ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ PLC

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΑΕ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ PLC A DISSERTATION FOR DEGREE DIGITALIZASION OF LECTURES OF PLC LABORATORY EXPERIMENTS ΚΕΧΑΓΙΔΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ του ΝΙΚΟΛΑΟΥ Α.Ε.Μ:4918 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝΤΕΣ ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ: ΚΟΓΙΑΣ Γ. ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Καθηγητής Εφαρμογών ΚΟΓΙΑ Γ. ΦΩΤΕΙΝH Καθηγήτρια Εφαρμογών ΚΑΒΑΛΑ 2014

2 ''Τὸ ἐπιεικὲς ὑμῶν γνωσθήτω πᾶσιν ἀνθρώποις'' ''H λογικότητα σας ας γίνει γνωστή σε όλους τους ανθρώπους'' Επιστολή Αποστόλου Παύλου προς Φιλιππησίους Κεφάλαιο 5 Εδάφιο 4. 1

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο τόμος αυτός αποτελεί την πτυχιακή μου εργασία, η οποία πλαισιώνει κατάλληλα τις γνώσεις μου ώστε να μου απονεμηθεί το πτυχίο του τεχνολόγου ηλεκτρολόγου μηχανικού. Ο χαρακτήρας της εργασίας είναι σύνθετος, περιλαμβάνει θεωρητική και πειραματική προσέγγιση. Η εκλογή του θέματος έγινε έπειτα από ανάθεση του καθηγητή εφαρμογών κ. Παναγιώτη Κόγια υπεύθυνου του εργαστηρίου προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών, όπου μου δόθηκε η ευκαιρία να συμμετέχω στην συγγραφή των νέων εργαστηριακών σημειώσεων του αναφερόμενου εργαστηρίου και στην υλοποίηση παραδειγματικής κατασκευής αυτοματισμού η οποία θα συμπληρώνει την επίδειξη του εργαστηρίου προς τους σπουδαστές. Εκ τον προτέρων έλαβα την αρχική δομή και τα θέματα των εργαστηριακών ασκήσεων και έπειτα συνέλλεξα σχετική βιβλιογραφία που βασίζεται είτε σε θεωρία, είτε σε πράξη για να την μελετήσω, ενώ συγχρόνως επισκέφτηκα και πραγματικές εγκαταστάσεις αυτομάτου ελέγχου. Με κατάλληλα παραδείγματα, υποδειγματικές λύσεις, χρήση ειδικού λογισμικού συμβατού με τους λογικούς ελεγκτές, επανειλημμένη αποτύπωση σχεδίων και με παράλληλη καθοδήγηση και της καθηγήτριας φυσικής κ. Φωτεινής Κόγια, έφτασα σε σημείο να ολοκληρώσω την εργασία που διαβάζεται αυτήν την στιγμή. Η εργασία αποτελείται από δύο στάδια, το θεωρητικό στάδιο που εντάσσεται η συγγραφή των εργαστηριακών ασκήσεων και το πειραματικό στάδιο που εντάσσεται η κατασκευή. Η συγγραφή των εργαστηριακών σημειώσεων περιλαμβάνει ένα πρόλογο για τις οδηγίες χρήσεις και τον εξοπλισμό του εργαστηρίου, και μία εισαγωγή στους προγραμματιζόμενους ελεγκτές. Έπειτα ακολουθούν δύο εργαστηριακές ασκήσεις που εισάγουν τον σπουδαστή στον ''κόσμο'' των PLC, ως εξής: Εργαστηριακή άσκηση 1 η : Εξέταση Τυπικού PLC, η οποία περιγράφει τα βασικά κοινά χαρακτηριστικά που παρουσιάζονται σε όλους τους τύπους PLC και κοινές συσκευές εισόδων εξόδων, Εργαστηριακή άσκηση 2 η : Ανάπτυξη προγράμματος σε PLC η οποία φέρνει σε επαφή τον σπουδαστή με τα PLC ώστε να μπορεί να προγραμματίζει πρώτα αυτοσχέδια και έπειτα με την βοήθεια ειδικού λογισμικού ώστε να μεταφέρει τις επιθυμητές λειτουργίες στο PLC. Πέρα από αυτές τις ασκήσεις ακολουθούν άλλες οκτώ ασκήσεις, που λύνουν με τη χρήση PLC τα πιο γνωστά προβλήματα αυτοματισμού, όπως την Απευθείας εκκίνηση ενός τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα, Εργαστηριακή άσκηση 3 η. Αλλαγή φοράς περιστροφής τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα, Εργαστηριακή άσκηση 4 η. Εκκίνηση ηλεκτρικού κινητήρα 2

4 σε συνδεσμολογία αστέρα-τρίγωνο, Εργαστηριακή άσκηση 5 η. Αυτόματος κλιμακοστασίου για τον φωτισμό πολυκατοικίας, Εργαστηριακή άσκηση 6 η. Φωτεινός σηματοδότης, Εργαστηριακή άσκηση 7 η. Σύστημα θέρμανσης κτιρίου, Εργαστηριακή άσκηση 8 η. Έλεγχος σύγχρονου ανελκυστήρα, Εργαστηριακή άσκηση 9 η. Αυτοματοποίηση επιτραπέζιου δράπανου Εργαστηριακή άσκηση 10 η. Στο κλείσιμο της εργασίας συνεισφέρει το παράδειγμα εφαρμογής PLC σε μια κατοικία. Ειδικότερα, καταλέγει την επιτήρηση των καταναλώσεων σε μια κατοικία με σκοπό την αποφυγή υπερέντασης που προκύπτει από την αύξηση της συνολικής κατανάλωσης πάνω από τα επιτρεπτά όρια, με ταυτόχρονη επίτευξη, την αδιάλειπτη ηλεκτροδότηση της εγκατάστασης, επιβάλλοντας τον αναγκαίο ετεροχρονισμό έτσι ώστε να διατηρείται η συνολική απορροφούμενη ένταση μικρότερη από την ονομαστική τιμή της γενικής ασφάλειας. Η υπερένταση λόγο υπερφόρτωσης και η απομόνωση των καταναλώσεων για την αποφυγή της, είναι από τα γνωστότερα προβλήματα που υπάρχουν σε μια οικιακή ηλεκτρική εγκατάσταση. Όλοι ίσως θυμούνται την σύγχυση που προκαλεί η ''πτώση'' της γενικής ασφάλειας λόγο υπερφόρτωσης. Η επιλογή αυτού του προβλήματος έγινε σε συνεργασία με τον καθηγητή. Η δημοσίευση του προβλήματος αρχίζει με την περιγραφή του προβλήματος και τον ενδεικνυόμενο εξοπλισμό, στη συνέχεια αναπτύσσεται ο προγραμματισμός με κατά σειρά βήματα, τον υπολογισμό ρευμάτων, την μαθηματική λογική, το διάγραμμα LADDER και την μεταφορά στο σύστημα ελέγχου. Στο τέλος μνημονεύονται μερικές παρατηρήσεις, σχόλια και συμπεράσματα. Με την χρήση κατάλληλων λογισμικών του τύπου GMwin 4.0, ΑutoCAD 2011, Logic Friday και με επιδέξιες ικανότητες κατασκευής της μακέτας, προσπάθησα να λύσω το πρόβλημα με όσο το δυνατόν πιο άρτιο τρόπο. Την πτυχιακή εργασία συμπληρώνει η μακέτα στην οποία συμπεριλαμβάνεται μια τυπωμένη κάτοψη ηλεκτρολογικών τυπικής κατοικίας με το μονογραμμικό διάγραμμα του γενικού πίνακα, την ονομασία των γραμμών, τα υπομνήματα, μια τρισδιάστατη φωτοτεχνική παρουσίαση, ο τόμος της πτυχιακής και τα επιμέρους ηλεκτρολογικά υλικά όπως ο προγραμματιζόμενος ελεγκτής, ηλεκτρονική πλακέτα, ηλεκτρονόμοι, διακόπτες, καλώδια, ασφάλεια, λυχνίες, κλέμες, ηχητική ένδειξη και ένας αναλογικός θερμοστάτης χώρου. 3

5 Λέξεις κλειδιά: Αυτοματισμός, Ελεγκτές, Προγραμματιζόμενοι Λογικοί Ελεγκτές, Διάγραμμα λάντερ, Εργαστηριακές Ασκήσεις Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών, Προγραμματισμός προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή μέσω Η/Υ, GMWin 4.0, Βιομηχανικές λύσεις LG, Παράδειγμα εφαρμογής PLC σε κατοικία, Οικιακή ηλεκτρολογική εγκατάσταση, Υπερφόρτωση σε οικιακές καταναλώσεις. Αναστάσιος Κεχαγίδης Πτυχιούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Τ.Ε Καβάλα

6 ABSTRACT In order to graduate from the Electrical Engineering Department, of Eastern Macedonia and Thrace Institute of Technology, I have successfully completed my Graduation thesis, which is divided in theoretical and experimental field. This word selection is the result of cooperation with professor Kogias Panagiotis, head of the Programmable Logical Controllers (PLC) Laboratory, who gave me the opportunity to participate at the writing of the new laboratory lectures, as well as at the construction of an automation model as a visual example for undergraduate students. According to the original structure and the relative themes of the laboratory experiments, I have gathered bibliography which is based on both theory and practice, well as I have actually visited the Automatic Control Facilities. With suitable examples, exemplary solutions,special compatible software, repeatedly plan imprinting, and guided by Physics Pr.mrs. Photini Kogia, I have successfully completed my writing. My Thesis is divided to : a. Theoretical part-writing of the laboratory experiment, b. Experimental part-model construction with an introduction to manual and laboratory equipment, as well as an introduction to the electrical engineering. Two laboratory experiments, continually are introducing the student to the PLC field as follows: -Laboratory exp. 1: PLC examination which describes basic, common characteristics PLC types and input/output devices. -Laboratory exp.2: First contact of the student with the PLC program, in order for him to be able, with the assistance of a special software, to programize improvisedly and transfer the PLC operations. Eight examples are following for the solution of most common automation problems, such as, -Laboratory exp. 3: Direct Booting of a three phase squirrel cage motor. -Laboratory exp. 4: Automatic switch for changing the rotation of an alternative three-phase squirrel cage motor. -Laboratory exp. 5: Starting of a three-phase squirrel cage motor in star-delta connection. -Laboratory exp. 6: Automation stairway lighting for building. -Lab. Exp. 7: Traffic light for pedestrian crossing. -Lab. Exp. 8: Building heating control system. -Lab. Exp. 9: Construction of modern elevator control panel. -Lab. Exp.10: Automatic drilling machine. -Lab. Exp 10: As a closure, the example of PLC home application. The monitoring home consumption is the topic theme. Over current due to overload and consumption isolation is a common problem in a house electrical installation. Everyone is acquainted with the unpleasant feeling of shutdown of a house electrical installation due to overload. In collaboration with Pr. Kogias P. has been chosen this 5

7 particular problem which comes out as a start by describing this problem as well as the suggestive equipment. Moreover is developing the programation step by step, power calculation, Boolean algebra, Ladder diagram and PLC programming via PC. All the above are gathered with remarks, comments and conclusions. By using suitable software programs such as GMwin 4.0, AutoCAD 2011, and Logic Friday, and with the proper model construction, I have successfully solved this problem. My Graduation Thesis is completed by a model where exists a printed electrical plan with a single line diagram of the general switchboard,the lines naming, the notes, a three-dimensions photometric calculation, the book of the Graduation Thesis and the electrical parts such as the electronic board, relays, switches, cables, fusion, lamps, electronic beeper a room thermostat and the programmable logical controller. Key Words: Automation, Controllers, Programmable Logical Controllers, Ladder diagram, Lectures of plc laboratory, Programming PLC via PC, GMWin 4.0, LG industrial systems, Example of application PLC in residence, House electrical installation, Preventing Electrical Overloads. Anastasios Kechagidis B.Sc. Electrical Engineering Kavala

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΟΜΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ PLC ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ PLC ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Υπολογισμός ρευμάτων Μαθηματική λογική Ενδεχόμενα περιπτώσεων Διάγραμμα LADDER ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ-ΣΧΟΛΙΑ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αναφορικά με το πρόβλημα Αναφορικά με την λύση του προβλήματος ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ & ΣΧΕΔΙΑ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΜΑΚΕΤΑΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

9 1.Εισαγωγή Στη σύγχρονη κοινωνία η αλματώδης εξέλιξη της τεχνολογίας και της πληροφορικής επηρεάζει πάρα πολύ όλα τα επαγγέλματα. Κάποια από αυτά εξαφανίζονται, άλλα αλλάζουν ριζικά και εμφανίζονται νέα. Οι αυτοματοποιημένες λειτουργίες στις επιχειρήσεις και στις σύγχρονες κατοικίες αυξάνουν ποσοτικά και αυτό απαιτεί νέες γνώσεις και ικανότητες από τους σύγχρονους τεχνικούς. Μία νέα ικανότητα που αναπτύχτηκε τις τελευταίες δεκαετίες που ελλοχεύει στην επίλυση ειδικών προβλημάτων αυτοματισμού είναι οι προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές ή αλλιώς γνωστοί ως PLC, που εξελίχτηκαν παράλληλα με την σύμπραξη εξέλιξης της τεχνικής στους μικροεπεξεργαστές. Τα PLC μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελούν μια ειδική κατηγορία μικροεπεξεργαστών ή μικροϋπολογιστών, που έχουν την δυνατότητα να δέχονται ή να παράγουν ηλεκτρικές τάσεις και ρεύματα όμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία. Εκτός αυτού, η σχεδίαση και η κατασκευή αυτών των συσκευών έχει γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε η συμπεριφορά τους, σε ώρα λειτουργίας, να παραμένει ανεπηρέαστη από τις διάφορες μεταβολές θερμοκρασίας ή υγρασίας. Επιπλέων, οι διατάξεις αυτές δεν προγραμματίζονται με μία από τις συνηθισμένες γλώσσες προγραμματισμού όπως BASIC, C++ κ.τ.λ. αλλά με συμβολικές γλώσσες ή διαγράμματα τα οποία θα έχουμε την ευκαιρία να γνωρίσουμε παρακάτω. 8

10 2. Τόμος σημειώσεων εργαστηριακών ασκήσεων PLC 9

11 10

12 2.1.Πρόλογος σημειώσεων Οι σημειώσεις αυτές του εργαστηρίου προγραμματιζόμενων ελεγκτών αποτελούν μια καινούργια έκδοση. Το τεύχος αυτό έχει σκοπό να εισάγει τον αναγνώστη στο αντικείμενο του αυτομάτου ελέγχου και πιο συγκεκριμένα στον αυτόματο έλεγχο που πραγματοποιείται με PLC. Μέσω των σημειώσεων συμπληρώνεται η ύλη του θεωρητικού μέρους του μαθήματος. Η σημειώσεις περιλαμβάνουν βασικές έννοιες που συναντάμε σε όλους τους τύπους PLC, τον αυτοσχέδιο προγραμματισμό τους και τον προγραμματισμό μέσο ειδικού εξοπλισμού με την γραφική γλώσσα LADDER. Οι ασκήσεις έχουν εφαρμοσμένο χαρακτήρα και προβλέπεται να χρησιμοποιηθούν για εργαστηριακές κατασκευές που περιλαμβάνουν τον προγραμματισμό του PLC μέσω του Η/Υ και την προσομοίωση της λειτουργίας στο περιβάλλον του υπολογιστή, με σκοπό την πλήρη κατανόηση του τρόπου υλοποίησης αυτοματισμού με PLC. Ο εξοπλισμός του εργαστηρίου αποτελείται από εργαστηριακούς πάγκους οι οποίοι απαρτίζονται από ηλεκτρονικούς υπολογιστές που λειτουργούν σε περιβάλλον Microsoft Windows XP και έχουν εγκατεστημένο το πρόγραμμα GMwin 4.0. Οι ελεγκτές που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο είναι οι Glofa G7M-DT10A και οι Glofa G7M-DR10A, του γνωστού κορεάτικου θυγατρικού οίκου της LG, LSis. Το λογισμικό είναι και αυτό επίσης του ίδιου οίκου. Σχετικά εγχειρίδια και το λογισμικό ενθαρρύνονται οι σπουδαστές να τα κατεβάσουν από τον επίσημο ιστότοπο: όπως επιδεικνύεται σε παρακάτω εργαστηριακή άσκηση. Οι σπουδαστές αυτό που οφείλουν να κάνουν κατά την φοίτηση τους στο εργαστήριο είναι να θυμούνται πάντα την ρήση «Ο ηλεκτρισμός είναι άοσμος, αόρατος, αλλά θανάσιμα επικίνδυνος». Γι αυτό παρακαλούνται πάντοτε να τηρούν πιστά της οδηγίες των καθηγητών του εργαστήριου, και επιπρόσθετα κατά την αναχώρηση αλλά και την αποχώρηση να σιγουρεύονται πάντοτε ότι δεν υπάρχει οποιαδήποτε παροχή ενέργειας στον πάγκο. Επίσης τα όργανα, τα καλώδια, τα εξαρτήματα να είναι πάντα τακτοποιημένα στην θέση που υποδεικνύει ο καθηγητής και ο ηλεκτρονικός υπολογιστής να απενεργοποιείται κατά την αποχώρηση και επίσης δεν θα χρησιμοποιείται για άλλο λόγο εκτός του εργαστηρίου την ώρα του μαθήματος. Επιπρόσθετα οι σπουδαστές πρέπει να έχουν αδιάλειπτα τις εργαστηριακές σημειώσεις μαζί τους και έχουν χρέος να ανταποκρίνονται στις επιπρόσθετες ασκήσεις που υποδείχνει ο καθηγητής. Η προσπάθεια βελτίωσης και αναβάθμισης του εργαστηρίου είναι συνεχής, για τον λόγο αυτό είναι 11

13 αποδεκτή οποιαδήποτε παρατήρηση και συμβουλή από τους συναδέλφους εκπαιδευτικούς και τους σπουδαστές η οποία θα είναι πάντα απαραίτητη και καλοδεχούμενη. Ο καθηγητής εφαρμογών Κόγιας Γ. Παναγιώτης Καβάλα

14 2.2.Εισαγωγή σημειώσεων Ο προγραμματιζόμενος ελεγκτής πρωτοχρησιμοποιήθικε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και είχε σχεδόν άμεση επιτυχία. Οι αρχικοί φόβοι για την αξιοπιστία και την ασφάλεια του γρήγορα αντικαταστάθηκαν από ευρεία αποδοχή. Τα προφανή του πλεονεκτήματα εξασφάλισαν την άμεση εμπορική επιτυχία του σχεδόν σε όλες τις βιομηχανικές χώρες. Υπάρχουν εκατομμύρια μονάδες σε λειτουργία σε όλο τον κόσμο σήμερα, γεγονός που πιστοποιεί την λειτουργικότητα, την αξιοπιστία, την ευελιξία και την καλή σχέση κόστους- απόδοσης του. Ένας προγραμματιζόμενος ελεγκτής είναι ένας βιομηχανικός ελεγκτής που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή, οι λειτουργίες του οποίου καθορίζονται από ένα πρόγραμμα αποθηκευμένο σε μνήμη. Ένα πρόγραμμα είναι ένα σύνολο οδηγιών που ''λένε'' τον ελεγκτή πως να λειτουργήσει. Το πρόγραμμα αποθηκεύεται στην μνήμη του ελεγκτή. Η διαφορά ενός PLC από ένα υπολογιστή είναι ότι ο υπολογιστής είναι σχεδιασμένος για βέλτιστη απόδοση σε εργασίες υπολογισμών και απεικόνισης και προγραμματίζεται από ειδικούς. Ένα PLC είναι σχεδιασμένο για βέλτιστη απόδοση σε εργασίες ελέγχου και ρύθμισης και δεν χρειάζεται βαθιές γνώσεις προγραμματισμού. Επίσης ένας προγραμματιζόμενος ελεγκτής είναι καλά προσαρμοσμένος για βιομηχανικό περιβάλλον. Οι προγραμματιζόμενοι ελεγκτές είναι όλοι ίδιοι με την γενική λειτουργική έννοια, αλλά διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το μέγεθος, μηχανική σχεδίαση και απόδοση. Εικόνα Βασική δομή ενός PLC. 13

