Electrische Systemen voor ED&I

Transcriptie

1 Electrische Systemen voor ED&I ELS-1 meetprotocol Dit schakeltechnisch practicum kun je in je eigen tempo doorlopen. Per tweetallen gebruik je 1 schakelkast. 1

2 1. Schakeltechnisch practicum: de relaistechniek Doel van de proef De student leert: -omgaan met veel gebruikte apparatuur op het laboratorium -opzetten van schema s en aansluiten volgens schema - kennis maken met handbediende- en magneetschakelaars, smeltveiligheden en thermische beveiligingen. Voorbereiding op de metingen Lees aandachtig het gedeelte introductie van deze handleiding, alvorens het practicum te volgen. Het kan makkelijk zijn om een eigen laptop te gebruiken om op later tijdstip software voor de PLC in de PLC te schieten. Het zipbestand is te downloaden via introductie: Dit deel gaat over het veilig in- en uitschakelen van verbruikers. Door middel van relaistechnieken worden contactoren volgens een vooropgezet schakelplan bediend. Begrippen maak en verbreek In de schakeltechniek onderscheiden we schakelaars die een maak- of een verbreekcontact hebben. In elektrische schema's wordt altijd de ruststand' oftewel de niet-bediende toestand getekend: Maakcontact (no) Verbreekcontact (nc) Handbediende Handbediende normally open normally closed niet-terugverende terugverende drukknop drukknop 2

3 Elk elektrisch apparaat, -toestel ed. moet spannings- en stroomloos gemaakt kunnen worden. Hiervoor maakt men gebruik van schakelaars. Iedere schakelaar heeft z'n specifieke toepassing, en afmeting. Van belang zijn: -De stroom die de contacten nominaal kunnen voeren en kunnen schakelen. -De stroom die in geval van kortsluiting nog geschakeld kan worden door die -De spanning die maximaal op de schakelaar gezet kan worden. Pushbuttonpaneel. Op dit paneel is een drietal push-buttonschakelaars aangebracht. Elke schakelaar heeft een Normally Open (NO) en een Normally Closed (NC) contact. 3

4 Magneetschakelaar Het is ook mogelijk met behulp van een elektromagneet een stroomkring te openen of te sluiten. Hiermee kunnen we dan een elektrisch apparaat in- of uitschakelen. Dit noemt men een magneetschakelaar. Wanneer de spoel in de magneetschakelaar wordt bekrachtigd, dan zal door de spoel een stroom gaan lopen. Deze stroom veroorzaakt een elektromagnetische krachtwerking binnen de spoel. De maakcontacten (no) worden gesloten en de verbreekcontacten (nc) worden geopend. Het hoofdstroom-stuurstroom relais Dit type relais is een van de belangrijkste componenten in ons circuit. De afbeelding toont de aansluitingen van het relais zoals deze wordt gebruikt. Van links naar rechts: de spoel, drie hoofdstroomschakelaars, twee n.o.schakelaars en twee n.c. schakelaars. Bij bekrachtiging van de spoel zullen alle schakelaars (zie stippellijn) gelijktijdig omschakelen. 4

5 Timer relais (relais met opkomvertraging) Dit relais zal bij bekrachtiging van de spoel, niet direct schakelen, maar pas na een vooraf ingestelde tijd. De spoel (links op de foto) bedient een om -schakelaar, een schakelaar met één moedercontact en twee schakel kontakten, een n.c. contact (links) en een n.o. contact (rechts). Beveiligingen In het practicum worden 2 soorten beveiligingen toegepast, namelijk de smeltveiligheden en de thermische beveiligingen. Smeltveiligheid Om te zorgen dat de temperatuur van leidingen en andere delen van een installatie niet te hoog oploopt, wordt deze beveiligd. Een smeltveiligheid onderbreekt de stroom dan bij kortsluiting. Een eigenschap is dat smeltveiligheden traag reageren op een kleine overschrijding van de maximale stroom maar juist weer snel op grote overschrijdingen van de stroom. 5

6 thermische beveiliging Een thermische beveiliging beveiligt tegen overbelasting. De stroom wordt begrensd op een ingestelde waarde. Het is geen beveiliging tegen kortsluiting, zoals de smeltveiligheid. Als in het bovenstaande geval de stroom door de motor te hoog wordt, dan worden een maak- en een verbreekcontact van de beveiliging geschakeld. Hiermee kan een motor in de besturing worden uitgezet. In het practicum wordt een paneel toegepast, waarop een overbelastingsbeveiliging is aangebracht. De linker 6 aansluitingen, aangeduid met 1 t/m 6, worden opgenomen in de hoofdstroom. De twee schakelaars aan de rechterzijde worden in het stuurstroomdeel van de schakeling gebruikt. 6

