Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза - Схемотехника - Скачать бесплатно
от собственного веса ворот ( затвора )
Мв=GRб,
где G - вес ворот с тяговым устройством, Н;
Rб - радиус барабана подъемной лебедки, м;
б) от трения в опорно-ходовых и закладных частях
Мтр=f1PRб+f2DPRб,
где f1, f2 - коэффициент трения опорного устройства и уплотнения;
P и DP - силы гидростатического давления на ворота и на закладные
части, Н.
При этом Мс=Мв+Мтр. Для привода затворов галерей,кроме указанных
нагрузок, учитывают момент, создаваемый вертикальным давлением воды:
Мверт=YSRб( Hв-fоНн ),
где S - площадь затвора,м2;
Hв, Нн - напор на верхнюю и нижнюю ( выпор ) поверхности затвора,м;
fо - коэффициент подсоса.
1.4 Элементы электрического оборудования шлюзов.
Электрическое оборудование, обеспечивающее четкую и надежную работу
гидротехнических сооружений, условно можно разделить на три основных
группы: силовое электрооборудование приводов, электрические аппараты и
системы управления, элементы и устройства электроснабжения.
1.4.а. Силовое оборудование приводов. К силовому электрооборудованию
прежде всего относят электрические двигатели и электрические приводы
тормозов.
Электрические двигатели. К электрическим двигателям гидротехнических
сооружений предъявляются высокие требования в отношении обеспечение
нормальной работы в условиях резких колебаний нагрузки, температуры
окружающей среды и повышенной влажности. На гидротехнических сооружениях
применялись исключительно крановые электродвигатели переменного тока с
короткозамкнутым и фазным ротором серии МТК и МТ специального исполнения,
обладающие достаточно высокой перегрузочной способностью и механической
стойкостью. От обычных они отличаются тем, что обмотка статора их при
изготовлении подвергается вакуумной пропитке изоляционным влагостойким
компаундом, а в подшипниковых щитах имеются вентиляционные отверстия,
предназначенные для предотвращения появления конденсата внутри двигателя.
В настоящее время на гидротехнических сооружениях получают
распространение и крановые двигатели серий МТКВ МТВ с изоляцией класса В,
допускающей увеличение номинальной мощности двигателя при прежних
габаритных размерах.
Из - за отсутствия крановых двигателей необходимой мощности стали
применяться двигатели общепромышленного назначения. Однако эти двигатели
менее надежны в эксплуатации, хуже работают в условиях гидротехнических
сооружений, обладают меньшей перегрузочной способностью.
Режим работы двигателей гидротехнических сооружений, как правило,
кратковременный с ярко выраженной цикличностью работы. Продолжительность
цикла в зависимости от вида сооружения и характера работы составляет 30
-60 минут. Продолжительность работы двигателей в цикле при этом колеблется
от одной до 6 - 8 минут.
Электрические приводы тормозов. Большинство механизмов гидротехнических
сооружений снабжают тормозами закрытого типа, как правило, колодочными.
Тормоза служат для удержания подъемноопускных устройств в поднятом
положении, а поворотных в строго фиксированном положении. Кроме того, с
помощью тормоза можно сократить тормозной путь
- выбег механизма. Особенно высокие требования предъявляются к тормоза
многодвигателтельных систем, где необходима одинаковая эффективность
действия тормозов для сохранения синхронизации и последовательности
движения элементов.
Для приведения в действие механических тормозов применяются
длинноходовые электромагниты серии МО и электрогидравлические толкатели
серии ЭГП.
1.4.б. Электрические аппараты системы управления. Эта группа объединяет
аппараты коммутации и защиты, аппараты технологической последовательности
и блокировок, контроля и сигнализации. Кроме управления основными
механизмами и процессами, специальные системы этой группы аппаратов
обеспечивают информацию о состоянии наиболее ответственных элементов и
режимах работы и осуществляют регулирование движения судов.
Коммутационные аппараты. Для коммутации силовых цепей гидротех-
нических сооружений применяются в основном электромагнитные контакторы
серии КТ. Бесконтактные ( полупроводниковые ) контакторы тока используют
лишь в опытном порядке с тиристорными станциями управления.
