Spis treści:
Řízení je proces záměrné interakce vstupních signálů s výstupy podle příslušných algoritmů – pravidel řízení. Cílem tohoto článku je uvést základní poznatky týkající se elektrických kontaktních řídicích systémů, vysvětlit, jaké symboly výše uvedených signálů lze nalézt na elektrických schématech kontaktních řídicích systémů a jaké jsou principy návrhu a montáže těchto systémů.
Elektromagnetické spínače
Stykače a relé jsou komponenty sestávající z cívky a sady kontaktů – tzv. elektromagnetické spínače. Princip činnosti těchto spínačů je založen na mechanickém spojení kontaktů při přivedení napětí na cívku. Kontakty jsou galvanicky odděleny od cívky, takže je možné připojit velký výkon při malých ovládacích proudech. Stykače se používají pro spínání v obvodech se středním a vysokým výkonem, zatímco relé se používají hlavně pro spínání v obvodech s nízkým výkonem.
Rozlišují se následující kontakty:
Stykače
Stykače jsou elektromagnetická zařízení, jejichž činnost nastává když je na elektromagnet přivedeno napětí. Tím se vytvoří v jádře magnetické pole a přitáhne pohyblivý můstek tohoto jádra. To způsobí sepnutí normálně otevřených (NO) kontaktů zařízení a rozepnutí normálně uzavřených (NC) kontaktů zařízení. Stykače se dělí na hlavní stykače, které obsahují hlavní kontakty (aktivní NO) a ovládací kontakty (aktivní NO a/nebo pasivní NC), a pomocné stykače (ovládací), které obsahují aktivní NO kontakty. Výběr stykače v elektrických řídicích systémech závisí na jeho parametrech. Výrobci uvádějí na stykači typ stykače, někdy také základní jmenovitou hodnotu. Většinu parametrů je však třeba vyčíst z katalogu výrobce stykače.
Mezi nejdůležitější jmenovité hodnoty stykačů patří:
- jmenovité izolační napětí hlavního obvodu – efektivní hodnota napětí mezi sítěmi;
- jmenovité izolační napětí pomocného obvodu;
- jmenovitý trvalý proud hlavních kontaktů;
- jmenovitý trvalý proud pomocných kontaktů;
- vypínací schopnost (spínací proud) – mezní hodnota efektivního proudu, který může stykač určitý početkrát přerušit, aniž by se přerušil (závisí na způsobu zhášení oblouku);
- počet a typ hlavních styků;
- počet a typ pomocných styků;
- Jmenovitý zatěžovací výkon – hodnoty výkonu jsou na stykačích uvedeny v závislosti na jmenovitém napájecím napětí, např. 230 V,400 V, 690 V;
- napětí a typ napájení cívky (obvykle 24 VDC a 230 VAC);
- odpor cívky.
Označení svorek stykače:
- cívka stykače: U cívek stykačů napájených střídavým proudem je fázový vodič připojen ke svorce A1 a nulový vodič ke svorce A2, zatímco u cívek stykačů napájených stejnosměrným proudem je kladný pól napájecího napětí připojen ke svorce A1 a záporný pól ke svorce A2);
- hlavní stykače: 1/L1-2/T1, 3/L2-4/T2, 5/L3-6/T3 (lichá čísla odpovídají straně napájení a sudá čísla straně zátěže);
- pomocné stykače: dvoumístné označení, kde první číslice je číslo následného kontaktu a druhá číslice určuje typ kontaktu (1-2 NC kontakt, 3-4 NO kontakt).
Relé
Relé se používají pro spínací operace v řídicích obvodech, takže nejsou určena k vedení nadměrných proudů. Označení svorek se často liší a závisí na výrobci, počtu kontaktů a typu relé a jeho funkcích. V současné době se rozlišuje několik typů těchto zařízení podle jejich použití a konstrukce:
- Elektromagnetické relé – je konstruováno podobně jako elektromagnetický stykač. Rozdíl mezi těmito součástkami je dán jejich použitím. Přivedením napětí na cívku relé se v jádře vytvoří magnetické pole a přitáhne pohyblivý můstek. Následně dochází ke změně polohy pohyblivých kontaktů. Po odpojení napětí se pohyblivý můstek vlivem vratné pružiny vrátí do své polohy v beznapěťovém stavu. Rozsah použití elektromagnetických relé je dán jejich jmenovitými parametry, které výrobci uvádějí ve svých katalozích. Nejdůležitější parametry relé jsou: jmenovité napětí cívky, odpor cívky, jmenovitý trvalý proud kontaktů.
