PROJEKTOWANIE UKŁADÓW STEROWANIA MASZYN
Spis treści
Prawo kirchoffa dla obwodu AC:
REALIZACJA FUNKCJI LOGICZNYCH ELEMENTAMI STYKOWYMI
............................................. 10
.......................................................................................... 12
WYKŁAD 1
Działania fizjologiczne prądu na człowieka:
DZIAŁANIA POŚREDNIE – nie płynie przez człowieka
o
Oparzenie prądem, ogniem
o
Metalizowanie naskórka
o Uszkodzenie wzroku (promieniowanie ultrafioletowe (wysuszenie), podczerwone
(podgrzanie))
o
Uszkodzenia mechaniczne na skutek działania prądu
DZIAŁANIA BEZPOŚREDNIE – przepływa przez ciało
o Zmiany chemiczne
o Zmiany biologiczne
o Zmiany fizyczne
Skutki działania bezpośredniego:
PRĄD STAŁY
o Elektroliza – kwasu żołądkowego, krwi, płynu mózgowego, komórek
mięśniowych lub nerwowych
PRĄD ZMIENNY
o Najniebezpieczniejszy jest prad 50-60Hz
o
W wyniku porażenia prądem zmiennym zaciskają się mięśnie – prąd zacisku:
10,5mA dla kobiet, 16mA dla mężczyzn.
o
Wysokie częstotliwości nie są bardzo szkodliwe (poparzenie na skórze)
o
Układ krwionośny – fibrylacja serca – trzepotanie 200-300/min, migotanie 600
uderzeń/min – PIERWSZA POMOC – (2-3min RKO -> 120-300J –
defibrylator -> RKO -> 1mg adrenaliny)
o
Układ oddechowy – (przy przejściu prądu na drodze głowa-noga, głowa-ręka)
może dojść do utraty automatycznego oddychania lub zablokowanie
oddychania w klatce piersiowej.
o
Układ nerwowy – pobudzenie jak po dragach (wydzielają się endorfiny),
obrzęk mózgu, jeśli temp ciała podniesie się o 5° to są zmiany odwracalne,
jeśli o 10° to powstają tkanki martwicze. Uszkodzenia mięśni na skutek
automatycznego zaciśnięcia się mięsni (można zerwać scięgna, mięśnie)
CZUCIE PRĄDU
:
stały
zmienny
Mężczyźni
5,6 mA
1,1mA
Kobiety
3,5mA
0,7mA
Niebezpieczne dla
zdrowia
20mA
Niebezpieczne dla życia
70mA
śmiertelne
100mA
ELEKTROTECHNIKA
Jednostki:
Gęstość prądu J [a/m2]
Ładunek elektryczny Q
Napięcie elektryczne U [V]
Siła elektromotoryczna E [V]
Prąd I[A]
Rezystancja (czynna) R
Reaktancja (bierna) X
Impedancja (pozorna) Z
Rezystywność – opór właściwy R [Ohm]
Przewodność G (simens)
Susceptancja B (simens)
Admitancja Y (simens)
Konduktywność σ
Pojemność elektryczna e
Indukcyjność własna
Okres
Czas
Częstotliwość f
Pulsacja omega
PRĄD – uporządkowane zjawisko płynięcia ładunków przez zadany przewodnik; stosunek
elementarnego ładunku w czasie.
Prąd przewodzenia – swobodne przemieszczanie się elektronów wzdłuż przewodnika (3m/s –
miedź)
Prąd przesunięcia – rozsunięcie się elektronów osobnie w każdym jądrze
Prąd unoszenia – (konwekcji) ruch ładunków razem z jakimiś cząsteczkami (kurz, para wodna)
Współczynnik temp. Rezystancji:
Najlepszym przewodnikiem jest srebro -> miedź przewodowa -> złoto (...)
szkło jest jednym z najgorszych.
Rezystancje można łączyć:
1) SZEREGOWO
2) RÓWNOLEGLE
3) Trójkąt – gwiazda
MOC ELEKTRYCZNA
I prawo kirchoffa
II prawo kirchoffa
Kondensator – gromadzi ładunki
zwiększenie pojemności – łączenie równolegle
Wzrost napięcia – łączenie szeregowe
PRĄD PRZEMIENNY
1)
2)
3)
II WYKŁAD
Prawo kirchoffa dla obwodu AC:
Dwójnik szeregowy RLC
Przesuwany: (przesuwamy tak, aby każdy następny zaczynał się w końcu poprzedniego)
RÓŻNE PRĄDY:
PRYKŁAD:
MOC W OBWODACH AC
Rezystor ma dodatnią:
Cewka – moc zeruje się
Kondensator
REALIZACJA FUNKCJI LOGICZNYCH ELEMENTAMI STYKOWYMI
wg. Normy pionowo
n – faza dla napięcia przemiennego
m – masa w zasilaniu stałoprądowym
AND
OR
NAND
NOR
EX-OR – wykrywa różnicę
EX-NOR
KOMPONENTY UKŁADÓW STEROWANIA
Aparaty elektryczne
Sensoryka
o
Cz. Obecności
o
Cz. Przemieszczenia liniowego i kątowego
o
Cz. Prędkości linionej i kątowej
o
Cz. Przyspieszenia liniowego i kątowego
o
Cz. Siły
Układy napędu siłowników elektrycznych
Układy zasilania maszyn i urządzeń
1) Aparaty elektryczne
Łączeniowe
Pomiarowe
Przeciwnapięciowe
Gr pr zwarciowych
Inne: rozrucjowo-regulacyjny, przełączniki trój-gniazdowe, softstarty
Łączeniowe
Ze względu na zasadę działania
o Elektromagnetyczne
o Elektryczne
o Indukcyjne
o Cieplne
o Kontraktonowe
o
Poółprzewodnikowe (SSR)
Ze względu na konflikt stykowy
Ze względu na wersję
o
Jedno/trójfazowe
o Bezp/..