15 2.3.Εργαστηριακή άσκηση 1 ΘΕΜΑ: Τυπικός προγραμματιζόμενος ελεγκτής Ημερομηνία:.../.../201.. Θα αρχίσουμε με την εξέταση ενός τυπικού ελεγκτή και θα περιγράψουμε τα σημαντικότερα από τα χαρακτηριστικά του. Ο φοιτητής μετά την εργαστηριακή άσκηση θα είναι ικανός να περιγράφει τα βασικά κοινά χαρακτηριστικά που παρουσιάζονται σε όλους τους τύπους PLC. Θα γνωρίζει τα στοιχεία που συνδέονται στις εισόδους και εξόδους του PLC. Θα ξέρει ονομαστικά τις μεθόδους προγραμματισμού και τις συσκευές προγραμματισμού. Θα έχει μια εξοικείωση με την αγορά όσον αφορά τα PLC. Ακροδέκτες Θεωρητικό μέρος Κάθε ελεγκτής έχει τρεις ομάδες ακροδεκτών μέσω των οποίων συνδέεται με την εγκατάσταση. Αυτές είναι: Ακροδέκτες ισχύος Ακροδέκτες εισόδου Ακροδέκτες εξόδου Είναι βέβαιο ότι ο ελεγκτής χρειάζεται ισχύ για να λειτουργήσει. Την ισχύ την εξασφαλίζει μέσο των ακροδεκτών ισχύος οι οποίοι συνδέονται με τάση 115 ή 230 V AC, 12 ή 24 V DC. Στους περισσότερους σύγχρονους προγραμματιζόμενους ελεγκτές έχει προβλεφτεί τροφοδοσία από το δίκτυο 230 V AC. Ο αριθμός των εισόδων και εξόδων ενός PLC είναι από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του, καθότι είναι από τα πρώτα κριτήρια που εξετάζει ο μηχανικός για την επιλογή ενός κατάλληλου PLC για την εκπλήρωση ενός έργου. Ένα μικρό PLC περιλαμβάνει έναν σταθερό αριθμό ενσωματωμένων συνδέσεων για εισόδους και εξόδους. Στην πράξη υπάρχει η δυνατότητα επέκτασης εάν το βασικό μοντέλο δεν έχει ικανοποιητικό αριθμό εισόδων εξόδων(expand modules). Οι ακροδέκτες εισόδου χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των διακοπτών και των αισθητήρων της εγκατάστασης. Αυτές οι συσκευές εισόδου, όπως ονομάζονται, στέλνουν σήματα στον ελεγκτή μέσω 14

16 αγωγών σύνδεσης (καλώδια), επιτρέποντας του να ''δει'' την κατάσταση διαφόρων τμημάτων της εγκατάστασης (Εικόνα 2.3.1). Εικόνα Ηλεκτρικές συνδέσεις σε ένα PLC GLOFA. Συσκευές Παραδείγματα συχνών συσκευών εισόδου είναι: Επαφές χειροκίνητων διακοπτών ελέγχου (πιεστικών διακοπτών, επιλογέων κτλ.) Επαφές αυτόματων διακοπτών ελέγχου (για στάθμη, πίεση, θερμοκρασία, κτλ.) Επαφές ηλεκτρονόμων ή αυτόματων διακοπτών Αισθητήρες θέσεις (προσέγγισης, φωτοηλεκτρικοί κτλ.) Δίκτυο υπολογιστών Γενικά κάθε είδους γεννήτρια σημάτων είναι ικανή να συνδεθεί στην είσοδο του ελεγκτή. Επειδή το PLC εργάζεται ''ηλεκτρικά'' θα πρέπει οι αισθητήρες να έχουν την ικανότητα να μετατρέπουν οποιοδήποτε μη ηλεκτρικό μέγεθος που ανιχνεύουν σε ηλεκτρικό διότι έτσι θα μπορέσει τούτο να γίνει αντιληπτό από την μονάδα εισόδου. Κάθε συσκευή εισόδου συνδέεται μοναδικά με ένα ακροδέκτη εισόδου στο PLC. 15

17 Οι ακροδέκτες εξόδου χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση οιαδήποτε συσκευής της εγκατάστασης η οποία πρέπει να ελεγχθεί. Ο προγραμματιζόμενος ελεγκτής ελέγχει τέτοιες συσκευές ανοίγοντας (ON) και κλείνοντας (OFF) την τροφοδοσία τους, ή ρυθμίζοντας την. (Εικόνα 2.3.1). Παραδείγματα συχνών συσκευών εξόδου είναι: Πηνία αυτόματων διακοπτών ή πηνία ηλεκτρονόμων Πηνία σωληνοειδών βαλβίδων (πνευματικών ή υδραυλικών) Ενδεικτικά (Λυχνίες ή ηχητικά) Με λίγα λόγια οι συσκευές εξόδου είναι εκτελεστικά όργανα. Κάθε συσκευή εξόδου συνδέεται μοναδικά με ένα ακροδέκτη εισόδου στο PLC Τα σήματα στις εισόδους ή εξόδους μπορεί να είναι: Ψηφιακά (digital signals): Σήματα με σταθερό πλάτος των οποίων η διάρκεια μπορεί να μεταβάλλεται, π.χ. ένας παλμός. Αναλογικά (Analog signals): π.χ. μια ημιτονική τάση, κάποιο μεταβαλλόμενο μέγεθος πίεσης, υγρασίας, θερμοκρασίας, κ.τ.λ. Κάθε μονάδα εισόδου ή εξόδου μπορεί να δεχθεί έναν συγκεκριμένο αριθμό σημάτων τάσης ή έντασης ρεύματος (ανάλογα νε τον τύπο του PLC), που μπορούν να κυμαίνονται από 24V DC μέχρι 230 V AC. Οι ομοιόμορφες κυκλωματικές διατάξεις εισόδου-εξόδου (Ι/Ο) ονομάζονται συνήθως INPUT MODULES και OUTPUT MODULES. 16

18 Πίνακας α) Παράδειγμα συσκευών εισόδου που χρησιμοποιούνται σε PLC. β) Παραδείγματα συσκευών εξόδου που χρησιμοποιούνται σε PLC. 17

19 Εικόνα α) Πιεστικός διακόπτης. β) επιλογικός διακόπτης. Εικόνα Επαφή ηλεκτρονόμου τύπου λυχνίας α) η δομή του και β) πραγματική εικόνα. Εικόνα Επαφή ηλεκτρονόμου τύπου καστάνιας α) η δομή του και β) πραγματική εικόνα. 18

20 Πρόγραμμα Ένα τυπικό PLC πέρα από τις συσκευές εισόδου, εξόδου και τάση τροφοδοσίας πρέπει να έχει και ένα πρόγραμμα το οποίο να καθορίζει τις λειτουργίες ελέγχου. Ένα σύνολο οδηγιών πιο απλά, που καθορίζουν τις κύριες συνθήκες για τα στοιχεία εξόδου σύμφωνα με τα στοιχεία εισόδου. Τα προγράμματα ενός PLC έχουν ειδική σύνθεση. Οι βασικότεροι μέθοδοι προγραμματισμού είναι τρεις: LADDER DIAGRAMM (LAD) γραφική γλώσσα STATEMEMENT LIST (STL) κειμενοστραφής γλώσσα CSF γραφική γλώσσα Οι κανόνες προγραμματισμού δίδονται από το πρότυπο DIN Ο προγραμματιστής διαλέγει το κατάλληλο πρόγραμμα, ανάλογα με τη φύση του προβλήματος, το δίνει στη συσκευή προγραμματισμού η οποία το μεταφράζει στον κατάλληλο κώδικα μηχανής και το μεταβιβάζει στην CPU η οποία μόνο έτσι το καταλαβαίνει και το επεξεργάζεται. Η μέθοδος προγραμματισμού που θα ασχοληθούμε στο εργαστήριο είναι η LADDER DIAGRAMM η αλλιώς LAD. Η μελέτη της κατασκευής ενός διαγράμματος LAD είναι κοινή για όλους τους τύπους PLC και είναι αρκετή ώστε να προετοιμάσει ένα μελλοντικό μηχανικό στην χρήση των PLC. Οι υπόλοιπες μέθοδοι προγραμματισμού βασίζονται στο διάγραμμα LAD και διαφέρουν σε κάθε κατασκευαστή, γ' αυτό λοιπόν κρίνεται σκόπιμο, αρχικά να εξοικειωθεί με αυτήν ο σπουδαστής. Κάθε άλλο, αυτό δεν σημαίνει ότι οι υπόλοιπες μέθοδοι πρέπει να μην εξεταστούν σαν συμπληρωματική έρευνα από τους σπουδαστές. Συσκευή προγραμματισμού Μια συσκευή προγραμματισμού είναι η ''γέφυρα'' επικοινωνίας ανάμεσα σε μας και στην συσκευή PLC. Κάθε συσκευή προγραμματισμού έχει σαν σκοπό να γράφει και να διορθώνει προγράμματα, να τα μεταφράζει σε γλώσσα μηχανής του PLC, να τα μεταφέρει σε αυτόν και να τα ελέγχει. Τρείς είναι τρόποι επικοινωνίας. Ο προγραμματισμός γίνεται είτε επί τόπου με μια συσκευή προγραμματίστριας είτε από απόσταση αρχικά και έπειτα από κοντά με ένα προσωπικό υπολογιστή. Πολλές κατασκευάστριες εταιρίες περιλαμβάνουν μια ενσωματωμένη μονάδα προγραμματισμού στο PLC. Αφού προγραμματίσουμε το PLC η συσκευή προγραμματισμού κατά την διάρκεια λειτουργίας του PLC (εκτέλεση του 19

21 προγράμματος) δεν είναι πλέον απαραίτητη, το PLC είναι ικανό από μόνο του να κρατάει στη μνήμη το πρόγραμμα. Η συσκευή που χρησιμοποιείται σήμερα ευρύτατα και θα χρησιμοποιηθεί σαν μέθοδος προγραμματισμού στο εργαστήριο, είναι ο προσωπικός υπολογιστής (PC). Ο προγραμματισμός μέσω PC είναι πολύ ευκολότερος από τους υπόλοιπους τρόπους προγραμματισμού, ειδικά για κάποιον που είναι εξοικειωμένος με τη χρήση του PC. O προγραμματισμός στις γραφικές γλώσσες γίνεται με τρόπο ιδανικό στην οθόνη του PC. Τα πλεονεκτήματα έναντι των άλλων τρόπον είναι προφανή, δηλαδή, μπορούμε να αποθηκεύσουμε και να αρχειοθετούμε τα προγράμματα μας και μπορούμε να τυπώσουμε το πρόγραμμα με έναν εκτυπωτή για να το τεκμηριώσουμε. Η λειτουργία έχει ως εξής: Συγγραφή του προγράμματος σε κατάλληλο λογισμικό Έλεγχος του προγράμματος αν έχει τυχόν λάθη (compile) Προσομοίωση σε εικονικό περιβάλλον Καλωδιακή σύνδεση με την μονάδα του PLC Φόρτωση του προγράμματος στο PLC Αποσύνδεση και τελικός έλεγχος λειτουργίας. Κάθε κατασκευάστρια εταιρία έχει το δικό της λογισμικό. Ο εξοπλισμός του εργαστηρίου περιλαμβάνει λογισμικό συμβατό με τους ελεγκτές του εργαστηρίου ονόματι GMWIN 4.0 της θυγατρικής εταιρίας του Κορεάτικου οίκου LG, LSis. Η ιστοσελίδα που μπορεί βρει πληροφορίες για το πρόγραμμα είναι η και μπορεί να το κατεβάσει ελεύθερα από την ίδια σελίδα στο διαδίκτυο στον ιστότοπο Επιλέγουμε category: Automation solution, Type: Software, πατήστε Search και από τα 44 προγράμματα που μας βγάζει η μηχανή αναζήτησης είναι το No 10 «[PLC] GMWIN V4.17 for GLOFA-GM PLC_FB Version UP» Εικόνα Διαδικασία μεταφοράς του προγράμματος στο PLC. 20

22 Πειραματικό μέρος Ερωτήσεις εξάσκησης 1. Περιγράψτε με δικά σας λόγια την εσωτερική δομή ενός PLC (CPU,Μνήμη κτλ.) και τα βασικά χαρακτηριστικά που συναντάμε σε όλους τους τύπους PLC. 2. Στην σελίδα 18 στον πίνακα φαίνονται παραδείγματα συσκευών εισόδων και εξόδων. Αναφέρεται τουλάχιστον άλλα πέντε παραδείγματα εισόδων εξόδων καθώς και το αντίστοιχο υπόμνημα (σχέδιο) αν είναι εφικτό. 3. Βρείτε άλλους τέσσερις τύπους PLC από διαφορετικούς κατασκευαστές και αναφέρεται τα βασικά τους τεχνικά χαρακτηριστικά όπως το παρακάτω παράδειγμα. Τύπος: G7M-DT10A Κατασκευαστής: LG Power supply (Ισχύς τροφοδοσίας): AC-100~240 V (50/60HZ) Input point (συσκευές εισόδου): 6 Output point (συσκευές εξόδου): 4 4. Αναφέρεται ακόμα ένα λογισμικό που χρησιμοποιείται για τον προγραμματισμό PLC. Προαιρετική έρευνα 1. Ανατρέξτε σε βιβλιογραφία και περιγράψτε την λειτουργία ενός ηλεκτρονόμου (ρελέ). 2. Εξετάστε παράδειγμα εφαρμογής PLC με εισόδους δίκτυο υπολογιστών και αναπτύξτε το. (μερικές λέξεις κλειδιά: SCADA, LABview, BMS). 21

23 2.4.Εργαστηριακή άσκηση 2 ΘΕΜΑ: Ανάπτυξη προγράμματος σε PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Όπως αναφέραμε και στην προηγούμενη άσκηση με τον προγραμματισμό μπορούμε να δώσουμε ορισμένες πληροφορίες οι οποίες είναι απαραίτητες για τη σωστή λειτουργία του αυτοματισμού που επιθυμούμε να έχουμε. Μετά το πέρας της εργαστηριακής άσκησης ο φοιτητής θα είναι ικανός να προγραμματίζει σε γλώσσα LADDER αρχικά πρόχειρα και έπειτα στο λογισμικό. Γενικά Θεωρητικό μέρος Είναι αυτονόητο ότι ο προγραμματιζόμενος ελεγκτής δεν μπορεί να κάνει τίποτα χωρίς ένα πρόγραμμα. Για να γίνει η εγγραφή του προγράμματος χρειάζεται μια τεχνίτη γλώσσα που μπορεί να γίνει αντιληπτή από το PLC. Όπως αναφέρθηκε και στην προηγούμενη άσκηση θα ασχοληθούμε με την LADDER DIAGRAMM, κοινός LAD. H γλώσσα αυτή διαφέρει από τις συνηθισμένες γλώσσες προγραμματισμού (BASIC, FORTRAN, C++, κ.τ.λ.). Η γλώσσα που θα εξετάσουμε είναι πιθανότατα άγνωστη στους περισσότερους σπουδαστές. Παραθέτοντας ένα παράδειγμα. Αναλογιστείτε έναν άνθρωπο μεγάλο σε ηλικία, που δεν έμαθε να γράφει πότε στην ζωή του και ένας δάσκαλος κάποια στιγμή φιλοτιμήθηκε να του μάθει να γράφει. Ξεκινώντας, στο πρώτο μάθημα άρχισε να του αναλύει τις έννοιες και τα βασικά σύμβολα στο office word.αφού περάσουν πολλά μαθήματα το πιο πιθανό είναι ο άνθρωπος να παραμείνει αγράμματος και να μην μάθει ποτέ word. Έπειτα από το παράδειγμα σκεφτείτε ότι βρίσκεστε στην θέση του ανθρώπου αλλά η γλώσσα που δεν ξέρεται να γράφεται είναι η LAD. Θα ήταν παράδοξο λοιπόν να αρχίσετε πρώτα να μαθαίνεται το ''αντίστοιχο word της LAD''. Για τον λόγο αυτό αρχικά θα αναφερθούμε διεξοδικά ώστε να μάθετε πρώτα να προγραμματίζεται πρόχειρα, δηλαδή στο χέρι και έπειτα τις βασικές έννοιες συμβόλων του λογισμικού GMWIN ώστε να μπορεί να συνταχθεί τπ πρόγραμμα εκεί και έπειτα να μεταφερθεί στο PLC. 22

24 Προγραμματισμός Λυμένο παράδειγμα 1 Έστω ότι έχουμε ένα λαμπτήρα που ελέγχεται από δύο διακόπτες Α και Β και θέλουμε να ανάβει μόνο όταν και οι δύο διακόπτες είναι κλειστοί. Σύμφωνα με τις γνώσεις που έχουμε από ηλεκτρικά κυκλώματα θα φτιάχναμε την εξής συνδεσμολογία. Εικόνα Κύκλωμα λαμπτήρα που ανάβει μόνο όταν και οι δύο διακόπτες είναι κλειστοί. Μπορεί εύκολα να καταλάβει κανείς ότι το παραπάνω παράδειγμα είναι το παράδειγμα της λογικής AND που μάθαμε από τα ψηφιακά ηλεκτρονικά. Πιο αναλυτικά ισχύει lamp = A B. Δηλαδή ο λαμπτήρας θα ανάψει μόνο αν ικανοποιηθούν αυτές οι συνθήκες: ο διακόπτης Α είναι κλειστός ΚΑΙ o διακόπτης B είναι κλειστός. Αν αντικαταστήσουμε το Α με Ι.1 (Input 1) τo B με Ι.2 (Input 2) και την λάμπα με Ο.1 (Output 1) η πράξη AND σε LADDER θα έχει ως εξής: Με τη ίδια λογική ισχύει: Για τρείς διακόπτες που θα πρέπει να είναι ΚΑΙ οι τρεις κλειστοί 23