- Tepelné relé – využívá jevu tepelné roztažnosti kovů. Základním prvkem tepelného relé je bimetalový prvek. Bimetal je součástka tvořená trvale spojenými dvěma vrstvami kovů nebo slitin s různými vlastnostmi. Bimetalový prvek relé se zahřívá přímo průtokem elektrického proudu topným prvkem. V důsledku zvýšení teploty se bimetal ohýbá směrem k reaktivní vrstvě a následně dochází ke spínání kontaktů relé.
- Reedovo relé – pracuje pod vlivem vnějšího magnetického pole, které uzavírá jeho kontakty. Jsou umístěna v utěsněném krytu naplněném inertním plynem, který zabraňuje korozi a hoření.
- Polovodičové relé SSR (Solid State Relay) – je sestaveno výhradně z elektronických součástek. Výhody polovodičových relé oproti elektromagnetickým relé jsou: žádné pohyblivé části, dlouhá životnost, žádné oblouky, žádné vibrace kontaktů, odolnost proti nárazům.
Časová relé jsou samostatnou skupinou relé. V současné době se jedná o relé založená na elektronických obvodech, často využívajících mikroprocesorovou technologii. Časová relé se používají k realizaci časových funkcí v systémech kontaktních relé. Obvykle umožňují nastavit tři parametry: funkci, která má být provedena, časovou základnu a měřený čas.
Jejich hlavní funkce jsou:
Opožděné přepínání
Po připojení napájecího napětí nastavený čas se odpočítává. Po uplynutí nastaveného času se výstupní relé sepne a zůstane v tomto stavu až do vypnutí napájecího napětí.
Opožděné vypnutí
Po přivedení napájecího napětí se sepne výstupní relé. Současně se začne odpočítávat nastavený čas. Po uplynutí nastaveného času se výstupní relé vypne.
Ovládací spínače
V řídicích systémech se používají různé typy ovládacích tlačítek, koncové spínače a dalších elektrických přístrojů v závislosti na funkci, kterou má systém vykonávat. Uživatel může pomocí ovládacích spínačů zapínat, vypínat nebo měnit provozní parametry jednotky. Spínače se používají v běžném i nouzovém provozu a jsou důležitou součástí zajištění bezpečnosti při provozu zařízení. Podle způsobu činnosti se rozlišují dva typy spínačů (symboly pro ovládací spínače podle normy EN 60617):
Monostabilní spínače, u nichž pružina způsobí, že se kontakty po uvolnění tlačítka automaticky vrátí do stabilního stavu.
Bistabilní spínače, u nichž není použita vratná pružina a spínač pracuje na principu přepínání mezi nejméně dvěma stavy.
Způsoby interakce s propojením:
Obecný symbol:
Mechanický náraz tahem:
Mechanický náraz stlačením:
Mechanický náraz prostřednictvím rotace:
Mechanický náraz prostřednictvím nožního pohonu:
Ochrana řídicích systémů
Typy zabezpečení:
- zkrat – chrání zařízení před účinky nadměrného průtoku proudu v důsledku zkratu v napájení (střídavého nebo stejnosměrného proudu) zařízení nebo zkratu v samotném zařízení (např. ve vinutí elektrických strojů nebo v součástech elektrických zařízení);
- přetížení – chrání zařízení před účinky proudu mírně překračujícího jeho jmenovitý proud, což může být důsledkem překročení jmenovitých parametrů zdroje nebo nepříznivých tepelných podmínek (např. nedostatečného chlazení);
- rozpad – chrání zařízení před účinky asymetrie, zániku a náhlého návratu napájecího napětí (to je důležité zejména u asynchronních motorů);
- přepětí – chrání zařízení před účinky napěťových impulsů při spínacích operacích v elektrických obvodech.
