Схема ЭП (с двухскоростным двигателем) механизма передвижения крана при управлении с пола

 

Выбор контакторов направления движения КМ1,КМ2: 

    Как уже было написано ранее двигатель типа АИР180М6/8 имеет номинальное напряжение питания 380В и номинальный ток статора 26,3/30,1 А. Поэтому согласно данным параметрам и количеству нормально разомкнутых контактов 5 выбираем магнитный пускатель [3] типа ПАЕ 341 с номинальными параметрами:

• Номинальный ток пускателя – 40А;
• Номинальное напряжение – 380В;
• Количество контактов – 4 замыкающих и 2 размыкающих;
• Напряжение питания катушки – 380В;
• Максимальный ток потребляемый катушкой в притянутом состоянии – 0,087А (пусковой ток не превышает более чем в 10 раз максимальное значение установившегося тока катушки);
• Наибольшее число включений в час – 1200;
• Коммутационная способность – 2000000 включений.

 

Выбор реле линейного  контактора КМ3:

Для двигателя АИР180М6/8, имеющего номинальный ток статора 26,3/30,1 А и напряжение питания 380В, выбираем магнитный пускатель [3] типа ПАЕ 341 с номинальными параметрами:

• Номинальный ток пускателя – 40А;
• Номинальное напряжение – 380В;
• Количество контактов –3 замыкающих и 3 размыкающих;
• Напряжение питания катушки – 380В;
• Максимальный ток потребляемый катушкой в притянутом состоянии – 0,087А (пусковой ток не превышает более чем в 10 раз максимальное значение установившегося тока катушки);
• Наибольшее число включений в час – 1200;
• Коммутационная способность – 2000000 включений.

 

Выбор реле и контактора переключения скоростей КМ4, КМ5 и КМ6:

     Так как после этих реле стоят тепловые реле, то будем выбирать магнитные пускатели с тепловым реле. В таком случае выбираем магнитные пускатели [3] типа ПАЕ 342 с встроенным тепловым реле типа ТРН 40 рассчитанного на токи 12,5, 16, 20, 25, 32 и 40А. Номинальные параметры магнитного пускателя типа ПАЕ 342:

• Номинальный ток пускателя – 40А;
• Номинальное напряжение – 380В;
• Количество контактов – 3 замыкающих и 3 размыкающих;
• Напряжение питания катушки – 380В;
• Максимальный ток потребляемый катушкой в притянутом состоянии – 0,087А (пусковой ток не превышает более чем в 10 раз максимальное значение установившегося тока катушки);
• Наибольшее число включений в час – 1200;
• Коммутационная способность – 2000000 включений.

 

Реле времени  КТ:

Реле времени обеспечивает выход двигателя на естественную скорость. По технологическим параметрам принимаем это время t_з = 3,5с.

На основании схемы (Рисунок 1.1) составим таблицу, отражающую наглядное  представление о составе контактов реле времени:

Таблица 6.1: Состав контактов реле КТ.

Реле	Блок-контакты
	Нормально открытый (НО)	Нормально замкнутый (НЗ)
КТ	-	1

Из [4] выбираем для КТ РВ 225 с ВУ 200с характеристиками:

Номинальное напряжение цепи контактов:	220 В
Исполнение  по количеству контактов:	1з, 1р
Пределы регулирования времени:	0,25…3,5

Выбор троллеев:

      Выбираем крановые троллеи серии POWERLINE 14 (Cariboni) [9], рассчитанные на силу тока до 100 А.

 

Выбор кнопки направления движения SB1,SB2(двухходовые, второе положение SB11,SB21):

Выбираем  управляющую головку переключателя Moeller IP66 c поворотной ручкой в количестве 2 штуки [11].

 

Рисунок 6.1 –  Внешний вид управляющей головки переключателя Moeller IP66.

Выбор кнопки шунтирования тепловой защиты SB4, кнопок прекращения свободного выбега SB3:

    Выбираем кнопку переключения A22-QDDL-11/10 [9]:

Рисунок 6.2 – Внешний вид кнопки переключения A22-QDDL-11/10.

 

Выбор концевых выключателей SQ1, SQ2 :

 

    В качестве концевых выключателей SQ1, SQ2 будем использовать конечный выключатель типа КУ-132, которые применяются в грузоподъемных и крановых механизмах. Они ограничивают передвижение мостового крана вдоль цеха или подход одного крана к другому. Выключатели КУ-132 приводятся в действие при помощи рычагов или путем непосредственного нажима на шток и после снятия нагрузки автоматически возвращаются в исходное положение внешним усилием. Нажимом на шток производится разрыв электрической цепи.