25 Για τέσσερεις διακόπτες που θα πρέπει να είναι ΚΑΙ οι τέσσερεις κλειστοί Για n διακόπτες που θα πρέπει να είναι όλοι κλειστοί Λυμένο παράδειγμα 2 Έστω ότι έχουμε ένα λαμπτήρα που ελέγχεται από δύο διακόπτες Α και Β και θέλουμε να ανάβει όταν τουλάχιστον ένας διακόπτης είναι κλειστός. Σύμφωνα με τις γνώσεις που έχουμε από ηλεκτρικά κυκλώματα θα φτιάχναμε την εξής συνδεσμολογία. Εικόνα Κύκλωμα λαμπτήρα που ανάβει όταν τουλάχιστον ένας από τους δύο διακόπτες είναι κλειστοί. Μπορεί εύκολα να καταλάβει κανείς ότι το παραπάνω παράδειγμα είναι το παράδειγμα της λογικής OR που μάθαμε από τα ψηφιακά ηλεκτρονικά. Πιο αναλυτικά ισχύει lamp = A+B. Δηλαδή ο λαμπτήρας θα ανάψει μόνο αν ικανοποιηθούν αυτές οι συνθήκες: ο διακόπτης Α είναι κλειστός Ή o B είναι κλειστός. Αν αντικαταστήσουμε το Α με Ι.1 (Input 1) τo B με Ι.2 (Input 2) και την λάμπα με Ο.1 (Output 1) η πράξη OR σε LADDER θα έχει ως εξής: 24

26 Με τη ίδια λογική ισχύει: Για τρείς διακόπτες που θα πρέπει να είναι τουλάχιστον ένας κλειστός. Για τέσσερεις διακόπτες που θα πρέπει να είναι να είναι τουλάχιστον ένας κλειστός. Για n διακόπτες που θα πρέπει να είναι να είναι τουλάχιστον ένας κλειστός. 25

27 Λυμένο παράδειγμα 3 Έστω ότι έχουμε ένα λαμπτήρα που ελέγχεται από τρεις διακόπτες Α, Β, Γ και θέλουμε να ανάβει όταν ο (Α ή ο Β) και ο Γ είναι κλειστοί. Σύμφωνα με τις γνώσεις που έχουμε από ηλεκτρικά κυκλώματα θα φτιάχναμε την εξής συνδεσμολογία. Εικόνα Κύκλωμα λαμπτήρα που ανάβει όταν ένας από τους δύο διακόπτες Α ή Β είναι κλειστοί και ο Γ είναι κλειστός. Μπορεί εύκολα να καταλάβει κανείς ότι το παραπάνω παράδειγμα είναι ο συνδυασμός της λογικής AND και της λογικής OR που μάθαμε από τα ψηφιακά ηλεκτρονικά. Πιο αναλυτικά ισχύει lamp = (A+B) Γ. Δηλαδή ο λαμπτήρας θα ανάψει μόνο αν ικανοποιηθούν αυτές οι συνθήκες: ο διακόπτης (Α είναι κλειστός Ή o B είναι κλειστός) ΚΑΙ ο Γ είναι κλειστός. Αν αντικαταστήσουμε το Α με Ι.1 (Input 1) τo B με Ι.2 (Input 2) τo Γ με Ι.3 (Input 3) και την λάμπα με Ο.1 (Output 1) συνδυασμός ΑND με OR σε LADDER θα έχει ως εξής: Στα παραπάνω παραδείγματα είδαμε ότι για να ανάψει η λάμπα πρέπει να είναι μερικές από τις εισόδους η και όλες κλειστές. Πως θα προγραμματίζαμε όμως αν θέλαμε μια επαφή να είναι να είναι ανοικτή. Το φαινόμενο αυτό μας θυμίζει την πάνω παύλα από τα ψηφιακά ηλεκτρονικά. Παράδειγμα η λογική εξίσωση έχει ως εξής σε διάγραμμα LAD: 26

28 Στο πάνω διάγραμμα ενεργοποιείται η έξοδος Ο1 όταν o Ι1 Ή o I2 είναι κλειστός ΚΑΙ ο Ι3 είναι ανοικτός. Εικόνα Συμβολισμός κλειστής και ανοικτής επαφής. Λυμένο παράδειγμα 4 Έστω ότι έχουμε ένα λαμπτήρα που ελέγχεται από τρεις διακόπτες Α, Β και θέλουμε να ανάβει όταν ο Α και ο Β είναι κλειστοί, αλλά με την προϋπόθεση λίγο χρόνο μετά αφότου ικανοποιηθούν οι παραπάνω συνθήκες. Το διάγραμμα θα είναι ίδιο με το αυτό του πρώτου παραδείγματος με μόνη διαφορά ότι προστίθεται ακόμα μία εντολή, η εντολή DELAY ONN και όπου Τ βάζουμε πάντα την τιμή του χρόνου που θέλουμε σε d για μέρες, h για ώρες m για λεπτά, s για δευτερόλεπτα και ms για χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αν θέλαμε για παράδειγμα ο χρόνος να ήταν 3,5 ώρες και 20 δευτερόλεπτα όπου Τ βάζουμε 3h30m20s. Στην ίδια διαδικασία αν θέλαμε να είχαμε τάση στην έξοδο αλλά μόνο για μερικό χρόνο ισχύει η εντολή DELAY OFF 27

29 Κλείνοντας, υπάρχουν δύο διακριτές περιοχές σε ένα διάγραμμα LADDER. Στη δεξιά πλευρά τοποθετούμε τα σύμβολα για ενέργειες (όπως την ενεργοποίηση εξόδων, ηλεκτρονόμων κ.τ.λ.). Στην αριστερή πλευρά τοποθετούμε τα σύμβολα των συνθηκών που θέλουμε να συνδέσουμε με τις ενέργειες (Εικόνα 2.4.5). Οι δύο κύριες περιοχές του διαγράμματος φαίνονται σε αντιπαραβολή. Στην περιοχή των συνθηκών μπορούμε μόνο να ελέγξουμε ή να ''κάνουμε ερωτήσεις''. Στην περιοχή ενεργειών λέμε στον ελεγκτή να κάνει κάτι. Εικόνα Οι δύο διακριτές περιοχές του διαγράμματος LADDER. Εικόνα Εικονική λειτουργία PLC. 28

30 Πειραματικό μέρος To GMwin είναι ένα λογισμικό που χρησιμεύει σαν εργαλείο για να γράψεις και να διορθώσεις ένα πρόγραμμα για όλους τους τύπους προγραμματιζόμενων ελεγκτών GLOFA PLC. Οι εν λόγο ελεγκτές χρησιμοποιούν γλώσσα προγραμματισμού με τα πρότυπα της διεθνής ηλεκτροτεχνικής επιτροπής (IEC). Περισσότερες πληροφορίες θα βρείτε και στο μεταφρασμένο εγχειρίδιο του προγράμματος που θα σας υποδείξει ο καθηγητής. Ανατρέξτε στην επιφάνεια εργασίας του Η/Υ και πατήστε διπλό κλικ στο παρακάτω εικονίδιο ώστε να ανοίξει το λογισμικό. Μόλις ανοίξει το παράθυρο πατήστε New Project από την γραμμή εργαλείων. 29

31 Στο Project Name συμπληρώστε με αγγλικούς χαρακτήρες ονοματεπώνυμο σπουδαστή, Α.Ε.Μ και αριθμός εργαστηριακής άσκησης όπως το παράδειγμα. Στο Select PLC type επιλέξτε το GM7. writer και comment αφήστε τα κενά και πατήστε Next. Επιλέγουμε language LD τα υπόλοιπα τα αφήνουμε ως έχουν και πατάμε Finish. 30

32 To περιβάλλον εργασίας του λογισμικού είναι έτοιμο ώστε να γίνει η συγγραφή του προγράμματος. Στην Καρτέλα δεξιά βρίσκεται μια μπάρα εργαλείων που υπάρχουν γραφικά συμβόλα. Επιλέγουμε το επιθυμιτό σύμβολο και το τοποθετούμε στην διαθέσιμη στήλη. Η συγραφή γίνεται από αριστερά προς τα δεξιά και από πάνω προς τα κάτω. Μόλις επιλέξουμε μια μεταβλητή εισόδου στο Name συμπληρώνουμε %ΙΧ0.0.0 για την πρώτη είσοδο %ΙΧ0.0.1 για την δεύτερη και ούτω καθεξής. Πατάμε Στο Direct Variable Comment και ονοματίζουμε την πρώτη είσοδο I1 την δεύτερη Ι2 και ούτω καθεξής σύμφωνα με τα δεδομένα εισόδων που έχουμε στο πρόβλημα μας. Πατάμε ΟΚ, ξανά ΟΚ και είμαστε έτοιμοι να εισάγουμε νέα μεταβλητή. 31

33 Προσοχή! Εάν το Direct Variable Comment δεν μας επιτρέπετε να το επεξεργαστούμε πρέπει να ξαναδούμε αν έχουμε βάλει σωστά το Name. Μόλις επιλέξουμε μια μεταβλητή εξόδου η διαδικασία είναι ίδια με την διαδικασία εισόδων απλά η μόνη διαφορά είναι ότι στο Name συμπληρώνουμε %QΧ0.0.0 για την πρώτη έξοδο %ΙQ0.0.1 για την δεύτερη και ούτω καθεξής. Πατάμε Στο Direct Variable Comment και ονοματίζουμε την πρώτη είσοδο O1 την δεύτερη O2 και ούτω καθεξής σύμφωνα με τα δεδομένα εξόδων που έχουμε στο πρόβλημα μας. Πατάμε ΟΚ, ξανά ΟΚ και είμαστε έτοιμοι να εισάγουμε νέα μεταβλητή. Μόλις έχει γραφτεί το πρόγραμμα πατάμε το την εντολή Compile να κάνουμε έλεγχο για τυχόν λάθη, σε περίπτωση που δεν εμφανιστεί το μήνυμα Compiled Successfully επανελέγχουμε το πρόγραμμα και ξανατρέχουμε την διαδικασία Compile. 32

34 Συμβουλή! Αφού κάνουμε compile, εάν υπάρχουν λάθη για ευκολία του προγραμματιστή το λογισμικό μας παρέχει ένδειξη με μια κόκκινη γραμμή το σημείο που υπάρχει σφάλμα. Μόλις είναι έτοιμο το πρόγραμμα πατάμε την εντολή Start simulation και ανοίγει ένα νέο παράθυρο με σκοπό να προσομοιώσουμε την λειτουργία για να δούμε αν όλα λειτουργούν σύμφωνα με την λύση του επιθυμητού αυτοματισμού. Σημείωση! Η χρήση του προσομοιωτή είναι πολύ σημαντική! Για παράδειγμα αν ένα έργο προϋποθέτει μια λύση ενός μεγάλου αυτοματισμού θα ήταν καταστρεπτικό να μην δούμε αν όλα πάνε σωστά σε εικονικό περιβάλλον πριν στήσουμε όλους τους αυτοματισμούς (καλώδια, ρελέ, αισθητήρες, μπουτόν, δίκτυο υπολογιστών κ.τ.λ.). Καταλαβαίνει κανείς το κόστος και τον χρόνο που να θα αποφέρουν μερικά λάθη σχετικά με την λύση του προβλήματος, τα οποία μπορούσαν να είχαν αποφευχθεί με την προσομοίωση. 33

35 Η λειτουργία προσομοίωσης έχει ως εξής (βλέπε και εικόνα 2.4.6). Με την CPU του ελεγκτή να βρίσκεται στο stop επιλέγουμε τις επιθυμητές εισόδους που θέλουμε να ενεργοποιήσουμε (βρίσκονται στα τετράγωνα μαύρα κουτάκια) με την σειρά που υποδεικνύεται στο παρακάτω σχήμα (από πάνω προς τα κάτω και από τα αριστερά προς τα δεξιά). Έπειτα πατάμε την αντίστοιχη θέση RUN του CPU Στις ενεργοποιημένες εισόδους και εξόδους σημειώνεται μπλε χρώμα στο διάγραμμα LADDER και στον προσομοιωτή με πράσινο και κόκκινο χρώμα αντίστοιχα. Εικόνα Λειτουργία προσομοίωσης GLOFA PLC.Παρατηρούμε ότι η έξοδος %QΧ0.0.0 (Ο1) ενεργοποιείται όταν είναι κλειστή η επαφή %ΙΧ0.0.0(Ι1) ΚΑΙ η %ΙΧ0.0.2(Ι3).Άρα σύμφωνα με τα δεδομένα του προβλήματος (θέλουμε να ενεργοποιηθεί η έξοδος Ο1 όταν (Ι1 Ή Ι2) ΚΑΙ Ι3 είναι κλειστοί) είναι σωστό το πρόγραμμα. 34

36 2.5.Εργαστηριακή άσκηση 3 ΘΕΜΑ: Απευθείας εκκίνηση τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα είναι ικανός να περιγράφει την εκκίνηση ενός τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα, θα γνωρίζει την λειτουργία αυτόματης εκκίνησης τριφασικού κινητήρα μέσο PLC, τα πλεονεκτήματα έναντι με άλλους τρόπους εκκίνησης, λογισμικό. το αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο Θεωρητικό μέρος Ηλεκτρικοί κινητήρες είναι στοιχεία που έχουν αποστολή να μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε άλλους είδους ενέργεια. Εγκαταστάσεις που απαιτούν ηλεκτρική κίνηση είναι οι βιομηχανίες, βιοτεχνίες, συσκευαστήρια, ορυχεία, αποθήκες, εργοστάσια, εργοτάξια, μηχανουργεία, κ.τ.λ. Σύμφωνα με τις γνώσεις που έχουμε από της ηλεκτρικές μηχανές Ι&ΙΙ και τα ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα κάθε εφαρμογή απαιτεί και διαφορετικού είδους κινητήρα. Αφού επιλέξει ο μηχανικός στη μελέτη του τα σωστά είδη κινητήρων για κάθε εφαρμογή, πρέπει να μελετήσει με ποιον τρόπο θα γίνεται η εκκίνηση των κινητήρων και αν συμφέρει να γίνει αυτόματα ή χειροκίνητα. Η εκκίνηση των ηλεκτρικών κινητήρων με την χρήση αυτοματισμού έχει τα εξής πλεονεκτήματα: Παρέχει ασφάλεια σε αυτόν που κάνει τους χειρισμούς, γιατί μπορεί να κάνει την εκκίνηση κάποιου μηχανήματος χωρίς να έρθει σε επαφή με το μηχάνημα αλλά από απόσταση με χαμηλή τάση. Ο χειρισμός κάποιου μηχανήματος η κάποιου συγκροτήματος μηχανημάτων από ένα κέντρου ελέγχου μας επιτρέπει την ταυτόχρονη παρακολούθηση και τον ταυτόχρονο έλεγχο μηχανημάτων. Ο χειριστής δεν χρειάζεται να καταβάλει κάποια φυσική δύναμη. Ο κίνδυνος για βλάβη και το ανθρώπινο λάθος είναι μικρότερος. Η υλοποίηση του αυτοματισμού μέσο PLC έναντι άλλων αυτοματισμών (ρελέ κ.τ.λ.) επιφέρει πιο σωστό έλεγχο, λιγότερα εξαρτήματα, πιο εύκολη εγκατάσταση, λιγότερες βλάβες, δυνατότητα επέκτασης, δυνατότητα ελέγχου από Η/Υ και σε μεγάλες εγκαταστάσεις αυτοματισμού είναι ''μονόδρομος'' η χρήση του PLC. Το μόνο μειονέκτημα που παρουσιάζεται είναι το πιο 35

37 υψηλό κόστος σε σχέση με τον χειροκίνητο έλεγχο. Υποθέστε ότι έχουμε μια βιομηχανία με n κινητήρες. Κοιτώντας την εικόνα αναλογιστείτε την ευκολία που παρουσιάζει η αυτόματη εκκίνηση και εποπτεία. Πίνακας Πλεονεκτήματα που παρουσιάζονται. Εικόνα Ενδεικτική κάτοψη μιας βιομηχανίας με τους ηλεκτροκινητήρες και το σύστημα ελέγχου. Περιγραφή του προβλήματος Σκοπός είναι ο σχεδιασμός ενός ολοκληρωμένου συστήματος αυτοματισμού το οποίο θα είναι υπεύθυνο για την απευθείας εκκίνηση ενός τριφασικού ηλεκτροκινητήρα. Ο μόνος εξωτερικός έλεγχος που απαιτείται είναι ένα σήμα εκκίνησης του κινητήρα και ένα παύσης του κινητήρα το οποίο θα παρέχεται από τον χειριστή. Η προσπάθεια εκκίνησης του κινητήρα θα γίνεται μόνο όταν είναι κλειστές οι βοηθητικές επαφές του θερμικού. Μια 36

38 φωτεινή λυχνία θα συνδεθεί για να παρέχει ένδειξη ότι λειτουργεί ο κινητήρας. Η υλοποίηση του αυτοματισμού θα γίνει με βάση το κύριο κύκλωμα του κινητήρα (Εικόνα 2.5.2) Εξοπλισμός Η διαδικασία θα αυτοματοποιηθεί με την χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Ο κινητήρας θα μπορεί να ξεκινήσει με το πάτημα ενός μπουτόν S1, Start και θα μπορεί να σταματήσει με το πάτημα ενός μπουτόν S2, Stop. Ο ηλεκτρονόμος C1 συνδέεται πριν τις ασφάλειες του κινητήρα στις τρεις φάσεις και μόλις διεγερθεί κλείνει τους τρεις διακόπτες τροφοδοσίας του κινητήρα. Η διαδικασία εκκίνησης θα γίνεται μόνο όταν είναι κλειστές οι βοηθητικές επαφές του θερμικού F1 που είναι συνδεδεμένο στις τρεις φάσεις πριν τον κινητήρα. Μια λυχνία Η1 θα ανάβει όταν λειτουργεί ο κινητήρας για να μας παρέχει ένδειξη. Τα μπουτόν και οι λυχνίες θα βρίσκονται σε ένα πίνακα ελέγχου. Εικόνα Σύνδεση του κύριου κυκλώματος του κινητήρα. 37

39 Προδιαγραφές 1. Ο ηλεκτρονόμος C1 διεγείρεται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν Start και το μπουτόν stop είναι κλειστό και οι βοηθητικές επαφές του θερμικού είναι κλειστές. 2. Ο ηλεκτρονόμος C1 αποδιεγείρεται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν STOP. 3. Η λυχνία Η1 ανάβει μόνο όταν λειτουργεί ο κινητήρας. Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα LADDER εκκίνησης κινητήρα. Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 S1 ΜΠΟΥΤΟΝ START ΚΙΝΗΤΗΡΑ %QX0.0.0 C1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ %IX0.0.1 S2 ΜΠΟΥΤΟΝ STOP ΚΙΝΗΤΗΡΑ %QX0.0.1 Η1 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ %IX0.0.2 F1 ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΕΠΑΦΕΣ ΘΕΡΜΙΚΟΥ 38

40 Πειραματικό μέρος 1. Ανοίξτε τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 2. Ανατρέξτε στην επιφάνεια εργασίας και τρέξτε το λογισμικό GMwin Πατήστε New Project από την γραμμή εργαλείων. Στο Project Name συμπληρώστε με αγγλικούς χαρακτήρες ονοματεπώνυμο σπουδαστή, Α.Ε.Μ και αριθμός εργαστηριακής άσκησης 3(Σε περίπτωση που είναι πάνω από ένας σπουδαστής συμπληρώστε μόνο Α.Ε.Μ). Στο Select PLC type επιλέξτε το GM7, writer και comment αφήστε τα κενά και πατήστε Next. 4. Επιλέξτε language LD τα υπόλοιπα τα αφήνεται ως έχουν και πατήστε Finish. 5. Εφόσον το περιβάλλον εργασίας είναι έτοιμα πραγματοποιήστε την συγγραφή του διαγράμματος LADDER όπως το σχήμα 6. Αφού τελειώσετε από την συγγραφή του διαγράμματος πατήστε compile για έλεγχο σε τυχόν λάθη και σε περίπτωση που δεν εμφανιστεί το μήνυμα Compiled Successfully κάντε ένα επανέλεγχο το διάγραμμα και ξανατρέξτε την διαδικασία Compile. 7. Μόλις είναι έτοιμο το διάγραμμα μπείτε στην διαδικασία προσομοίωσης από το Start simulation, ελέγξτε το πρόγραμμα αν δουλεύει σύμφωνα με τις προδιαγραφές και ρωτήστε για τυχόν απορίες. 8. Κλείστε το πρόγραμμα, κλείστε τον υπολογιστή και περιμένετε μέχρι να ολοκληρωθεί το εργαστήριο. 39