Bezpečnostní pojistka:
Tepelné relé:
Nadproudové relé:
Podpěťové relé:
Zásady kreslení schémat elektrických obvodů
Pro vytvoření jakéhokoli elektrického a elektronického obvodu je nutné vědět, jak takový obvod funguje. Je nutné znát grafické symboly a účel jednotlivých součástí systému. Tyto znalosti jsou užitečné při analýze systému na základě koncepčních, funkčních a montážních schémat zařízení, instalací a řídicích systémů. Při návrhu, montáži, provozu a opravách řídicích systémů používáme mimo jiné schémata těchto systémů. Podle polských norem patří schémata do skupiny funkčních schémat a jsou určena k zobrazení úplného souboru funkčních prvků a vazeb mezi nimi. Schémata jsou podkladem pro výpočty, tvorbu konstrukční dokumentace, používají se při uvádění do provozu, provozu, opravách zařízení apod. Při kreslení elektrických regulačních schémat platí následující pravidla:
- Řídicí obvod a proudový obvod jsou nakresleny samostatně.
- Obvody jsou znázorněny v beznapěťovém stavu.
- Symboly prvků musí být v souladu s normou.
- Větve řídicího obvodu jsou vedeny kolmo mezi napájecími vodiči a jsou postupně číslovány.
- Symboly součástek jsou umístěny kolmo na přívodní vedení a spoje mezi větvemi jsou vedeny vodorovně.
- Všechny součásti (cívky, kontakty) patřící ke stejné součásti musí mít shodný název.
- Názvy elektrických součástí jsou umístěny vlevo od součásti.
- Čísla (např. kontaktů, cívek) jsou umístěna na pravé straně součásti.
- Pod cívkami stykačů a relé jsou nakresleny příslušné kontakty.
Montáž elektrických řídicích systémů
Elektrické vodiče vedou elektrický proud (přenášejí energii) a spojují zdroj napětí s elektrickými spotřebiči, měřicími, signalizačními a elektronickými zařízeními. V řídicích systémech se nejčastěji používají tyto vodiče vodiče a kabely.
Parametry drátu:
- Plocha průřezu vodiče (mm2) – jedná se o normalizovanou veličinu, která nabývá hodnot: 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000 m2.
- Jmenovité napětí (V) – jmenovité napětí napájecího kabelu může být: 300/300, 300/500, 450/750 nebo 600/1000 V. První číslo před lomítkem udává přípustnou efektivní hodnotu střídavého napětí mezi vodičem a zemí, druhé číslo udává přípustné napětí mezi vodiči. Jedná se o hodnotu napětí, při které elektrické pole vznikající při provozu nepoškodí izolaci vodičů. Izolace vodičů kabelu zajišťuje izolaci vodivých částí, chrání kabel před škodlivými účinky prostředí, odděluje vodiče a chrání osoby před úrazem elektrickým proudem.
Kabelové spojení v řídicím systému se skládá ze silného tlaku mezi vodičem a jiným vodičem nebo svorkou a mělo by mít nízký odpor. Elektrické spoje by měly zajišťovat elektrickou spojitost, vysokou mechanickou pevnost a bezpečnost spojení. Všechny spoje by měly být přístupné, aby bylo možné provést opravu, vizuální kontrolu nebo výměnu kabelu. Výsledkem nesprávného nebo nepřesného elektrického spojení může být přerušení obvodu, jiskření (pokud nejsou povrchy dobře přilnuté), zahřívání a zvyšování teploty. Jiskření způsobuje přepalování kontaktů a následně zmenšuje jejich povrch. Spoje jsou vyrobeny jako odpojitelné, aby bylo možné přístroj odpojit nebo vyměnit poškozený vodič.
Typické elektrické řídicí systémy:
Systém, který implementuje funkci konjunkce:
Uspořádání, které realizuje alternativní funkci:
Samostatně fungující systém:
