuplu sunt aplicate.

Diagramele de funcționare. Determinarea diagramelor de funcționare la mașinile unelte nu sunt problematice in general, în afară de cazul rabotezei, care se examinează în continuare. La această mașină unealtă, sarcina variază în mare măsură în timpul unui ciclu.

Fig. 1.12

Date orientative pentru cazul actionarii unei raboteze cu un grup Ward – Leonard:

motorul de c.c. are puterea 40 kW și turația n=600 rot/min;

raportul între viteza de întoarcere și viteza de lucru poate fi de 10:1 ;

viteza de tăiere variază între 7,5 și 75 m/min, iar viteza v2 a mesei la cursa de întoarcere poate fi modificată până la 75 m/min indiferent de viteza de tăiere; spre exemplu putem avea v1 = 30 m/min și v2 = 60 m/min.

Diagramele simplificate C=f(t) și n=f(t), construite ipotetic cu accelerații constante, sunt ilustrate în figura 1.12. Timpul aferent cursei de mers în sarcină s-a notat cu t1 și cel corespunzător cursei de mers în gol, adică de întoarcere, cu t2. Viteza mesei este proporțională cu turația. C0 este cuplul de mers în gol, iar cu Cd sunt notate cuplurile dinamice din perioadele de accelerare și întârziere. Cuplul static Cs este egal cu C0+Ca, unde Ca este cuplul necesar așchierii. Turația este modificată prin slăbire de câmp începând de la turația de bază nb; în perioadele de funcționare cu câmp slăbit cuplul trebuie corectat. Cuplul corectat s-a notat cu C'.

Alegerea puterii motorului de acționare.

Principalul criteriu pentru alegerea puterii motorului electric de actionare este regimul de functionare.

Regimul de funcționare continuu cu sarcină constantă se gaseste la dispozitivele de acționare ale strungurilor mari, la unele mecanisme de avans la mașinile de frezat roți dințate, etc. Din relația (1.2) se obține puterea necesară la arborele motorului principal de acționare:

P = [W] (1.13)

unde:

Pa – este puterea de așchiere,

Fv și v – sunt forța, respectiv viteza de așchiere, iar

η – este randamentul.

La plină sarcină randamentul are valoarea ηN 0,8. Dacă se mărește turația, pierderile cresc si η scade. Acest caz se întâlnește la așchierea rapidă.

Puterile necesare pentru acționarea lanțurilor cinematice de avans sunt de obicei mici. Puterea pentru avans și pentru învingerea frecărilor determina puterea motorului electric de acționare. Dacă mișcarea principală și avansul se obțin de la același motor, pentru a-i afla puterea este suficient să se mărească cu 5% puterea necesară pentru acționarea lanțului mișcării principale. Dacă există motor separat pentru avans, puterea acestuia se obține adunand puterea pentru avans și puterea necesară pentru învingerea frecărilor. Randamentul lanțului cinematic de avans este mic și cuprins în general între 0,1 și 0,2.

Regimul de funcționare continuu cu sarcină variabilă este intalnit de obicei la raboteze. Pentru alegerea motorului se pot folosi: metoda pierderii medii, metoda curentului echivalent sau metoda cuplului echivalent în funcție de datele disponibile.

La construirea diagramei de sarcina trebuie sa se ia in considerare faptul că randamentul η al mașinii unelte depinde de încărcare. De aceea este necesar să se cunoască curba η=f (Pa). Pierderile totale sunt:

ΔP=ΔP0+ΔP'

unde:

ΔP0 – sunt pierderile la mers în gol;

ΔP' – pierderile care se măresc odată cu puterea de așchiere conform figurii 1.13.

Fig. 1.13

Pierderea ΔP=f(Pa) variază după o curbă, care, în primă faza, se consideră o dreaptă reprezentată în figură cu linie intrerupta.

Se poate scrie aproximativ: ΔP0 ≈ 0,6ΔPN unde ΔPN sunt pierderile la plină sarcină. De obicei ΔP0 nu se cunoaște. In acest caz, se poate considera aproximativ ΔP=ΔPn= constant. In această ipoteză, notând cu P puterea la arborele motor, randamentul mașinii va fi:

(1.14)

unde:

Regimul de funcționare de scurtă durată se gaseste la dispozitivele de acționare pentru mișcările ajutatoare ale mașinilor unelte și anume: sistemele de acționare pentru mișcarea rapidă a cărucioarelor, traverselor, păpușilor etc. Motoarele lor de acționare au o perioadă de funcționare relativ scurtă, nedepășind t = 5 – 15 secunde; doar la mașini foarte mari ajunge la t = l ~ l,5 minute. Acest interval de timp este mai mic decât a zecea parte din constanta de timp a încălzirii motorului electric (t < T / 10); de aceea, motorul nu ajunge la temperatura de încălzire normală în timp util, deși a fost încărcat până la suprasarcină maximă acceptată. În consecință, puterea motorului este determinată de condițiile de suprasarcină. Totodată, trebuie verificate și condițiile de pornire.

La sistemele de acționare pentru mișcările auxiliare, cuplul static, Cs , se datorează mai ales forțelor de frecare. În acest caz, este nevoie de un cuplu de pornire mare, spre deosebire de cazul mișcării principale.

Puterea necesară pentru învingerea frecărilor va fi:

Pf=µGv [W], (1.15)

unde:

µ – este coeficientul de frecare, de obicei 0,1 ~ 0,2 ;

G – este greutatea în [N] ;

v – este viteza de deplasare în m/s.

Puterea la arborele motorului va fi,

(1.16)

unde η este randamentul transmisiei, de obicei 0,1 ~ 0,2. La pornire, cuplul exercitat de către motor trebuie sa fie mai mare, deoarece coeficientul frecării de repaus, µ0 , este mai mare decât coeficientul de frecare în mișcare, µ. Cuplul static la pornire va fi:

[Nm] (1.17)

unde Ω este în rad/s. Deci, motorul se alege pe baza relațiilor (1.15) și (1.16) și se verifică condiția Cp>Cpo.

Regimul de funcționare intermitent este definitoriu dispozitivelor de acționare ale celor mai multe mașini unelte așchietoare. Pentru calcularea puterii motorului se poate utiliza metoda pierderilor medii, dacă se cunoaște curba de variație a randamentului în funcție de puterea motorului η=f(P). In acest sens, uneori se indica in cataloage valorile randamentului la 1/4 , 1/2 , 3/4 , 4/4 și 5/4 din puterea nominală a motorului.

Pierderea medie de putere în timpul unui ciclu se determină cu expresia:

(1.18)

unde:

ΔP1- este pierderea de putere corespunzătoare timpului t1, ΔP2 corespunde la t2 , etc;

ΔWP și ΔWf – sunt pierderile de energie în timpul pornirii și franării;

tp și tf – sunt timpii de pornire și de frânare;

t0 – este timpul de pauză;

t1 t2 … – sunt timpii de funcționare staționară;

β1 și βo – sunt coeficienți determinați experimental care țin seama de condițiile de înrăutățire a răcirii în timpul pornirii, frânării și pauzei.

Durata ciclului este:

,

unde intervalele de timp t1 t2… în care se împarte diagrama de sarcină a motorului, se aleg asa încât în timpul unui interval încărcarea să poată fi aproximată constantă. Coeficientul β0 are următoarele valori: pentru motoare protejate cu ventilator propriu intre 0,25 – 0,35; pentru motoare capsulate, cu ventilație exterioară, intre 0,45 – 0,55; pentru motoare capsulate neventilate intre 0,95 – 0,98. În timpul pornirii și frânării se aplică coeficientul:

,

Din punctul de vedere al încălzirii, motorul este bine ales daca:

ΔPN ≥ ΔPm,

unde ΔPN este pierderea nominală de putere a motorului.