Аппараты защиты. На шлюзах применяются максимальная токовая и
минимальная защита. Для максимальной токовой защиты двигателей ворот и
затворов обычно используют электромагнитные или индукционные реле
максимального тока серии РЭ и ИТ, Для защиты от перегрузок электротепловые
реле ТР, для минимальной защиты - реле напряжения.
Реле промежуточное используется для подготовки цепей управления к
заданным операциям ( например, цикловому или раздельному управлению ).
Кроме того, промежуточные реле в некоторых случаях позволяют сократить
число контактов, включаемых в цепь управления. Например, вместо того чтобы
включить кнопку " Стоп " всех постов управления в цепь управления, можно
включить их цепь катушки промежуточного реле. При нажатии любой из этих
кнопок размыкаются контакты этих реле в цепи управления и происходит
остановка привода. В качестве промежуточных реле широкое применение
находят реле серии РП.
Реле времени служат для управления контакторами ускорения, а также в
других случаях, когда необходимо, чтобы между двумя операциями был
определенный промежуток времени. Для этих целей на водных путях в основном
используются электромеханические реле с приводом на переменном токе и
электромагнитные реле времени постоянного тока.
Кнопки и ключи управления применяются общего назначения, рассчитанные
на работу в условиях повышенной влажности.
Путевые выключатели. На шлюзах черезвычайно распространены путевые
выключатели. Они служат для отключения двигателей при достижении затворами
конечных и предельных положений, а также для блокировок. Различают путевые
выключатели двух типов: блок - аппараты и конечные выключатели. Первые, по
своему устройству подобные командоконтроллерам, являются средством
управления и блокировок в функции пути, а вторые, обычно рычажного типа,
устанавливаются для срабатывания в конце пути.
На гидротехнических сооружениях находят применение и бесконтактные
выключатели, работа которых основана на изменении их индуктивного или
емкостного сопротивления при перемещении подвижного якоря. Такие
выключатели малогабаритны, герметичны, с успехом работают в агрессивной
среде, и в частности в подводных частях сооружений.
Панели и пульты. Аппаратуру управления и защиты располагают, как
правило, на контакторных панелях, собранных из прямоугольных изоляционных
плит и укрепленных на угловых стойках. Коммутационную аппаратуру, реле
управления и защиты устанавливают на лицевой стороне с выводом защиты для
монтажа с обратной стороны панелей, где находятся измерительные
трансформаторы и пускорегулирующие резисторы. Размещение чувствительных
реле на контактных панелях в непосредственной близости от мощных
контакторов имеет существенный недостаток, заключающийся в ложных
срабатываниях реле от вибрации, вызываемой включением и выключением
контакторов. Поэтому на современных шлюзах чувствительную аппаратуру
управления располагают на отдельных панелях, называемых панелями
автоматики. Командоаппараты и приборы технологического контроля и
сигнализации устанавливают в полном объеме на центральном или в
сокращенном на местном пультах управления. Все приборы и устройства на
центральном пульте управления размещают в соответствии с мнемонической
схемой объекта. Центральный пульт находится в отдельном помещении, чтобы
обеспечить оператору хорошую видимость объекта. Местный пульт обычно
устанавливают непосредственно около управляемого механизма и снабжают
запирающейся крышкой.
1.4.в Оперативная сигнализация. К числу основных устройств сигнализации
и контроля относятся устройства производственной ( оперативной, поисковой
и аварийной ) сигнализаций. Среди них наиболее заметное место занимает
оперативная сигнализация.
Для успешной работы оператор шлюза должен иметь возможность в любое
время установить, в каком положении находятся ворота и затвор ( насколько
они открыты или закрыты ), а также каковы уровни воды в камере и обоих
бьефах. Для этой цели применяется оперативная указательная ( индикаторная
) сигнализация. На (рисунке 6,а и б) изображены показатели положения
подъемно - опускных и двустворчатых ворот. Основу указателей составляют
сельсины, образующие систему синхронной связи (см. п. 30 ).
