Σχεδιασμός Κλασσικών Βιομηχανικών Αυτοματισμών

• ΣΗΜΑΝΣΗ ΥΛΙΚΩΝ

Η τυποποιημένη σήμανση (IEC 113-2 και DIN 40719 μέρος 2) επιτρέπει την αλάνθαστη συνδεσμολογία μεταξύ των ηλεκτρικών συσκευών και των εξαρτημάτων. Η σήμανση αυτή πρέπει να τηρείται με συνέπεια σε όλα τα σχετικά έντυπα (σχεδιαγράμματα, πληροφοριακό υλικό, οδηγίες επεξεργασίας, σύνδεσης, λειτουργίας κ.λπ.). Τα είδη και οι λειτουργίες των υλικών αναφέρονται στη συνέχεια στους Πίνακες 7.2 και 7.3.

Πίνακας 7.2: Γράμματα – Σύμβολα για τη σήμανση του είδους του υλικού.

Πίνακας 7.3: Γράμματα – Σύμβολα για τη σήμανση των συνηθέστερων λειτουργιών.

Παραδείγματα εφαρμογής:

ΚΜ1: Ηλεκτρονόμος κύριας λειτουργίας
ΚΑ2: Ηλεκτρονόμος ελέγχου, βοηθητικός ηλεκτρονόμος, βοηθητικό ρελέ
F1: Θερμικό ρελέ, ασφάλειες
ΚΤ4: Ρελέ καθυστέρησης
S1: Διακόπτης ελέγχου
Η1: Ενδεικτική λυχνία

• ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ

Σε όλα τα ηλεκτρικά κυκλώματα συστημάτων αυτοματισμού έχουμε:

• Το κύριο κύκλωμα ή κύκλωμα ισχύος
• Το βοηθητικό κύκλωμα ή κύκλωμα ελέγχου του συστήματος ή κύκλωμα αυτοματισμού

Το κύριο κύκλωμα είναι ο φορέας μέσω του οποίου μεταφέρεται η ισχύς του συστήματος. Στην περίπτωση ενός ηλεκτρικού αυτόματου συστήματος το κύριο κύκλωμα είναι εκείνο μέσω του οποίου μεταφέρεται η ηλεκτρική ισχύς, η οποία συνήθως μετατρέπεται σε μηχανική.

Το βοηθητικό κύκλωμα ενός ηλεκτρικού αυτόματου συστήματος, ανάλογα με το σκοπό που εξυπηρετεί, χωρίζεται σε τρία διακεκριμένα κυκλώματα:

• Το κύκλωμα ελέγχου «εκκίνηση – κράτηση – ρύθμιση».
• Το κύκλωμα σηματοδότησης «κατάσταση κυκλώματος», κρατημένο ή σε λειτουργία.
• Το κύκλωμα προστασίας «ελέγχει την ομαλή λειτουργία του συστήματος και διακόπτει τούτο σε περίπτωση ανωμαλίας».

Τα όργανα και οι συσκευές που περιλαμβάνει το βοηθητικό κύκλωμα είναι:

• Χειριστήρια εντολών
• Πηνία οπλισμού και διακοπής
• Ηλεκτρονόμοι προστασίας
• Ενδεικτικές λυχνίες
• Βοηθητικοί διακόπτες

Το βοηθητικό κύκλωμα σε ένα ηλεκτρικό αυτόματο σύστημα παίζει σπουδαίο ρόλο, γιατί ελέγχει, εκτός από την εκκίνηση και κράτηση, την καλή λειτουργία του συστήματος και προστατεύει από τυχόν ανωμαλίες, όπως είναι η υπερφόρτιση.

Ο σχεδιασμός κάθε κυκλώματος είναι η διαδικασία με την οποία θα τροφοδοτήσουμε με ηλεκτρική ενέργεια τις απαιτούμενες από το σύστημά μας «καταναλώσεις» (κινητήρες, λυχνίες, κόρνες, κ.λ.π.).

Αξίζει να σημειωθεί ότι κάθε κύκλωμα ηλεκτροδότησης καταναλώσεων πρέπει να προστατεύεται. Για να επιτευχθεί αυτό θα πρέπει κάθε κύκλωμα να έχει στην πλευρά της παροχής (της φάσης) έναν αποζευκτικό διακόπτη και μία ασφάλεια ή να έχει έναν ασφαλειοδιακόπτη.

• ΒΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ

Παρακάτω παρουσιάζονται κάποια από τα βασικά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται στους αυτοματισμούς για τον έλεγχο κινητήρων.

• Αυτόματη Εκκίνηση Μονοφασικού Κινητήρα

Αν λάβουμε υπόψη ότι οι ηλεκτρονόμοι είναι τριπολικοί και προκειμένου αυτοί να χρησιμοποιηθούν σε μονοφασικές καταναλώσεις και ακόμη να παρέχουν τη δυνατότητα της ικανοποιητικής διακοπής, πρέπει οι τρεις πόλοι να διαρρέονται από το ρεύμα φορτίου. Η συνθήκη αυτή επιβάλλεται, είτε πρόκειται για μονοφασικές καταναλώσεις, είτε πρόκειται για καταναλώσεις συνεχούς ρεύματος. Με τη συνδεσμολογία του κυκλώματος ισχύος που φαίνεται στο Σχήμα 7.16 διαπιστώνουμε ότι το ρεύμα φορτίου περνάει από όλα τα θερμικά ρελέ, εξασφαλίζοντας έτσι επαρκή προστασία. Στο Σχήμα 7.17 φαίνεται το αντίστοιχο βοηθητικό κύκλωμα για αυτόματη εκκίνηση μονοφασικού κινητήρα. Πιέζοντας το μπουτόν START ενεργοποιείται ο ΚΜ1, ο οποίος αυτοσυγκρατείται μέσω της ΚΜ1(13-14) και ενεργοποιεί τον κινητήρα. Διακοπή του κυκλώματος προκαλείται με το πάτημα του μπουτόν STOP ή με το άνοιγμα της βοηθητικής επαφής του θερμικού F2(95-96) ή με το άνοιγμα της ασφάλειας F1.

Σχήμα 7.16: Κύκλωμα ισχύος εκκίνησης μονοφασικού κινητήρα

Σχήμα 7.17: Βοηθητικό κύκλωμα εκκίνησης μονοφασικού κινητήρα

• Αυτόματη Εκκίνηση Τριφασικού Κινητήρα

Στο Σχήμα 7.18 φαίνεται το κύκλωμα ισχύος για την εκκίνηση τριφασικού κινητήρα και στο Σχήμα 7.19 το αντίστοιχο βοηθητικό κύκλωμα.

Πιέζοντας το μπουτόν START ενεργοποιείται το ρελέ ΚΜ1 και τροφοδοτείται ο κινητήρας. Η τροφοδοσία του ΚΜ1 εξασφαλίζεται από την επαφή αυτοσυγκράτησης ΚΜ1(13-14). Όταν πιέσουμε το μπουτόν STOP διακόπτεται η τροφοδοσία του ΚΜ1 και κατά συνέπεια έχουμε διακοπή της λειτουργίας του κινητήρα.

Στο κύκλωμα υπάρχει θερμικό που συνδέεται με τον ηλεκτρονόμο και προστατεύει από υπερφορτίσεις. Όταν συμβεί κάποια υπερφόρτιση ενεργοποιείται το θερμικό και ανοίγει η κλειστή επαφή F2(95-95) και διακόπτει την τροφοδοσία του ρελέ με αποτέλεσμα να απενεργοποιείται και να διακόπτει το κύκλωμα.

Σχήμα 7.18: Κύκλωμα ισχύος εκκίνησης τριφασικού κινητήρα

Σχήμα 7.19: Βοηθητικό κύκλωμα εκκίνησης τριφασικού κινητήρα

• Αλλαγή Φοράς Περιστροφής Τριφασικού Κινητήρα

Για την αλλαγή φοράς περιστροφής τριφασικού κινητήρα το κύκλωμα ισχύος φαίνεται στο Σχήμα 7.20 και το αντίστοιχο βοηθητικό κύκλωμα στο Σχήμα 7.21.

