Spis treści:
Układy sterowania elektrycznego są kluczowym elementem w każdych systemach automatyki w przemyśle i nie tylko. Prosty stykowy układ sterowania może być zdefiniowany jako układ, w którym logika sterowania oparta jest na relacji między stykami styczników (przekaźników) i innymi elementami elektrycznymi. Układy te działają na zasadzie zamykania lub otwierania obwodu elektrycznego w odpowiedzi na sygnał sterujący.
W dzisiejszym świecie, gdzie automatyzacja procesów i efektywne zarządzanie energią stały się priorytetem, zrozumienie działania stykowych układów sterowania elektrycznego jest niezbędne. W niniejszym opracowaniu autor przedstawi typowe proste układy sterowania elektrycznego wraz z omówieniem graficznym zasady działania tych układów.
Sterowanie to proces celowego oddziaływania sygnałów wejściowych na wyjścia według odpowiednich algorytmów — reguł sterowania.
Łączniki elektromagnetyczne
Styczniki i przekaźniki to elementy składające się z cewki i zestawu zestyków. Bardzo często nazywane są łącznikami elektromagnetycznymi. Zasada działania styczników i przekaźników oparta jest na mechanicznym połączeniu styków z chwilą podania napięcia na cewkę. Styki są odizolowane od cewki galwanicznie, dzięki czemu istnieje możliwość łączenia dużych mocy za pomocą małych prądów sterujących. Styczniki stosowane są do przełączania w obwodach średniej i dużej mocy, a przekaźniki wykorzystuje się głównie do przełączeń w obwodach małej mocy.
- Zestyk czynny — normalnie otwarty (NO) — zestyk zwierny,
- Zestyk bierny — normalnie zamknięty (NC) — zestyk rozwierny.
Oznaczenia zestyków:
Styczniki
Styczniki są urządzeniami elektromagnetycznymi, których zadziałanie następuje po doprowadzeniu napięcia do cewki elektromagnetycznej. Powoduje to wytworzenie się pola magnetycznego w rdzeniu i przyciągnięcie ruchomej zwory tego rdzenia. Dochodzi wtedy do zamknięcia styków normalnie otwartych (NO) i otwarcia styków normalnie zamkniętych (NC) urządzenia.
Osobną grupę elementów aparatury sterującej stanowią przekaźniki czasowe. Obecnie są to przekaźniki oparte na układach elektronicznych, często wykorzystuje się w nich technikę mikroprocesorową. Przekaźniki czasowe służą do realizowania funkcji czasowych w układach stykowo-przekaźnikowych. Zwykle umożliwiają nastawianie trzech parametrów: realizowanej funkcji, podstawy czasowej i odmierzanego czasu. Ich podstawowe funkcje to:
- Opóźnione załączanie — po podaniu napięcia zasilającego U jest odmierzany nastawiony czas. Gdy upłynie zadany czas, przekaźnik wyjściowy włączy się i pozostanie w tym stanie aż do wyłączenia napięcia zasilającego
- Opóźnione wyłączanie — po podaniu napięcia zasilającego U przekaźnik wyjściowy zostaje włączony. Równocześnie rozpoczyna się odmierzanie nastawionego czasu. Po upływie zadanego czasu przekaźnik wyjściowy się wyłączy. Wyłączenie napięcia zasilającego
Przykładowy przekaźnik czasowy:
W układach sterowania stosowane są różnego rodzaju przyciski sterownicze, wyłączniki krańcowe i inne aparaty elektryczne w zależności od funkcji, jaką ma pełnić układ. Użytkownik dzięki zastosowaniu łączników sterowniczych może załączyć, wyłączyć lub zmienić parametry pracy urządzenia.
- Łączniki monostabilne, w których po zwolnieniu przycisku sprężyna powoduje samoczynny powrót styków do stanu stabilnego
- Łączniki bistabilne, w których brak jest sprężyny odbijającej, a łącznik działa na zasadzie przełączania pomiędzy co najmniej dwoma stanami
Zasady rysowania schematów układów elektrycznych
Aby wykonać dowolny układ elektryczny i elektroniczny, należy znać zasady działania takiego układu. Niezbędna jest do tego znajomość symboli graficznych i przeznaczenia elementów układu. Wiedza z tego zakresu jest przydatna podczas analizy układu na podstawie schematów ideowych, funkcjonalnych i montażowych urządzeń, instalacji oraz systemów sterowania. Dla potrzeb projektowania, montażu, eksploatacji i napraw układów sterowania posługujemy się między innymi schematami ideowymi i montażowymi tych układów. Zgodnie z polską normą schematy ideowe należą do grupy schematów funkcjonalnych i mają za zadanie przedstawić pełny zestaw elementów funkcjonalnych i połączeń między nimi. Przy rysowaniu schematów sterowania elektrycznego obowiązują następujące zasady:
- Obwód sterowania i obwód prądowy rysuje się oddzielnie.