С приводом ворот связан ротор сельсина - датчика, который
поворачивается при их перемещении. При этом поворачивается и ротор
сельсина приемника, электрически соединенного с сельсином - датчиком. С
сельсином - приемником, находящемся на центральном пульте управления,
связан указатель, который и отражает положение ворот.
Указатель уровня воды в камере работает следующим образом. На одной из
голов шлюза устанавливают колодец, сообщающийся с камерой, в который
помещают поплавок, закрепленный на тросе и уравновешенный противовесом.
При изменении уровня воды в камере поплавок поднимается или опускается,
отчего начинает вращаются ролик, охватываемый тросом. Это вращение
передается через редуктор сельсину - датчику и через сельсин - приемник
отражается на экране стрелочного, ленточного или цифрового указателя.
Аналогично работают и указатели уровня воды в бьефах.
Как известно, дифференциальный сельсин - приемник позволяет определить
угол рассогласования между роторами двух сельсинов - датчиков. Этот
принцып положен в основу работы указателей ( индикаторов ) разности
уровней воды в камере, верхнем или нижнем бьефах и указателей перекоса
затвора.
Обмотка статора дифференциального сельсина - указателя разности уровней
получает питание от ротора сельсина - датчика, угол поворота которого
зависит от уровня воды в бьефе ( верхнем или нижнем ), а обмотка ротора
включена на зажимы ротора датчика, угол поворота которого зависит от
уровня воды в камере. Указатель разности уровней воды необходим для
управления воротами шлюза.
Указатель перекоса предусматривают, если затвор поднимается и
опускается с помощью двух механически не связанных двигателей,
установленных на противоположных устоях камеры. Даже при наличие "
электрического вала " в таких случаях возможно появление перекоса. Перекос
затвора весьма опасен из - за увеличения напряжений в нем и возможности
его заклинивания, а также перегрузок электрических двигателей.
Статор дифференциального сельсина - указателя перекоса получает питание
от ротора сельсина - датчика положения левой стороны затвора, а его ротор
подключен к ротору сельсина - датчика положения правой стороны затвора.
Если перекос превышает заданное максимальное значение, цепь управления
данным приводом автоматически разрывается.
Рассматриваемые приборы выполняют не только функции сигнализации, но и
контроля. Они имеют контакты, замкнутые при угле рассогласования, не
превышающем заранее заданного значения, и разомкнутые, если этот угол
больше допустимого. Контакты указателей включаются в цепь соответствующих
реле, а контакты последних - в цепь управления. На (рисунке 6) приведена
принципиальная схема оперативной указательной сигнализации для одного из
шлюзов.
На схеме приняты следующие обозначения: ВСВ - датчик уровня воды
верхнего бьефа; ВС11 - датчик положения ворот верхней головы; ВС12
- то же, правой стороны; ВЕВ2 - приемник разности уровней воды между
верхним бьефом и камерой; ВЕВ - приемник абсолютного уровня воды верхнего
бьефа; ВЕ1 - приемник положения ворот верхней головы; ВЕР1
- приемник перекоса ворот верхней головы; ВС2 - датчик уровня воды в
камере; ВСН - датчик уровня воды в нижнем бьефе; ВС31 - датчик положения
левой створки ворот нижней головы; ВС32 - датчик положения правой створки
ворот нижней головы; ВС41 - датчик положения левого затвора галерей; ВС42
- то же правого затвора галерей; ВЕН2 - приемник разности уровней воды
между камерой и нижним бьефом; ВЕН - приемник абсолютного уровня воды в
нижнем бьефе; ВЕ31 - приемник положения левой створки ворот нижней головы;
ВЕ32 - приемник положения правой створки ворот нижней головы; ВЕ41 -
приемник положения затвора левой галереи; ВЕ42 - приемник положения
затвора правой галереи; KV2 - реле напряжения цепи питания сельсинов; КВ2
- реле разностей уровней воды межу верхним бьефом и камерой; КН2 - реле
разностей уровней воды между камерой и нижним бьефом; KV1 - реле перекоса.