Pierderile de energie ΔWP și ΔWf se determina după cum urmează: se evalueaza întâi cazul motorului asincron în scurtcircuit, cel mai răspîndit la mașinile unelte.

Energia pierdută în rotor este

[Ws] (1.19)

unde;

m2 – este numărul de faze din rotor;

I2 – este curentul rotorului;

R2 – este rezistenta unei faze.

Puterea pierdută în rotor este dată și de expresia :

, (1.20)

unde C este cuplul electromagnetic al motorului, Ω0 este viteza unghiulară sincronă, iar este alunecarea. Știind că ecuația mișcării este:

C = Cs + Cd = Cs + (1.21)

unde Cs este cuplul static, Cd este cuplul dinamic, iar θ este momentul de inerție total al pieselor în mișcare în kgm2, din relațiile (1.19) – (1.21) rezultă:

=

, (1.22)

în care:

Ωs – este turația obținută după timpul tp,

ΔW2pS – este pierderea de putere datorită cuplului Cs;

ΔW2pd – este pierderea de putere datorită cuplului Cd.

Efectuând calculele relația (1.22) devine

, (1.23)

Curba Cs=f1(Ω) este dată, iar curba Ω=f2(t) se poate determina prin metodele arătate în [1,2], deci pe baza relației de mai sus se poate obține ΔW2p.

Aproximând Cs constant, iar pentru Ω o variație liniară în funcție de timp, relația (1.23) obține forma

(1.24)

Considerînd Ωs ≈ Ω0 rezultă relația:

(1.25)

care se poate utiliza în calculele de proiectare a acționărilor mașinilor unelte.

La acționarea mișcărilor auxiliare și a mișcărilor de avans, motorul pornește la un cuplu rezistent mare, care nu poate fi neglijat. În schimb, la calculul lui ΔW2p în cazul acționării mișcării principale se poate aproxima Cs 0, pentru ca motorul porneste in gol in general; această aproximație nu aduce modificări majore în valoarea pierderii de energie la pornire. În acest caz rezultă din (1.25):

(1.26)

Pierderea de energie din stator, la pornire va fi:

, (1.27)

Unde:

R1 – este rezistența unei faze a statorului iar

R'2 – a rotorului redusă la stator. La motoarele asincrone în scurtcircuit de tip normale se poate aproxima R1 .

În relațiile de mai sus au fost luate in considerare doar pierderile de tip Joule-Lenz din înfășurări. Celelalte pierderi, care in general sunt constante mici, pot fi neglijate în calculele practice ale lui ΔWp. Astfel rezulta expresia pentru pierderea totală de energie la pornirea motorului:

ΔWP=ΔWP=ΔWP2 (1.28)

Timpul de pornire tp se determina exact prin metodele prezentate în [2], aproximând un cuplu mediu în timpul pornirii

(1.29)

unde:

CP – este cuplul de pornire al motorului, iar

Ck – este cuplul de răsturnare al acestuia.

tp – rezultă din ecuația mișcării (1.21) :

(1.30)

Pierderile din rotor, in cazul motorului asincron cu inele, se distribuie proporțional între rezistența R2 a bobinajului și rezistența R a reostatului cu care este legată în serie. Pierderile din bobinajul rotoric se determina astfel :

(1.31)

In timpul frânării în contracurent, pierderile de energie se obțin în mod analog ca la pornire, cu observația că alunecarea va fi

iar cuplul motor schimbă de sens. Frânarea are loc de la Ω = Ωs la Ω = 0 în timpul tf. Astfel se obține prin analogie cu expresia (1.24)

(1.32)

sau, considerând :

(1.33)

În mod similar se pot afla pierderile și la frânarea reostatică, introducând alunecarea corespunzătoare

Pierderile din bobinajul indusului la pornire și la frânare, în cazul motorului de curent continu cu excitație exterioară, sunt date de aceleași ecuații ca și în cazul motorului asincron. Pierderile din înfășurarea de excitație au o valoare relativ mică si fac parte din pierderile constante .

În calculele de proiectare se foloseste adeseori metoda curentului echivalent, dar mai ales metoda cuplului echivalent deoarece asigură un calcul mai rapid și necesită mai puține date inițiale; pentru a utiliza aceasta metoda trebuie sa existe proportionalitate intre cuplu si curent.

Solicitarea termică a motoarelor este de obicei mai accentuată în timpul regimurilor tranzitorii, în special în cazul reversărilor. Fabricile constructoare arata pentru unele serii de motoare folosite la acționarea mașinilor unelte numărul acceptabil de reversări la mers în gol. În scopul de a simplifica calculele, tehnic se indică curbe pe baza cărora se afla numărul admisibil de reversări în condițiile reale de exploatare, ținând seama de încărcarea motorului și de momentul de inerție total raportat la arborele motor.

COMANDA AUTOMATĂ A ACȚIONĂRII MAȘINII DE GĂURIT

Schemele de comandă electrică se pot realiza cu:

aparate electrice de comutație – contactoare, relee, tiristori

automate programabile

Aparate electrice de comutație.

Prin aparat de comutație se înțelege un ansablu de dispozitive electromecanice sau electrice cu ajutorul cărora se realizează conectarea (închiderea) și deconectarea (deschiderea) circuitelor electrice, atât în regim normal cât și în regim de avarie.

Rolul funcțional al aparatelor de comutație este, pe de o parte de a dirija fluxul de energie pe bare, linii electrice, rețele de distribuție, de la sursele de energie la receptoare, iar pe de altă parte, de a oferi protecție împotriva suprasarcinilor, scurtcircuitelor și supratensiunilor.

Nu toate aparatele de comutație oferă și protecție împotriva avariilor. Există aparate destinate numai comutației fără sarcină, altele destinate comutației sub sarcină nominală, altele destinate comutației la curent de scurtcircuit, altele destinate protecției împotriva supratensiunilor.

Aparatele electrice pot fi clasificate după criterii diferite ca: tensiunea nominală, felul curentului, numărul de poli, regimul de funcționare, locul de funcționare, funcțiile pe care le îndeplinesc etc.

Din punct de vedere al tensiunilor și a curentului se deosebesc două mari categorii și anume:

aparate de joasă tensiune;

aparate de înaltă tensiune;

aparate de curent alternativ;

aparate de curent continuu.

Din punct de vedere al numărului de poli, aparatele electrice se împart în :

monopolare;

multipolare (bipolare, tripolare).

Din punct de vedere a regimului de funcționare se disting aparate cu:

regim de funcționare de lungă durată;

regim de funcționare permanentă;

regim de funcționare intermitent;

regim de funcționare de scurtă durată.

Din punct de vedere al locului în care funcționează se deosebesc:

aparate electrice de interior;

aparate electrice de exterior;

aparate electrice capsulate.

Din punct de vedere al funcțiilor, aparatele electrice se clasifică în aparate de comutație și aparate de protecție.

Aparatele de comutație, sunt acele aparate care permit punerea sau scoaterea din funcțiune a unor echipamente ale sistemului electroenergetic, exemplu separatorul.

Aparatele de protecție, realizează întreruperea rapidă a curentului de scurtcircuit, care apare în regim de avarie.

Echipamentele electrice de comutație cuprind o varietate de aparate, acestea îndeplinind mai multe funcții cum ar fi:

Aparate de comutație mecanica:

pentru comanda manuală:

intrerupătoare manuale

separatoare

butoane de comandă

inversoare de sens

comutatoare stea – triunghi

controlere de comandă

pentru comanda automată:

contactoare

întrerupătoare automate

limitatoare de cursă

relee de comandă

Aparate cu comutație statică, neavând elemente în mișcare, acestea realizându-se cu dispozitive semiconductoare cum ar fi:

dioda

tranzistorul

tiristorul

Aparate de protecție ce au rolul de a proteja circuitele de forță și comandă impotriva supracurenților de sarcină și de scurtcircuit:

siguranțe fuzibile

relee de protecție

declanșatoare

bobine de reactanță

descărcătoare

eclatoare

Aparate de semnalizare care pun în evidență regimurile de lucru ale instalației:

lămpi de semnalizare

hupe, sonerii de semnalizare

Aparate pentru modificarea unor parametri ai energiei electrice:

reostate de pornire și reglaj

transformatoare de curent și tensiune

redresoare comandate și necomandate

Aparate de comutație mecanică.