41 2.6.Εργαστηριακή άσκηση 4 ΘΕΜΑ: Αλλαγή φοράς περιστροφής τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα είναι ικανός να περιγράφει την αλλαγή φοράς περιστροφής ενός τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα, θα γνωρίζει την λειτουργία αυτόματης αλλαγής φοράς περιστροφής του τριφασικού κινητήρα μέσο PLC, τα πλεονεκτήματα έναντι με άλλους τρόπους αλλαγής φοράς, το αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο λογισμικό. Ακόμη θα κάνει επανάληψη την προηγούμενη εργαστηριακή άσκηση λόγου χάριν την εκκίνηση του τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα. Θεωρητικό μέρος Ηλεκτρικοί κινητήρες είναι στοιχεία που έχουν αποστολή να μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε άλλους είδους ενέργεια. Εγκαταστάσεις που απαιτούν ηλεκτρική κίνηση είναι οι βιομηχανίες, βιοτεχνίες, συσκευαστήρια, ορυχεία, αποθήκες, εργοστάσια, εργοτάξια, μηχανουργεία, κ.τ.λ. Σύμφωνα με τις γνώσεις που έχουμε από της ηλεκτρικές μηχανές Ι&ΙΙ και τα ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα κάθε εφαρμογή απαιτεί και διαφορετικού είδους κινητήρα. Αφού επιλέξει ο μηχανικός στη μελέτη του τα σωστά είδη κινητήρων για κάθε εφαρμογή, πρέπει να μελετήσει με ποιον τρόπο θα γίνεται η εκκίνηση και αν χρειάζεται αλλαγή φοράς περιστροφής. Η ανάγκη για αλλαγή φοράς της κίνησης ή της περιστροφής μηχανημάτων, που κινούνται με ηλεκτρικούς κινητήρες, όπως οι γερανογέφυρες, τα βαρούλκα, οι γερανοί, οι αντλίες κ.α., καλύπτεται από την δυνατότητα αλλαγής φοράς περιστροφής των ηλεκτρικών κινητήρων με απλή αντιστροφή των δύο φάσεων στην συνδεσμολογία τους. Συγκεκριμένα εναλλάσσονται οι δύο φάσεις στο κιβώτιο ακροδεκτών του κινητήρα. Τα πλεονεκτήματα είναι γνωστά από τη προηγούμενη εργαστηριακή άσκηση συν ότι με την αυτόματη εκκίνηση ηλεκτροκινητήρα μέσο PLC μας δύνεται η ευχέρεια να μπορούμε εύκολα να ελέγξουμε την φορά περιστροφής και το αντίθετο. 40

42 Περιγραφή του προβλήματος Σκοπός είναι ο σχεδιασμός ενός ολοκληρωμένου συστήματος αυτοματισμού το οποίο θα είναι υπεύθυνο για την απευθείας εκκίνηση ενός τριφασικού ηλεκτροκινητήρα και η αυτόματη αλλαγή φοράς περιστροφής του. Οι εξωτερικοί έλεγχοι που απαιτούνται είναι ένα σήμα εκκίνησης του κινητήρα για δεξιόστροφη φορά περιστροφής, ένα σήμα εκκίνησης του κινητήρα για αριστερόστροφη φορά περιστροφής και ένα σήμα απενεργοποίησης του κινητήρα. Όλα αυτά τα σήματα θα παρέχονται από τον χειριστή. Η προσπάθεια εκκίνησης του κινητήρα θα γίνεται μόνο όταν είναι κλειστές οι βοηθητικές επαφές του θερμικού. Μια φωτεινή λυχνία θα συνδεθεί για να παρέχει ένδειξη ότι λειτουργεί ο κινητήρας δεξιόστροφα και άλλη μία που θα παρέχει ένδειξη ότι λειτουργεί αριστερόστροφα. Η υλοποίηση του αυτοματισμού θα γίνει με βάση το κύριο κύκλωμα του κινητήρα. (Εικόνα 2.6.1) Εξοπλισμός Η διαδικασία θα αυτοματοποιηθεί με την χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Ο κινητήρας θα μπορεί να ξεκινήσει δεξιόστροφα με το πάτημα ενός μπουτόν S1, θα μπορεί να ξεκινήσει αριστερόστροφα με το πάτημα ενός μπουτόν S2 και θα μπορεί να σταματήσει με το πάτημα ενός μπουτόν S3 Stop. Ο ηλεκτρονόμος C1 συνδέεται στις τρεις φάσεις μετά τις ασφάλειες του κινητήρα και πριν το θερμικό και μόλις διεγερθεί κλείνει τους τρεις διακόπτες τροφοδοσίας του κινητήρα για να δώσει φάση από την R στην U, από την S στην V, και από την Τ στην W ώστε να λειτουργήσει δεξιόστροφα ο κινητήρας. Ο ηλεκτρονόμος C2 συνδέεται παράλληλα με τον ηλεκτρονόμο C1 στις τρεις φάσεις μετά τις ασφάλειες του κινητήρα και πριν το θερμικό και μόλις διεγερθεί κλείνει τους τρεις διακόπτες τροφοδοσίας του κινητήρα για να δώσει φάση από την R στην U, από την S στην W, και από την Τ στην V ώστε να λειτουργήσει αριστερόστροφα ο κινητήρας. Η διαδικασία εκκίνησης θα γίνεται μόνο όταν είναι κλειστές οι βοηθητικές επαφές του θερμικού F1 που είναι συνδεδεμένο στις τρεις φάσεις πριν τον κινητήρα. Μια λυχνία Η1 που θα βρίσκεται στον πίνακα ελέγχου θα ανάβει για να παρέχει ένδειξη όταν λειτουργεί ο κινητήρας δεξιόστροφα και μία λυχνία Η2 θα ανάβει για να παρέχει ένδειξη όταν λειτουργεί ο κινητήρας αριστερόστροφα. Οι ηλεκτρονόμοι C1 και C2 θα έχουν μια νοητή μανδάλωση, δηλαδή δεν θα μπορούν να διεγερθούν και οι δύο. Τα μπουτόν και οι λυχνίες θα βρίσκονται σε ένα πίνακα ελέγχου. 41

43 Εικόνα Σύνδεση του κύριου κυκλώματος του κινητήρα. Προδιαγραφές 1. Ο ηλεκτρονόμος C1 διεγείρεται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν Start δεξιόστροφα και το μπουτόν stop είναι κλειστό και οι βοηθητικές επαφές του θερμικού είναι κλειστές και ο ηλεκτρονόμος C2 είναι αποδιεγερμένος. 2. Ο ηλεκτρονόμος C2 διεγείρεται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν Start αριστερόστροφα και το μπουτόν stop είναι κλειστό και οι βοηθητικές επαφές του θερμικού είναι κλειστές και ο ηλεκτρονόμος C1 είναι αποδιεγερμένος. 42

44 3. Ο ηλεκτρονόμος C1 και ο ηλεκτρονόμος C2 αποδιεγείρονται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν stop. 4. Η λυχνία Η1 ανάβει μόνο όταν λειτουργεί ο κινητήρας δεξιόστροφα. 5. Η λυχνία Η2 ανάβει μόνο όταν λειτουργεί ο κινητήρας δεξιόστροφα. Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα LADDER αλλαγής φοράς περιστροφής κινητήρα. Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 S1 ΜΠΟΥΤΟΝ START ΔΕΞΙΟΣΤΡΟΦΑ %QX0.0.0 C1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΔΕΞΙΟΣΤΡΟΦΑ %IX0.0.1 S2 ΜΠΟΥΤΟΝ STOP ΚΙΝΗΤΗΡΑ %QX0.0.1 C2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΑΡΙΣΤΕΡΟΣΤΡΟΦΑ %IX0.0.2 F1 ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΕΠΑΦΕΣ ΘΕΡΜΙΚΟΥ %QX0.0.2 H1 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ΔΕΞΙΑ %IX0.0.3 S3 ΜΠΟΥΤΟΝ START ΑΡΙΣΤΕΡΟΣΤΡΟΦΑ %QX0.0.3 H2 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ΑΡΙΣΤΕΡΑ 43

46 2.7.Εργαστηριακή άσκηση 5 ΘΕΜΑ: Εκκίνηση τριφασικού ηλεκτρικού κινητήρα σε συνδεσμολογία αστέρα-τριγώνου με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα είναι ικανός να περιγράφει την εκκίνηση σε συνδεσμολογία αστέρα-τριγώνου τριφασικού κινητήρα, θα γνωρίζει την λειτουργία αυτόματης εκκίνησης σε συνδεσμολογία αστέρα-τριγώνου τριφασικού κινητήρα μέσο PLC, τα πλεονεκτήματα έναντι με τον κλασικό τρόπο εκκίνησης αστέρα-τριγώνου, το αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο λογισμικό. Θεωρητικό μέρος Ηλεκτρικοί κινητήρες είναι στοιχεία που έχουν αποστολή να μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε άλλους είδους ενέργεια. Εγκαταστάσεις που απαιτούν ηλεκτρική κίνηση είναι οι βιομηχανίες, βιοτεχνίες, συσκευαστήρια, ορυχεία, αποθήκες, εργοστάσια, εργοτάξια, μηχανουργεία, κ.τ.λ. Σύμφωνα με τις γνώσεις που έχουμε από της ηλεκτρικές μηχανές Ι&ΙΙ και τα ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα κάθε εφαρμογή απαιτεί και διαφορετικού είδους κινητήρα. Αφού επιλέξει ο μηχανικός στη μελέτη του τα σωστά είδη κινητήρων για κάθε εφαρμογή, πρέπει να μελετήσει με ποιον τρόπο θα γίνεται η εκκίνηση, απευθείας ή σε συνδεσμολογία αστέρα-τριγώνου. Είναι γνωστό ότι οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες εμφανίζουν κατά την εκκίνηση τους υψηλά ρεύματα μέχρι έξι έως εφτά φορές μεγαλύτερα, τα οποία αφενός προβληματίζουν το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, προκαλώντας ''βύθιση'' της τάσεως, και αφετέρου, καταπονούν την ηλεκτρική εγκατάσταση ζεύξης και λειτουργίας, εμφανίζοντας ισχυρά ηλεκτρικά τόξα και καταστροφικές συνέπειες στις επαφές τον ηλεκτρονόμων και διακοπτών. Για την αντιμετώπιση του φαινομένου και προκειμένου να επιτύχουμε ομαλή εκκίνηση και λειτουργία, χρησιμοποιούμε την συνδεσμολογία εκκινητού αστέρος-τριγώνου, που περιορίζει το ρεύμα εκκινήσεως και το υποβιβάζει μέχρι και στο διπλάσιο του ονομαστικού στην εκκίνηση χωρίς φορτίο. Τα πλεονεκτήματα είναι γνωστά από τις δύο προηγούμενες εργαστηριακές ασκήσεις, με ακόμα ένα, ότι αν η αλλαγή από αστέρα σε τρίγωνο γίνει χειροκίνητα υπάρχει το ενδεχόμενο να γίνει γρήγορα και θα έχει το αποτέλεσμα να καούν δύο από τις τρεις φάσεις ή αν γίνει 45

47 καθυστερημένα θα υπάρχει πρόβλημα στην απόδοση εάν αυξάνεται το φορτίο του κινητήρα. Με τον ελεγκτή να υπολογίζει ακριβός τον χρόνο δεν αφήνει περιθώρια λάθους. Περιγραφή του προβλήματος Σκοπός είναι ο σχεδιασμός ενός ολοκληρωμένου συστήματος αυτοματισμού το οποίο θα είναι υπεύθυνο για την εκκίνηση ενός τριφασικού ηλεκτροκινητήρα σε αστέρα-τρίγωνο. Οι εξωτερικοί έλεγχοι που απαιτούνται είναι ένα σήμα εκκίνησης του κινητήρα που παρέχεται από τον χειριστή. Μόλις δεχθεί το σήμα εκκίνησης ο ελεγκτής θα εκκινεί τον κινητήρα σε αστέρα και μετά το πέρας κάποιου χρόνου αυτόματα, με παρέμβαση ηλεκτρονόμου, μέσο του ελεγκτή θα μεταφέρει την συνδεσμολογία σε τρίγωνο για την ομαλή λειτουργία του κινητήρα. Η προσπάθεια εκκίνησης του κινητήρα θα γίνεται μόνο όταν είναι κλειστές οι βοηθητικές επαφές του θερμικού. Μια φωτεινή λυχνία θα συνδεθεί για να παρέχει ένδειξη ότι λειτουργεί ο κινητήρας σε αστέρα και ακόμα μία σε τρίγωνο. Η υλοποίηση του αυτοματισμού θα γίνει με βάση το κύριο κύκλωμα του κινητήρα. (Εικόνα 2.7.1). Εξοπλισμός Η διαδικασία θα αυτοματοποιηθεί με την χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Ο κινητήρας θα μπορεί να ξεκινήσει πάτημα ενός μπουτόν S1 το οποίο ενεργοποιεί τον κινητήρα μέσο του ηλεκτρονόμου C1, ο κινητήρας ενεργοποιείται πάντα αυτόματα σε συνδεσμολογία αστέρα μέσο του ηλεκτρονόμου C2. Μετά το πέρας κάποιων δευτερολέπτων παύει να λειτουργεί σε αστέρα ο κινητήρας και μπαίνει σε συνδεσμολογία τριγώνου μέσο του ηλεκτρονόμου C3 μετά από πολύ λίγα δευτερόλεπτα αφού αποδιεγερθεί ο C2 1. Ο ηλεκτρονόμος C1 συνδέεται στις τρεις φάσεις μετά τις ασφάλειες του κινητήρα και πριν το θερμικό και μόλις διεγερθεί κλείνει τους τρεις διακόπτες τροφοδοσίας του κινητήρα. Ο ηλεκτρονόμος C2 συνδέει σε αστέρα τα τυλίγματα Ζ, Χ, Υ και ο ηλεκτρονόμος C3 συνδέει τα τυλίγματα Z,X,Y σε αστέρα. Η διαδικασία εκκίνησης θα γίνεται μόνο όταν είναι κλειστές οι βοηθητικές επαφές του θερμικού F1 που είναι συνδεδεμένο στις τρεις φάσεις πριν τον 1 Την στιγμή που ολοκληρώνεται ο χρόνος του πρώτου χρονικού και έχουμε μεταγωγή από αστέρα σε τρίγωνο, το PLC στον ένα κύκλο προγράμματος δίνει εντολή στον ηλεκτρονόμο του αστέρα να έρθει σε ηρεμία ενώ στον αμέσως επόμενο κύκλο θα έδινε εντολή στο τρίγωνο να οπλίσει. Αυτό στην πραγματικότητα γίνεται σχεδόν ταυτόχρονα λόγο της υψηλής ταχύτητας της εκτέλεσης του προγράμματος. Ο ηλεκτρονόμος του αστέρα δεν θα προλάβει να επανέλθει σε ηρεμία, ενώ ο ηλεκτρονόμος του τριγώνου θα όπλιζε και θα είχαμε βραχυκύκλωμα. Αυτός είναι ο λόγος που τοποθετείται το δεύτερο χρονικό ώστε να καθυστερήσει την μεταγωγή. 46

48 κινητήρα. Μια λυχνία Η1 που θα βρίσκεται στον πίνακα ελέγχου θα ανάβει για να παρέχει ένδειξη όταν λειτουργεί ο κινητήρας. Τα μπουτόν και η λυχνία θα βρίσκονται σε ένα πίνακα ελέγχου. Εικόνα Σύνδεση του κύριου κυκλώματος του κινητήρα. 47

49 Προδιαγραφές 1. Ο ηλεκτρονόμος C1 διεγείρεται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν Start και το μπουτόν stop είναι κλειστό και οι βοηθητικές επαφές του θερμικού είναι κλειστές. 2. Ο ηλεκτρονόμος C2 διεγείρεται μόνο όταν είναι έχει διεγερθεί ο ηλεκτρονόμος C1 και δεν έχει διεγερθεί ο ηλεκτρονόμος C3 και αποδιεγείρεται μετά το πέρας δώδεκα δευτερολέπτων. 3. Ο ηλεκτρονόμος C3 διεγείρεται μόνο μετά το πέρας τριών δευτερολέπτων όταν είναι διεγερμένος ο ηλεκτρονόμος C1 και δεν έχει διεγερθεί ο ηλεκτρονόμος C2. 4. Ο ηλεκτρονόμος C1 και ο ηλεκτρονόμος C2 αποδιεγείρονται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν stop. 5. Η λυχνία Η1 ανάβει μόνο όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε αστέρα. 6. Η λυχνία Η2 ανάβει μόνο όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε τρίγωνο. Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα LADDER εκκίνησης κινητήρα μέσο αστέρα-τρίγωνο. 48

50 Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 S1 ΜΠΟΥΤΟΝ START ΚΙΝΗΤΗΡΑ %QX0.0.0 C1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ %IX0.0.1 S2 ΜΠΟΥΤΟΝ STOP ΚΙΝΗΤΗΡΑ %QX0.0.1 C2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΑΣΤΕΡΑ %IX0.0.2 F1 ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΕΠΑΦΕΣ ΘΕΡΜΙΚΟΥ %QX0.0.2 C3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΤΡΙΓΩΝΟΥ %QX0.0.3 H1 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ΑΣΤΕΡΑΣ %QX0.0.4 H2 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ΤΡΙΓΩΝΟ Πειραματικό μέρος 1. Ανοίξτε τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 2. Ανατρέξτε στην επιφάνεια εργασίας και τρέξτε το λογισμικό GMwin Πατήστε New Project από την γραμμή εργαλείων. Στο Project Name συμπληρώστε με αγγλικούς χαρακτήρες ονοματεπώνυμο σπουδαστή, Α.Ε.Μ και αριθμός εργαστηριακής άσκησης 5(Σε περίπτωση που είναι πάνω από ένας σπουδαστής συμπληρώστε μόνο Α.Ε.Μ). Στο Select PLC type επιλέξτε το GM7, writer και comment αφήστε τα κενά και πατήστε Next. 4. Επιλέξτε language LD τα υπόλοιπα τα αφήνεται ως έχουν και πατήστε Finish. 5. Εφόσον το περιβάλλον εργασίας είναι έτοιμα πραγματοποιήστε την συγγραφή του διαγράμματος LADDER όπως το σχήμα 6. Αφού τελειώσετε από την συγγραφή του διαγράμματος πατήστε compile για έλεγχο σε τυχόν λάθη και σε περίπτωση που δεν εμφανιστεί το μήνυμα Compiled Successfully κάντε ένα επανέλεγχο το διάγραμμα και ξανατρέξτε την διαδικασία Compile. 7. Μόλις είναι έτοιμο το διάγραμμα μπείτε στην διαδικασία προσομοίωσης από το Start simulation, ελέγξτε το πρόγραμμα αν δουλεύει σύμφωνα με τις προδιαγραφές και ρωτήστε για τυχόν απορίες. 8. Κλείστε το πρόγραμμα, κλείστε τον υπολογιστή και περιμένετε μέχρι να ολοκληρωθεί το εργαστήριο. 49

