Контроллеры — это устройства управления в электронике и вычислительной технике. Контроллер: определение, схема, устройство и виды

Контроллеры – это устройства, позволяющие производить обработку цифровых сигналов. Буквально несколько десятилетий назад все логические системы строились на основе электромеханических реле. Они до сих применяются, но в большинстве сфер были вытеснены микроконтроллерами. Наибольшее распространение контроллеры получили в промышленности, именно в системах управления и автоматизации. Впервые на рынке электроники появилось устройство MODICON производства Bedford Associates в 1960-х годах.

Аналогичные устройства, разработанные другими компаниями, стали известны как ПЛК. А если точнее, то это программируемые логические контроллеры. Их работа зависит от программы, которую записывают при помощи персонального компьютера через специальный интерфейс. Именно благодаря использованию устройств на контроллерах получилось заменить большое количество электромеханических реле логическими элементами.

Особенности ПЛК

Для того чтобы понять, что такое контроллер, необходимо разобраться с его устройством и назначением. У программируемого элемента несколько входов – с их помощью происходит контролирование состояния выключателей и датчиков. И есть выходные клеммы, которые подают сигналы различного уровня на электроклапаны, контакторы, электроприводы, реле и другие исполнительные устройства.

Программирование ПЛК очень простое, потому что язык, на котором это делается, очень схож с логикой работы электромагнитных реле. Если инженер-электрик или обычный монтер умеет читать схемы релейных систем, то он без особых трудностей сможет выполнить программирование контроллеров. Это займет немного времени, все зависит от количества логических элементов и функций.

Нужно отметить, что, в зависимости от модели ПЛК, подключение к ним источников сигналов и особенности программирования будут незначительно отличаться. Но суть процедуры настройки остается неизменной.

Подключение элементов к ПЛК

В корпусе контроллера есть оптический изолятор – простой светодиод. С его помощью происходит связь входной клеммы и общей. При подаче напряжения на ПЛК загорается светодиод – именно по нему можно судить о том, что устройство работает. На выходе происходит генерация сигнала при помощи компьютерной схемотехники – активируется устройство переключения. В качестве переключающего устройства могут использоваться электромагнитные реле, транзисторы, силовые ключи, тиристоры. Выходы обозначаются буквой Y. На каждом выходе устанавливается светодиод, сигнализирующий о том, что устройство работает.

Как происходит программирование

Контроллеры – это устройства, позволяющие обрабатывать электрический сигнал и преобразовывать его. На сегодняшний день в ПЛК ставится логика при помощи компьютерной программы. Именно она определяет, на каких выходных клеммах будет присутствовать напряжение при определенных условиях на входных клеммах. Отчасти эта логика схожа с той, которая применяется в релейной схемотехнике. Но в ней нет никаких реле, переключателей, контактов. Написание и просмотр программы происходит при помощи компьютера, который соединяется с портом программирования.

Логика простой программы

Допустим, у нас есть контроллер, лампа и выключатель. Контроллер подключается к источнику питания, со входом соединяется выключатель, а на выходе ставится лампа. При нажатии кнопки должна загораться лампа. Вариант простейшей программы для ПЛК:

Все действия, которые производятся с контроллерами, удобнее всего рассматривать на примере электромагнитных реле. Так нагляднее видна работа устройства.

Зачем нужен компьютер

При помощи компьютера происходит создание логической связи между входными и выходными клеммами. Программное обеспечение, с помощью которого осуществляется составление логики, позволяет направить в контроллер виртуальный сигнал и проследить, как он будет действовать при определенных условиях. После того как будет заложена логика внутрь ПЛК, компьютер отключается и контроллер работает самостоятельно. Все команды, которые ему были заданы на этапе программирования, он сможет выполнять без сторонней помощи.

Универсальность ПЛК

Чтобы понять всю силу и универсальность программируемых компонентов, необходимо рассмотреть несколько типов программ. Контроллер – это программируемый элемент, поэтому без вторичной настройки подключенных к нему элементов можно изменить все заданные команды. Допустим, вам нужно изменить программу, рассмотренную выше – при замыкании кнопки должна тухнуть лампа, а при размыкании загораться.