Aparate de comutație mecanică pentru comanda manuală.

Intrerupătoarele manuale pot fi cu pârghie și cu came și sunt destinate pentru a închide și a deschide manual un circuit de lumină și forță în rețelele de joasa tensiune de curent continuu și alternativ. Piesa mobilă de contact este de forma unui braț de pârghie de unde le provin numele (se mai numesc și hebluri). Comutația are loc în sarcină și sunt necesare camere de stingere.

Separatoarele sunt aparate destinate închiderii sau deschiderii circuitelor electrice pentru efectuarea unor lucrări de întreținere sau reparație ce nu se pot efectua sub tensiune. Ele pot întrerupe circuite aflate sub tensiune dar lipsite de sarcină asigurând separarea vizibilă. Din acest motiv separatoarele nu sunt prevăzute cu camere de stingere a arcului electric. Separatoarele nu pot asigura protecție la supracurent drept pentru care este necesar un aparat suplimentar (siguranța fuzibilă sau întrerupător automat).

Butoanele de comandă se utilizează în instalațiile electrice pentru comanda aparatelor de acționare. Butoanele de comandă sunt acționate numai manual și funcție de rolul pe care il au în schemă pot fi cu contacte normal deschise sau normal închise. Același buton poate fi prevăzut cu mai multe contacte pentru a comanda mai multe circuite printr-o singură apăsare, pe unele închizându-le iar pe altele deschizându-le. Bornele butoanelor sunt marcate cu numere pare (incepând cu cifra 2) pentru contactele normal deschise și impare pentru contactele normal închise.

Inversoarele de sens se utilizează pentru a comanda inversarea sensului de rotație a motoarelor asincrone trifazate prin inversarea a două faze sau prin inversarea curentului rotoric sau de excitație la motoarele de curent continuu. Inversoarele de sens cu comandă manuală directă pot fi realizate in următoarele variante constructive: cu came, pachet sau cu tambur. Ele au trei poziții: stânga, zero și dreapta.

Comutatoarele stea-triunghi se utilizează pentru reducerea curentului de pornire al motoarelor asincrone mari cu rotorul în scurtcircuit, care au tensiunea nominal a înfășurării statorice conectate în triunghi, egal cu tensiunea de linie a rețelei. Comutatoarele stea-triunghi manuale au trei poziții de funcționare: zero, stea și triunghi, manevra fiind imposibilă din poziția zero în poziția triunghi. În poziția stea, curentul absorbit de la rețea este de trei ori mai mic decât cel din poziția triunghi.

Controlerele sunt aparate manuale de comandă a reostatelor de pornire ale motoarelor electrice. Reostatele de pornire sunt utilizate pentru micșorarea curentului absorbit la pornirea motoarelor. Reostatele cu controler se utilizează la un număr mai mare de 20 de porniri pe oră.

Aparate de comutație mecanică pentru comanda automată.

Contactoarele sunt aparate de comandă cu o singură poziție de comandă, capabile să închidă, suporte și să deconecteze curenți nominali și de suprasarcină. Contactoarele sunt prevăzute cu camere de stingere. Mediul cel mai utilizat în camere de stingere ale contactoarelor de tensiune este aerul atmosferic. Arcul electric ce se formează între contacte, pentru a fi stins, trebuie să fie alungit artificial prin suflaj magnetic la contactoarele de curent continuu, sau prin divizarea coloanei arcului electric într-o sumă de arcuri scurte și alungite sub efectul de electrod și nișă.

Intrerupătoarele automate sunt aparate destinate pentru a închide și deschide curenți nominali dar și curenți de scurtcircuit in condiții prestabilite și sunt instalate de obicei la inceputul unei instalații. O caracteristică importantă a intrerupătoarelor il reprezintă capacitatea de rupere motiv pentru care intrerupătoarele de joasă tensiune se incadrează în patru categorii: cu capacitate mică de rupere, compacte, de mare putere de rupere și limitatoare.

Limitatoarele de cursă sunt aparate de conectare care întrerup sau stabilesc circuite sub acțiunea unui element mecanic al instalației aflat in mișcare cum ar fi: mașini-unelte, poduri rulante, ascensoare, instalații de ridicat, mașini de ambalat, atunci cand cursa organelor în mișicare a depășit zona de deplasare permisă, fie de a comanda o anumită succesiune de operații în funcție de poziția unor piese în mișcare.

Releul este un aparat care sub acțiunea mărimii de intrare realizează o variație în salt a mărimii de ieșire, în scopul comenzii altor elemente (contactoare, intreruptoare) și pot fi clasificate astfel: relee cu contacte și fără contacte; relee de curent, de tensiune, de impedanță, de temperatură, de turație; electromecanice (electromagnetice, magnetoelectrice, electrodinamice, de inducție); cu acțiune directă sau indirectă; maximale sau minimale de tensiune, diferențiale.

Aparate de comutație statică

Dioda este un dipol (anod și catod) neliniar și polarizat (sau asimetric) care dispune intr-un sens de o rezistență minimă, teoretic zero, și de o rezistență maximă, în celălalt sens. Constructiv deosebim: dioda cu gaz, dioda cu vid și dioda semiconductoare. Diodele se utilizează in diferite scopuri cum ar fi: redresoare, stabilizatoare de tensiune, sursă stroboscopică de lumină, generator de relaxare, dispozitiv de protecție la supratensiune, tub de semnalizare, detector.

Tranzistorul este un dispozitiv semiconductor ce are cel puțin trei terminale și este folosit mai ales pentru a amplifica și a comuta semnale electronice și putere electrică. Constructiv deosebim următoarele tipuri de tranzistoare: tranzistorul bipolar (NPN, PNP), fototranzistor (NPN); tranzistorul cu efect de câmp (TEC) unijoncțiune (TUJ), JFET, IGFET (canal N si P). Tranzistorul este componenta fundamentală a dispozitivelor electronice moderne cum ar fi: aparate de radio, televizoare, telefoane mobile, calculatoare.

Tiristorul este un dispozitiv semiconductor de putere cu o mare capacitate in curent și tensiune ce are trei terminale (anod, catod și grilă sau poartă) și este realizat dintr-un cristal cu patru zone alternate ca polaritate PNPN, și are posibilitatea de comandă a intrarii în conducție. Tiristorul este un „redresor cu siliciu comandat” , care în lipsa semnalului de comandă, blochează trecerea curentului în ambele sensuri. La apariția unui impuls de comandă trece în stare de conducție, permițând trecerea curentului într-un singur sens.

Aparate de protectie

Siguranțele fuzibile asigură protecția circuitelor electrice împotriva curenților de scurtcircuit de valori și durate mari, întrerupând un circuit când curentul supravegheat depășește o valoare data într-un timp determinat. Constructiv siguranțele pot fi de tip deschise, la care arcul se rupe în aer sau de tip închise, la care arcul se rupe în alt mediu. Siguranțele deschise se utilizează în circuitele de forță pentru curenți de până la 500A. Siguranțele de tip închis se pot realiza cu sau fără umplutură și se utilizează în circuitele de iluminat cât și în cele de forță de până la 100A. Caracteristica esențială a siguranțelor îl reprezintă timpul de topire și se clasifică astfel: siguranțe lente, ce se recomandă receptoarelor cu vârfuri de curent de durată relativ scrută (motoare asincrone, transformatoare de forță); siguranțe rapide ce se recomandă la protecția cablurilor, conductelor ce nu solicită vârfuri mari de sarcină; siguranțe ultrarapide ce se recomandă la protecția receptoarelor cu capacitate termică redusă (redresoare cu germaniu și siliciu); siguranțe mixte lent-rapide ce se recomandă pentru protecția instalațiilor miniere (motoare asincrone în regim greu de pornire).