51 2.8.Εργαστηριακή άσκηση 6 ΘΕΜΑ: Αυτόματος κλιμακοστασίου με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα περιγράφει τι περιλαμβάνει μια λειτουργία αυτοματοποίησης του φωτισμού, θα γνωρίζει την αυτόματη λειτουργία του αυτόματου φωτισμού κλιμακοστασίου, τα πλεονεκτήματα έναντι με άλλους τρόπους λειτουργίας, λογισμικό. το αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο Θεωρητικό μέρος Ο φωτισμός όντας μία από τις πιο σημαντικές συνέπειες ανάπτυξης του ηλεκτρισμού κατατάσσεται ως άρρηκτος συνδεδεμένος με τον ηλεκτρισμό. Η αυτοματοποίηση δεν θα μπορούσε να αφήσει ανεπηρέαστο τον φωτισμό. Η χρήση του φωτισμού είναι η πιο συχνή χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας. Η διάθεση του φωτισμού σαν να λέγαμε ότι ''ακολουθεί'' τον άνθρωπο, λόγο του ότι διασταυρώνεται ανάμεσα σε όλου του είδους τα μέρη που συχνάζει ο άνθρωπος λ.χ. κατοικίες, εργοστάσια, ξενοδοχεία, πλατείες, δρόμους κ.τ.λ. Σκοπός της αυτοματοποίησης εκτός από την ανθρώπινη ευκολία είναι, η σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας, εύκολος έλεγχος φωτισμού, και δυνατότητα αρχιτεκτονικού φωτισμού με φωτεινές σκηνές, όπως αλλαγή χρωμάτων, αλλαγή φωτεινής έντασης και μερικές φορές ίσος την θέση των φωτιστικών. Η πρώτη ανάγκη αυτοματοποίησης του φωτισμού παρουσιάστηκε στα κλιμακοστάσια, λόχου χάρη στους κοινόχρηστους χώρους. Παλιότερα η κατασκευή για τον φωτισμό κλιμακοστασίου γινόταν με την βοήθεια κυκλώματος αλλέ-ρετούρ. Η δυσκολία του επιθυμητού ελέγχου παραήταν δύσκολη και κατά την εγκατάσταση αλλά και κατά την χρήση, διότι ενόσω ανεβοκατέβαινε ο κάτοικος τις σκάλες, ή προτιμούσε να αφήσει ανοικτό τον διακόπτη κατά την είσοδο-αποχώρηση από την πολυκατοικία, ή πρόκρινε πολλές φορές να κινείται μέσα στο σκοτάδι. Το πρόβλημα αυτό λύθηκε με την χρήση του αυτόματου κλιμακοστασίου που διδάχτηκε στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις Ι. Η διαδικασία του αυτόματου κλιμακοστασίου εκτός από μερικούς τύπους συσκευών που υπάρχουν στο εμπόριο μπορεί να γίνει και με την χρήση PLC. Τα πλεονεκτήματα είναι τα εξής. Πιο εύκολη εγκατάσταση και πιο λίγες απαιτήσεις σε ηλεκτρολογικά υλικά, ειδικότερα σε πολυώροφα κτίρια. Ακόμη, εκτός από τον απλό έλεγχο 50

52 μπορούν πολύ εύκολα να προστεθούν και άλλες λειτουργίες όπως π.χ. με το πάτημα κάποιου από τα μπουτόν για κάποια δευτερόλεπτα να παραμένουν τα φώτα μόνιμα ανοικτά μέχρι να ξαναπατήσουμε κάποιο από τα μπουτόν για να κλείσουν, ή και μη χρησιμοποίηση του φωτισμού όταν υπάρχει επαρκής φυσικός φωτισμός για να πετύχουμε εξοικονόμηση ενέργειας. Στην εργαστηριακή αυτή άσκηση θα εξετάσουμε την πιο απλή χρήση, δηλαδή τα άνοιγμα και το κλείσιμο μετά από κάποια δευτερόλεπτα. Οι φοιτητές εφόσον κατανοήσουν την απλή λειτουργία παροτρύνονται να εξετάσουν και επιπρόσθετες λειτουργίες σαν τις παραπάνω. Περιγραφή του προβλήματος Οι απαιτήσεις του προβλήματος είναι ο σχεδιασμός ενός αυτόματο τεχνητού φωτισμού στον κοινόχρηστο χώρο μιας πολυκατοικίας που αποτελείται από ισόγειο, πρώτο όροφο, δεύτερο όροφο και απόληξη κλιμακοστασίου. Κάθε επίπεδο της πολυκατοικίας έχει από ένα φωτιστικό και από ένα φωτιστικό επίσης θα έχουν και οι δύο ημιώροφοι στις σκάλες. Σε κάθε επίπεδο της πολυκατοικίας αντιστοιχεί ένας πιεστικός διακόπτης. Με το πάτημα οπουδήποτε διακόπτη θα ενεργοποιούνται όλα τα φωτιστικά του κοινόχρηστο χώρου και θα κλείνουν μόνο έπειτα από εντολή του ελεγκτή μετά από κάποιο χρονικό διάστημα τόσο, ώστε να μην εμποδίζει την εύκολη μετακίνηση των κατοίκων. Η διάταξη της εγκατάστασης φαίνεται στην εικόνα Εξοπλισμός Η διαδικασία θα αυτοματοποιηθεί με την χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Τα έξι στοιχεία φωτισμού είναι συνδεδεμένα στην ίδια γραμμή του κοινόχρηστου πίνακα και ανήκουν στην ίδια ομάδα ελέγχου που της αντιστοιχεί ένας ηλεκτρονόμος Ο1. Κάθε επίπεδο θα έχει τον δικό τoυ πιεστικό διακόπτη S1, S2, S3, και S4. Μόλις ο ελεγκτής αντιληφθεί ότι πατήθηκε ένας διακόπτης θα ενεργοποιεί όλα τα φωτιστικά σημεία που θα είναι συνδεδεμένα παράλληλα μεταξύ τους μέσο του ηλεκτρονόμου Ο1. (βλέπε και εικόνα 2.8.1). Ο ηλεκτρονόμος θα αποδιεγείρεται μόνο με την εντολή του ελεγκτή μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. 51

53 Εικόνα Συνδεσμολογία φωτιστικών σημείων παράλληλα που ελέγχονται μέσο του ηλεκτρονόμου. Εικόνα Τομή κλιμακοστασίου. 52

54 Προδιαγραφές 1. Ο ηλεκτρονόμος C1 που ελέγχει όλα τα φωτιστικά διεγείρεται μόνο όταν το μπουτόν S1 είναι κλειστό ή το μπουτόν S2 είναι κλειστό ή το μπουτόν S3 είναι κλειστό ή το μπουτόν S4 είναι κλειστό. 2. Ο ηλεκτρονόμος C1 που ελέγχει όλα τα φωτιστικά αποδιεγείρεται μόνο με εντολή του ελεγκτή, μόλις συμπληρωθούν 100 δευτερόλεπτα από την στιγμή που ενεργοποιήθηκε ο τελευταίος διακόπτης. Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα LADDER εγκατάστασης θέρμανσης. Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 S1 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΙΣΟΓΕΙΟΥ %QX0.0.0 C1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ %IX0.0.1 S2 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ 1 ΟΡΟΦΟΥ %IX0.0.2 S3 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ 2 ΟΡΟΦΟΥ %IX0.0.3 S4 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΑΠΟΛΗΞΗΣ 53

56 2.9.Εργαστηριακή άσκηση 7 ΘΕΜΑ: Φωτεινός σηματοδότης με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα γνωρίζει την διαδικασία αυτοματοποίησης του φωτεινών σηματοδοτών μέσο PLC, το αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο λογισμικό. Θεωρητικό μέρος Η φωτεινή σηματοδότηση είναι η δραστηριότητα στα πλαίσια του ελέγχου της κυκλοφορίας, που δίνει οδηγίες για την κίνηση των χρηστών της οδού με τη βοήθεια φωτεινών ενδείξεων. Η σηματοδότηση επιτυγχάνεται με τη βοήθεια συσκευών που συνήθως λειτουργούν με ηλεκτρική ενέργεια, των φωτεινών σηματοδοτών. Βασικό χαρακτηριστικό της σηματοδότησης, είναι ότι χρησιμοποιεί απλές χρωματικές ενδείξεις ή απλά κωδικοποιημένα σύμβολα, και συνήθως έχει σκοπό την ρύθμιση της κυκλοφορίας απλώς σταματώντας ή επιτρέποντας τη διέλευση των χρηστών της οδού σε σημεία εμπλοκής. Τα επιμέρους στοιχεία που αποτελούν ένα σύστημα σηματοδότησης είναι οι κεφαλές σηματοδότησης, που δίνουν τις φωτεινές ένδειξης, οι διατάξεις στήριξης τους και οι κεντρικές μονάδες, που αναλαμβάνουν τη διαχείριση της σηματορύθμισης. Τα στοιχεία χρώματος και φωτεινότητας επιλέγονται βάση του προτύπου ΕΝ Στην Ελλάδα όπως και παγκοσμίως εφαρμόζονται τρία διαφορετικά χρώματα, πράσινο που επιτρέπει την κίνηση, κόκκινο το οποίο δηλώνει υποχρεωτική στάση και κίτρινο που επιτρέπει την κίνηση μόνο εάν προφταίνεται η κόκκινη ένδειξη με τα χρώματα πάντα αναλάμπουσα μορφή. Περιγραφή του προβλήματος σε σταθερή και Σε ένα αυτοκινητόδρομο η ρύθμιση των αυτοκινήτων ρυθμίζεται με φωτεινό σηματοδότη. Υπάρχει η φωτεινή ένδειξη πράσινο, κίτρινο (πορτοκαλί) και κόκκινο. Οι ενέργειες του αυτοματισμού περιλαμβάνουν την εξής επαναλαμβανόμενη αλληλουχία. κόκκινο για ορισμένο χρόνο, πράσινο για ορισμένο χρόνο κίτρινο για ορισμένο χρόνο. 55

57 Εξοπλισμός Η διαδικασία αυτοματισμού θα πραγματοποιηθεί με προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Αποφεύγοντας τον προγραμματισμό με λογικές συναρτήσεις το πρόβλημα θα λυθεί με τρεις επιπλέον ηλεκτρονόμους που θα αντικαθιστούν την ακολουθία των συναρτήσεων. Η διαδικασία λειτουργίας των σηματοδοτών θα μπορεί να ελέγχεται από ένα απλό διακόπτη S1. Εφόσον αυτός ο διακόπτης είναι κλειστός οι σηματοδότες θα ακολουθούν αδιάλειπτα την εξής λειτουργία: Ο ηλεκτρονόμος C1 θα διεγείρεται μετά από κάποιο χρονικό διάστημα μόνο αν είναι αποδιεγερμένος ο ηλεκτρονόμος C3, ο ηλεκτρονόμος C2 θα διεγείρεται μόνο μετά από κάποιο χρόνο αφού διεγερθεί ο C1 o ηλεκτρονόμος, ο C3 δεν θα διεγείρεται ποτέ απλά χρησιμεύει για να επαναλαμβάνεται η διαδικασία από την αρχή. Η κόκκινη λυχνία Η1 θα ενεργοποιείται όταν είναι ανοικτός κλειστός ο διακόπτης S1 και δεν υπάρχει τάση στα άκρα του ηλεκτρονόμου C1. H πράσινη λυχνία Η2 θα ενεργοποιείται όταν είναι διεγερμένος ο ηλεκτρονόμος C1 και δεν υπάρχει τάση στα άκρα του ηλεκτρονόμου C2. H κίτρινη λυχνία Η3 θα ενεργοποιείται όταν είναι διεγερμένος ο ηλεκτρονόμος C2 και δεν υπάρχει τάση στα άκρα του C3 ηλεκτρονόμου. Εικόνα Φωτεινός σηματοδότης. Προδιαγραφές 1. Αν είναι κλειστός ο διακόπτης και ανοικτός ο ηλεκτρονόμος C1 τότε δώσε εντολή να οπλίσει ο ηλεκτρονόμος C1 μετά από 15 δευτερόλεπτα. 2. Αν είναι κλειστός ο ηλεκτρονόμος C1 τότε δώσε εντολή να οπλίσει ο ηλεκτρονόμος C2 μετά από 25 δευτερόλεπτα. 56

58 3. Αν είναι κλειστός ο ηλεκτρονόμος C2 τότε δώσε εντολή να οπλίσει ο ηλεκτρονόμος C3 μετά από 8 δευτερόλεπτα. 4. Αν είναι κλειστός ο διακόπτης S1 και ανοικτός ο ηλεκτρονόμος C1 τότε άναψε την κόκκινη λυχνία Η1. 5. Αν είναι κλειστός ο ηλεκτρονόμος Η1 και ανοικτός ο ηλεκτρονόμος C2 τότε άναψε την πράσινη λυχνία Η2. 6. Αν είναι κλειστός ο ηλεκτρονόμος Η2 και ανοικτός ο ηλεκτρονόμος C3 τότε άναψε την κίτρινη λυχνία Η3. Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα LADDER φωτεινού σηματοδότη. 57

59 Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 S1 ΑΠΛΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ %QX0.0.0 C1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ %QX0.0.1 C2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ %QX0.0.2 C3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ %QX0.0.3 Η1 ΚΟΚΚΙΝΗ ΛΥΧΝΙΑ %QX0.0.4 H2 ΠΡΑΣΙΝΗ ΛΥΧΝΙΑ %QX0.0.5 H3 ΚΙΤΡΙΝΗ ΛΥΧΝΙΑ Πειραματικό μέρος 1. Ανοίξτε τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 2. Ανατρέξτε στην επιφάνεια εργασίας και τρέξτε το λογισμικό GMwin Πατήστε New Project από την γραμμή εργαλείων. Στο Project Name συμπληρώστε με αγγλικούς χαρακτήρες ονοματεπώνυμο σπουδαστή, Α.Ε.Μ και αριθμός εργαστηριακής άσκησης 7(Σε περίπτωση που είναι πάνω από ένας σπουδαστής συμπληρώστε μόνο Α.Ε.Μ). Στο Select PLC type επιλέξτε το GM7, writer και comment αφήστε τα κενά και πατήστε Next. 4. Επιλέξτε language LD τα υπόλοιπα τα αφήνεται ως έχουν και πατήστε Finish. 5. Εφόσον το περιβάλλον εργασίας είναι έτοιμα πραγματοποιήστε την συγγραφή του διαγράμματος LADDER όπως το σχήμα 6. Αφού τελειώσετε από την συγγραφή του διαγράμματος πατήστε compile για έλεγχο σε τυχόν λάθη και σε περίπτωση που δεν εμφανιστεί το μήνυμα Compiled Successfully κάντε ένα επανέλεγχο το διάγραμμα και ξανατρέξτε την διαδικασία Compile. 7. Μόλις είναι έτοιμο το διάγραμμα μπείτε στην διαδικασία προσομοίωσης από το Start simulation, ελέγξτε το πρόγραμμα αν δουλεύει σύμφωνα με τις προδιαγραφές και ρωτήστε για τυχόν απορίες. 8. Κλείστε το πρόγραμμα, κλείστε τον υπολογιστή και περιμένετε μέχρι να ολοκληρωθεί το εργαστήριο. 58

60 2.10.Εργαστηριακή άσκηση 8 ΘΕΜΑ: Σύστημα θέρμανσης κτιρίου με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα περιγράφει τι περιλαμβάνει ένα σύστημα θέρμανσης, θα γνωρίζει την αυτόματη λειτουργία του συστήματος θέρμανσης, το πλεονεκτήματα έναντι με άλλους τρόπους λειτουργίας, αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο λογισμικό. Θεωρητικό μέρος Ο βασικός σκοπός ενός συστήματος θέρμανσης είναι να μην επιτρέπει στη θερμοκρασία ενός χώρου να κατεβαίνει κάτω από μια ελάχιστη τιμή. Το πετυχαίνει αυτό προσθέτοντας θερμότητα στον χώρο μέσο κατάλληλων ηλεκτρομηχανολογικών στοιχείων και διατάξεων. Αυτοματοποιώντας την λειτουργία της θέρμανσης πετυχαίνουμε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας, για τον λόγο ότι χρησιμοποιούμε λιγότερο και μόνο εφόσον χρειάζεται την ενέργεια που μας προσφέρει το σύστημα θέρμανσης η οποία μπορεί να προέρχεται από πετρέλαιο, ηλεκτρισμό, φυσικό αέριο κ.τ.λ. Με λίγα λόγια κάνουμε το σύστημα θέρμανσης να σκέφτεται λογικά και δεν περιορίζει τις άσκοπες δαπάνες ενέργειας. Με επιπλέον διατάξεις και αυτοματισμούς το σύστημα θέρμανσης μπορεί να ''αγγίξει την ευφυΐα'' θα λέγαμε, σε σημείο που θα δουλεύει στην βέλτιστη απόδοση. Τέτοιες περιπτώσεις περιλαμβάνουν πολλές γνώσεις και είναι σε πρώιμο στάδιο τέτοιες ιδέες ώστε να εξεταστούν στο εργαστήριο. Οι φοιτητές ενθαρρύνονται να τις μελετήσουν σε βάθος εφόσον επιθυμούν σαν συμπληρωματική έρευνα. Περιγραφή του προβλήματος Στόχος είναι ο σχεδιασμός ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου που περιλαμβάνει την κάλυψη αναγκών θέρμανσης και ζεστού νερού χρήσης μιας τυπικής μεζονέτας. Η μεζονέτα αποτελείται από δύο επίπεδα (ισόγειο, όροφος). Κάθε χώρος έχει ξεχωριστά την δική του ζώνη τα δικά του θερμαντικά σώματα, θερμοστάτη χώρου και τον δικό του κυκλοφορητή. Η κάλυψη των ζεστών νερών χρήσης και των ζωνών γίνεται από το κεντρικό σύστημα θέρμανσης το οποίο είναι υπεύθυνο για την θέρμανση του νερού. Το σύστημα ελέγχου είναι κατάλληλο σε οποιαδήποτε κεντρικό σύστημα χρησιμοποιηθεί, όπως λέβητας το 59