 

 

Выбор оптоэлектронной развязки для катушек реле:

     Чтобы сделать гальваническую развязку, а также усилить сигнал с выхода бесконтактной схемы на цифровых элементах при поступлении его на катушку магнитного пускателя будем использовать оптосимистор, так как катушка магнитного пускателя питается переменным напряжением.

Рисунок 6.3 – Структурная схема гальванической развязки на основе оптосимистора.

    Посчитаем максимальный пусковой ток катушки магнитных пускателей типа ПАЕ 341 :

     Согласно этому току выбираем оптосимистор [4] ТСО115-5 с номинальными параметрами:

• Максимальный выходной ток – I_maxOUT = 5А;
• Входной ток  – I_F = 50мА;
• Максимальное выходное напряжение – U_maxOUT = 600В;
• Входное напряжение – U_F = (0…6)В;
• Максимальное напряжение изоляции – U_ISO = 5000В;
• Диапазон рабочих температур – от - 40 до 100 ^OC.

 

 

 

7. Обоснование выбора серии микросхем  и разработка принципиальной  схемы на бесконтактных логических  элементах

 

Проанализировав полную функциональную схему на бесконтактных  элементах (Рис 5.9), выделяем из нее следующие используемые цифровые элементы:

Элемент 2И  – 4 шт,

Элемент 3И  – 3 шт,

Элемент 4И  – 7 шт,

Элемент 6И  – 2 шт,

Элемент 2ИЛИ  – 3 шт,

Элемент 3ИЛИ  – 2 шт,

Элемент ИНВЕРТОР – 14 шт.

Обратившись к [6] выбираем микросхемы 155-ой серии исходя из того, что они обладают необходимо элементной базой логических функций, также являются легкодоступными и выпускаемыми в настоящее время. Выбираем:

микросхема  типа 155ЛА3 – 11 элемента 2И-НЕ;

микросхема  типа 155ЛА1 – 6 элемента 4И-НЕ;

микросхема  типа 155ЛА2 – 2 элемента 8И-НЕ;

микросхема  типа 155ЛЕ1 – 2 элемента 2ИЛИ-НЕ;

Согласно [7] современным отечественным производителем данных микросхем является АО «Микрон», а зарубежным – компания Texas Instruments.

Микросхемы 155ЛА1, 155ЛА2,155ЛА3, 155ЛE1 обладают следующим параметрами:

U¹_вых = 2,4В (не менее);

I_вых = 16мА.

Таким образом, видим, что выходы микросхем не требуют согласовании по уровню сигнала с входами оптоэлектронных модулей.

 

Так как  проектируемое оборудование используется в промышленной области, то оно может  быть сильно подвержено воздействию  помех, что в свою очередь способно вызвать ложное появление сигнала  типа «1» или «0» в цепи управления на бесконтактных элементах.

Согласно [8] источниками помех могут быть вентильные преобразователи энергии, процессы коммутации силовых аппаратов, возникновение электрической дуги и прочее. А пути проникновения  помех это:

1) гальванический (из-за наличия гальванической  связи между элементами цепи), способ борьбы с которым –  введение гальванической развязки  между силовой цепью и цепью  управления с помощью трансформаторов,  оптопар и т.д.;

2) электростатический (обусловлен электрической составляющей электромагнитного поля под действием которой помеха проникает через паразитные емкости), способ борьбы – уменьшение паразитных емкостей, исключение их асимметрии;

3) магнитостатический (помеха поникает за счет магнитной  составляющей электромагнитного  поля через взаимные индуктивности  различных цепей) – способ  борьбы – уменьшение коэффициента  взаимной индуктивности, исключение  асимметрии индуктивности. 

Все методы уменьшения помех делятся на группы:

1 – экранирование  (для устранения электростатического  пути проникновения помехи)

2 – схемные  и конструктивные решения (силовые  провода и провода цепей управления  должны располагаться на значительном  расстоянии друг от друга и  не должны лежать в одном  кожухе, скрутка проводов, увеличение  напряжения сигнала управления  и прочее).

В нашем  случае я предлагаю следующие  мероприятия для исключения воздействия  помех на схему управления:

– расположить  кабели силовых цепей и цепи управления на значительном расстоянии друг от друга;

– использовать экранирование проводов и кабелей (а где возможно – скрутку);

– использовать отдельные блоки питания аналоговых и цифровых устройств;

– применить  фильтры в месте подвода питающего  напряжения.