Releele de protecție au rolul de a proteja instalațiile electrice împotriva funcționării în regimuri anormale prin transmiterea unor semnale electrice ce determină izolarea locului defect prin intermediul aparatelor de comutație. Releele se pot clasifica astfel: relee cu contacte și fără contacte; relee de curent, de tensiune, de impedanță, de temperatură, de turație; electromecanice (electromagnetice, magnetoelectrice, electrodinamice, de inductie); cu acțiune directă sau indirectă; maximale sau minimale de tensiune, diferențiale.

Declanșatoarele sunt aparate de protecție, care sub acțiunea unei mărimi electrice de intrare, acționează printr-un impuls mecanic asupra zăvorului întreruptoarelor automate, provocând deszăvorârea acestora. Declanșatoarele pot fi: directe, când sunt parcurse chiar de mărimea electrică supravegheată; indirecte, când bobina se alimentează prin intermediul traductoarelor (transformatoarelor de curent sau tensiune). Dupa mărimea supravegheată se clasifică în: declanșatoare maximale de curent și declanșatoare de tensiune (minimale și maximale de tensiune sau de tensiune nula).

Bobinele de reactanță sunt aparate care servesc la limitarea curenților de scurtcircuit în circuitele electrice de mare putere și la menținerea tensiunii la bare, în caz de avarie, la un nivel acceptabil, care să asigure funcționarea fără întrerupere a instalațiilor, protejarea liniilor, sub aspectul stabilității termice și a întreruptoarelor, sub aspectul puterii de rupere. Parametrul principal al acestui aparat este reactanța, al cărei principal efect este căderea de tensiune pe bobină.

Descărcătoarele sunt aparate electrice de protecție împotriva supratensiunilor. Caracteristicile decărcătoarelor sunt: tensiunea nominală, tensiunea de amorsare la impuls, tensiunea de amorsare la frecvență industrială, curentul de însoțire, tensiunea reziduală, capacitatea de scurgere. Clasificarea descărcătoarelor după criterii constructive și funcționale sunt: descărcătoare cu coarne, descărcătoare cu coarne și dispozitiv pană-pasăre, descărcătoare tubulare, descărcătoare cu rezistență variabilă, descărcătoare cu rezistență variabilă și cu suflaj magnetic.

Eclatoarele sunt aparate de protecție destinate realizării separării galvanice la nivelul elementelor electrice ale instalației care nu sunt conectate între ele în scop funcțional.

În cazul în care în urma loviturilor de trăsnet are loc o creștere a potențialului în cadrul unuia dintre elementele electrice ale instalației, eclatorul garantează o legătură conductibilă și astfel o echilibrare a potențialului. Ele se compun din doi electrozi metalici, unul legat la partea aflată sub tensiune și cealaltă la pământ. Constructiv se deosebesc următoarele tipuri: eclatoare cu coloane, eclatoare cu tija și eclatoare cu inele de protecție.

Aparatele de semnalizare au rolul de a comunica pe cale vizuală (lămpi de semnalizare) și acustică (avertizoare sonore) funcționarea corectă a echipamentelor sau, după caz, prezența unei avarii în instalație.

Lămpile de semnalizare se construiesc în mai multe variante: lămpi normale, lămpi de control, casete de semnalizare și sunt montate pe panouri și pupitre de comandă. Lămpile de semnalizare mai vechi utilizează becuri incandescente iar cele de ultimă generație utilizează diode electroluminiscente. Lămpile de avarie sunt de culoare roșie iar cele de funcționare corectă, de culoare verde. Se mai utilizează lămpi de culoare portocalie sau galbene, albastre și albe și pot fi combinate cu aparate de conectare.

Pentru semnalizarea acustică se utilizează hupe, sonerii, buzere și pot fi asociate cu funcționarea lămpilor de semnalizare pentru avertizarea defectelor și avariilor.

Aparate pentru modificarea unor parametri ai energiei electrice.

Reostate de pornire și reglaj. Reostatele pentru pornire sunt utilizate pentru a micșora curentul de absorbție la pornirea motoarelor electrice. Constructiv se deosebesc reostate plane și reostate cu controler. Reostatele de reglare se utilizează pentru reglarea tensiunii generatoarelor și pentru reglarea vitezei motoarelor. Reostatele pentru reglarea tensiunii generatoarelor servesc la modificarea curentului de excitație a generatorului. Reostatele pentru reglarea vitezei motoarelor se utilizează la motoarele de curent continuu și alternativ.

Transformatoarele electrice de măsură de tensiune și curent sunt aparate speciale care alimentează aparate de măsură, relee și aparataj de comandă și protecție, reducând în acest scop tensiunile nominale prea înalte sau curenții nominali prea mari pentru a afectua măsurările la o valoare suficient de mică și în general standardizată (100V, 5A). Transformatoarele de curent se caracterizează prin curentul primar nominal, curentul secundar, raportul de transformare tensiunea maximă de lucru, clasa de precizie, locul de montaj. Transformatoarele de tensiune se conecteaza în paralel cu circuitul a carei tensiune se transformă și se caracterizeaza prin tensiunea primară nominală, tensiunea secundară nominală, raportul de transformare, clasa de precizie, locul de montare, felul izolației, numărul de infășurări.

Redresoarele comandate și necomandate transforma energia electrica de curent alternativ în energie electrică de curent continuu. Funcție de natura elementelor componente, redresoarele sunt: comandate, realizate cu tiristoare, semicomandate, realizate cu diode și tiristoare și necomandate, realizate numai cu diode. Redresoarele simicomandate și comandate asigura la ieșire o tensiune continuă reglabilă în timp ce redresoarele necomandate asigura la ieșire o tensiune continua de valoare medie constantă.

Automate programabile

Definiție și rol.

Automatele programabile (AP) în engleză Programmable Logic Controller (PLC) sunt echipamente destinate conducerii automate a proceselor industriale de o diversitate de tipuri și nivele de complexitate. Un program stocat în memoria calculatorului este capabil să simuleze funcții logice, realizate înainte prin interconectarea unui număr mare de relee electromecanice. Inițial ele au fost concepute pentru implementarea unor funcții de control binar. Ulterior s-au adăugat funcții suplimentare de reglaj continuu și adaptiv, funcții de comunicație și funcții de vizualizare și stocare a datelor culese. Astăzi, prin caracterul lor robust, fiabil și autonom, reprezintă cele mai utilizate componente inteligente de automatizare.

Istoric

Automatele programabile au fost introduse prima oara în anii ’60. Principalul motiv al proiectării și dezvoltării acestor sisteme a fost costul ridicat al realizării, exploatării și depanării sistemelor de automatizare cablate, bazate în principal pe relee electromagnetice, care dominau la acea dată sistemele de automatizare industrială.

Astfel, automatul programabil trebuia să îndeplinească următoarele:

să fie comparabil din punct de vedere al pretului cu sistemele de automatizare cu

relee intermediare;

să fie capabil să opereze în mediul industrial;

să fie conceput și realizat într-o formă modulară, cu posibilitatea înlocuirii ușoare

a modulelor;

să aibă posibilitatea de a transmite datele colectate din proces unui sistem central supervizor;

programarea noului sistem trebuia să fie simplă, ușor de înțeles de către personalul

familiarizat cu sistemele de automatizare cu relee.

