Τίτλος Άσκησης: Αυτόματη εκκίνηση ΑΤΚΒΔ με προτεραιότητα στο stop  Βιομηχανικό σενάριο – Πρόβλημα προς διερεύνηση Σε μια γραμμή παραγωγής υπάρχει ένας τριφασικός κινητήρας που κινεί έναν μεταφορικό ιμάντα. Ο υπεύθυνος παραγωγής ζητά: «Ο κινητήρας πρέπει να ξεκινά από το πλήκτρο START και να παραμένει σε λειτουργία χωρίς συνεχή πίεση του πλήκτρου. Σε περίπτωση που πατηθεί οποιοδήποτε STOP, ο κινητήρας πρέπει να σταματά αμέσως και να απαιτείται νέα εντολή εκκίνησης». Δεν υπάρχει ηλεκτρολογικό σχέδιο αυτοματισμού. Ο τεχνικός πρέπει να αποφασίσει: • ποιες εισόδους θα χρησιμοποιήσει, • ποια λογική PLC χρειάζεται, • πώς θα υλοποιήσει την αυτοσυγκράτηση, • πώς θα προστατεύσει τον κινητήρα. Πρόκληση για τον Μαθητή: Πώς θα διαμορφώσεις ένα κύκλωμα και πρόγραμμα PLC που να επιτρέπει την ασφαλή και λειτουργική εκκίνηση/παύση του κινητήρα μέσω START/STOP, με χρήση τυπικών στοιχείων αυτοματισμού;  Χαρακτηρισμός εισόδων και εξόδων του PLC Για την άσκηση θα χρησιμοποιήσουμε ένα μπουτόν start, ένα μπουτόν stop και την κλειστή επαφή του θερμικού ως εισόδους. Ως έξοδο θα χρησιμοποιήσουμε το πηνίο του ηλεκτρονόμου οι επαφές ισχύος του οποίου τροφοδοτούν τον κινητήρα. Πως χαρακτηρίζονται στον κλασσικό αυτοματισμό και πως θα συμβολιστούν στο PLC; Προσπαθήστε να τα αποτυπώσετε στον παρακάτω πίνακα. Διερευνητική Ερώτηση 1 πριν τον προγραμματισμό: Γιατί το STOP συνδέεται σε είσοδο PLC ως κανονικά κλειστή επαφή; Διερευνητική Ερώτηση 2 πριν τον προγραμματισμό: Πώς μπορεί το PLC να θυμάται ότι πατήσαμε START; Διερευνητική Ερώτηση 3 πριν τον προγραμματισμό: Ποιο πρέπει να έχει προτεραιότητα; Α) START Β) STOP Να αιτιολογήσουν.  Διαδικασία  Πρώτη αποστολή: Απλός έλεγχος κινητήρα Απαίτηση: Με το πάτημα START: • ενεργοποιείται ο Q1 • ανάβει η Ενδεικτική Λυχνία 1 Διερευνητική Ερώτηση 4 πριν τον προγραμματισμό: Με την απελευθέρωση του START τι παρατηρούμε; Αναμενόμενη παρατήρηση: Ο κινητήρας σταματά. Διερευνητική Ερώτηση 5 πριν τον προγραμματισμό: Γιατί το PLC δεν «θυμάται» την εντολή;  Δεύτερη αποστολή: Δημιουργία μνήμης λειτουργίας Οι μαθητές καλούνται να δημιουργήσουν λογική αυτοσυγκράτησης. Λειτουργική απαίτηση: Ο κινητήρας: START --> ON Αφήνω START --> παραμένει ON STOP --> OFF  Τρίτη αποστολή: Προτεραιότητα STOP Ο εκπαιδευτικός αλλάζει τη συνθήκη: Πρόβλημα: «Αν πατηθεί STOP την ίδια στιγμή με START, ποια εντολή πρέπει να εκτελεστεί;» Συζήτηση: Ποιο είναι ασφαλέστερο σε βιομηχανική εφαρμογή; Στη συνέχεια συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα αληθείας. Προσπαθήστε για κάθε συνδυασμό εισόδων να αποφασίσετε την κατάσταση της εξόδου. Υπενθυμίζουμε ότι όταν από το μπουτόν περνάει ρεύμα θεωρούμε ότι η κατάσταση του είναι 1 ενώ όταν δεν περνάει ρεύμα από το μπουτόν, η κατάσταση του είναι 0. Επίσης όταν η έξοδος είναι ενεργοποιημένη, η κατάσταση του είναι 1 ενώ όταν η έξοδος δεν είναι ενεργοποιημένη, η κατάσταση του είναι 0. Τέλος, με Q΄ χαρακτηρίζουμε την προηγούμενη κατάσταση της εξόδου ενώ με Q την παρούσα