Как видно из схемы, в камере, в верхнем и нижнем бьефах, установлено
три датчика: ВС2 - датчик уровня воды в камере; ВСВ - датчик уровня воды в
верхнем бьефе; ВСН - датчик уровня воды в нижнем бьефе, каждый из которых
питает ротор обычного сельсина - указателя уровня. Кроме того, каждый из
этих датчиков питает одну из обмоток дифференциальных сельсинов,
контролирующих разность уровней. Для ворот верхней головы на схеме
показано три датчика. Один из них - ВС1 - питает ротор приемника,
указывающего положение затвора, два других - ВС11 и ВС12, связанных с
левой и правой сторонами ворот, - питают дифференциальный сельсин -
указатель перекоса. Что касается двустворчатых ворот и затвора
водопроводных галерей, то на каждые створку и затвор установлено по одному
датчику, питающему ротор приемника, который указывает положение той или
иной створки или затвора.
Указатели разности уровней и перекоса снабжены контактной системой.
Контакты указателей включены последовательно с катушками промежуточных
реле разности уровней и перекоса.
Контакты SB2 и SH2 замкнуты при одинаковых уровнях, при неравных
разомкнуты. Контакты SP1 замкнуты при перекосе, не превышающем заданное
значение, при большем перекосе они разомкнуты.
Оперативная сигнализация у различных шлюзов устроена неодинаково. В
качестве примера рассмотрим принципиальную схему оперативной ламповой
сигнализации (рисунок 8), в которой КВ1 - контакт реле мигающего сигнала;
SQ1 - SQ3, SQ6 и SQ7 - контакты путевого выключателя, замкнутые при
открытых затворах ( воротах ); SQ4, SQ5, SQ8, SQ9 - то же, замкнутые при
закрытых воротах; KV - контакт реле блокировки ворот, замкнутый при
закрытых воротах; К12 и К32 - контакты реле разности уровней воды между
камерой и верхним и нижнем бьефами, замкнутые при уравненных уровнях. При
открытом затворе горит зеленая лампочка Н3, при закрытом - красная НК, при
движении затвора лампа мигает. Показанные на схеме замыкающие и
размыкающие контакты являются вспомогательными контактами оперативных
аппаратов управления операциями открытия О и закрытия Z затворов ( ворот
).
Пусть, например, ворота верхней и нижней голов шлюза закрыты, затворы
водопроводных галерей открыты и уровень в камере выровнен с уровнем
нижнего бьефа. В этом случае будут разомкнуты контакты путевого
выключателя SQ1, SQ4, SQ5 - SQ7 и замкнуты контакты SQ2, SQ3, SQ8, SQ9.
Будут замкнуты замыкающие контакты KV1 и К12 и закрыты все показанные на
схеме размыкающие контакты. В результате этого будут гореть красные лампы
НК3, НК4, НК16 - НК18 и зеленые Н36 - Н39.
Пусть получают питание катушки оперативных контакторов КО1 и КО2,
включающие двигатели приводов двустворчатых ворот в сторону открытия.
Створки ворот придут в движение. При этом разомкнутся размыкающие контакты
КО1 и КО2 и замкнутся замыкающие контакты КО1 и КО2. зеленые лампы НЗ13 -
НЗ15 загорятся мигающим светом. Контакты путевого выключателя SQ8 и SQ9
разомкнутся, и красные лампы НК16- НК18 погаснут. Когда створки полностью
откроются, потеряют питание катушки контакторов КО1 и КО2, откроются
замыкающие контакты КО1 и КО2 и закроются размыкающие вспомогательные
контакты КО1 и КО2. Поскольку при открытых створках контакты SQ6 и SQ7
замкнуты, зеленые лампы горят постоянным светом.
Ответной частью оперативной сигнализации является та часть, которая
относится к изменению уровней воды и перепадов. На многих шлюзах эти
устройства объединяют в общий водокомандный или водомерный прибор. В
качестве примера приведена схема комбинированных водомерных приборов,
которые измеряют уровни воды в камерах и бьефах, показывают их отметку и
значение напоров на верхние и нижние ворота.
Комплект водомерного прибора состоит из трех пар сельсинов ВС ( датчик
) и ВЕ ( приемник ). Они работают на исполнительные двигатели М через
дифференциальную механическую передачу, приводящую в движение счетное
цифровое устройство и вспомогательные контакты. Функциональная схема одной
пары сельсинов прибора приведена на (рисунке 9). Прибор работает по
принципу фазового управления, при ко-
тором у исполнительного двигателя нагрузки по току независимо от
угла рассогласования сельсинов всегда остаются примерно одинаковыми
по значению.
