Контактные и бесконтактные переключающие устройства. Контактные и бесконтактные переключающие устройства
 Скачать 355.6 Kb.
|
|
Контактные и бесконтактные переключающие устройства В схемах промышленной автоматики получили широкое распространение путевые (позиционные) переключатели и выключатели многочисленных конструктивных исполнений, предназначенные для контроля позиции различных производственных механизмов и основанные на преобразовании перемещения этих механизмов в электрический сигнал. Позиционные переключатели могут использоваться и для выполнения функций, отличных от контроля положения производственных механизмов, например для контроля угла поворота, уровня, давления веса и др. В этом случае путевой переключатель является лишь исполнительным (выходным) элементом, работающим совместно с чувствительными и преобразующими элементами измерительного устройства.  Путевые переключатели являются устройствами дискретного действия, работающими на принципе приращения, т. е. реагирующими лишь на изменение положения контролируемого механизма. Выходной сигнал путевых переключателей является неоднозначной функцией перемещения механизма от заданного начального положения. Виды путевых переключателей В зависимости от принципов позиционной коммутации путевые переключатели подразделяются на: механические контактные, выполняемые с контактным коммутирующим и контактным чувствительным элементами; статические контактные (магнитомеханические), чувствительный элемент которых выполняется бесконтактным, а коммутирующий — контактным; статические бесконтактные, чувствительный и коммутирующий элементы которых выполнены бесконтактными. При контактном характере узла «переключатель — упор», т. е. при контактном характере связи приводного элемента (входного управляющего сигнала) с чувствительным элементом, этот узел называется механическим, а при бесконтактном — статическим. В зависимости от конструктивного решения переключатели могут иметь совмещенное или разобщенное исполнение. В первом случае чувствительный и коммутирующий элементы размещаются в одном корпусе и выполняются конструктивно как одно целое. Во втором — чувствительный элемент может находиться на расстоянии нескольких десятков и сотен метров от коммутирующего. Искажение магнитного поля путевого переключателя достигается изменением параметров магнитопровода чувствительного элемента. Изменяющимися параметрами могут быть активная поверхность и величина воздушного зазора, а также магнитная проницаемость магнитопровода.  В настоящее время область применения механических контактных позиционных переключателей в промышленной автоматике сужается и возникает вопрос о бесперспективности позиционных переключателей такого типа для целей построения систем автоматического управления. Последнее вызвано следующим: Сложностью конструктивного решения узла «переключатель - упор», обусловленной жесткостью требований в отношении пределов допустимых колебаний ряда параметров, что вызывает значительные затруднения при его изготовлении и наладке. Относительно высокой критичностью точностных характеристик этого узла к влиянию дестабилизующих факторов (износ соприкасающихся поверхностей, нежесткость креплений, разрегулировка подвижных элементов и др.). Ряд конструктивных решений механизмов вообще не может быть реализован на базе механических контактных путевых переключателей. К ним относятся механизмы, требующие высоких допустимых уровней скорости и частоты срабатывания путевых переключателей. Если требуемая скорость срабатывания путевого переключателя может быть снижена за счет дополнительных кинематических звеньев механизма, ухудшающих, кстати, качественные характеристики системы управления (в частности, точностные параметры), то допустимая частота срабатывания (разрешающая способность) не может быть увеличена никакими конструктивными усложнениями. В таком случае, что же явилось причиной широкого распространения механического контактного принципа позиционной коммутации? Искать ответ на этот вопрос следует в двух аспектах: в существующих принципах построения систем автоматического управления и в схемных достоинствах контактных путевых переключателей.  Достоинства контактных путевых переключателей Механические контактные путевые переключатели, выполняемые чаще всего с многоцепным выходом, характеризуются следующими достоинствами: большим коммутационным коэффициентом; высокой удельной мощностью управления (отношение коммутируемой мощности к габаритным размерам); универсальностью, т. е. способностью коммутировать цепи как постоянного, так и переменного тока; большим диапазоном коммутируемых напряжений; незначительным собственным потреблением энергии (малое значение переходного сопротивления контактов в замкнутом состоянии); малой зависимостью точности и стабильности срабатывания от изменения управляемой мощности. Недостатки контактных путевых переключателей Механический контактный принцип работы этих аппаратов зачастую не позволяет удовлетворить возросшие требования к надежности, долговечности и точности работы систем автоматики. Кроме того, механические контактные переключатели весьма чувствительны к влияниям различных климатических факторов (особенно низкой температуры). Механические контактные путевые переключатели характеризуются ограниченными допустимыми уровнями максимальной и минимальной скорости движения переключающего упора, находящимися в пределах 0,3 - 30 м/мин, причем увеличение скорости переключающего упора сверх допустимой приводит к резкому снижению механической износоустойчивости переключателя. В таких переключателях допустимые отклонения направления действия силы переключения относительно оси рычага очень незначительны и превышение их приводит к механическим неисправностям, особенно в переключателях с прямоходовым толкателем.  