7 Spanning aansluiten Aan de zijkant van de practicumkast is een aansluitpaneel aangebracht om een driefasenspanning op de kast te gebruiken. De lijnspanningen bedragen 42V en de fasenspanningen 26V. (iets meer dan 24V) meting 1 zie onderstaande schakeling o o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT Vraag je docent om de schakeling te controleren. Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. 7

8 meting 2 uitleg Zie de bovenstaande afbeelding: Aan de bovenzijde staat een kolomaanduiding. Een kolom is het schemadeel rechts naast het kolomnummer. Onder aan de pagina (de onderrechthoek) staat naast de schemanaam ook het bladnummer van het schema aangegeven dat een rol speelt in de eerder genoemde componentbenoeming. Linksonder in het schema zien we een relaisspoel opgenomen. De aanduiding van de spoel (Q) wordt volledig weergegeven door allereerst het bladnummer te noemen, vervolgens aan te duiden of het een hoofdrelais (Q) of een hulprelais (K) betreft. Vervolgens staat als laatste de kolom weergegeven waarin de spoel is getekend. In dit voorbeeld zijn de gegevens: hoofdrelais op blad 4 kolom 2 dus: 4Q2. Onder de spoel staat een tabel waarin alle kontaktors van de spoel staan aangegeven op blad en kolom zoals hier een maakkontakt (M) op blad 4, kolom 3. De schakelaar heeft dezelfde naam als de relaisspoel, maar wordt middels de aansluitpunten (hier 13 en 14) onderscheiden van andere schakelaars van dezelfde relaisspoel. Linksboven in het schema staat op faselijn L1 een smeltveiligheid (Fuse). Deze wordt in principe op dezelfde wijze aangeduid als een relaisspoel (nu met de F) met onder de naam (4F1) de waarde van de zekering, hier 6A. Opdracht o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT Vraag je docent om de schakeling te controleren. o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. 8

9 meting 3 uitleg Door nu een maakcontact van de magneetschakelaar over de drukknop te schakelen, houdt deze zichzelf bekrachtigd na loslaten van de drukknop. Dit is de meest eenvoudige vorm van een geheugenelement. Opdracht o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT Vraag je docent om de schakeling te controleren. o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. o Breid de schakeling uit met de mogelijkheid om de schakeling ook uit te kunnen zetten. Gebruik hiervoor de verbreker van de stopknop. 9

10 meting 4 Zie de onderstaande schakeling: uitleg Dit handbediende verkeerslicht wordt gerealiseerd twee drukknoppen, die een rode- en een groene lamp bedienen De eis is dat de situatie groen èn rood tegelijkertijd niet mag optreden. Door de ingebouwde elektrische vergrendeling worden de contacten K1.s3 en K2.s3 op hetzelfde moment geopend na gelijktijdig indrukken van S1 en S2. Het is daardoor onmogelijk dat contacten van twee verschillende magneetschakelaars precies tegelijk schakelen. De rode óf de groene lamp zal dus aan gaan en het is niet te voorspellen welke dat zal zijn. Opdracht o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT Vraag je docent om de schakeling te controleren. o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. 10

11 meting 5 Zie de onderstaande schakeling: uitleg Q4 is een zogenaamd timerrelais. Na inschakelen zal eerste de rode lamp branden. Na een ingestelde tijd gaat de rode lamp uit en wordt de groene lamp geschakeld. Opdracht o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT Vraag je docent om de schakeling te controleren. o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. 11

12 meting 6 Zie de onderstaande schakeling: uitleg Een driefasenmotor wordt in ster aangesloten en bediend. Tevens wordt een extra contact voor overstroombeveiliging in het hulpstroomcircuit opgenomen. o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT o Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit o Vraag dan je docent om de schakeling te controleren. o Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. 12

13 meting 7 Zie de onderstaande schakeling: o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT o Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit o Vraag dan je docent om de schakeling te controleren. o Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. 13

14 meting 8 Zie de onderstaande schakeling uitleg Een methode om deze aanloopstroom te beperken is gebruik maken van een sterdriehoekschakeling. De aanloopstroom wordt hierdoor met een faktor 3 verkleind. o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). o Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit o Vraag dan je docent om de schakeling te controleren. o Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. o o o o o o Breid het schema uit voor de volgende werking: ster- driehoek en linksom/rechtsom Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit Vraag dan je docent om de schakeling te controleren. Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit Vraag dan je docent opnieuw om de schakeling te controleren. Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. Opdracht schakeltechnisch practicum: de relaistechniek o Teken met de hand het stuurstroomschema en het hoofdstroomschema van een stoplichtinstallatie: eerst groen, dan oranje en dan rood. Maak hierbij gebruik van timers, die om beurten schakelen. o Gebruik daarbij de officiële coderingen, die in het meetprotocol zijn uitgelegd. o Lever dit nieuwe meetprotocol als meting 5 in bij je docent ter beoordeling. 14