Zasilanie styków
o Cewki DC 0-240 AC 12-450 [V]
o
Styków 0,05 – 500 [A]
Elektromagnetyczne
Termalno-cieplne
- w bimetalu
Po pewnym czasie, po nagrzaniu się wygnie
Kontakrtonowe – zbliżeniowy – zbliżamy magnes (może dojść do trwałego namagnesowania)
SPST –
NO:
SPST –NC:
SPDT:
SPCO
SPTT
DPST:
DPDT:
2PDT
STYCZNIK większy od PRZEKAŹNIKA
Zabezpieczenie
termiczne
Zabezpieczenie
prądowe
Zabezpieczenie
podnapięciowe (jeśli
spadnie do 0 to styki
rozłączone)
Termiczne
Różnicoo-prądowe
SSR – przekaźnik/stycznik
aparaty półprzewodnikowe, najszybsze
triaki, trystory, tranzystory, na wyjściu; stosowane w stopniu końcowym przekaźników są
delikatne i wymagają stosowania obwodu zabezpieczającego
niska odporność na zakłócenia występujące w sieci
Niska odp na wysokie temp – wymagane radiatory
Pomiędzy wejściem a wyjściem transoptory
WYKŁAD 3
1. Sensoryka – wykrywanie obecności
Czujniki obecności
o Stykowe
o Indukcyjne
o
Pojemnościowe
o Optyczne
o
Ultradźwiękowe
Czujniki przemieszczenia liniowego i kątowego
o Potencjometryczne (potencjometry liniowe i obrotowe)
o Indukcyjne
o
Ultradźwiękowe
o Magnetyczne
o Optyczne
o Enkodery
Czujniki p. lin. I kąt.
o
Prądnice tachometryczne
o
Pomiar pr. jako (..) położenia
Stosuje się głównie czujniki trójprzewodowe
Lepiej stosować czujniki PNP )ze względów bezpieczeństwa_
Czujniki uniwersalne, lub wielostykowe np.
Styki tego typu wykorzystuje się w układach zabezpieczających
Istnieją czujniki czteroprzewodowe analogowe
Czujniki bezpieczeństwa (kolor żółty lub czarny)
Kontaktrony – ‘końcówki” magnetyczne wrażliwe na prace w polu magnetycznym/spawanie
CZUJNIKI INDUKCYJNE
Zmienne pole elektromagnetyczne
Zmiana indukcyjności własnej wskutek przemieszczania metalowego elementu (prądy
wirowe)
Działa na ferromagnetyki
Praca bezdotykowa
Wysokie częstotliwości połączenia (kHz)
Strefa działania 1/2d
Dostępne w wielu wariantach
CZUJNIKI POJEMNOŚCIOWE
Stałe pole elektryczne
Zmiana pojemności el. Wskutek wprowadzenia elementu między okładki
Działa na materiały dielektryczne (nawet mięso, płyny)
Praca bezdotykowa
Wysokie częstotliwości przełączania (kHz)
Strefa działania 1xd
Dostępne w wielu wariantach
ZABUDOWA CZUJNIKÓW, HISTEREZA
WSPÓŁCZYNNIKI KORYGUJĄCE
Indukcyjne:
Stal – 1
AL. – 0,9
Mosiądz - 0,55
Pojemnościowe:
Metal – 1
Woda – 1
Szkło – 0,5
Drewno – 0,3-0,5
CZUJNIKI OPTYCZNE/ULTRADZWIĘKOWE
Typy:
Odbiciowe
Bariery
Podczerwień
Światlo widzialne
Ultrafiolet
Ultradzwiekowe
CZUJNIKI POMIARU POŁOŻENIA
Duelnik rezystancyjny:
Najprostszy – potencjometr
- czujniki LVDT
ENKODERY
Absolutne lub inkrementalne
Medium: optyczne lub magnetyczne
Resolwery (potencjometr-enkoder)
CZUJNIKI PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ
Prądnica tachometryczna
o
Prądu stałego
Samowzbudna
Obcowzbudna
o
Prądu przemiennego
Syncgroniczna
Asynchroniczna
o
Dobrze działają przy wysokich prędkościach obrotowych, słabo przy małych
CZUJNIKI PRZEMIESZCZENIA
Najprostszym sposobem jest pomiar drogi
Piezoelektryki
Akcelerometry/inklinometry
POMIAR SIŁY
Tensometry, mostki tensometryczne
Maty rezystancyjne
WYKŁAD 4
Komponenty układów sterowania
Napędy AC
