Теоретической основой построения релейно-контактных схем являет­ся алгебра логики.

Схемы релейно-контактной автоматики разрабатывают с учетом наибольшей унификации схем управления, контроля, сигнализации и при­менения типовых узлов. Рассмотрим общие принципы построения релей­ных схем на примере схем блокировки, кнопочного управления испол­нительными электродвигателями, различными установками и др.

Схемы блокировки широко применяют в системах промышленной автоматики для исключения нарушения нормальной эксплуатации раз­личных объектов. При блокировке в результате взаимной связи отдельных элементов обеспечивается определенная последовательность включения отдельных устройств (механизмов) или выполнения технологических операций, а так же нормальное функционирование автоматических устройств, при этом повышается надежность схем автоматики.

В схемах с кнопочным управлением реле К, магнитными пускателями и контакторами КМ аппараты включают с помощью кнопок управления Пуск с замыкающими контактами, а отключают с помощью кнопок Стоп с размыкающими контактами. При нажатии на кнопки управления они за­мыкают (размыкают) свои контакты, а при отпускании под воздействием пружин возвращаются в исходное положение.

Для нормального функционирования релейной схемы с кнопочным управлением применяют самоблокировку реле, контактора или магнит­ного пускателя. При самоблокировке параллельно контактам кнопки Пуск включается замыкающий контакт реле К или контактора КМ. Благо­даря этому после включения, например, контактора КМ (рис. 4.14, а, б) с помощью кнопки Пуск сохраняется цепь питания катушки независимо от ее положения.

При необходимости управления реле, контакторами или магнитными пускателями с разных мест (местное и дистанционное управление) или при осуществлении автоматического режима включающие кнопки Пуск, замыкающие контакты управляющих реле ЗКУР, включаются параллель­но, а отключающие кнопки Стоп и размыкающие контакты управляющих реле РКУР, используемые для отключения, включаются последовательно (рис. 4.14, в).

На рис. 4.14, г представлена схема взаимной блокировки, исключа­ющая одновременное включение двух реле, а следовательно, и управля­емых ими выходных, исполнительных и других устройств. При включении реле К1 размыкается контакт реле К1 в цепи катушки реле К2, что делает невозможным включение реле К2.

Рассмотренные электрические, а также механические блокировки контакторов применяют в схемах автоматического управления реверсив­ными исполнительными электродвигателями.

С помощью блокировок обеспечивается определенная последователь­ность технологических операций, включения и отключения исполнительных механизмов и других устройств. На рис. 4.15, а, б приведены схемы с пос­ледовательным включением трех исполнительных электродвигателей:

М1,.М2,.МЗ (рис. 4.15, в).

Схема блокировки (рис. 4.15, а) обеспечивает независимое включение М1, а также М2 и МЗ после включения соответственно М1 и М2. В случае отключения М1 автоматически отключаются М2 и МЗ, а при отключении М2 отключится МЗ.

На рис. 4.15, б приведена схема последовательного включения испол­нительных электродвигателей с центрального пульта кнопкой управления Пуск. Останов осуществляется либо с центрального пульта кнопкой Стоп, либо в аварийных случаях - кнопками Стоп 1 — Стоп 3. Напряжение к каждому электродвигателю (рис. 4.15, в) подводится через автоматический выключатель QF с электромагнитным или тепловым расцепителями, обеспечивающими отключение QF при коротких замыканиях (к.з.) и перегруз­ках и через главные контакты контакторов К.

В схемах автоматического управления технологическими установками блокировки обеспечивают правильное включение отдельных исполнитель­ных механизмов в зависимости от положения того или другого устройства, закрытия аппарата и т.д. Такие блокировки осуществляются включением в схемы различных путевых и конечных переключающих устройств.