61 πετρελαίου, λέβητας φυσικού αερίου, αντλία θερμότητας αέρος νερού, ηλεκτρικός λέβητας, εφόσον αυτές οι μονάδες είναι ικανές να εκκινούν με ηλεκτρικό τρόπο. Επιπρόσθετα για το ζεστό νερό χρήσης υπάρχουν και ηλιακοί συλλέκτες με δικό τους κυκλοφορητή οι οποίοι θα πρέπει να δουλεύουν σε συνεργασία με το σύστημα θέρμανσης με κίνητρο την βέλτιστη εξοικονόμηση ενέργειας. Η διάταξη της εγκατάστασης φαίνεται στην εικόνα Εξοπλισμός Η διαδικασία θα αυτοματοποιηθεί με την χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Το κεντρικό σύστημα θέρμανσης Ε1 μπορεί να ξεκινήσει και να σταματήσει την λειτουργία του με ηλεκτρικό τρόπο. Κάθε κυκλοφορητής Μ1,Μ2,Μ3,Μ4, έχει έναν δικό του ηλεκτρονόμο για τον έλεγχο της λειτουργίας του. Ο θερμοστάτης επαφής Β1 ανιχνεύει την θερμοκρασία στον κεντρικό σωλήνα προσαγωγής, ο εμβαπτιζόμενος θερμοστάτης Β4 την θερμοκρασία του νερού στο boiler και ο θερμοστάτης επαφής Β5 την θερμοκρασία του νερού που παρέχουν οι ηλιακοί συλλέκτες. Οι θερμοστάτες χώρου Β2 και Β3 αναγνωρίζουν την επιθυμητή θερμοκρασία της κάθε ζώνης αντίστοιχα. Εικόνα Εγκατάσταση θέρμανσης. 60

62 Προδιαγραφές 1. Ο κυκλοφορητής Μ1 λειτουργεί μόνο όταν η θερμοκρασία του χώρου είναι μικρότερη από αυτή που ορίζει ο θερμοστάτης Β2 και το νερό στον κεντρικό σωλήνα προσαγωγής που ανιχνεύει ο θερμοστάτης Β1 είναι ζεστό. 2. Ο κυκλοφορητής Μ3 λειτουργεί μόνο όταν η θερμοκρασία του χώρου είναι μικρότερη από αυτή που ορίζει ο θερμοστάτης Β3 και το νερό στον κεντρικό σωλήνα προσαγωγής που ανιχνεύει ο θερμοστάτης Β1 είναι ζεστό. 3. Ο κυκλοφορητής Μ2 λειτουργεί μόνο όταν η θερμοκρασία του επιθυμητού ζεστού νερού χρήσης είναι μικρότερη από αυτή που ορίζει ο εμβαπτιζόμενος θερμοστάτης Β4 και η θερμοκρασία του ζεστού νερού που παρέχουν οι ηλιακοί συλλέκτες δεν είναι ικανοποιητική, η οποία ανιχνεύεται από τον θερμοστάτη Β5 και το νερό στον κεντρικό σωλήνα προσαγωγής που ανιχνεύει ο θερμοστάτης Β1 είναι ζεστό. 4. Ο κυκλοφορητής Μ4 λειτουργεί μόνο όταν η θερμοκρασία νερού που ανιχνεύεται από τον θερμοστάτη Β5 που προσφέρουν οι ηλιακοί συλλέκτες είναι ικανοποιητική και η θερμοκρασία του επιθυμητού ζεστού νερού χρήσης είναι μικρότερη από αυτή που ορίζει ο εμβαπτιζόμενος θερμοστάτης Β4. 5. Η εκκίνηση του συστήματος θέρμανσης γίνεται μόνο όταν ο κυκλοφορητής Μ1 είναι σε λειτουργία ή ο κυκλοφορητής Μ2 είναι σε λειτουργία ή ο κυκλοφορητής Μ2 είναι σε λειτουργία ή ο κυκλοφορητής Μ3 είναι σε λειτουργία και το νερό στον κεντρικό σωλήνα προσαγωγής που ανιχνεύει ο θερμοστάτης Β1 δεν είναι ζεστό. 61

63 Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα LADDER εγκατάστασης θέρμανσης. Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 Β1 ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗΣ ΕΠΑΦΗΣ %QX0.0.0 Μ1 ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ ΙΣΟΓΕΙΟ %IX0.0.1 Β2 ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗΣ ΧΩΡΟΥ ΙΣΟΓΕΙΟ %QX0.0.1 Μ2 ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ ΖΝΧ %IX0.0.2 Β3 ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗΣ ΧΩΡΟΥ ΟΡΟΦΟΣ %QX0.0.2 Μ3 ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ ΟΡΟΦΟΣ %IX0.0.3 Β4 ΕΜΒΑΠΤΙΖΟΜΕΝΟΣ ΘΕΡΜΟΣΤΑΣΗΣ %QX0.0.3 Μ4 ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ ΗΛΙΑΚΑ %IX0.0.4 Β5 ΘΕΡΜΟΣΤΑΤΗΣ ΕΠΑΦΗΣ %QX0.0.4 Ε1 ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 62

65 2.11.Εργαστηριακή άσκηση 9 ΘΕΜΑ: Κατασκευή ελέγχου σύγχρονου ανελκυστήρα με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα είναι ικανός να περιγράφει την λειτουργία ενός σύγχρονου ανελκυστήρα, θα γνωρίζει την διαδικασία αυτοματοποίησης του ανελκυστήρα μέσο PLC, το αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο λογισμικό. Θεωρητικό μέρος Ανελκυστήρας ή ανυψωτήρας ονομάζεται κάθε εγκατάσταση που χρησιμοποιείται για την ανύψωση προσώπων ή φορτίων. Οι τύποι των ανελκυστήρων ανάλογα με τον μηχανισμό έλξης χωρίζονται σε: Α)Υδραυλικούς ανελκυστήρες, Β) Αναρριχόμενους ανελκυστήρες και Γ)Ανελκυστήρες έλξης. Η τρίτη κατηγορία αποτελεί τον παλαιότερο από πλευράς δομής τύπο και πιο τον εξελιγμένο από τεχνικής άποψης. Ο ανελκυστήρας αυτός αποτελείται από έναν ηλεκτροκινητήρα, ένα μειωτήρα στροφών και μια τροχαλία προσαρμοσμένα κατάλληλα μεταξύ τους πάνω σε μια βάση. Από την τροχαλία διέρχεται ένα σύστημα συρματόσχοινων, στη μια άκρη του οποίου βρίσκεται ο θάλαμος και στο άλλο τα αντίβαρα. Για να παρέχεται ακρίβεια και ομαλότητα στην μετακίνηση από όροφο σε όροφο πολλές φορές χρησιμοποιείται ένας κινητήρας DC. Παλαιότερες και πιο απλές εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν έναν κινητήρα AC. Εκτός από τον μηχανισμό έλξης χωρίζονται σε ανελκυστήρες προσώπων και φορτίων ανάλογα με το τι μεταφέρουν. Επίσης χωρίζονται ανάλογα με την ταχύτητα σε μιας ταχύτητας και πολλών ταχυτήτων. Η αυτόματη λειτουργία του κινητήρα θεωρείται πλέον αυτονόητη. Η εγκατάσταση του ανελκυστήρα με την χρήση PLC είναι ευρέος διαδεδομένη. Παρ' όλα αυτά ο τρόπος αυτοματισμού σε μερικούς ανελκυστήρες βασίζεται σε επεξεργαστή που εκτελεί πρόγραμμα γραμμένο σε αντικειμενοστραφείς γλώσσα. Η εγκατάσταση αυτού του τρόπου είναι ισοδύναμη με ένα δίκτυο υπολογιστών. 64

66 Περιγραφή του προβλήματος Η εγκατάσταση είναι ένας απλός ανελκυστήρας προσώπων, που λειτουργεί μεταξύ δύο ορόφων. Η θύρα επικοινωνίας σε κάθε όροφο ανοίγει και κλείνει αυτόματα. Ο ανελκυστήρας κινείται από ένα τριφασικό κινητήρα με αναστρεφόμενη φορά, ο οποίος οδηγεί την κύρια τροχαλία μέσω ενός κιβωτίου ταχυτήτων. Ο ανελκυστήρας μπορεί να κληθεί και να σταλεί από κάθε όροφο με τη χρήση τοπικά εγκατεστημένων πιεστικών διακοπτών που είναι τοποθετημένοι μέσα και έξω από τον θάλαμο αντίστοιχα. Μέσα στο θάλαμο υπάρχει τοποθετημένο φωτιστικό που φωτίζει μόλις ανοίγει η θύρα. Στον χώρο του ισογείου τοποθετείται η ένδειξη ανάγκης σε περίπτωση που ενεργοποιηθεί ο συναγερμός από τον πιεστικό διακόπτη που βρίσκεται μέσα στο θάλαμο. Εξοπλισμός Η διαδικασία θα αυτοματοποιηθεί με την χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Ο κινητήρας του ανελκυστήρα έχει ένα ηλεκτρονόμο C1 για την κίνηση προς τα πάνω και ένα άλλο C2 για την κίνηση προς τα κάτω. Υπάρχει και ένα φρένο το οποίο λειτουργεί αυτόματα μαζί με τον κινητήρα, δεν χρειάζεται να ελέγχεται από τον ελεγκτή. Οι ενδεικτικές λυχνίες ορίζονται ως H1 και Η3 ο θάλαμος είναι στο ισόγειο, Η2 και Η4 ο θάλαμος είναι στον όροφο. Οι κλίσεις γίνονται από τον S1 ή τον S2 εξωτερικά του θαλάμου και οι αποστολές γίνονται από τον S3 ή τον S4 εσωτερικά του θαλάμου. Η πόρτες ανοίγουν μόλις διεγερθεί ο ηλεκτρονόμος C1 ισογείου και C2 του ορόφου. Ο συναγερμός Η6 ενεργοποιείται μόλις πατηθεί ο S5 που βρίσκεται μέσα στο θάλαμο. Οι τερματικοί διακόπτες S6 και S7 ανιχνεύουν τη στάση του θαλάμου στο ισόγειο και στον όροφο αντίστοιχα. Ο τερματικός διακόπτης S8 ανιχνεύει το κλείσιμο της θύρας. Ο λαμπτήρας Η5 ανάβει μόλις ανοίγει η θύρα. Ο αισθητήρας κίνησης S9 ενεργοποιείται μόλις υπάρχει κάποια κίνηση κοντά στην θύρα. Βλέπε και εικόνα

67 Εικόνα Εγκατάσταση του ανελκυστήρα. 66

68 Προδιαγραφές 1. Ο ηλεκτρονόμος C1 που ελέγχει την άνοδο του ανελκυστήρα διεγείρεται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν S2 ή το μπουτόν S3 και αν η θύρα που ελέγχεται μέσο του τερματικού διακόπτη S8 είναι κλειστή και υπάρχει σήμα από τον τερματικό διακόπτη S6 (θα υπάρχει σήμα μέχρι ο θάλαμος να φτάσει στον όροφο). 2. Ο ηλεκτρονόμος C2 που ελέγχει την κάθοδο του ανελκυστήρα διεγείρεται μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν S1 ή το μπουτόν S4 και αν η θύρα που ελέγχεται μέσο του τερματικού διακόπτη S8 είναι κλειστή και υπάρχει σήμα από τον τερματικό διακόπτη S7 (θα υπάρχει σήμα μέχρι ο θάλαμος να φτάσει στο ισόγειο. 3. Ο ηλεκτρονόμος C3 που ελέγχει το άνοιγμα και το κλείσιμο της θύρας του ορόφου κλείνει μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν S2 ή το μπουτόν S3 και ο θάλαμος βρίσκεται στον όροφο (ανιχνεύεται μέσο του τερματικού διακόπτη S6 όταν είναι ανοικτός) και δεν υπάρχει κάποια κίνηση που ανιχνεύει ο αισθητήρας S9 και δεν λειτουργεί ο ηλεκτρονόμος C1 της ανόδου και δεν λειτουργεί ο ηλεκτρονόμος C2 της καθόδου. 4. Ο ηλεκτρονόμος C4 που ελέγχει το άνοιγμα και το κλείσιμο της θύρας του ισογείου κλείνει μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν S1 ή το μπουτόν S4 και ο θάλαμος βρίσκεται στον όροφο (ανιχνεύεται μέσο του τερματικού διακόπτη S7 όταν είναι ανοικτός) και δεν υπάρχει κάποια κίνηση που ανιχνεύει ο αισθητήρας S9 και δεν λειτουργεί ο ηλεκτρονόμος C1 της ανόδου και δεν λειτουργεί ο ηλεκτρονόμος C2 της καθόδου. 5. Η λυχνία Η1 και Η3 ορίζουν ότι ο θάλαμος βρίσκεται στον όροφο μόνο αν είναι ανοικτός ο πιεστικός διακόπτης S6. 6. Η λυχνία Η2 και Η4 ορίζουν ότι ο θάλαμος βρίσκεται στο ισόγειο μόνο αν είναι ανοικτός ο πιεστικός διακόπτης S7. 7. Η λυχνία φωτισμού του θαλάμου Η5 ανάβει μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν S1 ή το μπουτόν S2 και έχει πατηθεί το μπουτόν S3 ή το μπουτόν S4 ή ο θάλαμος βρίσκεται στον όροφο (ανιχνεύεται μέσο του τερματικού διακόπτη S6) ή ο θάλαμος βρίσκεται στο ισόγειο που ανιχνεύεται μέσο του τερματικού διακόπτη S7. 8. Η σειρήνα Η6 ενεργοποιείται όταν πατηθεί το μπουτόν έκτασης ανάγκης S5. 67

69 Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα LADDER εγκατάστασης ανελκυστήρα. 68

70 Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 S1 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΠΟΥ ΚΑΛΕΙ ΤΟΝ ΘΑΛΑΜΟ ΚΑΘΟΔΙΚΑ %IX0.0.1 S2 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΠΟΥ ΚΑΛΕΙ ΤΟΝ ΘΑΛΑΜΟ ΑΝΟΔΙΚΑ %IX0.0.2 S3 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΠΟΥ ΣΤΕΛΝΕΙ ΤΟΝ ΘΑΛΑΜΟ ΑΝΟΔΙΚΑ %IX0.0.3 S4 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΠΟΥ ΣΤΕΛΝΕΙ ΤΟΝ ΘΑΛΑΜΟ ΚΑΘΟΔΙΚΑ %QX0.0.0 C1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΑΝΟΔΟΥ %QX0.0.1 C2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΚΑΘΟΔΟΥ %QX0.0.2 C3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΘΥΡΑΣ ΟΡΟΦΟΥ %QX0.0.3 C4 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΘΥΡΑΣ ΙΣΟΓΕΙΟΥ %QX0.0.4 H1 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ''ΟΡΟΦΟΣ'' %IX0.0.4 S5 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΤΟΥ ΣΥΝΑΓΕΡΜΟΥ %IX0.0.5 S6 ΤΕΡΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΟΡΟΦΟΥ %QX0.0.5 H2 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ''ΙΣΟΓΕΙΟ'' %IX0.0.6 S7 ΤΕΡΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΙΣΟΓΕΙΟΥ %QX0.0.6 H3 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ''ΟΡΟΦΟΣ'' %IX0.0.7 S8 ΤΕΡΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΘΥΡΑΣ %QX0.0.7 H4 ΛΥΧΝΙΑ ΕΝΔΕΙΞΗΣ ''ΙΣΟΓΕΙΟ'' %IX0.0.8 S9 ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΚΙΝΗΣΗΣ %QX0.0.8 H5 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΘΑΛΑΜΟΥ %QX0.0.9 H6 ΗΧΗΤΙΚΗ ΣΗΜΑΝΣΗ 69

72 2.12.Εργαστηριακή άσκηση 10 ΘΕΜΑ: Αυτόματο επιτραπέζιο ηλεκτρικό δράπανο με τη χρήση PLC Ημερομηνία:.../.../201.. Ο σπουδαστής μετά από αυτήν την εργαστηριακή άσκηση θα είναι ικανός να περιγράφει την λειτουργία ενός επιτραπέζιου δραπάνου, θα γνωρίζει την διαδικασία αυτόματης διάτρησης μέσο PLC, τα πλεονεκτήματα έναντι του παραδοσιακού τρόπου διάτρησης, το αντίστοιχο διάγραμμα LADDER και την συγγραφή του στο λογισμικό. Θεωρητικό μέρος Το δράπανο ανήκει στην κατηγορία των εργαλειομηχανών και χρησιμεύει στο τρυπάνισμα (τρύπημα), ή δημιουργία μιας τρύπας. Επιστημονικά η λέξη διάτρηση αναφέρεται σε μία μηχανουργική κατεργασία κατά την οποία γίνεται αφαίρεση υλικού με ένα κοπτικό εργαλείο το οποίο ονομάζεται ελικοειδές τρυπάνι ή απλούστερα τρυπάνι. Για την περιστροφή του τρυπανιού χρησιμοποιείται συχνά ηλεκτρική ενέργεια που μετατρέπεται σε μηχανική (περιστροφική) είτε μέσο ενός ηλεκτρικού κινητήρα universal, είτε με άλλου είδους κινητήρα είτε με ενέργεια που χρησιμοποιείται από πιεσμένο αέρα (δράπανο αέρος). Μια εργαλειομηχανή σαν σύνολο με τα κατάλληλα βοηθητικά στοιχεία λέγεται δράπανο. Όταν στα επιπλέον βοηθητικά στοιχεία περιλαμβάνεται και ένας πάγκος στήριξης του υλικού που είναι για διάτρηση τότε το δράπανο ονομάζεται επιτραπέζιο. Η παραδοσιακή διαδικασία διάτρησης μέσο ενός επιτραπέζιου ηλεκτρικού δράπανου γίνεται χειροκίνητα μέσο ενός μοχλού που κατεβάζει ο χειριστής το δράπανο μέχρι να γίνει η οπή. Η αυτοματοποίηση αυτής της διαδικασίας προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα. Η επιθυμητή κατεργασία γίνεται πιο σωστά, γρήγορα και με ασφάλεια του χειριστή. Τα πλεονεκτήματα αυτά προσφέρουν λύσεις σε μια γραμμή παραγωγής που απαιτεί τέτοιου είδους κατεργασία. Περιγραφή του προβλήματος Η διαδικασία περιλαμβάνει την υλοποίηση αυτόματης διάτρησης μέσο ενός επιτραπέζιου ηλεκτρικού δραπάνου. Το εν λόγο δράπανο αποτελείται από ένα πάγκο που χρησιμεύει στην τοποθέτηση και την στήριξη του υλικού που πρόκειται να γίνει η διάτρηση και δύο πρέσες αέρος για την σύσφιξη του υλικού. Η διαδικασία της διάτρησης θα γίνεται αυτόματα με μία εντολή που θα δέχεται από τον χειριστή μέσο ενός πιεστικού διακόπτη. Τα 71