În anul 1968 se realizează primul automat programabil în variantă industrială în SUA sub numele de MODICON 084 (Modular Digital Controller). La mijlocul anilor ’70 automatele programabile erau realizate în principal în tehnologia microprocesoarelor cu prelucrare pe bit, iar în 1973 au apărut primele protocoale de comunicație între automate.

În anii ’80 au apărut primele automate cu microprocesoare cu prelucrare pe cuvânt și de asemenea au apărut primele tendințe de standardizare a protocoalelor de comunicație. Tot în această perioadă s-a pus accentul pe reducerea dimensiunii automatelor programabile și prin introducerea programării software simbolice, realizarea programelor putându-se realiza din ce în ce mai mult pe calculatoare personale în locul consolelor de programare dedicate, utilizate exclusiv pentru programarea automatelor programabile până în acel moment.

Descriere

Un automat programabil este de fapt un minicalculator industrial specializat pentru tratarea problemelor de logică secvențială și combinațională ce poate fi considerat într-o formă generală ca un echipament care permite legături logice între intrările și ieșirile acestuia. Funcțional acest echipament simulează structuri logice cu relee sau cu porți logice substituind configurația cablată cu o structură flexibilă modificabilă prin programare.

Automatul programabil este un dispozitiv care se aseamană în multe privințe cu un calculator personal fiind alcătuit din partea de hardware și partea de software care este implementată în memoria program.

Partea hardware este alcătuită din unitatea centrală, interfețele de comunicare cu procesul și sursa de alimentare cu energie electrică.

Partea software este adaptată în funcție de nevoile utilizatorului pentru procesul condus.

In figura 2.1 este prezentată schema bloc a unui proces automatizat utilizând un automat programabil.

MĂSURĂ CONTROL

Informații despre

starea procesului Comenzi trimise spre

primite de la senzori, elementele de executie

butoane, limitatoare.

Intrări Ieșiri

Fig. 2.1 Structura unui proces automatizat cu automat programabil

Pe masură ce automatele programabile au evoluat, necesitățile utilizatorilor de automate programabile au dus la imparțirea în două categorii: automate programabile de uz general și automate specializate.

Automatele programabile de uz general sunt furnizate utilizatorului fără program, acesta urmând a fi conceput și înscris în memoria program. De obicei producătorii furnizează utilizatorilor și simulatoare sub forma unor soft-uri ce rulează pe calculatoare de tip PC.

Unitatea centrală este special concepută să interpreteze un set restrâns de instrucțiuni proprii controlului de proces. Acestea exprimă funcții de bază ca: evaluarea expresiilor booleene (logice) cu atribuirea rezultatului unei variabile memorate sau unui canal de ieșire, secvențe de numărare sau temporizare, calcule matematice.

Programarea structurilor de tip automat programabil este simplă și constă în scrierea directă de la un terminal a unui șir de instrucțiuni, conform unor diagrame de semnal, ciclograme, organigrame sau a unui set de ecuații booleene. Intenția producătorilor de automate programabile este de a se adapta cunoștințelor și preferințelor utilizatorilor;

Execuția instrucțiunilor este ciclică, ceea ce face ca derularea rapidă a unui program în raport cu timpii de răspuns ai procesului să permită sesizarea evenimentelor, fără riscul pierderii de informație sau perturbare a procesului. Există de asemenea posibilitatea lucrului cu întreruperi pentru procese foarte rapide.

Structura automatelor programabile

În figura 2.2. este prezentată structura unui automat programabil.

Fig. 2.2 Schema bloc a unui automat programabil

Caracteristicile principale ale unui automat programabil sunt:

numărul de intrări/ieșiri

capacitatea memoriei

viteza de calcul

Din punct de vedere constructiv se deosebesc:

automate programabile compacte (fig. 2.3a), ce permit extindere locală și la distanță și au interfața integrată de comunicație, blocuri terminale detașabile;

automate programabile modulare (fig. 2.3b), ce oferă viteză mare de procesare, numeroase opțiuni de legare în rețea, memorie cu capacitate ridicată;

compacte b. modulare

Fig. 2.3 Automate programabile

Unitatea centrală este compusă din trei parți importante: procesor, memorie și sursa de alimentare. Prin intermediul acesteia se realizează conducerea întregului proces.

Procesorul (CPU) constituie în fapt „creierul” automatului programabil. Caracteristicile unui procesor sunt viteza de execuție a instrucțiunilor și mărimea magistralelor de date (8, 16, 32 biți).

Pe baza acestor date procesoarele se pot clasifică astfel:

automatele mici cu viteze de procesare în jur de 4 MHz și sunt pe 8 biți

automatele medii cu viteze de procesare până la 10 MHz și sunt pe 16 biți

automatele complexe cu viteze de procesare până la 60 MHz și sunt pe 32 biți

Unitatea centrală de procesare poate fi subâmpărțită în unitate de control și unitate aritmetică logică.

Unitatea de control (UC) coordonează toate transformările de date furnizate de proces, efectuează operații logice asupra datelor recepționate și asigură alocarea corespunzatoare a rezultatelor obținute la ieșirile programate. De asemenea aceasta execută și o prelucrare de informație numerică de la proces, rezultatul acestor operații condiționând starea operatorilor logici ai unității de calcul.

Unitatea aritmetică logică (UAL sau ALU – Arithmetic logic unit) este un circuit electronic digital complex care poate efectua operații aritmetice și logice. În diagramele-bloc de computere, unitatea aritmetică logică este reprezentată ca un modul funcțional, componentă a schemei de principiu a unui calculator electronic. Constructiv, în calculator, UAL este un bloc fundamental al unității centrale de procesare (prelucrare) CPU.

Unitatea aritmetică logică asigură funcții de prelucrare a datelor, respectiv:

efectuare de operații aritmetice;

efectuare de operații logice;

efectuarea altor operații specifice, la nivel de bit asupra operanzilor.

Memoria poate fi impărțită și ea în două entități: memoria fixă și cea volatilă. Cea fixă este memoria înscrisă de către producătorul automatului în timp ce memoria volatilă este cea în care sunt înscrise programele utilizatorului. Tipurile de memorie fixe și volatile care pot fi întâlnite în cazul automatelor programabile sunt următoarele: RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM și NOVRAM. Este evident ca dependent de mărimea memoriei pot fi conduse procese mai complexe sau mai simple.

Blocurile în care este împărțită în mod obișnuit o memorie sunt:

memoria utilizator: destinată programelor scrise de către utilizator;

imaginea intrărilor procesului : memorează datele care vin din proces;

imaginea ieșirilor procesului: memorează datele care pleacă spre proces;

starea timerelor;

starea numărătoarelor;

date numerice;

alte funcții.

Sursa de alimentare generează 5V curent continuu pentru a asigura funcționarea automatului și are o schemă obișnuită în astfel de cazuri din punct de vedere constructiv.

Protecția unității centrale de semnale de nivel periculos ce poate apărea atât în interfața de intrare cât și pe cea de ieșire se face prin separare galvanică folosind dispozitive optocuploare fig. 2.4, adică transmiterea semnalului prin intermediul luminii (optocuplor). Dispozitivul cuplat la intrare generează un semnal care comandă aprinderea unui LED a cărui lumină comandă intrarea în conducție a unui fototranzistor, în acest caz CPU recepționând semnal 0 logic. Când semnalul de intrare încetează, LED-ul se stinge, tranzistorul iese din conducție, tensiunea din colectorul acestuia crește și CPU-ul recepționează semnal 1 logic.

b)

Fig. 2.4 Separarea galvanică a interfețelor

a) de intrare; b) de ieșire

Intrările din proces, ce pot fi digitale sau analogice, se realizează cu elemente de comandă și măsurare prezentate in figura 2.5, incluse în sistemele operaționale și auxiliare ale instalațiilor de automatizare cum ar fi: butoane, comutatoare, limitatoare de cursă, senzori fotoelectrici, senzori de proximitate, traductoare de nivel, traductoare de deplasare și în ultimul timp traductoare cu ieșire analogică.

