Электрические схемы технологического контроля и сигнализации

Оптимизация технологических процессов, повышение их рабочих параметров до критических и сверхкритических, сложные взаимосвязи между различными технологическими участками, не допускающими отклонения в работе отдельных агрегатов от предписанных режимов, требуют всё возрастающего количества точек контроля допускаемых значений различных параметров автоматизируемых объектов. В связи с этим в проектах автоматизации широкое применение находят специальные схемы технологической сигнализации большого числа параметров. Алгоритм работы этих схем сводится к следующему:

• при отклонении параметра от заданного значения подаются звуковой и световой сигналы;

• звуковой сигнал снимается кнопкой съёма звукового сигнала;

• световой сигнал исчезает при уменьшении отклонения параметра до допускаемого значения.

• в случае необходимости каждый вновь поступивший сигнал выделяется мигающим светом. При съёме звукового сигнала оператором сигнальная лампочка переходит на ровный свет.

В настоящее время для технологической сигнализации наиболее часто применяются унифицированные блоки технологической сигнализации, многоканальные комплектные устройства сигнализации и бесконтактные логические элементы, на которых реализуются различные системы технологической сигнализации с требуемым алгоритмом работы.

Блоки технологической сигнализации

Блоки технологической сигнализации предназначены для индивидуальной световой и общей звуковой сигнализации конечных состояний объектов и дискретных значений технологических параметров.

Блоки технологической сигнализации реализуют аварийную сигнализацию предельных значений отдельных параметров, характеризующих ход технологического процесса, и позиционную сигнализацию состояний (включен, отключен, открыт, закрыт) аппаратуры, агрегатов и механизмов, участвующих в технологическом процессе.

Алгоритм работы аварийной сигнализации:

• в исходном состоянии (технологический контакт разомкнут) сигнальная лампочка, соответствующая данному технологическому параметру, погашена, звуковая сигнализация выключена;

• при нарушении технологического параметра (технологический контакт замыкается) сигнальная лампочка загорается мигающим светом, включается звуковая сигнализация;

• при квитировании сигнальная лампочка переходит на ровное горение, звуковая сигнализация выключается;

• при восстановлении нормального значения технологического параметра (технологический контакт размыкается) сигнальная лампочка гаснет;

• при восстановлении технологического параметра до квитирования сигнальная лампочка гаснет, звуковая сигнализация выключается, схема переходит в исходное состояние.

Алгоритм работы позиционной сигнализации:

• при включенном (открытом) состоянии механизма, соответствующем нормальному протеканию технологического процесса (технологический контакт замкнут), сигнальная лампочка горит ровным светом, звуковая сигнализация выключена;

• при несанкционированном отключении (закрытии) механизма (технологический контакт размыкается) сигнальная лампочка горит мигающим светом, включается звуковая сигнализация;

• при квитировании сигнальная лампочка гаснет, звуковая сигнализация выключается.

Номенклатура унифицированных блоков технологической сигнализации следующая:

• блок аварийной сигнализации (БАС) на пять индивидуальных точек сигнализации;

• блок позиционной сигнализации (БПС) на пять индивидуальных точек сигнализации;

• блоки общих цепей (БОЦ-1 - БОЦ-3), выполняющие функции управления мигающим светом, звуковой сигнализацией и питания блоков БАС и БПС (общим числом не более 20 блоков.

Блок аварийной сигнализации БАС

Принципиальная электрическая схема блока аварийной сигнализации представлена на рис.1.

Рис.1

Функционально БАС состоит из пяти каналов индивидуальной сигнализации, объединённых общими шинами.