Для выполнения такой команды нужно просто поменять местами типы команд, которые были ранее. При нажатии на кнопку должно подаваться напряжение на вход ПЛК, а мнимое реле, которое находится в нем, имеет нормально-замкнутые контакты. Поэтому при подаче напряжения контакты размыкаются и лампа тухнет. Но когда в схеме контроллера пропадает сигнал, мнимое реле замыкает контакты и лампа загорается.

Преимущества контроллеров

Одно из преимуществ контроллеров – это возможность реализации в программном обеспечении логического контроля. Причем, в отличие от релейного оборудования, выходной сигнал может использоваться столько раз, сколько требуется для автоматизации. При помощи контроллера для систем автоматизации можно спроектировать систему запуска и останова электродвигателя. Чтобы построить аналогичную систему на электромеханических элементах, нужно использовать три реле.

При использовании контроллера на две входные клеммы подключаются кнопки. На выходе устанавливается электрический двигатель. Логика выглядит таким образом:

Причем все процессы, которые происходят в контроллерной системе, могут дублироваться для удаленного мониторинга. Именно с помощью такого свойства реализуется удаленное управление системами. Теперь вы знаете, что такое контроллеры и каковы их ключевые особенности. Программирование устройств может осилить любой человек, который разбирается в компьютерной и релейной технике.

Источник

Что такое контроллер управления

Вступление

Есть в электротехнике, электронике и вычислительной технике термины, которые объединяют устройства самого различного применения. Один из таких многозначных терминов, термин — контроллер.

Что такое контроллер управления?

Само слово контролер, буквально обозначает управление. Устройство, называемое контроллер, буквально означает — устройство, предназначенное для управления, чем либо.

Самым простым и понятным примером контроллер компьютера, который управляет внешними устройствами клавиатурой и мышью компьютера.

Чтобы был понятен спектр охватываемых приборов и устройств, именуемых контроллеры, приведу более сложный пример — контроллеры ControlLogix. Эта система на базе одного автономного контроллера и модулями ввода/вывода позволяет осуществлять дискретное управление постоянными процессами, управление приводами, сервоприводами в самых различных комбинациях.

Используются программируемые контроллеры для автоматического контролирования работы машин, процессов упаковки, автоматизации зданий и конвейеров, управления освещением зданий и систем безопасности.

Еще один пример, это контролер умного дома. Это базовое устройство для работы данной системы. Без контроллеров управления не обходится ни одна система «умный дом». К входам контроллера «умного дома» подключаются различные датчики (утечки воды, наличие газа, дыма, датчики движения и т.д.). К выходам прибора подключаются сервоприводы и реле управления, которые в автоматическом режиме могут отключить газ, воду, регулировать и управлять светом дома.

Обще устройство контроллеров управления

Рассмотрим обще устройство контроллеров управления. Это поможет, на базовом уровне, понять суть их применения и использования в различных системах.

У любого контроллера есть клеммы входа и выхода. Также у контроллеров управления есть клеммы для подключения внешних интерфейсов. Интерфейсы позволяют контролеру получать и передавать сигналы на различные устройства. Существуют сетевые и коммуникационные интерфейсы.

Например, интерфейс USB позволяет менять прошивку контроллера. Сетевой Ethernet позволяет подключить устройство к сети Интернет и мобильному приложению. Интерфейсы промышленных контроллеров (например, Allen-Bradley) поддерживают промышленные сети (DeviceNet, ProfiBus, Ethernet, ControlNet, DH485 и т.п.).

Базовыми элементами любого контроллера являются входы и выходы устройства. На входы поступают информационные сигналы для дальнейшей обработки. На выходы контроллер сам подает сигнал, который чем-либо управляет.

Например, на вход контроллера поступает сигнал с датчика температуры воздуха. На выход подключаем управление работой кондиционера, включение которого зависит от датчика температуры воздуха.