Fig. 2.5 Diferite elemente de conectarea la intrarea automatului programabil

Ieșirile, comandă elementele de execuție prezentate în figura 2.6 cum ar fi: relee, contactoare, lămpi de semnalizare, electrovalve, elemente de afișare.

Fig. 2.6 Diferite elemente de conectare la ieșirea automatului programabil

Programarea automatelor programabile.

Unitatea de programare permite introducerea și definitivarea programului în raport cu evoluția mașinii și cu modificările impuse în secvențele funcționale de bază ale acestuia. Soluțiile adoptate de către fabricanți includ mai multe variante:

o consola autonomă cu memorie proprie, specifică metodei de programare off line (soluție utilizată de către firma Siemens, console de tip PG), fig. 2.7

o consolă portabilă, de mici dimensiuni, ce operează împreună cu automatul, utilizând memoria acestuia (numit și dispozitiv „hand-held”) specifică metodei de programare on-line fig. 2.8

calculatorul personal de tip PC, soluție ce înlocuiește variantele de mai sus fig. 2.9

Fig. 2.7 Programarea cu ajutorul consolei autonome

Fig. 2.8 Programarea cu ajutorul consolei portabile

Fig. 2.9 Programarea cu ajutorul calculatorului personal de tip PC

Programarea constă în scrierea unei secvențe de instrucțiuni plecând de la o diagramă de fază, un graf de stare, ecuații boleene etc. Unele automate permit utilizarea limbajelor grafice utilizând pe un monitor circuitul implementat.

Conform prescripțiilor CEI- 1131-3 sunt recunoscute următoarele limbaje standardizate:

Function block diagram (FBD)

Instruction list (IL)

Ladder Diagram (LD)

Sequential function chart (SFC)

Structured text (ST)

Cel mai utilizat limbaj pentru programarea automatelor este Ladder Diagram datorită modului facil de programare care permite realizarea de aplicații fără a fi nevoie de cunostințe complexe de programare. Diagramele ladder sunt preluate din electrotehnică și ‘moștenesc’ anumite denumiri și reprezentări caracteristice acesteia. Elementele de bază sunt, în cazul diagramelor ladder, contactele și bobinele.

Descrierea logicii programului se face similar cu modul de desenare a schemelor de automatizare cu relee. În schemă apar contacte de relee “ —| |—“, conexiuni “——“ și bobine “—( )—“. Suplimentar în schemele mai complexe pot să se utilizeze funcții predefinite. Principial, schema astfel construită se evaluează în timpul execuției programului ca și cum curentul circulă de la stânga la dreapta și de sus în jos în mod paralel prin fiecare linie a schemei: acolo unde contactele pe o linie sunt închise, ieșirea este activă. Practic schema evoluează în trepte după cum se vede în figura 2.10.

b)

Fig. 2.10 Execuția programului

pașii de execuție; b) programul memorat

Contactele, sunt instrucțiuni care se referă la condiții ale intrărilor pentru programul de control al automatului programabil și reprezintă alimentarea cu informații a acestuia fiind notate cu litera I. Contactele în codul procesorului monitorizează starea intrărilor. Datorită faptului că aceste contacte sunt valori binare, putând fi deschise sau închise, ele sunt grupate în octeți sau cuvinte astfel că pentru recunoașterea lor sunt folosite două cifre. Prima, reprezintă numărul octetului iar cea de a doua, numărul bitului din octet. Ca și în lumea reala, contactele pot fi normal deschise sau normal închise.

Bobinele, reprezintă instrucțiuni care se referă la ieșirile programului de control al automatului programabil spre process și sunt notate cu litera Q. Din aceleași motive ca și în cazul contactelor sunt folosite două cifre pentru notarea unei anumite ieșiri. În cazul bobinelor simple, bitul de la adresa bobinei este setat doar dacă rezultatul este 1 în timp ce în cazul apariției de litere sau simboluri apare o funcționare adițională (salt într-un anume loc în program, controlul timerului, funcții de numărare).

În figura 2.10 sunt reprezentate tipuri de contacte și bobine.

Contact ND Bobină simplă

Contact NÎ JML

Bobine cu funcții

atribuite

NOT Contact cu funcție P

specială

b)

Fig. 2.10

tipuri de contacte; b) tipuri de bobine

Pentru scrierea unei linii de program considerăm o aplicație simplă cu o comandă de start, una de stop și o automentinere pe care o putem vedea în schema din figura 2.11 pe care o știm de la automatul cu relee.

STOP START CONTACTOR

AUTOMENTINERE

Fig. 2.11 Automatul cu relee

Pentru această schemă, la scrierea programului v-om considera linia verticală din stânga ca fiind linia activă, cea care este conectată la potențialul de nivel 1 logic, de exemplu +24 V. Linia verticală din partea dreaptă o considerăm linia legată la potențial de nivel 0 logic, deci 0 V. Acum putem considera că circuitul se închide de la + 24 V prin contactul de start, contactul de stop, bobina releului și 0 V. Butonul de start, cel de stop precum și imaginea ieșirii contactor, automenținere se așeaza în câmpul intrărilor. Ieșirea contactor se așează în coloana ieșirilor care este una singură. Interpretarea logică a ceea ce se intâmplă informațional cu starea celor două intrări de start și stop este redată în figura 2.12.

Fig. 2.12 Reprezentarea în funcții logice

Ieșirea din program, starea contactorului este determinata de funcția logica AND care are ca intrări starea logică a butonului de stop precum și rezultatul prelucrării în operatorul OR a stării butonului de start și a imaginii ieșirii (starea contactorului) prin starea logică de automenținere. Funcția de automenținere este determinată de starea contactorului, un contactor alimentat, activat, va avea asigurată funcția de automenținere prin contactele proprii, normal deschise care se activează odata cu acesta.

Trecerea la programul Ladder se face simplu chiar cu ajutorul platformelor în care realizăm programul aplicație pentru automatul programabil. Așa cum reiese din figura 2.13, programul scris în Ladder Diagram se aseamănă foarte mult cu schema cu relee, diferenta fiind de simboluri.

STOP START BOBINA

AUTOMONTINERE

Fig. 2.13 Construcția unei linii de program Ladder

Fig. Configurația harware

Pe lângă conectarea cu sursa de alimentare la 24 V, respectiv 0 V, se vor conecta la 24 V și cele două intrări I1 și I2 prin intermediul contactului normal deschis al butonului de Start respectiv prin contactul normal deschis al butonului de Stop. La ieșire va fi conectată bobina contactorului, în cazul nostru la ieșirea Q1. Valoarea tensiunii VL se stabilește în funcție de parametrii de funcționare a contactorului. În multe cazuri tensiunea de alimentare a bobinelor contactoarelor este aceeași cu cea a controlerului logic programabil. Programul scris în Ladder Diagram reproduce funcția logică AND, I1 X I2 = Q1.

După ce s-a realizat configurația hardware urmează transferul programului în memoria program a automatului programabil. După comanda Start, programul este parcurs instrucțiune cu instrucțiune, de la stânga la dreapta și de sus în jos așa cum este prezentat în figura 2.10 a.

Avantajele și dejavantajele automatelor programabile.