κατάσταση της εξόδου. Συνδεσμολογία Πίνακας αληθείας Στην παρούσα φάση δεν υπολογίζουμε την ανοικτή επαφή 97 - 98 του θερμικού ώστε να μην γίνει ο πίνακας αληθείας πολύ μεγάλος. Θα την προσθέσουμε στο πρόγραμμα αυτοματισμού αργότερα - αν την υπολογίζαμε, τότε θα είχαμε μια είσοδο παραπάνω και συνεπώς 32 αντι για 16 διαφορετικούς συνδυασμούς εισόδων  Ερώτηση: Ποιοι συνδυασμοί από τον πίνακα αληθείας ορίζουν στο κύκλωμα την προτεραιότητα στο stop;  Ερώτηση: Γιατί το συγκεκριμένο κύκλωμα χαρακτηρίζετε ως ακολουθιακό; Ποιοι συνδυασμοί του πίνακα αληθείας δείχνουν ότι το κύκλωμα είναι ακολουθιακό; Στη συνέχεια εξάγετε την μαθηματική εξίσωση από τον πίνακα αληθείας. Υπενθυμίζουμε ότι μας ενδιαφέρουν οι συνδυασμοί εισόδων που δίνουν έξοδο 1.  Μαθηματική Εξίσωση Q = I1 ΄ * I2 * I3 * Qt + I1 * I2 * I3 * Qt ’ + I1 * I2 * I3 * Qt Τέλος συμπληρώστε τον πίνακα Karnaugh, απλοποιήστε την εξίσωση και γράψτε το αντίστοιχο πρόγραμμα λειτουργίας αυτοματισμού σε οποιαδήποτε γλώσσα επιθυμείτε. Απλοποίηση με πίνακα Karnaugh Απλοποιημένη Εξίσωση A Περίπτωση: Q = I2 * I3 * Qt + I1 * I2 * I3 Β Περίπτωση: Q = I2 * I3 * (Qt + I1)  Πρόγραμμα λειτουργίας του αυτοματισμού Α Περίπτωση Β Περίπτωση  Υλοποίηση – Δοκιμή Κατασκευή κυκλώματος στον πίνακα Φόρτωση και έλεγχος του προγράμματος στο PLC Δοκιμή κανονικής λειτουργίας και σφαλμάτων Ερώτηση : Ποια μορφή θα έπαιρνε το πρόγραμμα μας αν θέλαμε να προσθέσουμε μια ενδεικτική λυχνία (Q2) η οποία θα άναβε όταν λειτουργούσε ο κινητήρας μας και μια ενδεικτική λυχνία (Q3) η οποία θα άναβε σε περίπτωση βραχυκυκλώματος ή υπερφόρτισης – δηλαδή όταν λειτουργήσει το θερμικό Υπενθύμιση: συνηθίζεται να χρησιμοποιούμε πράσινη ενδεικτική λυχνία για να δείξουμε ότι κάτι λειτουργεί σωστά και κόκκινη ενδεικτική λυχνία για να δείξουμε κίνδυνο.  ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τι πλεονεκτήματα προσφέρει ο έλεγχος μέσω PLC αντί με relay;  Σενάρια βλαβών PLC Troubleshooting Βλάβη 1 Σύμπτωμα: Πατάμε START. Η είσοδος Ι1 ανάβει. Ο κινητήρας δεν ξεκινά. Βλάβη 2 Σύμπτωμα: Ο κινητήρας ξεκινά αλλά σταματά όταν αφήσουμε START. Βλάβη 3 Σύμπτωμα: Το STOP δεν σταματά τον κινητήρα.  Επέκταση βιομηχανικού επιπέδου Οι μαθητές προσθέτουν: • Μετρητή εκκινήσεων: Κάθε START αυξάνει έναν μετρητή. • Χρονική καθυστέρηση: Μετά το START περιμένουμε 5 sec για να ξεκινήσει ο κινητήρας • Alarm θερμικού: Αν ενεργοποιηθεί το θερμικό, σταματά κινητήρας, ανάβει κόκκινη λυχνία FAULT  Τελική αποστολή πιστοποίησης «Είσαι ο τεχνικός αυτοματισμού» Ο πελάτης ζητά να παραδώσεις πρόγραμμα PLC που: • Εκκινεί κινητήρα από START • Διατηρεί λειτουργία με μνήμη • Έχει απόλυτη προτεραιότητα STOP • Διαθέτει Emergency STOP • Ανιχνεύει θερμικό σφάλμα • Παρέχει ένδειξη λειτουργίας και βλάβης Ο μαθητής παραδίδει: • Σχέδιο Ι/Ο PLC • Ladder πρόγραμμα • Πίνακα λειτουργίας • Δοκιμές λειτουργίας • Αναφορά σφαλμάτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ

Μαθησιακοί Στόχοι Ο μαθητής να μπορεί να σχεδιάσει, να προγραμματίσει, να συνδέσει και να ελέγξει με ασφάλεια ένα σύστημα εκκίνησης τριφασικού κινητήρα μέσω PLC, στο οποίο το STOP και το θερμικό υπερισχύουν πάντοτε της εντολής εκκίνησης. Με την ολοκλήρωση της ενότητας «Αυτόματη εκκίνηση τριφασικού κινητήρα μέσω PLC με προτεραιότητα στο STOP», οι μαθητές αναμένεται να έχουν επιτύχει τους παρακάτω στόχους: Στόχοι γνώσεων Οι μαθητές θα μπορούν να:  περιγράφουν τη λειτουργία ενός κυκλώματος απευθείας εκκίνησης τριφασικού κινητήρα,  αναγνωρίζουν τον ρόλο των μπουτόν START και STOP,  εξηγούν γιατί το STOP πρέπει να έχει προτεραιότητα έναντι του START,  αιτιολογούν τη χρήση κανονικά κλειστής επαφής στο STOP και στο θερμικό,  περιγράφουν τη λειτουργία της αυτοσυγκράτησης,  διακρίνουν το κύκλωμα ελέγχου από το κύκλωμα ισχύος,  εξηγούν τον ρόλο του PLC, του επαφέα και του θερμικού,  κατανοούν τη σημασία της προηγούμενης κατάστασης της εξόδου σε ένα ακολουθιακό κύκλωμα,  ερμηνεύουν τον πίνακα αληθείας του αυτοματισμού,  συσχετίζουν τη λογική εξίσωση με το αντίστοιχο πρόγραμμα PLC,  εξηγούν τη λειτουργία της πράσινης και της κόκκινης ενδεικτικής λυχνίας,  αναφέρουν τα πλεονεκτήματα του PLC έναντι ενός συμβατικού αυτοματισμού με ηλεκτρονόμους. Στόχοι δεξιοτήτων Οι μαθητές θα μπορούν να:  αναγνωρίζουν τα στοιχεία ενός πίνακα αυτοματισμού,  αντιστοιχίζουν τα εξωτερικά στοιχεία στις εισόδους και τις εξόδους του PLC,  σχεδιάζουν το κύκλωμα ισχύος και το κύκλωμα ελέγχου,  συνδέουν σωστά START, STOP, θερμικό, επαφέα και ενδεικτικές λυχνίες,  δημιουργούν πίνακα αληθείας για όλους τους δυνατούς συνδυασμούς εισόδων,  εντοπίζουν τους συνδυασμούς που εξασφαλίζουν προτεραιότητα στο STOP,  εξάγουν και απλοποιούν τη λογική εξίσωση του κυκλώματος,  χρησιμοποιούν πίνακα Karnaugh για την απλοποίηση της λογικής,  συντάσσουν πρόγραμμα PLC σε γλώσσα Ladder, FBD ή άλλη κατάλληλη γλώσσα,  υλοποιούν σωστά την αυτοσυγκράτηση της εξόδου Q1,  φορτώνουν και δοκιμάζουν το πρόγραμμα στο PLC, προσομοιώνουν υπερφόρτιση και ελέγχουν την αντίδραση του συστήματος,  πραγματοποιούν συστηματικό έλεγχο καλής λειτουργίας και εντοπισμό σφαλμάτων,  επιβεβαιώνουν ότι ο κινητήρας δεν επανεκκινεί ανεξέλεγκτα μετά από διακοπή τάσης. Στόχοι στάσεων και επαγγελματικής συμπεριφοράς Οι μαθητές θα επιδιώκουν να:  δίνουν απόλυτη προτεραιότητα στην ασφάλεια ανθρώπων και εξοπλισμού,  ακολουθούν τη διαδικασία απομόνωσης, ασφάλισης και ελέγχου απουσίας τάσης,  εργάζονται με ακρίβεια και μεθοδικότητα,  ελέγχουν τη συνδεσμολογία πριν από την τροφοδότηση,  κατανοούν ότι η ένδειξη μιας εξόδου PLC δεν αποδεικνύει από μόνη της τη λειτουργία του επαφέα ή του κινητήρα,  αποφεύγουν πρόχειρες ή μη ελεγμένες παρεμβάσεις,  συνεργάζονται υπεύθυνα μέσα στην εργαστηριακή ομάδα,  καταγράφουν με σαφήνεια τις δοκιμές, τις μετρήσεις και τα σφάλματα,  αντιμετωπίζουν την ενεργοποίηση του θερμικού ως ένδειξη προβλήματος που απαιτεί διερεύνηση και όχι απλή επαναφορά,  υιοθετούν επαγγελματική συμπεριφορά αντίστοιχη με εκείνη ενός τεχνικού αυτοματισμών.