В исходном состоянии технологический контакт ТК₁ разомкнут, соответствующая ему лампочка сигнализации HL₁ погашена, звука нет. При замыкании ТК₁ лампочка HL₁ подключается к шине мигающего света по цепи ТК₁ - VD₃ - VD₅ - HL₁ - VD₇ - VD₈ - шина Мигание АС; одновременно по цепи ТК₁ - VD₃ - VD₄ - К₁ - VD₆ - VD₁₆ - шина Квитирование, звук АС включается звуковой сигнал. Включения реле К₁ при этом не происходит, так как ток, протекающий по его обмотке, ограничен по уровню ниже тока срабатывания резисторами R₁, R₂, которые находятся в блоке БОЦ-2. При нажатии оператором кнопки Квитирование АС шина Квитирование, звук АС подключается непосредственно к шине - 24 В, реле К₁ срабатывает и через собственный контакт (1,2) и диод VD₄₀ подключается к цепи - 24 В (становится на самоблокировку). Лампочка через замкнутый контакт (3,4) реле К₁ подключается к шине +U_Л и переходит на ровное горение (VD₇ запирается); звуковой сигнал выключается, так как замкнутый контакт (1,2) реле К₁ шунтирует шину Квитирование, звук АС и диод VD₆, который запирается, выключая ток, проходивший на вход узла звуковой сигнализации.

При размыкании ТК₁ лампочка HL₁ гаснет, но контакты реле К₁ остаются замкнутыми, так как реле продолжает получать питание от узла задержки через шину Задержка и диоды VD₃₂ и VD₂. По окончании времени задержки, определяемого времязадающей цепью узла задержки С₃ и R₁₆ в блоке БОЦ-2, реле К₁ выключается. Таким образом, кратковременное размыкание датчика, при котором он успевает замкнуться до окончания задержки, воспринимается схемой как случайное и разблокировки реле К₁ не происходит.

Контроль исправности сигнальных лампочек и каналов индивидуальной сигнализации осуществляется оператором нажатием кнопки Контроль, которая подключает шину Контроль и диоды VD₁ (VD₉, VD₁₇, VD₂₅, VD₃₃) к шине +24 В, +U_Л, что равнозначно включению всех ТК.

Диоды VD₃, VD₁₁, VD₁₉, VD₂₇, VD₃₅ являются развязывающими и обеспечивают возможность подключения к ТК других ячеек сигнализации или входов схем блокировок.

В целях защиты общих шин от короткого замыкания подключаемых к ним по схеме ИЛИ полупроводниковых диодов общие шины заводятся в БАС через дополнительные схемно-избыточные диоды VD₈, VD₁₆, VD₂₄, VD₃₂, VD₄₀. Это увеличивает эксплуатационную надёжность аппаратуры за счёт возможности локализации аварийного отказа в аппаратуре.

Блок позиционной сигнализации БПС

Принципиальная электрическая схема блока позиционной сигнализации представлена на рис.2.

Функционально БПС состоит из пяти каналов индивидуальной сигнализации, объединённых общими шинами.

В исходном состоянии блок-контакт БК₁ замкнут, соответствующая ему лампочка HL₁ горит ровным светом, звука нет. Лампочка HL₁ получает питание по цепи шина +24 В, +U_Л - БК₁ - VD₂ - HL₁ - шина - U_Л. Одновременно по цепи: БК₁ - VD₄ - реле К₁ - VD₁₁ - шина - 24 В получает питание реле К₁ и держит замкнутыми свои замыкающие контакты. Однако несмотря на то, что замыкающие контакты реле К₁ замкнуты, тока в цепи этих контактов и соединённой с ним шины Квитирование, звук ПС нет, так как эта цепь зашунтирована БК₁ и диодом VD₄. Узел звуковой сигнализации, вход которого соединён с шиной Квитирование, звук ПС, включён.

При размыкании БК₁ реле К₁ получает питание по цепи шина Квитирование, звук ПС - VD₂₃ - VD₁₅ - К₁ - VD₁₁ - шина - 24 В.

Ток этой цепи удерживает реле К₁ во включенном состоянии и, кроме того, включает звуковой сигнал. Лампочка HL₁ получает питание по цепи шина Мигание ПС - VD₂₉ - К₁ - VD₁ - HL₁ - шина - U_Л и горит мигающим светом.

При нажатии оператором кнопки Квитирование ПС разрывается цепь тока, проходящая по шине Квитирование, звук ПС, реле К₁ выключается, замыкающие контакты реле К₁ размыкаются, HL₁ гаснет, выключается звуковой сигнал.