Avantajele lucrului cu automatele programabile sunt următoarele:

flexibilitate: prin intermediul automatelor programabile este posibilă conducerea concomitentă a mai multor dispozitive folosind un singur automat programabil. Fiecare dispozitiv va avea programul său care va rula pe automatul programabil;

implementarea schimbărilor și corecția erorilor: prin intermediul unei conduceri realizată în logica cablată era nevoie de timp în cazul unei schimbări sau în corecția unei erori. Prin utilizarea automatelor programabile aceste schimbări sau corecții pot fi efectuate foarte ușor în program;

cost redus: în decursul timpului un automat cu numeroase timere, numărătoare și alte funcții a ajuns la costuri pornind de la câteva sute de dolari;

posibilități de testare: programul poate fi rulat și evaluat înainte de a fi instalat pe automat pentru a realiza conducerea dispozitivului. Astfel, pot fi evaluate cu costuri foarte mici erorile care apar precum și posibilitatile de imbunătățire a programului;

viteza de operare: este un alt avantaj. Viteza de operare este dependentă de timpul de scanare al intrărilor, timp care în prezent este de domeniul milisecundelor;

modul de programare: prin introducerea diagramelor ladder respectiv a metodei booleene de programare a fost facilitat accesul la mediul de programare și pentru cei care nu au cunoștințe deosebite în domeniul programării;

documentare: este posibilă o foarte bună documentare a programelor prin înserarea de comentarii în spațiile alocate acestora facilitând astfel continuarea și depanarea acestora de către alți programatori;

securitatea: mărită datorită modului de lucru cu procesul;

Dintre dezavantajele lucrului cu automate programabile putem menționa:

aplicații "fixe”; unele aplicații nu au nevoie de automat programabil datorită gradului foarte mic de complexitate neexistând astfel necesitatea achiziționării unui automat programabil relativ sofisticat;

probleme de mediu: în unele medii există temperaturi ridicate sau alte condiții care pot duce la deteriorarea automatelor programabile astfel că acestea sunt greu sau chiar imposibil de utilizat;

Schema propusă pentru implementarea automatului programabil

Descrierea schemei de functionare a utilajului

Principalele mișcări a mașinii de găurit sunt:

mișcarea de rotație a sculei (burghiului),

mișcarea de avans, care poate fi executată manual sau automat.

În figurile 3.2 si 3.3 sunt prezetate schemele electrice de forta si comanda a mașinii de gaurit radiale de tip MG 40 figura 3.1, la care miscarea principala a sculei de lucru este realizată cu ajutorul unui motor electric M1 cu doua turatii de 750/1500 rot/min., dezvoltind puterea de 3/4 kW, alimentat de la tensiunea de 230/400 V.

1.Motor principal

2.Motor ridicare/coborare brat

3.Motor pompa racire

4.Maneta blocare brat

5.Brat(traversa)

6.Cutia de viteze si avansuri

7.Maneta cuplare avans

8.Roata de mana

9.Ax principal port-scula(pinola)

Figura 3.1

Punerea schemei sub tensiune se realizeaza prin inchiderea intrerupatorului general Q1. Dupa cum se poate observa schimbarea turatiei motorului principal M1 se realizeaza cu doua infasurari separate, in configuratie stea, prin modificarea numarului de poli. Pentru turatie mica se utilizeaza infasurarea 1U 1V 1W, cu patru perechi de poli si pentru turatia mare infasurarea 2U 2V 2W cu doua perechi de poli.

Trecerea de la turatie mica la turatie mare se face din comutatorul S1 prin rotirea din pozitia 1 in pozitia 2.

Pentru pornirea pompei de racire M3 se manevreaza comutatorul S2.

Schimbarea modului de functionare din „REGIM MANUAL” in „REGIM AUTOMAT” se realizeaza prin rotirea comutatorului S6.

Fig. 3.2 Schema de forta cu comutatoare

Fig. 3.3 Schema de comanda cu comutatoare

Pentru a intelege mai usor adaptarea schemei la programul de scriere in LADDER, s-au prezentat in figurile 3.4 si 3.5 schemele de forta si comanda ce inlocuiesc comutatoarele, cu contactoare si relee.

Pentru functionare in „REGIM MANUAL”, cheia de comanda S8 se va afla in pozitia 1 si prin apasarea butoanelor de comanda S3, M1 se va roti spre stanga sau S4 pentru rotire dreapta.

Comutatorul S5 comanda contactoarele K3 pentru turatie mica, respectiv K4 pentru turatie mare.

Reglarea distantei de la papusa la piesa se realizeaza prin actionarea butoanelor de comanda S11 pentru a ridica bratul 5, sau S13 pentru a cobora bratul, numai dupa deblocare bratului, prin rotirea manetei 4 ce elibereaza microintrerupatorul S9, favorizand astfel alimentarea circuitului pentru comanda motorului M2. Limitarea cursei bratului este asigurata de limitatoarele de cursa S10 si S12.

Apropierea pinolei de piesa se face actionand butonul de comanda S15 iar eliberarea pinolei se comanda cu S16.

Pentru functionarea pompei de racire M3, se roteste comutatorul S14 din pozitia 0 in pozitia 1.

Avansul automat se cupleaza in timpul functionarii motorului M1. Pentru aceasta comutatorul S8 se trece in pozitia 2 „REGIM AUTOMAT”, din roata de mana 8 se stabileste adancimea dorita, se apasa butonul de comanda S3 pentru comanda motorului M1 rotire stanga, dupa care se trage de maneta 7 ce elibereaza limitatorul S6 asigurand cuplarea avansului.

La atingerea adancimii reglate este actionat limitatorul S7, ce intrerupe alimentarea releului K01 si K02. Prin aceasta se intrerupe alimentarea cuplajul electromagnetic K9, oprind astfel miscarea de avans, releul de timp K02 reglat la ~ 3 sec. va elibera pinola dupa inversarea sensului de rotatie a lui M1 ce asigura iesirea din span, comandata de releul K03. Dupa temporizarea data de releul K02 se intrerupe alimentarea cuplajului electromagnetic K9 si pinola revine in pozitie superioara sub actiunea arcului de revenire. In pozitie superioara pinola actioneaza limitatorul S6 care intrerupe alimentarea releului K03, motoarele M1 si M3 oprinduse, masina fiind pregatita pentru o noua cota.

Intrerupatoarele automate Q2, Q3 si Q4 asigura protectia motoarelor aferente M1, M2 si M3.

Sigurantele fuzibile F1, F2 si F3 asigura protectia instalatiei de comanda si iluminat.

Iluminatul local si semnalizarea se face cu ajutorul lampilor H1 si H2 alimentate prin intermediul unui transformator T2 coborator de tensiune la 400/24V.

Figura 3.4 Schema de forta

Fig. 3.5 Schema de comanda

Descrierea automatului programabil Simatic S7-300

Structura sistemului de automatizare este de tip locala si este compusa dintr-un automat programabil de tip SIEMENS Simatic S7-300 ce are unitatea centrala de tip 6ES7312-1AD10-0AB0 si trei module auxiliare I/O de tip SM 6ES7323-1BH01-0AA0.

Figura 3.6 Componentele automatului programabil S7-300

Sursa de alimentare

Unitatea centrala

Sina pentru asamblarea modulelor

PC cu programul STEP 7

Cablu de alimentare

Conector alimentare

Intrerupator pornit/oprit

Module de extensie intrari/iesiri

Echipamentele de tip S7-300 reprezinta clasa mini, destinata aplicatiilor de mica si medie anvergura, fiind alcatuite din unitati centrale de prelucrare numerica care contin doar procesorul si porturile de comunicatie, atasandu-le module de extensie de tip SM, pentru realizarea functiilor in concordanta cu procesul tehnologic. Sursa de alimentare, unitatea centrala si modulele de extensie se asambleaza pe o sina standard.

Modulele de extensie sunt prevazute cu conectori pozitionati frontal care asigura acces rapid pentru cablare si realizarea conexiunilor cu elementele din instalatiile automatizate. In acest mod pentru inlocuirea modulelor nu este necesara desfacerea legaturilor cablate.