Или еще пример, на вход подключаем датчик движения, на выход — управление освещением, которое включает/выключает освещение по сигналу датчика.

Входы и выходы

Так как возможностей у контроллеров масса, то и использовать их можно в самых различных комбинациях и системах. Однако важно, входы и выходы контроллера могут быть либо аналоговыми, либо цифровыми (дискретными).

Например, датчики температуры, освещенности, влажности должны подключаться к аналоговому входу. Датчик движения или простой выключатель должны подключаться к дискретному входу.

Вывод

Контроллеры управления это устройства позволяющие получать и обрабатывать сигналы, на базе обработанных сигналов (данных), по вложенным в них алгоритмам, управлять различными машинами, механизмами, приборами.

Источник

Силовые контроллеры: назначение, устройство, технические характеристики

Контроллер — аппарат управления, предназначенный для пуска, останова, регулирования скорости вращения и реверсирования электродвигателей. Контакты контроллера включаются непосредственно в цепи питания электродвигателей с напряжением не свыше 600 В.

По устройству контактных частей различают контроллеры со скользящими контактами и кулачкового типа. Контроллеры со скользящими контактами в свою очередь разделяются на барабанные и плоские (последние применяются редко).

Вал контроллера может поворачиваться вручную или от приводимого в движение механизма или от отдельного электродвигателя. Неподвижные контакты (пальцы) располагаются в корпусе аппарата вокруг вала с контактами и изолированы от него. Контроллеры изготовляются только в защищенном исполнении. Для фиксации коммутационных положений служат храповые рычажно-пружинные механизмы.

Заданная программа переключений контроллера осуществляется соответствующей расстановкой подвижных контактов (сегментов). Для улучшения условий коммутации контроллеров постоянного тока снабжаются магнитным гашением. Количество коммутационных положений обычно от 1 до 8 (иногда до 12—20), величина коммутируемого тока не превышает 200 А.

Контроллеры могут работать в повторно-кратковременном режиме с относит, продолжительностью включения (25—60%) или в продолжит, режиме. Допустимая частота включений контроллеров барабанного типа не превышает 300, а кулачкового типа — до 600 включений в час. Наибольшее распространение контроллеры получили в электроприводе подъемно-транспортных машин и механизмов.

Силовые контроллеры являются комплектными устройствами для обеспечения включения цепей обмоток электродвигателей по заранее заданной программе, заложенной в конструкции контроллера. Простота конструкции, безотказность в работе и малые габариты — основные преимущества силовых контроллеров.

При правильном выборе и использовании силовых контроллеров в соответствии с их коммутационными возможностями контроллеры являются надежными и удобными в эксплуатации комплектными устройствами управления крановыми электроприводами, так как в этих устройствах полностью исключены нарушения заданной программы, а включение и отключение, зависящие от действий машиниста, обеспечивают 100 %-ную готовность привода к работе. Однако к недостаткам этих комплектных устройств можно отнести низкую износостойкость и коммутационную способность, а также отсутствие автоматизированного пуска и торможения.

На рис.1 показан контактный элемент барабанного контроллера. На валу 1 укреплён сегментодержатель 2 с подвижным контактом в виде сегмента 3. Сегментодержатель изолирован от вала изоляцией 4. Неподвижный контакт 5 расположен на изолированной рейке 6. При вращении вала 1 сегмент 3 набегает на неподвижный контакт 5, чем осуществляется замыкание цепи. Необходимое контактное нажатие обеспечивается пружиной 7. Вдоль вала расположено большое число контактных элементов. На одном валу устанавливается ряд таких контактных элементов. Сегментодержатели соседних контактных элементов можно соединять между собой в различных необходимых комбинациях. Определенная последовательность замыкания различных контактных элементов обеспечивается различной длиной их сегментов.

Рис.1. Контактный элемент барабанного контроллера.