- Obwody są przedstawiane w stanie beznapięciowym.
- Symbole elementów muszą być zgodne z normą.
- Gałęzie obwodu sterowania rysuje się prostopadle między przewodami zasilającymi i kolejno numeruje.
- Symbole elementów umieszcza się prostopadle do przewodów zasilających.
- Połączenia pomiędzy gałęziami prowadzi się poziomo.
- Wszystkie części (cewki, styki) należące do tego samego elementu muszą mieć identyczną nazwę.
- Nazwy elementów elektrycznych są umieszczane z lewej strony elementu.
- Numery (np. styków, cewek) umieszcza się z prawej strony elementu.
- Pod cewkami styczników i przekaźników rysuje się przynależne do danego elementu styki.
Przykładowy schemat w postaci pełnej, zawierającej obwód główny i obwód sterowania:
Autor skupi się na samych obwodach sterowania przedstawiające różne typowe rozwiązania wraz z przedstawieniem w postaci graficznej zasady ich działania.
Przykład 1. Układ samopodtrzymania
Zasada działania:
Po naciśnięciu przycisku S1:
Przykład 2. Układ sterowania włącz/wyłącz dwie lampki sygnalizacyjne
Zasada działania:
Po naciśnięciu tylko przycisku S1:
Po naciśnięciu tylko przycisku S3:
Po naciśnięciu przycisków S1 i S3:
Przykład 3. Blokada elektryczna
Zasada działania:
Po naciśnięciu przycisk S1 uruchamia lampkę sygnalizacyjną H1, natomiast naciśnięcie przycisku S3 nie będzie skutkowało uruchomieniem lampki sygnalizacyjnej H2, dopóki H1 będzie włączona:
Po naciśnięciu przycisk S3 uruchamia lampkę sygnalizacyjną H2, natomiast naciśnięcie przycisku S1 nie będzie skutkowało uruchomieniem lampki sygnalizacyjnej H1, dopóki H2 będzie włączona.
Przykład 4. Układ priorytetowy
Zasada działania:
Po naciśnięciu przycisku S1:
Po naciśnięciu przycisku S3, pod warunkiem że wcześniej został wciśnięty również przycisk S1:
Po naciśnięciu tylko przycisku S3:
Przykład 5. Układ potrójny priorytet załączania i wyłączania "od tyłu"
Zasada działania:
Po naciśnięciu przycisku S5:
Po naciśnięciu przycisku S3, pod warunkiem że wcześniej został wciśnięty również przycisk S5:
Po naciśnięciu przycisku S1, pod warunkiem że wcześniej zostały wciśnięte również przyciski S3 i S5:
Wyłączanie układu odbywa się w kolejności naciskania przycisków S2, S4, S6. Przycisk S0 w dowolnym momencie wyłącza układ.
Przykład 6. Układ sterowania z przekaźnikiem czasowym
Zasada działania:
Po naciśnięciu przycisku S1 i odliczeniu nastawionego czasu, np. 5 sekund:
Znaczenie znajomości układów stykowych
Uczenie się o układach stykowych sterowania elektrycznego jest istotne z kilku powodów. Przede wszystkim, układy te stanowią fundamentalny element w automatyzacji i sterowaniu procesami przemysłowymi. Zrozumienie ich działania pozwala na projektowanie, wdrażanie oraz diagnozowanie systemów sterowania, co jest kluczowe w pracy inżynierów oraz techników.
Ponadto, znajomość układów stykowych ułatwia identyfikację i rozwiązywanie problemów związanych z awariami, co przekłada się na zwiększenie efektywności i bezpieczeństwa pracy. Dodatkowo, umiejętność pracy z takimi układami rozwija kompetencje w obszarze elektrotechniki i mechatroniki oraz automatyki, co otwiera drzwi do wielu możliwości zawodowych. Nauka o układach stykowych przyczynia się do lepszego zrozumienia złożonych systemów elektronicznych oraz ich zastosowania w codziennym życiu i przemyśle.