Особенностью и ценным свойством прибора является его самосинхронизация,
заключающаяся в способности системы приходить в состояние согласования при
появлении электрического питания, если рассогласование произошло при его
отсутствие. Это достигается благодаря тому, что предельный угол поворота (
рассогласования ) роторов сельсинов принят меньше 180о . Однако опыт
эксплуатации комбинированных водомерных приборов показал, что
чувствительность их при измерениях перепадов уровней 15 - 20 м
недостаточна.
Для шлюзов с малым напором а также для бьефов, в которых изменения
уровня воды сезонные и при шлюзовании не превышают 1,5 - 3 м, можно
повысить чувствительность следящей системы при фазовом управлении
увеличением угла поворота роторов сельсина - датчика и сельсина -
приемника ( в пределах 160о ) на единицу перепада уровня воды. Для
изменения соотношения перепада воды и угла поворота роторов в этом случае
необходимо изменить соответствующим образом передаточные числа механизмов
от поплавка к сельсину - датчику и от исполнительного двигателя к сельсину
- приемнику и счетному механизму.
1.4.г. Поисковая сигнализация. Бесперебойность работы шлюза в
значительной степени зависит от того, как быстро будет найдена и
ликвидирована неисправность в цепи управления, в результате которой тот
или иной привод отказывает в работе. Такой неисправностью часто может быть
разрыв цепи управления из - за того, что какой - либо контакт в ней не
сработал, то есть оказался разомкнутым. Поскольку таких контактов в схеме
электроприводов шлюза очень много, нахождение неисправного контакта без
специального устройства, называемым искателем повреждений, представляло бы
большую трудность.
Простейший искатель повреждений состоит из коммутатора SA и сигнальной
лампы HL, включаемых параллельно контролируемой цепи (рисунок 10). При
неисправности контролируемую электрическую цепь проверяют поворотом
рукоятки искателя, передвигая ползунок по контактам, наблюдают за
сигнальной лампой. По положению ползунка в котором загорается лампа,
находят неисправный контакт или участок цепи.
Усовершенствование рассмотренного искателя повреждений является
автоматический искатель. У него ползунок перемещается специальным
импульсным ( шаговым ) двигателем, который приходит в движение всякий раз,
когда нарушается блокировочная цепь. Это происходит в результате замыкания
размыкающего контакта контактора или реле, включенного в цепь блокировки.
С помощью шагового двигателя ползунок искателя толчками перемещается с
контакта на контакт и при достижении места разрыва останавливается. После
восстановления цепи импульсный двигатель доводит ползунок до начального,
нулевого, положения.
На статоре 1 шагового двигателя (рисунок 11) имеются две обмотки
постоянного тока, состоящие из трех катушек каждая. Катушки надеты на
сердечник статора. Якорь шагового двигателя 2 имеет два полюса. При
включении тока в одну из групп катушек другая группа, против которой
находится полюсы якоря, отключаются. В результате якорь поворачивается на
одно полюсное деление. Затем ток включается в другую группу катушек, а
ранее включенная отключается и якорь поворачивается еще на одно полюсное
деление.
Таким образом, посылая ток то в одну, то в другую группу катушек
двигателя, получают "шаговое" вращение якоря и ползункового устройства
искателя повреждений.
Ползунковые и автоматические искатели имеют существенные недостаток -
от искателя к каждому проверяемому контакту необходимо прокладывать
отдельный провод, а это, при значительном числе блокировочных устройств,
требует очень много контрольных кабелей. Кроме того, большое количество
проводов и контактов, само по себе усложняя установку, делает ее менее
надежной. В связи с этим было сконструировано более совершенное и надежное
телемеханическое устройство
- телеискатель.