EN 954-1, kat B1 (źródło ‘zagadnienia bezpieczeństwa” Moeller)
Urządzenie do oddzielenia ochronnego sieci z funkcją wyłączenia awaryjnego:
Wyłączenia awaryjne poprzez wysterowanie stycznika lub wyłącznika silników:
NAPĘDY DC
1) Silnik obcowzbudny
Z magnesem trwałym
Z elektromagnesem z osobnym uzwojeniem i zasilanym niezależnie
2) Silniki samowzbudne
Zmiana kierunku obrotów – zmiana kierunku prądu (mostek typu H)
Sterowanie prędkością:
NAPĘDY AC
1) Asynchroniczne
a. Pierścieniowe
b. Klatkowe
2) Synchroniczne
a. Wirnik z biegunami utajonymi
b. Wirnik z biegunami jawnymi
Rozruch silnika trójfazowego – bezpośredni (źr. Akademia falowników)
- zabezpieczenie nadprądowe
- zabezpieczenie termiczne
Rozruch silnika trójfazowego – gwiazda/trójkąt
- przekaźnik z częścią zg…
Zmiana kierunku obrotu – zmiana dwóch faz
BEZPIECZEŃSTWO
‘zagadnienia bezpieczeństwa” Moeller
- jeżeli nap spadnie styk zostanie rozłączony
- nie wraca, brak pozycji
Regulacja prędkości
Zmiana l. par bieg (istnieją silniki z przełączaną liczbą biegów).
Zmiana poślizgu
o Regulacja wirnika (możliwe w silnikach pierścieniowych, gdzie można wprowadzić
obwódrotora silnika na zewnątrz)
Zmiana rezystancji
Łączenie doskokowe?
o
Zmiana napięcia na stojanie (softstarty i falowniki w zakresie częstotliwości do 50Hz)
Zmiana częstotliwości
o falowniki
Jak działa falownik:
FALOWNIKI
1) Zasilanie przem. częst.
a. Jednofazowych
b. Trójfazowych
c. Zas DC
2) Zasilanie silnika
a. 1x230V – falownik z wyjściem jednofazowym
b. 230V Δ, 400V Y – falownik klasy 200V
Zasilanie jednofazowe
Zasilanie trójfazowe – silnik Y
c. 400V Δ, 660VY – falownik klasy 400V
d. 500V
3) Układy sterowania
a. Skalarne
b. Wektorowe
c. DTC (Direct Torque Control)
Silniki pierścieniowe – aby zastosować falownik należy zewrzeć wyprowadzenie azotek lub
zdemontować szczotki i zewrzeć pierścienie.
Sterowanie pracą silnika podłączamy do falownika
1) Włączamy obroty silnika
a. Cyfr. wej. Zezwolenia
b. Interfejsy komunikacyjne
2) Sterowanie prędkością silnika
a. Wejście analogowe
Napięciowe 0-10V
Prądowe 4-20mV
Częstotliwości
b. Wejścia cyfrowe
c. Interfejsy komunikacyjne
WYKŁAD 5
1. Napędy (silniki) impulsowe (krokowe)
Cechy mechaniczne:
o
Podziałka elementarna (liczba kroków na obr.)
o Moment trzymający [Nm]
o
Bezwładność rotoru [g-cm3]
o Charakterystyka
Cechy elektryczne
o Liczba faz
o
Konfiguracja uzwojeń
o
Rezystancja uzwojeń [Ω]
o
Indukcja uzwojeń [mH,H]
o
Nominalne napięcie [v] i prąd [A]
o
Częstotliwość rezonansów [Hz]
o
Częstotliwość maksymalna [hz]
Podział ze względu na liczbę przewodów:
o
Dla silników 2-fazowych (2cewki)
4 przewody
6 przewodów
8 przewodów
Zasilanie silnika krokowego:
RUCH KROKOWY (pełnokrokowy)
RUCH PÓŁKROKOWY
RUCH FALOWY
2. SZAFY STERUJĄCE
Wymagania – zabezpieczenie układów przed wnikaniem do wnętrza obcych ciał i wody.
Oznaczenie wg. IP23(pył, woda; im większe numery tym lepsza ochrona)
Oznaczenie IK – odporność na drgania i uderzenia
‘zabudowa’ wnętrza szaf
Optymalizacja temp w szafie (20-25)
Doprowadzenie przewodów – przewody ekranowane
3. RYSUNEK ELEKTRYCZNY
Przykładowe oznaczenia komponentów
o B10-A1K2
o Stosowane kody literowe – norma IEC 750