При необходимости включения резервного агрегата используют раз­личные схемы автоматического включения резерва (АВР). Простейшая схема АВР приведена на рис. 4.16. Двигатели М1 и М2 подключают совмест­но с соответствующими цепями управления через автоматы QF1 и QF2 к разным источникам питания. Для обеспечения включения электродви­гателя резервного агрегата при отключении рабочего в цепи его управления включается размыкающий контакт контактора рабочего электродвигателя. Если агрегат с двигателем М1 находится в работе, а с М2 — в резерве, то универсальный переключатель SН должен быть установлен в левое положе­ние (М1р) а его контакт 2 - замкнут. При этом контакт К1 в цепи катуш­ки реле К2 разомкнут. При отключении М1 обесточится катушка реле К1 и замкнется размыкающий контакт К1, что обеспечит замыкание цепи катушки реле К2 и включение резервного агрегата. При начальном запуске агрегата переключатель SН находится в среднем положении.

Если агрегат с двигателем М1 находится в резерве, а с М2 — в работе, то АВР осуществляется аналогично, только SН переключается в правое положение (М2р).

Схемы релейно-контактной автоматики используют при регулировании различных технологических параметров. На рис. 4.17 приведена схема управления компрессором К с автоматическим регулированием давления в системе. Датчиком давления является электроконтактный манометр ВР. Компрессор включается кнопкой Пуск при ручном управлении (пере­ключатель SН установлен в левое положение) или замыканием контакта реле К1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ при автоматическом управлении (переключатель SН повернут вправо). Если давление в системе упадет до установленного на ВР минимального значения, то будет подан сигнал на включение компрессора. При работе компрессора давление в системе будет повышаться, что приведет к размыканию контактов BPmin. Однако благодаря самоблокировке реле К1 не отключится и компрессор будет продолжать работать. Если давление в системе превысит установлен­ное на ВР, то компрессор отключится. В результате его периодического включения и отключения обеспечивается двухпозиционное регулирование давления в пределах от минимального до максимального заданного значе­ния. Тепловые реле КК и расцепители автоматов (У предназначены для отключения электродвигателя при перегрузках и к. з.

На рис. 4.18 приведена схема управления компрессорной установкой с двумя компрессорами. Электродвигатели М1 и М2 обеспечивают привод компрессоров 1К и 2К, которые подают сжатый воздух (газ) в ресивер Р, откуда он поступает к потребителю. Давление в системе контролирует­ся двумя электроконтактными манометрами: ВР1 и ВР2. Верхние пределы давлений, при которых замыкаются контакты ВР1max Р2max, могут быть одинаковыми. Значения давлений, на которые устанавливаются кон­такты ВР1min и ВР2min, различны. Схемой предусмотрено, что при умень­шении давления в ресивере сначала автоматически включается один комп­рессор, а если давление продолжает уменьшаться, включается другой. Режим работы (ручной или автоматический) определяется установкой универсального переключателя SН1 в соответствующее положение. При автоматическом управлении (SН1 повернут вправо) линейные контакторы КМ1 и КМ2 включаются при срабатывании реле К1 и К2, которые управля­ются электроконтактными манометрами непосредственно (ВР1min) или через промежуточные реле КЗ и К4 (ВР2min, ВР1max, ВР2mах). Универ­сальный переключатель SН2 определяет режим работы компрессоров (один - рабочий, другой - резервный).

При давлении в системе, соответствующем верхнему пределу, оба компрессора не работают. При этом контакты ВРmах манометров ВР1 и ВР2 замкнуты, а контакты ВРmin разомкнуты. При снижении давления сначала разомкнутся контакты ВРmах, а когда давление в системе достиг­нет первого нижнего предела, установленного на ВР1, замкнется размыка­ющий контакт BP1min и включится в работу компрессор 1К. При даль­нейшем снижении давления замкнется контакт BP2min и включится комп­рессор 2К. Отключение обоих компрессоров произойдет при достижении давлением верхнего предела и замыкании контактов BPmax. При этом сработает реле К4, рабочий контакт которого в цепи катушек реле управ­ления компресс эрами 1К и 2К разомкнется. Это обеспечит отключение контакторов КМ1 и КМ2 и останов электродвигателей. Ручное управление компрессорами 1К и 2К осуществляется с помощью соответствующих кнопок управления.