К элементам, обеспечивающим работу телеискателя (рисунок 12),
относятся: реле искателя KV1; реле блокировки KV; линейный контактор КМ;
размыкающий контакт промежуточного реле максимальной защиты KVA;
замыкающий контакт промежуточного реле кнопки "Стоп" KVS; замыкающий
контакт реле восстановления К1; контакт датчика S, замкнутый только в
нулевом положении SA. При нормальной работе схемы, когда ни одно из
максимальных реле не сработало и замкнуты все контакты путевых
выключателей, контакты KVA, KVS, KV и KM замкнуты, катушки линейного
контактора КМ и реле блокировки KV получают питание. При этом подвижной
контакт телеискателя SA находится в нулевом положении ( как показано на
схеме ), размыкающий контакт КМ разомкнут и нижняя часть схемы не работает
( реле времени КТ1 - КТ3 обесточены ).
Если, например, сработает какое либо реле защиты ( пусть К5Н ), сразу
же получит питание катушка KVA ( на схеме не показана ), которая разомкнет
свой размыкающие контакты. В результате катушка КМ лишается питания и ее
замыкающий контакт КМ размыкается, а размыкающий контакт КМ замыкается.
Аналогичная картина наблюдается при размыкании какого - либо контакта
путевого выключателя. В этом случае теряет питание катушка блокировочного
реле KV и размыкается замыкающий контакт в цепи катушки КМ.
В результате замыкания контакта КМ получает питание катушка КТ1, реле
срабатывает и замыкает свои замыкающий контакт КТ1, который замыкает цепь
катушки КТ2. Последняя, получив питание, размыкает размыкающий контакт в
цепи катушки КТ1 и отключает ее от сети, но сама не теряет питание, так
как получает его через контакт КТ1, размыкающийся с выдержкой времени.
Кроме того, реле КТ2 замыкает контакты КТ2 и тем самым подготовит к работе
реле КТ3 и обеспечит питание первой группы обмоток шаговых двигателей L1M1
и L1M2. Роторы обоих двигателей поворачиваются на один шаг, и подвижной
контакт комутатора SA переходит в положение 1.
Если контакт К1Н замкнут, через него получает питание катушка KV1,
замыкающий контакт которой шунтирует контакт S, размыкающийся при переходе
контакта SA с нулевого в первое положение.
Вернемся теперь к работе реле времени КТ1 - КТ3. Поскольку реле КТ2
отключило катушку КТ1, то с выдержкой времени оно само потеряет питание,
но при этом замыкается размыкающий контакт КТ1 в цепи катушки реле КТ3.
Последнее, сработав, подает питание во вторую группу обмоток шаговых
двигателей L2M1 и L2M2. Роторы двигателей поворачиваются на следующий шаг,
и подвижной контакт коммутатора перемещается в положение 2. В связи с тем
что катушка КТ2 отключилась, вновь замыкается размыкающий контакт КТ2 в
цепи КТ1 и схема приходит в первоначальное положение. Опять срабатывают
реле КТ1 и КТ2 и через контакт КТ2 получает питание первая группа обмоток
L1M1 и L1M2 и т.д., пока подвижной контакт коммутатора не переместится в
положение 5. По принятому выше условию контакт К5Н разомкнут. Поэтому реле
KV1 теряет питание и катушки КТ1 - КТ3 обесточиваются. Шаговые двигатели
останавливаются. Положение подвижного контакта коммутатора указывает место
повреждения. Поскольку одинаковое число шагов сделают двигатели датчика и
приемника, то указатель, связанный с последним, покажет номер разомкнутого
контакта в цепи управления.
После устранения неисправности телеискатель вновь начинает работать и
его подвижной контакт доходит до последнего положения ( на схеме положение
15 ). При восстановлении схемы ( срабатывания реле восстановления и
закрытия его замыкающего контакта К1 ) подвижной контакт коммутатора
перемещается в нулевое положение и схема искателя опять готова к работе.
Датчик искателя находится непосредственно у механизма, а его приемник - на
центральном пульте управления. Датчик и приемник соединены двумя
проводами.
1.4.д. Светофорная сигнализация. Светофорная сигнализация шлюзов может
быть различной по количеству светофоров и числу огней в них. На (рисунке
13) приведена одна из возможных схем расстановки светофоров для
однокамерного шлюза. В
|