15 5. schakelen met PLC s I Doel van de proef De student leert: -omgaan met veel gebruikte apparatuur op het laboratorium -opzetten van schema s en aansluiten volgens schema - kennis maken met handbediende- en magneetschakelaars en programmainstructies met de PLC. Voorbereiding op de metingen Lees aandachtig het gedeelte introductie van deze handleiding, alvorens het practicum te volgen. Het kan makkelijk zijn om een eigen laptop te gebruiken om op later tijdstip software voor de PLC in de PLC te schieten. De bestanden hiervoor staan ook op het intranet van de HVA. introductie: Dit deel gaat over het veilig in- en uitschakelen van verbruikers. Door middel van relaistechnieken en PLC-programmstructuren worden contactoren volgens een vooropgezet schakelplan bediend. 15

16 uitleg De PLC bestaat uit ingangsbedrading en uitgangsbedrading. Tussen de ingangen en de uitgangen moet het PLC-programma worden geschreven. Hierdoor wordt het hulpstroomschema vervangen door het PLC-programma. Het bovenstaande schema houdt in dat als de ingang I1 hoog wordt (24V), dan wordt het relais (Q1) van de PLC geschakeld. I1 kan bedraad worden door een schakelaar en Q1 kan een magneetcontactor bedienen. De magneetcontactor schakelt bijvoorbeeld een zware pomp aan of uit. Eenvoudig bedradingsschema met de PLC start stop 24V L1 = 230V I1 I2 Q1 PLC 24V K1 K1:1 0V pump De bovenstaande schakeling is een simpel voorbeeld van een pomp, die aan- en uitgeschakeld kan worden. Altijd wordt het starten met een maak- en het stoppen met een verbreekschakelaar uitgevoerd. De reden is veiligheid: valt de 24V-aansluiting weg op I2, zelfs door een draadbreuk, dan wordt alles uitgeschakeld. N 16

17 Meting 1 Het schakelbord voorbereiden op de PLC: de I/O-test. uitleg Met deze schakeling test je of de relais goed reageren op de drukknoppen. Uiteraard moet je nog wel het juist programma in de PLC programmeren en schieten. o Bouw bovenstaand schema op het schakelbord, geheel in dezelfde en eigen draadkleur o Programmeer mbv de Siemens software (intranet) zodanig, dat de ingangen worden gekoppeld aan de uitgangen o Test de schakeling op de juiste werking o Laat deze fysieke bedrading zo staan. Breek deze niet af, voordat je alle volgende en hebt gerealiseerd. 17

18 meting 2 De maak- en verbreker bedraden in de PLC uitleg Omdat de stopschakelaar altijd als verbreekcontact wordt bedraad, zou deze als maakcontact in het PLC-programma moeten worden geprogrammeerd. Dit levert veelal onduidelijkheid op. Daarom wordt eerst via een merker M1 gewerkt. In het programma zorgt M1 voor het verbreken van de schakeling. (Er wordt eigenlijk 3x een verbreekcontact gerealiseerd, zodat er weer een verbreekcontact ontstaat) o Realiseer de bovenstaande schakeling met de pc of eigen laptop. Het programma van deze Siemens-plc is te installeren vanaf het intranet. o Laat de I/O-bedrading staan: BREEK DEZE NIET AF! o Test het PLC-programma door deze te simuleren. (vraag je docent voor de eerste aanzet, anders loop je vast) o o o Bouw tevens het hoofdstroomcircuit op, (naast het al eerder opgezette I/Ogedeelte dat in een aparte kleur staat) : het aanzetten een lamp dmv contactor K1. Laat deze controleren. Test de schakeling op de juiste werking o Het plc-programma voldoet nog niet.. je docent geeft verdere uitleg. o Pas het programma aan op de volgende wens: eerst moet een rode lamp branden en na 5 seconden moet contactor K1 pas inschakelen om de lamp aan te zetten. o De rode lamp moet dan uitgaan en de groene lamp moet aangaan. o Verander dat in het programma en schiet dit in de PLC o Simuleer de schakeling op de juiste werking o Vervang de lamp voor een motor, die in ster staan aangesloten o Simuleer de schakeling op de juiste werking o Print de schakeling uit en lever deze als hardcopy in. (LAAT HET I/O- GEDEELTE INTACT) 18