Контроль исправности сигнальных лампочек и каналов индивидуальной сигнализации осуществляется оператором нажатием кнопки Контроль, которая подключает шину Контроль к шине +24 В, +U_Л, что равнозначно включению всех БК.

В целях защиты общих шин от короткого замыкания подключаемых к ним по схеме ИЛИ полупроводниковых диодов общие шины заводятся в БПС через дополнительные схемно-избыточные диоды VD₁₁, VD₁₇, VD₂₃, VD₂₉. Это увеличивает эксплуатационную надёжность аппаратуры за счёт возможности локализации аварийного отказа в аппаратуре.

Рис.2

Блок общих цепей БОЦ-1

Принципиальная электрическая схема БОЦ-1 представлена на рис.3.

Функционально блок БОЦ-1 выполняет функции организации и управления мигающим светом. Основу этого узла составляет симметричный мультивибратор на транзисторах VT₂, VT₃ с частотой колебаний 1 Гц.

Диодно-трансформаторный компаратор формирует на обмотке w₃ трансформатора TV запускающие импульсы длительностью0.5 мс с частотой следования 100 Гц в начале каждой полуволны напряжения фазы А.

При совпадении импульсов с обмотки w₃ трансформатора TV и импульсов разрешения, снимаемых с эмиттера транзистора VT₂ мультивибратора, открывается транзистор VT₁ и через обмотки w₅ и w₆ трансформатора TV пачки запускающих импульсов (длительность пачки определяется мультивибратором и составляет 0.5 с) поступают на управляющие переходы тиристоров VD₇ и VD₁₁. Тиристор, включённый запускающим импульсом, остаётся в открытом состоянии до окончания полуволны питающего напряжения (фаза А), а затем выключается и включается вначале следующей полуволны следующим импульсом. Таким образом, при наличии пачки запускающих импульсов тиристор открыт, а при отсутствии - закрыт.

Фазовые соотношения на входе компаратора выбраны таким образом, что запускающие импульсы формируются в момент, когда напряжение фазы А нарастает не более чем до 30 % амплитудного значения. Это позволяет защитить замыкающийся ТК от возможной токовой перегрузки при коммутации холодной лампочки накаливания в случае аварийной сигнализации, так как максимальная мощность, коммутируемая ТК, благодаря принятым мерам в 5-10 раз меньше, чем при обычной коммутации холодной лампочки.

Рис.3

Квитирование аварийной сигнализации и связанное с ним переключение лампочки накаливания герконовым замыкающим контактом реле К₁ на ровный свет происходит при уже разогретой лампочке, что снижает нагрузку на геркон. Кроме того, с целью повышения надёжности герконового контакта предусмотрено включение тиристора VD₇ при квитировании с помощью дополнительных контактов кнопки Квитирование АС и резисторов R₈ и R₉, так что коммутация рассматриваемого герконового контакта происхолдит на уровне напряжения не более 5 В. Это позволяет значительно снизить нагрузку на контакты и повысить их надёжность до уровня надёжности полупроводниковых элементов.

Блок общих цепей БОЦ-2

Принципиальная электрическая схема БОЦ-2 представлена на рис.4.

Функционально блок БОЦ-2 выполняет функции управления звуковой сигнализацией и организации задержки.

Рассмотрим работу блока в режиме аварийной сигнализации.

Как было описано выше, при замыкании любого ТК появляется ток в шине Квитирование, звук АС, которая подключена к входу усилителя на транзисторах VT₁ - VT₄ узла звуковой сигнализации. Ток, протекающий через обмотку реле К₁, ограничен резисторами R₁ и R₂ на уровне ниже уровня срабатывания реле К₁ (БАС), но достаточном для насыщения транзистора VT₁ и срабатывания усилителя на транзисторах VT₁ - VT₄. В коллекторной цепи транзистора VT₄ включено реле К₁. Контакты реле К₁ запускают тириссторный ключ на тиристоре VD₁₀, который подключает источник звукового сигнала Зв к источнику переменного напряжения U_зв.