Способы реализации логических функций разработанной  схемы на имеющихся микросхемах 155-ой серии показан на рисунке 7.1.

Так как  в разрабатываемой схеме необходимо создать выдержку времени, то мы ее реализовываем на таймере КР1006ВИ1 изображенный на рисунке 7.2.

Таймер имеет  следующие входы и выходы:

Напряжение  питание U_п (вывод 8) таймера: 5-15В; 

Вход E (вывод 4) – является входом сигнала разрешения работы таймера.

На вход S (вывод 2) – подается входная величина (установка таймера);

Вход R (вывод 6) – сброс таймера;

Вывода 5 рекомендуется  соединять с конденсатором емкостью С = 0,01мкФ для снижения влияния помех на длительность формируемого импульса;

Выход Q (вывод 3) – является выходом таймера.

 

 

 

 

               “6И” на эл-ах 8И-НЕ,2И-НЕ

Рисунок 7.1: Реализация требуемых логических функций

на микросхемах 155-ой серии.

 

 

 

     Так как в разрабатываемой схеме необходимо создать выдержки времени, то мы их реализовываем на таймере КР1006ВИ1 изображенным на рисунке 7.2:

Рисунок 7.2 – Структурная схема одновибратора на основе таймера КР1006ВИ1.

     Запуск одновибратора осуществляется перепадом 1/0, воздействующим на вход дифференцирующей цепи С1, R1, VD1, или дискретным сигналом “нуль”, непосредственно подаваемым на вход . Для снижения влияния помех на длительность формируемых импульсов к выводу 5 подключаем конденсатор емкостью 0,01 мкФ. Для входного конденсатора С₁ принимаем емкость 0,27 мкФ.

     Длительность положительного импульса, снимаемого с выхода таймера Q (вывод 3), равна:

     В схеме необходимо обеспечить заданные выдержки времени для реле КТ – 3,5 с.

Принимаем  конденсатор С₁=2,2 мкФ, тогда:

Из стандартного ряда значений сопротивлений  Е24 выбираем резистор R₁=1,5 МОм.

Принимаем резисторы [с.62, 10]:

R₁=R₂: МЛТ-0,125-1,5 МОм±5%.

Принимаем конденсаторы [с. 56,11]:

С1: К73-9-100В-2,2мкФ±10%;

C2: K73-20-100B-0,27мкФ±10%;

C3: К73-9-100В-0,01мкФ±10%.

Принимаем диод VD1[с. 88,9]: Д132-50.

     В данной схеме необходимо реализовать одну выдержку времени на размыкание.

Составим  полную принципиальную схему (Рис 7.4)

 

 

8. Таблица перечня элементов  разработанной схемы

Таблица 8.1: Перечень элементов разработанной  схемы.

Поз. обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
	Двигатели
М	АИР 180 M6/8	1
	Диоды
VD1	Д132-50	1
	Кнопки
SB1, SB2	Moeller IP 66	2
SB3, SB4	A22-QDDL-11/10	2
	Конденсаторы
С1	К73-9-100В-2,2мкФ±10%	1
С2	K73-20-100B-0,27мкФ±10%	1
С3	К73-9-100В-0,01мкФ±10%	1
	Конечные выключатели
SQ1, SQ2	КУ-132	2
	Магнитные пускатели
КМ1 – КМ6	ПАЕ 341	6
	Микросхемы
DD1…DD4, DD7, DD11, DD14, DD16, DD17, DD19, DD21	К155ЛА3	11	4 элемента 2И-НЕ
DD5, DD6, DD8, DD12, DD18, DD20	К155ЛА1	6	2 элемента 4И-НЕ
DD9, DD10	К155ЛА2	2	1 элемента 8И-НЕ
DD13, DD15	К155ЛЕ1	2	4 элемента 2ИЛИ-НЕ
	Одновибраторы
DS1	КР1006ВИ1	1
	Оптосимисторы
VS1 – VS6	ТСО115-5	6
	Резисторы
R1, R2	МЛТ-0,125-1,1 МОм±5%	2
	Тепловые реле
FR1-FR4	РВ 225С ВУ200	4
	Токопереходные троллеи
XA1-XA10	Cariboni POWERLINE 14	10
	Электромагнитный  тормоз
YB1, YB2	ТКГ-300	2