С целью получения релейной выходной характеристики (характеристики управления) в конструкции таких переключателей предусмотрены спусковые рычажно-пружинные устройства. Необходимая степень релейности выходной характеристики достигается ценой значительного снижения долговечности переключателя из-за больших динамических напряжений, возникающих в спусковом устройстве в момент срабатывания. В механических контактных переключателях мгновенного действия ширина петли гистерезиса (дифференциала хода) выходной характеристики достигает значительной величины, что для ряда технологических процессов является совершенно недопустимым из-за непроизводительного увеличения длительности цикла обработки. Уменьшение дифференциала хода в этих переключателях сопряжено или с усложнением их конструкции или с увеличением их габаритов. Кроме того, для срабатывания механических контактных переключателей в ряде случаев требуются значительные механические усилия. Достоинства и недостатки бесконтактных путевых переключателей Перечисленные выше обстоятельства приводят к необходимости разрабатывать устройства, лишенные указанных недостатков и, вместе с тем, способные выполнять аналогичные функции. Такими устройствами являются бесконтактные путевые переключатели, к достоинствам которых следует отнести: значительную долговечность при высокой надежности и большой допустимой частоте срабатывания; отсутствие необходимости механических усилий при срабатывании, малую чувствительность к вибрации, ускорениям и т. д.; незначительную чувствительность параметров к изменениям в сравнительно широких пределах внешних условий; улучшение условий эксплуатационного обслуживания.  Благодаря малому уровню обратного влияния бесконтактного переключателя на переключающий упор достигается значительное упрощение конструктивного решения узла «переключатель — упор» при одновременном сохранении высокой стабильности во времени точностных характеристик. Кроме того, отсутствие электрических и механических контактов обеспечивает пожаро- и взрывобезопасность работы этих аппаратов, что значительно расширяет область их возможного применения. Одним из существенных недостатков бесконтактных путевых переключателей является сложность осуществления многих конструктивных модификаций, легко реализуемых в механических контактных путевых переключателях. Устройство бесконтактных переключателей Принцип действия статических бесконтактных путевых переключателей параметрического типа основан на использовании искажения магнитного или электрического поля, создаваемого чувствительным элементом при появлении в его зоне приводного элемента, в результате чего возникает неравновесное состояние в электрической цепи переключателя и происходит срабатывание выходного устройства. Статические бесконтактные переключатели чаще всего выполняются с одной выходной цепью, причем у одних переключателей срабатывание сопровождается появлением сигнала на выходе (прямой коммутационный эффект), у других — исчезновением (инверсный коммутационный эффект), что эквивалентно замыкающим и размыкающим контактам механических контактных путевых переключателей соответственно. При наличии в схеме бесконтактного переключателя усилительного элемента в релейном режиме выходной параметр чувствительного элемента может находиться в непрерывной функциональной зависимости от контролируемого перемещения.  В настоящее время применяются многочисленные конструктивные модификации бесконтактных путевых переключателей, отличающиеся уровнем чувствительности (величиной рабочего зазора), расположением щели или плоскости чувствительного элемента относительно плоскости крепления, направлением вывода токоподводящих проводов, количеством ступеней чувствительного элемента (для щелевого исполнения), глубиной щели, длиной присоединительных проводов, уровнем напряжения питания, характером защищенности от влияний окружающей среды и др. Возможности использования бесконтактных путевых переключателей определяются параметрами их электрических и механических характеристик. К параметрам электрических характеристик относятся: характер выходного сигнала и количество выходных цепей; потребляемая и выходная мощность; форма выходного сигнала; коммутационный коэффициент по сопротивлению и напряжению (для переключателей трансформаторного типа); временные характеристики (время срабатывания и отпускания) и частота срабатывания (разрешающая способность); уровни и форма питающего напряжения, а также допустимые пределы их отклонений. К параметрам механических характеристик относятся: чувствительность (величина рабочего зазора), габариты и присоединительные размеры; точностные характеристики (основная и дополнительная погрешности) и дифференциал хода; монтажные характеристики (типы переключающих упоров и способы их установки, уровень обратного влияния, способы крепления и установка переключателя); уровень помехоустойчивости. |