У кулачковых контроллеров размыкание и замыкание контактов обеспечивается смонтированными на барабане кулачками, поворот которых осуществляется с помощью рукоятки маховика или педали и могут коммутировать от 2 до 24 электрических цепей. Кулачковые контроллеры разделяются по количеству коммутируемых цепей, виду привода, диаграммам замыкания контактов.

В кулачковом контроллере переменного тока (рис.2) перекатывающийся подвижный контакт 1 имеет возможность вращаться относительно центра О2, расположенного на контактном рычаге 2. Контактный рычаг 2 поворачивается относительно центра O1. Контакт 1 замыкается с неподвижным контактом 3 и соединяется с выходным контактом с помощью гибкой связи 4. Замыкание контактов 1,3 и необходимое контактное нажатие создаются пружиной 5, воздействующей на контактный рычаг через шток 6. При размыкании контактов кулачок 7 действует через ролик 5 на контактный рычаг. При этом сжимается пружина 5 и контакты 1, 3 размыкаются. Момент включения и отключения контактов зависит от профиля кулачковой шайбы 9, приводящей в действие контактные элементы. Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ-60 %.

В контроллер входят два комплекта контактных элементов / и //, расположенных по обе стороны кулачковой шайбы 9, что позволяет резко сократить осевую длину устройства. Как в барабанном, так и в кулачковом контроллере имеется механизм для фиксации положения вала.

Контроллеры переменного тока в виду облегченного гашения дуги могут не иметь дугогасительных устройств. В них устанавливаются только дугостойкие асбестоцементные перегородки 10. Контроллеры постоянного тока имеют дугогасительное устройство, аналогичное применяемому в контакторах.

Выключение рассмотренного контроллера происходит при воздействии на рукоятку и передаче этого воздействия через кулачковую шайбу, включение происходит с помощью силы пружины 5 при соответствующем положении рукоятки. Поэтому контакты удается развести даже в случае их сваривания. Недостаток конструкции заключается в большом моменте на валу за счет включающих пружин при значительном числе контактных элементов. Надо отметить, что возможны и другие конструктивные решения привода контактов контроллера. Рис.2. Кулачковый контроллер.

Для плавного регулирования поля возбуждения крупных генераторов и для пуска в ход и регулирования частоты вращения больших двигателей необходимо иметь большое число ступеней. Применение кулачковых контроллеров здесь нецелесообразно, так как большое число ступеней ведет к резкому возрастанию габаритов аппарата. Число операций в час при регулировании и пуске невелико (10—12). Поэтому особых требований к контроллеру с точки зрения износостойкости не предъявляется. В этом случае широкое распространение получили плоские контроллеры.

На рис.3 показан общий вид плоского контроллера для регулирования возбуждения. Неподвижные контакты 1, имеющие форму призмы, укреплены на изоляционной плите 2, являющейся основанием контроллера. Расположение неподвижных контактов по линии дает возможность иметь большое число ступеней. При той же длине контроллера число ступеней может быть увеличено путем применения параллельного ряда контактов, сдвинутого относительно первого ряда. При сдвиге на полшага число ступеней удваивается.

Подвижный контакт выполнен в виде медной щетки. Щетка располагается в траверсе 3 и изолируется от нее. Нажатие создается цилиндрической пружиной. Передача тока с контактной щетки 4 на выходной зажим осуществляется с помощью токосъемной щетки и токосъемной шипы 5. Контроллер рис.3 может одновременно производить переключения в трех независимых цепях. Траверса перемещается с помощью двух винтов 6, приводимых в движение вспомогательным двигателем 7. При наладочных работах перемещение траверсы вручную производится рукояткой 8. В конечных положениях траверса воздействует на конечные выключатели 9, которые останавливают двигатель.

Для того чтобы иметь возможность точной остановки контактов на желаемой позиции, скорость движения контактов берется малой: (5—7)10-3 м/с, а двигатель должен иметь торможение. Плоский контроллер может иметь и ручной привод.

Рис.3. Плоский контроллер.