Σχήμα 7.20: Κύκλωμα Ισχύος αλλαγής φοράς περιστροφής τριφασικού κινητήρα

Με το πάτημα του μπουτόν S2 ενεργοποιείται ο ηλεκτρονόμος ΚΜ1 ο οποίος αυτοσυγκρατείται μέσω της ΚΜ1(13-14) και προκαλεί λειτουργία του κινητήρα (περιστροφή κατά τη μία φορά). ΄Όταν πατηθεί το μπουτόν S3 ενεργοποιείται ο ΚΜ2 ο οποίος αυτοσυγκρατείται μέσω της ΚΜ2(13-14) και προκαλεί λειτουργία του κινητήρα και περιστροφή κατά την αντίθετη φορά. Μέσω των κανονικά κλειστών βοηθητικών επαφών ΚΜ1(11-12) και ΚΜ2(21-22) οι οποίες αλλάζουν κατάσταση όταν ενεργοποιηθεί ο αντίστοιχος ηλεκτρονόμος, εξασφαλίζεται ότι δεν θα λειτουργήσουν ταυτόχρονα οι ηλεκτρονόμοι ΚΜ1 και ΚΜ2 (μανδάλωση).

Διακοπή του κυκλώματος προκαλείται με το πάτημα του μπουτόν S1 ή με άνοιγμα της F2(95-96) ή με άνοιγμα της ασφάλειας F1.

Σχήμα 7.21: Βοηθητικό κύκλωμα αλλαγής φοράς περιστροφής τριφασικού κινητήρα

• Αυτόματη Εκκίνηση Τριφασικού Κινητήρα με Αστέρα-Τρίγωνο

Με τη μέθοδο αστέρα-τριγώνου ο κινητήρας εκκινεί με ζεύξη των τυλιγμάτων του σε αστέρα, δηλαδή με μια μειωμένη τάση κατά ή περίπου, 58% της ονομαστικής (φασική τάση). Η ροπή είναι μειωμένη στο 1/3 της ροπής που θα απέδιδε ο κινητήρας αν εκκινούσε απευθείας ή στο 50% της ονομαστικής ροπής αν το ρεύμα εκκίνησης είναι 1,5 του ονομαστικού ρεύματος. Η μέθοδος εκκίνησης αστέρα-τριγώνου προϋποθέτει την εκκίνηση των κινητήρων εν κενώ ή με πολύ μικρό φορτίο.

Στην επόμενη φάση λειτουργίας, τη ζεύξη αστέρα διαδέχεται η ζεύξη τρίγωνο. Σε κάθε τύλιγμα του κινητήρα εφαρμόζεται η ονομαστική τάση (πολική). Ο κινητήρας λειτουργεί κανονικά αποδίδοντας τα ονομαστικά του στοιχεία.

Στο Σχήμα 7.22 φαίνεται το κύκλωμα ισχύος της εκκίνησης αστέρα-τριγώνου και στο Σχήμα 7.23 παρουσιάζεται το αντίστοιχο βοηθητικό κύκλωμα.

Σχήμα 7.22: Κύκλωμα ισχύος εκκίνησης τριφασικού κινητήρα με διακόπτη αστέρα-τριγώνου

Σχήμα 7.23: Βοηθητικό κύκλωμα εκκίνησης τριφασικού κινητήρα με διακόπτη αστέρατριγώνου

Πιέζοντας το μπουτόν START ενεργοποιείται ο ηλεκτρονόμος ΚΜ1, κλείνει η ΚΜ1(13-14) και ενεργοποιείται ο ΚΜ3. Ο κινητήρας ξεκινάει σε ζεύξη αστέρα. Μετά από κάποιο προκαθορισμένο χρόνο, ανοίγει η επαφή ΚΤ1(65-66) ενώ ταυτόχρονα κλείνει η επαφή ΚΤ1(57-58). Αυτό έχει ως συνέπεια την απενεργοποίηση του ΚΜ3 και την ενεργοποίηση του ΚΜ2 (κινητήρας σε ζεύξη τρίγωνο). Η επαφή ΚΤ3(5-6) κλείνει μετά από περίπου 40 ms προκαλώντας την απενεργοποίηση του ΚΜ2, ενώ ο κινητήρας συνεχίζει να λειτουργεί, επιταχυνόμενος, σε ζεύξη τρίγωνο. Η ηλεκτρική μανδάλωση μεταξύ των ηλεκτρονόμων ΚΜ2 και ΚΤ3 εξασφαλίζεται μέσω των επαφών ΚΜ2(21-22) και ΚΤ3(35-36).

Διακοπή του κυκλώματος μπορεί να συμβεί με το πάτημα του μπουτόν STOP ή με άνοιγμα της επαφής του θερμικού ρελέ F2(95-96) ή με άνοιγμα των ασφαλειών.