На рис. 4.19 приведена релейно-контактная схема автоматического регулирования температуры жидкости в технологическом аппарате. Наг­рев производится паром или горячей водой. Датчиком температуры ВК является электроконтактный манометрический термометр (ЭКГ), испол­нительным механизмом — задвижка с электродвигательным приводом. Управление приводом осуществляется релейно-контактным устройством РКУ, Контакты Tmin и Tmax ЭКТ маломощны, поэтому в схеме предус­мотрены промежуточные реле К1 и К2, используемые в качестве усилитель­ных элементов. Универсальный переключатель 8Н переключает цепи управ­ления с ручного (наладочного) режима на автоматический. Конечные выключатели SК1 и SК2 отключают соответственно цепи управления кон­такторами КЗ (Закрыто) и КО (Открыто) при полном закрытии или открытии задвижек. Их замыкающие контакты используют для сигнализа­ции положения задвижки. В схеме предусмотрена электрическая блокиров­ка, исключающая одновременное включение контакторов КО и КЗ (в цепь катушки КО включен рабочий контакт КЗ, а в цепь катушки КЗ — рабо­чий контакт КО).

Рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме (8Н установлен в положение Авт). Если температура жидкости в аппарате равна или мень­ше нижнего предела, то контакты Tmin ЭКТ замкнуты. При включении схемы срабатывает реле К1, которое через контакты 3 переключателя SH, размыкающий контакт КЗ и конечный выключатель SК1 подает сигнал на включение КО. Исполнительный двигатель М при срабатывании КО начинает вращаться в сторону открывания задвижки, обеспечивая приток теплоносителя в аппарат. При полном открытии задвижки конечный вык­лючатель SК1 отключит исполнительный двигатель М. При нагревании жид­кости сначала разомкнется контакт Tmin, а затем при достижении темпера­турой верхнего установленного предела замкнется контакт Tmaх, который подает управляющий сигнал на закрывание задвижки. Таким образом, рассмотренная двухпозиционная релейная система осуществляет регулиро­вание температуры по двум уровням — максимальному и минимальному.

Для записи последовательности работы отдельных элементов дискрет­ных систем автоматики, осуществляющих автоматическое управление машинами, механизмами или установками, работающими циклически, применяют циклограммы. Циклограммы в графической форме отображают последовательность работы элементов схемы во времени и направление связей, воздействующих на промежуточные и выходные элементы.

На рис. 4.20, а приведена релейная схема автоматического управления пуском и динамическим торможением асинхронного электродвигателя. В циклограмме (рис. 4.20, б) указаны основные и промежуточные элемен­ты рассматриваемой схемы (кнопки управления Пуск и Стоп, линейный контактор К1, контактор торможения К2, реле времени KT). Наличие сигнала на выходе элемента обозначено прямой линией (толстой — для основных элементов и тонкой — для промежуточных), а направление воздействия одного элемента на другой — стрелкой. В циклограмме отра­жается только состояние элементов в течение периода работы автоматиче­ского устройства, наличие или отсутствие сигналов на выходе. Весь цикл работы схемы подразделяется на такты. В течение такта не происходит изменения состояния ни одного из элементов автоматического устройства. Например, для элемента К1 наряду с периодами включения (такты 2, 3, 4 на рис. 4.20, б) и отключения (такты 5, 6, 7, 0, 1) различают выключа­ющий (такты 1, 2, 3) и отключающий (такты 4, 5) периоды и включающий (7) и отключающий (4) такты. Циклограммы просты и наглядны. Их при­меняют при анализе и синтезе систем дискретной автоматики/