Преимущества и недостатки разных типов контроллеров

Вследствие малой износостойкости контактов допустимое число включений контроллера в час превышает 240. При этом мощность запускаемого двигателя приходится снижать до 60% номинальной, из-за чего такие контроллеры применяются при редких включениях.

В контроллере используется перекатывающийся линейный контакт. Благодаря перекатыванию контактов дуга, загорающаяся при размыкании, не воздействует на поверхность контакта, участвующую в проведении тока в полностью включенном состоянии.

Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при продолжительности включения 60%.

Конструкция контроллера имеет следующую особенность: выключение происходит за счет выступа кулачка, а включение за счет силы пружины. Благодаря этому контакты удается развести даже в случае их сваривания.

Недостатком этой системы является большой момент на валу, создаваемый включающими пружинами при значительном числе контактных элементов. Возможны и другие конструктивные оформления привода контактов. В одном из них контакты замыкаются под действием кулачка и размыкаются под действием пружины, в другом и включение и отключение совершается кулачком. Однако они применяются редко.

Плоские контроллеры получили широкое распространение для плавного регулирования поля возбуждения крупных генераторов и для пуска в ход и регулирования частоты вращения больших двигателей. Так как необходимо иметь большое число ступеней, то применение кулачковых контроллеров здесь нецелесообразно, потому что большое число ступеней ведет к резкому возрастанию габаритов аппарата.

При размыкании между подвижным и неподвижным контактом появляется напряжение, равное падению напряжения на ступени. Для того чтобы не появлялась дуга, допустимое падение напряжения на ступени берется от 10 В (при токе 200 А) до 20 В (при токе 100 А). Допустимое число включений в час определяется износом контактов и не превосходит обычно 10—12. Если напряжение на ступени равно 40—50 В, то применяется специальный контактор, который перемыкает соседние контакты во время перемещения щетки.

В случае, когда необходимо производить коммутацию цепи при токах 100 А и более с частотой включений в час 600 и выше, применяется система, состоящая из контактора и командоаппарата.

Применение силовых контроллеров в крановом электроприводе

Для управления электродвигателями крановых механизмов применяют контроллеры следующих серий: ККТ-60А на переменном токе и контроллеры пультов DVP15 и UP35/I. Контроллеры этих серий изготовляют в защищенных корпусах с крышками и степенью защиты от внешней среды 1Р44.

Контроллеры ККТ-60А имеют номинальную силу тока 63 А при режиме работы ПВ = 40 %, но их коммутационная способность весьма невысокая, что ограничивает использование этих контроллеров в тяжелых условиях коммутации. Номинальное напряжение контроллеров переменного тока 38G В, частота 50 Гц.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Силовые контроллеры. Виды, назначение и устройство

Контроллер – это многоцепной, многоступенчатый аппарат с ручным управлением, назначением которого является управление изменением главной цепи электродвигатели или цепи обмотки возбуждения. Также котроллеры применяют для изменения сопротивлений, включенных в эти цепи. По конструктивному исполнению контроллеры подразделяют на барабанные, кулачковые и плоские.

Барабанные контроллеры

Ниже на рисунке показан контактный элемент контроллера.

Сегментодержатель 2 закреплен на валу 1 с подвижным контактом (сегментом) 3. От вала сегментодержатель изолирован бакелитизированной бумагой 4. На изолированной рейке 6 располагают неподвижный контакт 5. На неподвижный контакт 5 набегает сегмент 3 при вращении вала 1. Таким образом осуществляется замыкание цепи. Пружина 7 обеспечивает необходимое нажатие контакта. Вдоль вала располагается большое количество контактных элементов. Между собой могут соединяться сегментодержатели соседних элементов, создавая необходимую электрическую схему. Различной длиной сегментов достигается последовательность замыкания различных цепей. С помощью звездочки и защелки фиксируется положение вала.

Барабанный контроллер имеет малую износоустойчивость контактов, из-за чего имеет ограниченное количество включений в час (240). Барабанный контроллер применяется в системах с редким включением/отключением элементов электрической цепи.