Componenta si structura echipamentului automatului programabil este determinata de cerintele de interfatare cu procesul. Daca sarcinile de automatizare necesita mai multe intrari/iesiri, sistemul poate fi extins cu maxim trei module separate.

Platforma de simulare asigura suportul hardware pentru realizarea functiilor generate si implementate prin programul STEP 7. Principalele componente ale programului de comanda si control care pot fi proiectate sunt:

Citirea datelor din proces

Setarea parametrilor

Salvarea datelor din proces

Transmisia de date de la consola la panoul operatorului

Comunicatia la distanta pentru comanda si control

Intre calculator si unitatea centrala se realizeaza o legatura fizica si se configureaza o conexiune logica prin care se activeaza interfata de comunicatie de date seriale USB la PC si portul MPI la PLC, de tip RS 485.

Figura 3.7 Interfata PC – PLC S7-300

Utilizarea platformei STEP 7

Platforma STEP 7 ofera intregul suport pentru configurare, programare, si atribuirea parametrilor pentru modulele S7-300.

Pornirea programului se face foarte usor, printr-un dublu click pe iconita Simatic Manager, interfata de programare cu STEP 7, permitand accesul la toate functiile necesare rezolvarii unui task in automatizare.

Cu ajutorul Simatic Manager putem:

Programa automatul S7-300

Configura si atribui parametrii lui S7-300

Pentru realizarea programului trebuiesc stabilite informatiile de baza si anume:

Numarul de intrari/iesiri

Statia Simatic 300 cu unul sau mai multe module

Modulul programabil

Blocuri si fisiere sursa

Blocuri logice

Crearea unui program nou

Prin accesarea meniului „File” si a optiunii „New” vom initia crearea unui nou proiect care ne ofera posibilitatea de a alege module din familia S7-300 si respectiv a modului de programare: Ladder Logic(LAD), Statement List (STL) sau Function Block Diagram (FBD).

Figura 3.8 Crearea unui proiect nou

Figura 3.9 Alegerea statiei de lucru

Dupa selectarea statiei Simatic 300 se da dublu click pe simbolul „Hardware” pentru a deschide programul de configurare. Se alege sertarul prin selectia RACK 300. Sertarul se construieste pe o sina standard , astfel vom selecta Rail.

Din catalog selectam modulele folosite cu Simatic 300 respectiv sursa, CPU, modulele de intrari/iesiri. Rezultatul acestei operatii va fi aparitia modulelor selectate in liniile corespunzatoare tabelului de configurare figura 3.10.

In partea de jos a ecranului se afiseaza intr-un tabel numele modulului, codul de catalog, versiunea, adresa pe magistrala MPI de programare a unitatii centrale, adresele logice asignate pentru canalele de intrari – iesiri unmerice si analogice. Printr-un click pe campul in care este inscris numele modulului se pot citi caracteristicile acestuia.

Figura 3.10 Configurarea modulelor

In acelasi mod se pot vizualiza caracteristicile modulelor de intrari – iesiri din structura platformei de simulare, pozitiile 4,5,6 din sertar respectiv pozitia 1 rezervata sursei de alimentare.

Tabelul de configurare trebuie sa fie completat in conformitate cu configurarea hardware a lui S7-300. Pozitia corespunzatoare in tabelul de configurare este data de numerotarea modulelor pe sina.

Spre exemplu slotul 0 este cel in care se instaleaza unitatea centrala CPU.

Slotul 1 este rezervat pentru sursa de alimentare, (exemplu 6ES7 307…) sau se lasa liber.

Slotul 2 este rezervat pentru CPU ( 6ES7 312…)

Slotul 3 pentru modul de interfata IM ( 6ES7 360…)sau se lasa liber

Sloturile de la 4 pana la 11: pot fi instalate module de semnal SM, module functionale FM, CP.

Pe masura ce modulele sunt amplasate in sertar, in partea de jos a ecranului sunt afisate codurile de comanda, versiunea software, adresa de comunicatie pe magistrala MPI si adresele canalelor de intrari/iesiri.

Selectand oricare din module este posibila listarea caracteristicilor principale. Adresele logice ale canalelor de intrare/iesire sunt asignate automat de catre programul SIMATIC Manager. Din programul de aplicatie ce se va dezvolta pe baza platformei de simulare se vor apela aceste adrese la care sistemul automat va returna valorile parametrilor semnalelor ce sunt conectate la canalele de masurare si comanda.

Adresele modulelor de intrare/iesire pot fi configurate dupa dorinta, dar respectand conditia ca ele sa nu se suprapuna.

Intrarile digitale vor incepe de la 0 si se vor termina la 2: I0.0…I0.7, I1.0…I1.7, I2.0…I2.7.

Iesirile digitale vor incepe de la 0 si se vor termina la 1: Q0.0…Q0.7, Q1.0…Q1.7.

Programul creat de utilizator este format din mai multe blocuri cum ar fi:

Organization Block – OB

Function – FC

Function Block FB

Data Block – DB

care ofera posibilitatea de structurare a acestuia si care se descarca in CPU-ul lui S7-300.

In contrast cu FB-uri, in FC-uri nu pot fi declarate variabile statice. Variabilele statice declarate in functii bloc Fb, se pastreaza cand blocul este inchis. FB si FC sunt apelate in cadrul blocurilor de organizare.

In Symbol Editor figura 3.11, se se pot denumi intrarile/iesirile, tipul de date si adrese care vor putea fi folosite apoi in program. Aceste nume se pot folosi in toate partile programului si se numesc variabile globale.

Figura 3.11

Tabela de simboluri va contine doar blocul de organizare predefinit OB1. La final se salveaza lista folosind optiunea Save din meniul File.

Pentru a programa schema in Ladder Logic intram in sectiunea Blocks si activam OB1. Se deschide o noua fereastra in care, folosind limbajul de programare structurata, se vor selecta cu mouse-ul icoanele de contact normal deschis sau normal inchis, releu sau ramificatie si se vor insera in spatiul de lucru unde se realizeaza diagrama structurata dupa logica impusa de aplicatie.

Pentru realizarea primei linii selectam doua contacte normal inchis, ce reprezinta butonul S1, STOP de Urgenta si butonul S2, STOP M1, inseram un contact normal deschis pentru butonul S3 comanda stanga a motorului M1, un contact normal inchis M0.3 ce reprezinta un bit de memorie atribuit releului K04, un contact normal inchis ce este atribuit contactorului K2 pentru interblocarea comenzii si o bobina aferenta contactorului K1.

Figura 3.12

In cadrul editarii diagramei Ladder, alaturi de contacte/intrari sunt folosite si bobine/iesiri variabile de memorie notate cu litera M, asa cum am folosit pentru inlocuirea releelor K01, K02 si K04.

Releul de timp K02 este inlocuit cu un „off-delay timer” notat cu litera T.

Dupa ce s-au editat toate liniile se poate trece la simularea functionarii schemei din Ladder.

Figura 3.13 Schema editata in Ladder Diagram

Anexa 1

Anexa 2.

Fig. Echivalența portilor logice în Ladder Diagram

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: Comanda cu Automat Programabil a Unei Masini de Gaurit Radiale (ID: 162130)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

Comanda cu Automat Programabil a Unei Masini de Gaurit Radiale

Copyright Notice

Studiul Benzilor Laminate la Cald Dd11 Dd13 Asupra Fenomenului Coil Break la Desfasurarea Benzilor In Sectorul Ajustaj

Sistem Electroenergetic

Sisteme de Propulsie Pentru Avioane Supermanevrariere

Robot Comandat Vocal Folosind Un Microcontroler Atmega 328p

Testarea, Evaluarea Si Certificarea Sistemelor Tehnice

Aplicatii ale Tehnologiilor Laser Si Palpatoarelor Pentru Proceduri de Aliniere a Ansamblelor Sistemelor Flexibile din Industria Auto

Copyright Notice

Similar Posts