73 βήματα που περιλαμβάνει η διάτρηση ακολουθιακά έχουν ως εξής: Α)Σύσφιξη της δεξιάς πρέσας.β)σύσφιξη της αριστερής πρέσας. Γ)Ενεργοποίηση κινητήρα περιστροφής δραπάνου. Δ)Ενεργοποίηση κινητήρα καθόδου δραπάνου. Η μεταβολή από το ένα βήμα στο άλλο θα γίνεται με κάποια μικρή χρονική καθυστέρηση αφενός για να προλάβει ο χειριστής να απομακρύνει τα χέρια του από το δράπανο και αφετέρου στο να προλαβαίνει να παρακολουθεί οπτικά και ακουστικά την διαδικασία διάτρησης. Επιπρόσθετα, η καθυστέρηση συντελεί στο να λειτουργούν κατάλληλα τα βήματα μεταξύ τους ως βαθμίδες και ακόμη συνεισφέρει στον εύκολο προγραμματισμό ανατροφοδότησης (Feedback) 2 του αυτοματισμού. Σε όλα τα στάδια απαιτείται οπωσδήποτε μία εντολή έκτατης ανάγκης που θα τερματίζει την λειτουργία και ένα σήμα που θα επαναφέρει το δράπανο στην αρχική κατάσταση αδρανοποίησης. Εξοπλισμός Η διαδικασία θα αυτοματοποιηθεί με την χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Με το πάτημα του μπουτόν S1 Start μετά από λίγα δευερόλεπτα ανοίγει η ηλεκτροβαλβίδα C1 και ελευθερώνεται μια δίοδος για να περάσει αέρας πίεσης 7 bar στην πρέσα ώστε να σφίξει το υλικό στον πάγκο. Με την ίδια διαδικασία μετά από λίγο χρόνο σφίγγει και η άλλη πρέσα μέσο της ηλεκτροβαλβίδας C2. O κινητήρας περιστροφής θα ενεργοποιείται μετά από μερικά δευτερόλεπτα μέσο του ηλεκτρονόμου C3. O Καθοδικός κινητήρας θα λειτουργεί μετά μερικά δευτερόλεπτα μέσο του ηλεκτρονόμου C4. Υπάρχει και ένας τερματικός διακόπτης που θα ενεργοποιείται όταν ο καθοδικός κινητήρας φτάσει στο επιθυμητό σημείο βάθους οπής που ρυθμίζεται από τον χειριστή και ένα φρένο που θα σταματά το κινητήρα σε εκείνο το σημείο τα οποία θα λειτουργούν αυτόματα μαζί με τον κινητήρα, δεν χρειάζεται να ελέγχονται από τον ελεγκτή. Η ενδεικτική λυχνία Η1 ορίζεται ως ένδειξη λειτουργίας του δραπάνου. Η διαδικασία θα μπορεί να τερματίσει με ένα μανιτάρι ασφαλείας S2 οιαδήποτε στιγμή και ένας πιεστικός διακόπτης Stop S2 χρησιμεύει στην ελευθέρωση των πρεσών και την απενεργοποίηση του δραπάνου με σκοπό την επανάληψη της λειτουργίας διάτρησης. 2 To PLC από την στιγμή που θα δώσει εντολή σε ένα ηλεκτρονόμο να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί, θεωρεί δεδομένο ότι όντως θα πράξει αντίστοιχα αυτή η επαφή, άσχετα με το τι θα συμβεί πραγματικά. Για να αποφύγουμε τέτοιες καταστάσεις συνδέουμε τις επαφές των ηλεκτρονόμων, και στις επαφές εισόδου του ελεγκτή, ώστε να ενημερώσουμε τον ελεγκτή αν η εντολή που έδωσε πραγματοποιήθηκε. Η διαδικασία αυτή είναι ΣΑΕ κλειστού βρόγχου και λέγεται διαδικασία ανατροφοδότησης (Feedback). Για παράδειγμα στο διάγραμμα LAD ενεργοποιούνται πρώτα οι πρέσες και στη γραμμή τέσσερα του διαγράμματος δίνουμε εντολή να κινηθεί το δράπανο μόνο αν έχουν κλείσει οι πρέσες οι οποίες τροφοδοτούνται με κύκλωμα αέρα και μπορεί πολλές φορές να μην λειτουργούν σωστά. 72

74 Εικόνα Επιτραπέζιο δράπανο. 73

75 Εικόνα Λειτουργίας της κάθε πρέσας. Προδιαγραφές 1. Η ηλεκτροβαλβίδα C1 της δεξιάς πρέσας ενεργοποιείται μετά από δύο δευτερόλεπτα μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν S1 και δεν έχει πατηθεί το μανιτάρι ασφαλείας S2. 2. Η ηλεκτροβαλβίδα C2 της αριστερής πρέσας ενεργοποιείται μετά από δύο δευτερόλεπτα μόνο αν έχει ενεργοποιηθεί η ηλεκτροβαλβίδα C1(έχει σφίξει η δεξιά πρέσα) και δεν έχει πατηθεί το μανιτάρι ασφαλείας S2. 3. Ο ηλεκτρονόμος C3 (εκκίνηση μονοφασικού κινητήρα δραπάνου) οπλίζει μετά από 2 δευτερόλεπτα μόνο όταν είναι ενεργοποιημένη η ηλεκτροβαλβίδα C1 και η ηλεκτροβαλδίδα C2 (έχουν σφίξει και οι δύο πρέσες) και δεν έχει πατηθεί το μανιτάρι ασφαλείας S2. Με την παραπάνω λειτουργία ανοίγει παράλληλα και η λυχνία ένδειξης λειτουργίας του δραπάνου Η1. 4. Ο ηλεκτρονόμος C4 ( κινητήρας που κινεί καθοδικά το δράπανο) οπλίζει μετά από 4 δευτερόλεπτα μόνο όταν είναι ενεργοποιημένη η ηλεκτροβαλβίδα C1 και η ηλεκτροβαλδίδα C2 (έχουν σφίξει και οι δύο πρέσες) και έχει οπλίσει ο ηλεκτρονόμος C1 (δουλεύει το δράπανο) και δεν έχει πατηθεί το μανιτάρι ασφαλείας S2 και δεν έχει πατηθεί το μπουτόν Stop S3. 5. Η ηλεκτροβαλβίδα C1,C2 και ο ηλεκτρονόμους C3 σταματούν να δέχονται τάση 4 δευτερόλεπτα αφότου πατηθεί το μπουτόν Stop S3. 74

76 Προγραμματισμός Εικόνα Διάγραμμα αυτοματοποίησης επιτραπέζιου δραπάνου. Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών ΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %IX0.0.0 S1 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΕΝΑΡΞΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ %IX0.0.1 S2 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ (ΜΑΝΙΤΑΡΙ) %IX0.0.2 S3 ΠΙΕΣΤΙΚΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΠΑΥΣΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ %QX0.0.0 C1 ΗΛΕΚΤΟΒΑΛΒΙΔΑ ΠΡΩΤΗΣ ΜΟΡΣΑΣ %QX0.0.1 C2 ΗΛΕΚΤΟΒΑΛΒΙΔΑ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΜΟΡΣΑΣ %QX0.0.2 C3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΔΡΑΠΑΝΟΥ %QX0.0.3 C4 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΚΑΘΕΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΔΡΑΠΑΝΟΥ %QX0.0.4 H1 ΕΝΔΕΙΞΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΔΡΑΠΑΝΟΥ 75

78 3.Κατασκευή εφαρμογής PLC σε κατοικία 3.1.Περιγραφή του προβλήματος Η διαδικασία του προβλήματος περιλαμβάνει την επιτήρηση των καταναλώσεων σε μια κατοικία με σκοπό την αποφυγή υπερέντασης που προκύπτει από την αύξηση της συνολικής κατανάλωσης πάνω από τα επιτρεπτά όρια, με ταυτόχρονη επίτευξη την αδιάλειπτη ηλεκτροδότηση της εγκατάστασης, επιβάλλοντας τον αναγκαίο ετεροχρονισμό έτσι ώστε να διατηρείται η συνολική απορροφούμενη ένταση μικρότερη από την ονομαστική τιμή της γενικής ασφάλειας. Η παροχέτευση γίνεται από τον μετρητή της ΔΕΗ. Η κατοικία τροφοδοτείται με μονοφασική παροχή Νο 4, 10 KVA, 230 V. Η γενική ασφάλεια της εσωτερικής εγκατάστασης είναι τηκόμενη τύπου Do gl ονομαστικού ρεύματος 50 Α. Οι επιμέρους ασφάλειες των γραμμών και η θέση των ηλεκτρικών στοιχείων φαίνονται αντίστοιχα στο μονογραμμικό σχέδιο του πίνακα και στην κάτοψη ηλεκτρολογικών όπως παρατίθενται στα σχέδια (βλέπε σχέδια Η-3-,Η-4-). Η αποτύπωση των καταναλώσεων έχει ως εξής. Πίνακας Εγκατεστημένη ισχύς στοιχείων της εγκατάστασης. Α/Α ΓΡΑΜΜΗ ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ (watt) ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΠΙ ΤΟΥ ΣΥΝΟΛΟΥ (%) 1 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ,48 2 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ,48 3 ΡΕΥΜΑΤΟΔΟΤΕΣ ,54 4 ΡΕΥΜΑΤΟΔΟΤΕΣ ,36 5 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΜΑΓΕΙΡΕΙΟ 5000 x 0.7 = ,22 6 ΠΛΥΝΤΗΡΙΟ ΠΙΑΤΩΝ ,84 7 ΠΛΥΝΤΗΡΙΟ ΡΟΥΧΩΝ ,30 8 ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ,86 9 ΘΕΡΜΟΣΙΦΩΝΑΣ ,69 10 ΣΤΕΓΝΩΤΗΡΙΟ ΡΟΥΧΩΝ ,22 ΣΥΝΟΛΟ Μολονότι η εγκατεστημένη ισχύς του ηλεκτρικού μαγειρείου είναι 5000 watt, για το λόγο ότι δεν θα λειτουργήσει ποτέ με τις μερικές του καταναλώσεις(όλα τα μάτια και ο φούρνος μαζί) επέλεξα να τo παρουσιάσω στο πρόβλημα με 0,7 συντελεστή ταυτοχρονισμού. 77

79 3.2.Εξοπλισμός Η διαδικασία έχει αυτοματοποιηθεί με τη χρήση ενός προγραμματιζόμενου ελεγκτή. Για την απλοποίηση του προβλήματος χωρίζω τα στοιχεία της εγκατάστασης σε μικρής απορροφούμενης ισχύος μεγάλου ταυτοχρονισμού (γραμμές 1-4) και μεγάλης απορροφούμενης ισχύος μικρού ταυτοχρονισμού (γραμμές 5-10). Κάθε συσκευή της δεύτερης κατηγορίας έχει τον σχετικό αυτόματο διακόπτη που παρουσιάζει μηδενική ή άπειρη αντίσταση στο κύκλωμα εισόδων του ελεγκτή και ενημερώνει αντίστοιχα τον ελεγκτή αν η κατάσταση της συσκευής βρίσκεται σε θέση 1(ανοικτή), ή θέση 0(κλειστή).Όσον αφορά τον έλεγχο των στοιχείων εξόδου χωρίζω την δεύτερη κατηγορία σε δύο υποκατηγορίες ονομάζοντας τες ελεγχόμενα στοιχεία (γραμμές 10,7,9) και μη ελεγχόμενα στοιχεία (γραμμές 5,6,8). Τα ελεγχόμενα στοιχεία της εγκατάστασης είναι υπεύθυνα για την αποφυγή υπερφόρτισης, μέσο κανονικών κλειστών ηλεκτρονόμων που βρίσκονται συνδεδεμένοι στις εξόδους του ελεγκτή ανοιγοκλείνουν της συσκευές. Η σειρά ελέγχου των τριών αυτών γραμμών με κριτήριο την αναγκαιότητα και το ποσοστό απορροφούμενης έντασης σε σχέση με την υπόλοιπη εγκατάσταση έχει ως εξής: Γραμμή 10 στεγνωτήριο ρούχων εφόσον είναι ανοικτό, γραμμή 7 πλυντηρίου ρούχων εφόσον είναι ανοικτό και γραμμή 9 θερμοσίφωνα εφόσον είναι ανοικτός. Τέλος μια σειρήνα φωτεινής και ηχητικής ένδειξης εγκαθίσταται για την σηματοδότηση της κατάστασης. Εφόσον ενεργοποιηθεί μία από τις εξόδους του ελεγκτή, μας κάνει γνωστό ότι υπήρχε πρόβλημα υπερέντασης και λειτούργησε ορθά ώστε να αποσοβήσει την κατάσταση. Παρακάτω φαίνονται πιο αναλυτικά οι κατηγορίες, ο πίνακας αντιστοιχιών (allocation list) και οι συνδέσεις του ελεγκτή. Πίνακας Κατηγορίες ελέγχου. Κατηγορίες Γραμμές Περιγραφή Στοιχεία μικρής απορροφούμενης ισχύος μεγάλου ταυτοχρονισμού Στοιχεία μεγάλης απορροφούμενης ισχύος μικρού ταυτοχρονισμού 2.1 5,6,8 Μη ελεγχόμενα στοιχεία ,7,9 Ελεγχόμενα στοιχεία Υψηλής σημασίας ελεγχόμενη συσκευή Μεσαίας σημασίας ελεγχόμενη συσκευή Χαμηλής σημασίας ελεγχόμενη συσκευή 78

80 Πίνακας Πίνακας αντιστοιχιών. ΕΙΣΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ ΕΞΟΔΟΙ ΕΛΕΓΚΤΗ Α ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΜΑΓΕΙΡΙΟΥ Ο1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΣΤΕΓΝΩΤΗΡΙΟΥ ΡΟΥΧΩΝ B ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΠΛΥΝΤΗΡΙΟΥ ΠΙΑΤΩΝ Ο2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΠΛΥΝΤΗΡΙΟΥ ΡΟΥΧΩΝ C ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΠΛΥΝΤΗΡΙΟΥ ΡΟΥΧΩΝ Ο3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΣ ΘΕΡΜΟΣΙΦΩΝΑ D ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Ο4 ΗΧΗΤΙΚΗ ΚΑΙ ΦΩΤΕΙΝΗ ΣΗΜΑΝΣΗ E ΘΕΡΜΟΣΙΦΩΝΑΣ F ΣΤΕΓΝΩΤΗΡΙΟ ΡΟΥΧΩΝ Εικόνα Συνδέσεις ελεγκτή Glofa του οίκου LG. 3.3.Προγραμματισμός Υπολογισμός ρευμάτων Προκειμένου να προβώ στην σύνταξη ενός προγράμματος για χρήση σε PLC θεώρησα πως θα πρέπει να υπολογίσω πρώτα την αντίστοιχη ένταση σε κάθε γραμμή σύμφωνα με τα δεδομένα του προβλήματος και να στήσω ένα πίνακα αληθείας ώστε να υπολογίσω τις λογικές εξισώσεις. Εν συνεχεία σύμφωνα με την σχέση προκύπτει η ένταση που απορροφά κάθε γραμμή: ( ) ( ) 79

81 ( ) ( ) ( ) ( ) 'Όσον αφορά τις καταναλώσεις μικρής απορροφούμενης ισχύος δηλαδή τους ρευματοδότες και τον φωτισμό από ότι μπορεί να συμπεράνει κανείς από τα παραπάνω δεν αντιστοιχούν σε καμία έξοδο. Το ποσοστό επί του συνόλου των καταναλώσεων αυτών είναι πολύ μικρό και αντιστοιχεί μόλις στο 8,86 % της εγκατάστασης. Αξιοσημείωτο είναι ότι οι καταναλώσεις αυτές είναι μεγάλου ταυτοχρονισμού δηλαδή χρησιμοποιούνται πιο συχνά από της υπόλοιπες στην ηλεκτρική εγκατάσταση. Καταλήγοντας λοιπόν για τις γραμμές 1-4 υπολογίζω ένα ρεύμα το οποίο θεωρώ ότι θα απορροφάται μόνιμα στην εγκατάσταση και το ονομάζω Ι μόνιμο (παρουσιάζεται στην εξίσωση ). Για την γραμμή φωτισμού 1 και 2 με 0,8 συντελεστή ταυτοχρονισμού 4 έχουμε: ( ) ( ) Για τις γραμμές 3 και 4 με 0,4 συντελεστή 5 ταυτοχρονισμού έχουμε: ( ) ( ) 4 Μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις συναντάμε όλα τα στοιχεία φωτιστικών καταναλώσεων ανοικτά συνεπώς υποθέτω πως στις περισσότερες περιπτώσεις θα είναι μέχρι και το 80% ενεργοποιημένα. 5 Για τον ίδιο ακριβός λόγο με τις γραμμές φωτισμού οι ρευματοδότες εκτιμώ ότι θα βρίσκονται τουλάχιστον στο 50% του μέγιστου φορτίου. 80

82 ( ) 3.3.2Μαθηματική λογική Το επιθυμητό κύκλωμα έχει έξι εισόδους Α,Β,C,D,E,F μία για κάθε γραμμή και τέσσερις εξόδους Ο1,Ο2,Ο3,Ο4 όπως φαίνεται στους παραπάνω πίνακες. Εξετάζοντας 64 (2 6 ) περιπτώσεις δυνατών συνδυασμών και ξεκινώντας από την Ο1 (υψηλής σημασίας) μέχρι και την Ο3 (χαμηλής σημασίας) σημειώνουμε με κατάσταση '1' εφόσον το άθροισμα των ρευμάτων των ενεργών εισόδων είναι μεγαλύτερο από 50 Α που είναι η ονομαστική ένταση της γενικής ασφάλειας. Αξίζει δε να τονισθεί ότι στον υπολογισμό των αθροισμάτων θεωρούμε μία ένταση μόνιμη, επί παραδείγματι, στην περίπτωση που θα είναι όλες οι είσοδοι σε κατάσταση '0' το Ι ολικό θα ισούται με Ι μόνιμο ήτοι 4,70 Α. Πιο ξεκάθαρα αναλύεται από τον παρακάτω πίνακα αληθείας. Επίσης απ' τον πίνακα αληθείας προκύπτει ότι οι έξοδοι Ο1, Ο2 και Ο3 αντίστοιχα δίνονται σε μορφή αθροίσματος ελαχίστων όρων ως: Ο1=Σ(7,15,23,27,29,31,35,39,43,45,47,51,53,55,57,59,61,63) ( ) με αδιάφορους όρους τους: ΑΟ=Σ(30,38,46,54,58,60,62) ( ) Ο2=Σ(30,31,46,47,58,59,60,61,62,63) ( ) με αδιάφορους όρους τους: ΑΟ=Σ(38,39,54,55) ( ) Ο3=Σ(38,39,46,47,54,55,62,63) ( ) χωρίς αδιάφορους όρους. Από τις παραπάνω εξισώσεις προκύπτουν οι παρακάτω λογικές εξισώσεις 81

83 ( ) ( ) 82

84 Πίνακας Πίνακας αληθείας. Ηλ. μαγειρείο Πλ. πιάτων Πλ. ρούχων Αν. θερμότητας θερμοσίφωνας Στ. ρούχων Α/Α 15,22 Α 8,70 Α 10,87 Α 13,13 Α 17,39 Α 15,22 Α Ι ολικό(α) O1 O2 O3 O4 A Β C D E F , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,78 X , , , , , , , ,43 X X ,65 1 X , , , , , , ,30 X , , , , , , , ,13 X X ,35 1 X , , ,87 X , ,61 X , ,00 X ,