Кулачковые контроллеры

На рисунке ниже изображен поперечный разрез кулачкового контроллера переменного тока:

Перекатывающийся линейный контакт используется в контроллере. Относительно центра О₂ может вращаться сменный подвижной контакт 1. Центр О₂ расположен на контактном рычаге 2. Контакт соединяется с помощью гибкой связи 4 с выходным зажимом.

Необходимое нажатие и замыкание контактов создается пружиной 5, которая воздействует на контактный рычаг через шток 6. При размыкании контактов кулачок 7 действует на ролик 8. При этом пружина 5 сжимается, а контакты 1 и 3 размыкаются. От профиля кулачковой шайбы 9, приводящей контактные элементы в действие, будет зависеть момент включения и отключения контактов. Дуга, возникающая в момент переключения, не воздействует на контакты благодаря их перекатыванию. Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ = 60%. По обе стороны кулачковой шайбы 9 расположены контактные элементы Ⅰ и Ⅱ, что позволяет резко снизить осевую длину контроллера. Как правило, вдоль оси аппарата располагается несколько контактных элементов, аналогичных рассмотренным. У кулачкового контроллера присутствует механизм фиксации положения вала, такой же, как и в барабанного. В виду облегчения гашения дуги на переменном токе кулачковыми элементами устанавливаются только дугостойкие асбестоцементные перегородки 10, препятствующие перекрытию между полюсами аппарата. В таких случаях установка дугогасительных устройств не обязательна. Если же контроллер отключает цепь постоянного тока, устанавливается дугогасительное устройство, аналогичное применяемому в контакторах.

Рассмотренная нами конструкция контроллера имеет следующую особенность – включение происходит за счет силы пружины, а выключение за счет выступа кулачка. Благодаря такой конструкции контакты удается развести в случае их сваривания. Недостатком применения такой системы является большой момент на валу, создаваемый включающими пружинами при значительном числе контактных элементов.

Возможны также и другие конструктивные выполнения контактов. В одном из них контакты размыкаются под действием пружины, а замыкаются под действием кулачка. В другом случае включение и отключение может происходить при помощи кулачков. Однако такие решения применяются редко.

На рисунке ниже изображена схема пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором при помощи кулачкового контроллера.

Арабскими цифрами обозначены позиции вала аппарата, а римскими – контакты. При пуске «вперед» в работу вступают расположенные справа контактные элементы. Для примера рассмотрим позицию 3. В данной позиции замкнуты контакты Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ. При таком расположении контактов статор машины подключен к сети, а в роторе выведены первые позиции ступеней пусковых резисторов в двух фазах. В положении 5 все контакты замкнуты – ротор электродвигателя полностью закорочен.

Плоские контроллеры

Для плавного регулирования поля возбуждения крупных генераторов и пуска в ход и регулирования частоты вращения мощных электродвигателей необходимо иметь большое количество ступеней. Применение кулачкового контроллера в таком случае не целесообразно, так как повышение количества ступеней ведет к резкому увеличению габаритов устройства.

Количество операций в час при пуске и регулировании невелико (порядка 10 – 12 в час). Исходя из этого, нет повышенных требований к контроллеру в отношении износоустойчивости. В таком случае широкое распространение получили плоские контроллеры.

Ниже на рисунке показан общий вид плоского контроллера для регулирования цепи возбуждения.

Между неподвижными и подвижными контактами при размыкании появляется напряжение, равное падению напряжения на ступени. Для избегания появления электрической дуги, допустимое падение напряжения на ступени берется от 10 В (при токе 200 А) до 20 В (при токе 100 А). Допустимое количество включений в час определяется износом контактов и, как правило, не превышает 10 – 12. В случае, если напряжение на ступени 40 В – 50 В, то применяют специальный контактор, который замыкает соседние контакты во время перемещения щетки.

В случаях, когда необходимо производить коммутацию цепи при токах 100 А и с частотой включения превышающей 600 включений в час, применяют систему, состоящую из командоаппарата и контактора.

Источник