19 meting 3 motoren linksom/rechtsom met de plc: o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het 3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT o Bedraad allen het linkerdeel van het hoofdstroomcircuit in een andere kleur dan de I/O-schakeling. (het rechter deel wordt vervangen door jouw PLCprogramma). o Programmeer zelf het PLC-programma o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. o Maak een print van het PLC-programma en lever deze in. o Breid het PLC-programma uit voor de overstroombeveiliging o Bedraad de overstroombeveiliging mee in de schakeling o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking. o Wanneer de motor wordt gestopt, dan draait deze altijd even door o Pas het PLC-programma aan, dat na het stoppen van de motor het 5 seconden duurt voordat deze weer kan worden aangezet. o Schiet het programma in de PLC en test de werking. 19

20 meting 4 Het schema voor de ster-driehoekschakeling. uitleg Je hebt ooit eerder de ster-driehoekschakeling gebouwd en getest. Nu doe je hetzelfde met de PLC. o Er wordt opnieuw een drietal contactors gebruikt: 1Q5, 1Q8 en 1Q9 o Met een maakcontact als startknop wordt de motor in ster geschakeld o Pas dan worden de twee contactoren 1Q5 en 1Q8 voor de sterschakeling ingeschakeld. o Na 5 seconden (gebruik hiervoor een timer) valt 1Q8 af en wordt 1Q9 ingeschakeld. o Als de motor in ster staat, brandt er een rode lamp o Als de motor in driehoek staat, brandt er een groene lamp o De motor staat dan in driehoek geschakeld. o Met een verbreekcontact moeten alle contactoren spanningsloos worden geschakeld. o Simuleer de schakeling op de juiste werking. Laat de simulatie controleren! o Bouw de schakeling en test deze. Helaas is je schema niet helemaal perfect. Uit de simulatie blijkt dat er geen tijdverschil is tussen het omschakelen van ster naar driehoek tussen beide relais 1Q8 en 1Q9. Door de massatraagheid van de contactoren zal er in de praktijk waarschijnlijk niets misgaan, maar elegant is het niet. o Pas het programma aan door tussen het afvallen van 1Q8 en inschakelen van 1Q9 0,2 seconde tijdvertraging in te bouwen In het plc-programma ontbreekt het overstroombeveiligingsdeel. Dit contact moet als een aparte ingang op de plc worden aangesloten en in het plc-programma worden verwerkt. 20

21 6. schakelen met PLC s II meting 1 ster-driehoek-links-rechts Programmeer zelf het schema van het PLC-programma voor de sterdriehoekschakeling en linksom- rechtsom. uitleg de overstroombeveiliging past niet goed in het overzicht. Deze valt bovenin het schema deels weg. o Bouw eerst de I/O-bedrading o Test de I/O-schakeling o Simuleer de PLC-schakeling op de juiste werking. o Bedraad het hoofdstroomschema, gebaseerd op ster, driehoek, links en rechts o Test eerst manueel het hoofdstroomschema op de juiste werking. o Zet de PLC in de RUN-modus en controleer de schakeling op de juiste werking. o De zojuist gebouwde PLC-schakeling is nogal omslachtig en kan eenvoudiger worden opgezet. Programmeer een eigen programma voor ster-driehoek-links-rechts en simuleer deze. o Schiet deze in de plc en test de schakeling in combinatie met de hardware. 21

22 Meting 2 (optioneel) schakelen met Crouzet- of Siemens-PLC s Gebruik bij deze het Siemens-plc-programma of het programmeerprogramma van de Millenium-controller. Beide zijn te vinden op het intranet. Een voordeel van de Millenium-controller is dat deze te programmeren is in Sequentional Function Charts (SFC s) Voor beide programma s geldt wysiwyg : WhatYouSeeIsWhatYouGet o Maak opnieuw een stoplichtinstallatie voor een gelijkwaardige kruising van alleen gemotoriseerd verkeer. Er moet gewerkt worden met herhalende stappen. o Tussen het rood van de ene en het groen van de andere verkeersdeelnemers moet een tijdvertraging zitten. o Het moet een zogenaamde tijdloze schakeling zijn, dus continu herhalend. o Het stoplicht moet kunnen worden uitgezet, zodat alleen de oranje lichten blijven knipperen. o Print de uitwerking van het programma uit en lever deze in. o Na het uitzetten van het stoplicht moeten alle stoplichten naar rood worden geprogrammeerd. Vervolgens valt de regeling weg en knipperen alleen nog de oranje lichten o Print de uitwerking uit en lever deze in. Geen enkel programma is gelijk aan elkaar. Een kopie valt direct op. je doet het voor jezelf 22

23 Bijlagen 23

24 24

25 25

26 26