85 3.3.3.Ενδεχόμενα περιπτώσεων Με δειγματοχώρο τον πίνακα αληθείας η πιθανότητα P(A) να συμβεί υπέρταση λόγο υπερφόρτωσης στης 64 περιπτώσεις δυνατών συνδυασμών των στοιχείων εισόδου έχει ως ακολούθως: ( ) όπου Ν Α είναι πλήθος ευνοϊκών περιπτώσεων και Ν το πλήθος των δυνατών περιπτώσεων. Στο γεγονός της υπέρτασης λόγο υπερφόρτωσης η πιθανότητα απενεργοποίησης του κάθε ελεγχόμενου στοιχείου έχει ως εξής: Πιθανότητα να δοθεί εντολή από τον προγραμματιζόμενο ελεγκτή στον ηλεκτρονόμο του στεγνωτηρίου ρούχων ( ) Πιθανότητα να δοθεί εντολή από τον προγραμματιζόμενο ελεγκτή στον ηλεκτρονόμο του πλυντηρίου ρούχων ( ) Πιθανότητα να δοθεί εντολή από τον προγραμματιζόμενο ελεγκτή στον ηλεκτρονόμο του θερμοσίφωνα ( ) Πιθανότητα να δοθεί εντολή από τον προγραμματιζόμενο ελεγκτή και στα τρία ελεγχόμενα στοιχεία ταυτόχρονα ( ) Η πιθανότητα ενεργοποίησης της σήμανσης είναι ίση με αυτή της υπερέντασης. Ο υπολογισμός της συχνότητας υπερέντασης φαίνεται να είναι ακαθόριστος (λόγου χάριν κάθε πότε συμβαίνει υπερένταση σε μια κατοικία), διότι περιλαμβάνονται πολλά τυχαία γεγονότα και εξαιρετικά μεγάλο πλήθος περιπτώσεων, είναι εφικτός μόνο ο 84

86 υπολογισμός μιας σχετικής μερίδας των περιπτώσεων, αλλά δεν δύναται να υλοποιηθεί σε αυτήν την εργασία. Τα αντίστοιχα ενδεχόμενα περιπτώσεων φαίνονται και στο παρακάτω διάγραμμα Venn. Διάγραμμα Venn. Για Ω πλήθος περιπτώσεων, P(A) περιπτώσεις υπερέντασης λόγο υπερφόρτωσης, P(A) Στ περιπτώσεις ενεργοποίησης ηλεκτρονόμου στεγνωτηρίου ρούχων, P(A) Πλ περιπτώσεις ενεργοποίησης ηλεκτρονόμου πλυντηρίου ρούχων, P(A) Θ περιπτώσεις ενεργοποίησης ηλεκτρονόμου θερμοσίφωνα, P(A) Στ-Πλ περιπτώσεις ενεργοποίησης ηλεκτρονόμων στεγνωτηρίου ρούχων και πλυντηρίου ρούχων, P(A) Θ-Στ περιπτώσεις ενεργοποίησης ηλεκτρονόμων θερμοσίφωνα και στεγνωτηρίου ρούχων, P(A) Θ-Πλ περιπτώσεις ενεργοποίησης ηλεκτρονόμων Θερμοσίφωνα και πλυντηρίου ρούχων, P(A) all περιπτώσεις ενεργοποίησης όλων των ηλεκτρονόμων Διάγραμμα LADDER Ο τρόπος μεταφοράς των πληροφοριών στο PLC πραγματοποιήθηκε μέσο πρώτου βήματος τον σχεδιασμό του διαγράμματος LADDER (LAD) με βάση τις απλοποιημένες εξισώσεις. Σε αυτό το σημείο αξίζει να σημειωθεί πως υπάρχουν αρκετές μέθοδοι προγραμματισμού για να φτάσουμε μέχρι το διάγραμμα LADDER. Η λύση με την χρήση των απλοποιημένων εξισώσεων σύμφωνα με τους κανόνες της άλγεβρας BOOLE, όσο δύσκολη 85

87 και αν φαίνεται, μας δίνει την ευχέρεια να προβούμε σε ένα πολύ πιο μικρό διάγραμμα LADDER, το οποίο δεν θα επιβαρύνει τόσο την μνήμη του ελεγκτή σε σημείο που θα χρησιμοποιηθεί η βέλτιστη λύση με στόχο την πιο μικρή θέση μνήμης. Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα να δουλεύει πιο ξεκούραστα η CPU του ελεγκτή και σίγουρα να μπορεί να δεχθεί σε περίπτωση που χρειαστεί επιπρόσθετα προγράμματα για μελλοντικές λειτουργίες. Για να γίνει πιο κατανοητό σε αντίθετη περίπτωση θα μπορούσαν να εισαχθούν οι πληροφορίες με βάση της μη απλοποιημένες εξισώσεις, ή ακόμη και κατευθείαν από τον πίνακα αληθείας ίσως από κάποιο έμπειρο προγραμματιστή. Εν τέλη με βάση την παρακάτω μετατροπή σε LAD(βλέπε εικόνες ) μπορεί να κανείς να καταλάβει ότι χωρίς τις απλοποιημένες εξισώσεις το διάγραμμα θα ήταν μεγάλο και πολύ πολύπλοκο. Εικόνα Διάγραμμα LAD για τον ηλεκτρονόμο Ο1 του στεγνωτήριου ρούχων. 86

88 Εικόνα Διάγραμμα LAD για τον ηλεκτρονόμο Ο2 του πλυντηρίου ρούχων. Εικόνα Διάγραμμα LAD για τον ηλεκτρονόμο Ο3 του θερμοσίφωνα. Εικόνα Διάγραμμα LAD για τον ηλεκτρονόμο Ο4 της σήμανσης. 3.4.Μεταφορά στο σύστημα ελέγχου Για την μεταφορά του προγράμματος χρησιμοποιήθηκε προσωπικός υπολογιστής με λειτουργικό σύστημα Microsoft Windows XP Professional. Απαραίτητο για την μετακίνηση του προγράμματος στο PLC είναι και το λογισμικό. Στην περίπτωση μας χρησιμοποιήθηκε συμβατό λογισμικό με τον ελεγκτή ονόματι GMWIN 4.0 της θυγατρικής εταιρίας του Κορεάτικου οίκου LG, LSis. Η διαδικασία που ακολούθησα ήταν η εξής: Α) Συγγραφή του διαγράμματος στο περιβάλλον του προγράμματος (εικόνα ) όπως προκύπτει από της εικόνες με μόνη διαφορά όπου Α αντικαθίσταται με %ΙΧ0.0.0, Β με %ΙΧ0.0.1, C 87

89 με %ΙΧ0.0.2, D με %ΙΧ0.0.3, Ε με %ΙΧ0.0.4, F με %ΙΧ0.0.5, Ο1 με %QΧ0.0.0, O2 %QΧ0.0.1, O3 με %ΙΧ0.0.2 και Ο4 %ΙΧ Β) Έλεγχος του προγράμματος για τυχόν λάθη (compile). Γ) Προσομοίωση του προγράμματος με εικονικό ελεγκτή, εισόδους και εξόδους για τον τελικό έλεγχο πριν το φορτώσουμε στο PLC. Δ) Καλωδιακή παράλληλη σύνδεση RS232 μέσο του υπολογιστή και του ελεγκτή που βρίσκεται σε κατάσταση OFF αποδοχή σύνδεσης από το πρόγραμμα. Ε) Αποσύνδεση του ελεγκτή μεταφορά στην κατάσταση ΟΝΝ και χειρονακτικός έλεγχος τον διακοπτών της μακέτας για την τελευταία δοκιμή. Εικόνα Διαδικασία μεταφοράς του προγράμματος στο PLC. Εικόνα Διάγραμμα LAD στο περιβάλλον του gmwin

90 3.5.Παρατηρήσεις-Σχόλια-Συμπεράσματα Στο κομμάτι αυτό της εργασίας επέλεξα να παρουσιάσω μερικές παρατηρήσεις, σχόλια και συμπεράσματα μετά το πέρας της εργασίας, στο τέλος της κατασκευής. Μνημονεύοντας το πρόβλημα και την λύση του ξεχωριστά, μερικά από αυτά είναι: Αναφορικά με το πρόβλημα Ηλεκτρική εγκατάσταση είναι το σύνολο των ηλεκτρολογικών υλικών που έχουν επιλεγμένα χαρακτηριστικά και συνδέονται κατάλληλα μεταξύ τους ώστε να τροφοδοτούν τις ηλεκτρικές καταναλώσεις με ηλεκτρική ενεργεία. Ηλεκτρικές καταναλώσεις είναι στοιχεία που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενεργεία σε άλλου είδους ενέργεια με αποστολή να καλύπτουν τις ανθρώπινες ανάγκες. Το σημείο στο οποίο παρέχεται υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας η ηλεκτρική ενέργεια σε μια τέτοια εγκατάσταση λέγεται Αρχή μιας εγκατάστασης. Η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται με την προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων, όπου η ταχύτητα τους σε σχέση με το χρόνο δηλώνει την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Όσο πιο πολύ αυξάνεται η ηλεκτρική ενέργεια που απορροφούν οι καταναλώσεις τόσο αυξάνεται η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος δηλαδή αυξάνεται η κινητικότητα των ηλεκτρονίων άρα αυξάνεται και η θερμότητα. Για την αποφυγή λοιπόν της αύξησης της θερμότητας σε μια ηλεκτρική εγκατάσταση που θα είχε σαν έκβαση από την καταστροφή των γραμμών μέχρι και της κατοικίας λόγο της φωτιάς, πρέπει τα όρια του ηλεκτρικού ρεύματος να είναι μέχρι μιας τιμής που να αντέχουν τα ηλεκτρολογικά υλικά μιας εγκατάστασης. Το φαινόμενο της αύξησης αυτής της τιμής καλείται υπερένταση και συναντάται είτε λόγο υπερφόρτωσης (όπως αναλύθηκε παραπάνω), είτε βραχυκυκλώματος, δηλαδή σύνδεση δύο άκρων ίδιου ισοδυναμικού μεγέθους. Η γενική ασφάλεια είναι υπόλογη για την αντιμετώπιση του φαινομένου αυτού και τοποθετείται πάντα στην αρχή μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης στον γενικό πίνακα, με την μορφή τηκόμενης ή αυτόματης ασφάλειας. Στο πρόβλημα μας επέλεξα την τηκόμενη ασφάλεια διότι θεωρείται πιο αξιόπιστη. Σε κάθε περίπτωση η λύση του προβλήματος είναι απολύτως ίδια. Μία ταπεινή τηκόμενη ασφάλεια είναι ικανή να αποσοβήσει τα χειρότερα καθώς αποκόπτει όλο το ηλεκτρικό κύκλωμα της κατοικίας από την παροχή. Η αποκοπή αυτή όμως προκαλεί σύγχυση. Όλοι κάποια στιγμή γίναμε μάρτυρες τέτοιου γεγονότος. Κλείνοντας λοιπόν συμπεραίνουμε ότι η υπερένταση και η απομόνωση των καταναλώσεων για την αποφυγή της, ανήκει στους πιο γνωστούς προβληματισμούς του 89

91 ανθρώπου-κάτοικου και είναι από τα γνωστότερα προβλήματα που υπάρχουν σε μία οικιακή ηλεκτρική εγκατάσταση. Η λύση ανάγεται μοναδικά σε έναν Ηλεκτρολόγο μηχανικό. Η κατοικία που παρουσιάζεται στο πρόβλημα δεν αποτελεί κομμάτι πραγματικότητας είναι προϊόν της φαντασίας μου. Κάθε άλλο, επέλεξα να παρουσιάσω ένα αρχιτεκτονικό σχέδιο που συμπίπτει σε μια τυπική κατοικία. Για διαδικαστικούς λόγους δεν επέλεξα να ενασχοληθώ σε πραγματική κατοικία. Το παραπάνω δεν σημαίνει ότι τα αποτελέσματα και το είδος τον καταναλώσεων ελήφθησαν τυχαία. Το είδος των καταναλώσεων αντιπροσωπεύει ένα ευρύ σύνολο των κατοικιών. Τα αποτελέσματα των καταναλώσεων προέκυψαν ως εξής: Για τις γραμμές φωτισμού επιλέγηκε ισχύς σύμφωνα με τον πίνακα 2.4 της Τ.Ο.Τ.Ε.Ε /2010 B έκδοση και πραγματοποιήθηκε μελέτη φωτοτεχνίας με την βοήθεια του λογισμικού Dialux evo ώστε να προκύψει το συνολικό άθροισμα ισχύος των χώρων με βάση την επιθυμητή στάθμη φωτισμού στο καθορισμένο επίπεδο αναφοράς μέτρησης που ορίζει ο πίνακας(βλέπε εικόνα ). Η ισχύς των ρευματοδοτών εκτιμήθηκε σύμφωνα με τις σημειώσεις θεωρίας εγκαταστάσεων Ι του ιδρύματος μας. Η ισχύς του θερμοσίφωνα τυγχάνει να είναι ικανή ώστε να ζεστάνει σε σύντομο χρόνο νερό που συμπίπτει περίπου σε 50l ανά άτομο. Το πλυντήριο ρούχων, πιάτων, το στεγνωτήριο και το ηλεκτρικό μαγειρείο τιμήθηκαν μετά από έρευνα συσκευών νέας τεχνολογίας γνωστών οίκων κατ' αναλογία πάντα με το μέγεθος της κατοικίας. Όσων αφορά το σύστημα θέρμανσης δεν επέλεξα να νοήσω ότι θα υπάρχει κάποιο ρυπογόνο σύστημα πεπαλαιωμένης τεχνολογίας, έτσι προτίμησα να παρουσιάσω μια αντλία θερμότητας αέρος νερού. Το μέγεθος της θερμικής ισχύος της αντλίας θερμότητας προέκυψε ύστερα από υπολογισμό θερμικών απωλειών της κατοικίας σύμφωνα με τον Κ.εν.α.κ θωρώντας πιθανό να έχει καινούργια συνθετικά κουφώματα, μόνωση διογκωμένης πολυστερίνης στις τοιχοποιίες και τα δοκάρια, τυπική μόνωση στο δάπεδο και στο δώμα, και το κέλυφος του κτιρίου να μην έχει καμία επαφή με μη θερμαινόμενο χώρο και να βρίσκεται περίπου πάνω από το 70 % του κελύφους σε εκτεθειμένο περιβάλλον. Προσθέτοντας 20% προσαύξηση στης θερμικές απώλειες επέλεξα αντλία θερμότητας από το φυλλάδιο αντλιών θερμότητας του οίκου LG που καλύπτει της θερμικές απώλειες. H αντλία αυτή είναι η LG THERMA V MONOBLOCK θερμικής ισχύος 12 KW όπου σύμφωνα με το φυλλάδιο του κατασκευαστή προκύπτει η μέγιστη απορροφούμενη ισχύς. 90

92 3.5.2.Αναφορικά με την λύση του προβλήματος Όσον αφορά την διαδικασία ελέγχου, υλοποιήθηκε με τον ελεγκτή LG GLOFA G7M- DT10A για τον λόγο ότι ανήκει στον εργαστηριακό εξοπλισμό του ιδρύματος. Σε καμία περίπτωση με την χρήση του ελεγκτή δεν παρακάμπτουμε την λειτουργία της αυτόματης ασφάλειας, ούτε επενεργούμε στην ηλεκτρική εγκατάσταση. Περιορίζουμε την δραστηριότητα της γενικής ασφάλειας μόνο σε περιπτώσεις υπερέντασης λόγο ρεύματος βραχυκύκλωσης. Εικόνα Τρισδιάστατη όψη κατοικίας όπως προκύπτει από την φωτοτεχνική μελέτη μέσο του λογισμικού Dialux Evo. Η όλη διαδικασία προγραμματισμού έγινε με βάση τον θεωρητικό υπολογισμό των εντάσεων. Στο ίδιο πρόβλημα η λύση θα μπορούσε να γίνει βάση πραγματικού υπολογισμού ρευμάτων μέσο αισθητήρων. Τα μειονεκτήματα έναντι της ισχύουσας λύσης είναι τα εξής: Ι. 91

93 Πιο υψηλό κόστος. ΙΙ. Τα αισθητήρια στοιχεία θα είναι πιο ευάλωτα στην φθορά και στην γήρανση για το λόγο ότι θα βρίσκονται πάντα σε υψηλές θερμοκρασίες. ΙΙΙ. Για απότομες υψηλές εντάσεις (όχι τόσο υψηλές όσο οι εντάσεις βραχυκύκλωσης) που διαρκούν κλάσματα του δευτερολέπτου και δεν επηρεάζουν την εγκατάσταση μιας και δεν ανταποκρίνεται ούτε η τηκόμενη άμεσα σε τέτοιου είδους φορτίσεις(βλέπε και γράφημα ), ο ελεγκτής ίσως ενεργεί άσκοπα. IV. Τέλος η πληροφορία που θα λαμβάνει ο ελεγκτής είναι ψηφιακής μορφής διαμορφωμένη από αναλογικά αισθητήρια, κατά την μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακού σήματος πιθανός να προκύψει εσφαλμένη διαμόρφωση λόγο εξωτερικών επιδράσεων όπως λ.χ. ηλεκτρικός θόρυβος, η μετάδοση αυτού του σφάλματος θα έχει σαν έκβαση την άσκοπη ή μη έγκαιρη λειτουργία του ελεγκτή. Τα δύο από τα έξι ελεγχόμενα στοιχεία ο θερμοσίφωνας και το ηλεκτρικό μαγειρείο είναι ωμικές καταναλώσεις και η καμπύλη του ρεύματος παραμένει σταθερή σε όλη την διάρκεια του χρόνου. Αντίθετα στα υπόλοιπα τέσσερα φορτία η τιμή της απορροφούμενης έντασης ανεβαίνει χρονικά σταδιακά και φτάνει την τιμή της ονομαστικής έντασης έπειτα από κάποιο σημαντικό χρόνο λειτουργίας, πιθανό στα πλυντήρια να αγγίζει την ονομαστική τιμή μόνο σε εξαιρετικές περιπτώσεις, λόχου χάρη σε περίπλοκα προγράμματα πλύσης. Ο ελεγκτής επεμβαίνει με βάση την θεωρητική κατάσταση των ρευμάτων άρα σε μια τέτοια περίπτωση κατά την εκκίνηση πρακτικά το ρεύμα δεν επηρεάζει την ολική φόρτιση. Αυτό δεν είναι εμπόδιο διότι μετά από κάποιο χρονικό διάστημα το πραγματικό με το πειραματικό ρεύμα θα κυμαίνονται στα ίδια επίπεδα. Αυτή η μικρή διάφορά μας παρέχει ενδείξεις στο να ισχυριστούμε ότι ο ελεγκτής όχι μόνο λειτουργεί έγκαιρα αλλά ενεργεί προληπτικά, με άλλες λέξεις, ενεργοποιείται λίγο πριν η τιμή έντασης ξεπεράσει τα επιτρεπτά όρια. Παρακάτω εκθέτω το γράφημα έντασης ίδιας αντλίας θερμότητας που αντιστοιχεί σε μετρήσεις που έγιναν σε πραγματική εγκατάσταση με ψηφιακό αμπερόμετρο V&A 266 series. 92

94 Ένταση ρεύματος (Α) Λεπτά της ώρας (min) Γράφημα Πραγματικό γράφημα της έντασης του ρεύματος σε σχέση με το χρόνο της αντλίας θερμότητας LG Therma V monoblock 12 kw. 93

95 Γράφημα α)περιοχές χαρακτηριστικών ασφαλειών τήξης, κατηγορίας gl κατά DIN β)υπολογιζόμενος χρόνος τήξης της γενικής ασφάλειας 50Α σε αντίστοιχο ρεύμα υπερφόρτωσης. 94

96 3.6.Φωτογραφίες & Σχέδια της κατασκευής Εικόνα Υλικά και προετοιμασία της μακέτας με χαρτόνι πατούρα. Εικόνα Συνδεσμολογία καλωδίων, τοποθέτηση υλικών και τρύπημα της μακέτας. Εικόνα Έτοιμη κατασκευή. 95

97 96

98 97

Δείτε περισσότερα