Układy sterowania
Zasady wspólne dla wszystkich ćwiczeń
Niezależnie od tematu, każde zadanie realizujemy według tego samego rygoru:
- Podział schematu na obwód główny (siłowy) i obwód sterowania — rysowane osobno, powiązane oznaczeniami aparatów.
- Konsekwentne oznaczanie zacisków: cewka A1/A2, zestyki zwierne 13/14, 23/24, rozwierne 21/22, 31/32, termik 95/96 i 97/98, przekaźnik czasowy 15/16/18.
- Kolejność pracy: schemat → dobór aparatów → montaż → sprawdzenie bez napięcia → próba pod napięciem.
- Dokumentacja: opis działania w punktach, tabela stanów lub przebieg czasowy, wykaz aparatów.
Blok 1. Podstawowe funkcje logiczne
Ćwiczenia wprowadzające. Realizowane na przyciskach i jednym–dwóch przekaźnikach, bez obwodu siłowego. Do każdego układu obowiązkowa tabela stanów.
| Nr | Układ | Opis |
|---|---|---|
| 1.1 | Koniunkcja (AND) | Odbiornik załącza się tylko przy jednoczesnym zadziałaniu wszystkich wejść. Zestyki zwierne połączone szeregowo. |
| 1.2 | Alternatywa (OR) | Odbiornik załącza się przy zadziałaniu dowolnego wejścia. Zestyki zwierne połączone równolegle. |
| 1.3 | Negacja (NOT) | Odbiornik pracuje przy braku sygnału wejściowego. Wprowadzenie zestyku rozwiernego i pojęcia logiki ujemnej. |
| 1.4 | NAND | Zaprzeczenie koniunkcji — zestyki rozwierne równolegle. Pokazuje prawa de Morgana w praktyce montażowej. |
| 1.5 | NOR | Zaprzeczenie alternatywy — zestyki rozwierne szeregowo. Druga część praw de Morgana. |
| 1.6 | XOR — sterowanie schodowe | Odbiornik załączony przy różnych stanach wejść. Praktyczne zastosowanie: sterowanie oświetleniem z dwóch miejsc łącznikami schodowymi. |
Blok 2. Układy z pamięcią
Serce sterowania stycznikowego. Tu uczeń przestaje myśleć „stanem przycisku", a zaczyna myśleć „stanem układu".
| Nr | Układ | Opis |
|---|---|---|
| 2.1 | Samopodtrzymanie z dominacją wyłączenia | Klasyczny układ START/STOP. Zestyk pomocniczy stycznika równolegle do przycisku START, STOP w szeregu przed rozgałęzieniem. Przy jednoczesnym wciśnięciu obu przycisków układ pozostaje wyłączony — wariant podstawowy dla napędów. |
| 2.2 | Samopodtrzymanie z dominacją załączenia | Ta sama funkcja, inna topologia: STOP wewnątrz gałęzi podtrzymania. Przy jednoczesnym wciśnięciu obu przycisków układ załącza się. Porównanie 2.1 i 2.2 to bezpośredni odpowiednik bloków SR i RS w sterowniku PLC. |
| 2.3 | Sterowanie z dwóch miejsc | Dwa przyciski START równolegle, dwa przyciski STOP szeregowo. Podstawowy układ dla maszyn obsługiwanych z pulpitu i z miejsca pracy. |
| 2.4 | Sterowanie z wielu miejsc (n ≥ 3) | Rozszerzenie 2.3 na dowolną liczbę stanowisk. Ćwiczenie porządkuje zasadę: załączenie = alternatywa, wyłączenie = koniunkcja warunków. |
| 2.5 | Blokada elektryczna (wzajemna) | Dwa styczniki, z których każdy blokuje drugi przez swój zestyk rozwierny w gałęzi cewki. Uniemożliwia jednoczesne załączenie — fundament układu nawrotnego. |
| 2.6 | Układ priorytetowy | Pierwszy załączony odbiornik blokuje pozostałe do czasu swojego wyłączenia. Wariant rozszerzony: priorytet stały (jeden odbiornik zawsze wygrywa) kontra priorytet czasowy (kto pierwszy, ten lepszy). |
| 2.7 | Przekaźnik impulsowy (bistabilny) | Jeden przycisk zmienia stan na przeciwny. Sterowanie oświetleniem z dowolnej liczby miejsc bez rozbudowy obwodu — porównanie kosztu i okablowania z układem 1.6. |
| 2.8 | Zakaz samoczynnego ponownego rozruchu | Sprawdzenie, że po zaniku i powrocie napięcia maszyna nie rusza sama. Ćwiczenie pokazuje, dlaczego samopodtrzymanie jest wymogiem bezpieczeństwa, a nie tylko wygodą. Odniesienie do PN-EN 60204-1. |
Blok 3. Układy czasowe
| Nr | Układ | Opis |
|---|---|---|
| 3.1 | Opóźnione załączenie (TON) | Przekaźnik czasowy zwłoczny przy załączeniu. Odbiornik startuje po zadanym czasie od podania sygnału. Pomiar rzeczywistego czasu zadziałania i porównanie z nastawą. |
| 3.2 | Opóźnione wyłączenie (TOF) | Przekaźnik zwłoczny przy wyłączeniu. Typowe zastosowanie: wentylator pracujący jeszcze po zatrzymaniu maszyny, oświetlenie z opóźnieniem. |
| 3.3 | Impulsator / migacz | Przekaźnik cykliczny lub układ dwóch przekaźników czasowych generujący przebieg prostokątny. Zastosowanie: sygnalizacja awarii światłem pulsującym. |
| 3.4 | Rozruch sekwencyjny napędów | Trzy silniki startujące kolejno z zadanym opóźnieniem, zatrzymanie w kolejności odwrotnej. Model linii transportowej — taśmy startują od końca linii, żeby nie zasypać przenośnika. |
| 3.5 | Ostrzeżenie dźwiękowe przed uruchomieniem | Po naciśnięciu START załącza się sygnalizator akustyczny; silnik rusza dopiero po upływie czasu ostrzegania. Wymóg dla maszyn, przy których operator nie widzi całej strefy zagrożenia. |
Blok 4. Sterowanie napędem
| Nr | Układ | Opis |
|---|---|---|
| 4.1 | Rozruch bezpośredni — praca ciągła i impulsowa | Jeden stycznik, przełącznik trybu: praca ciągła (z samopodtrzymaniem) lub impulsowa/jog (bez podtrzymania, silnik pracuje tylko przy wciśniętym przycisku). Tryb impulsowy do ustawiania i pozycjonowania maszyny. |
| 4.2 | Układ nawrotny lewo–prawo | Dwa styczniki z przeplotem dwóch faz w obwodzie głównym, blokada elektryczna wzajemna z bloku 2.5 plus blokada mechaniczna. Wariant z przejściem przez STOP i wariant z przełączaniem bezpośrednim — omówienie skutków dla silnika. |
| 4.3 | Przełącznik gwiazda–trójkąt | Trzy styczniki (sieciowy, gwiazdy, trójkąta) i przekaźnik czasowy. Kluczowe punkty: blokada między stycznikiem gwiazdy i trójkąta, czas przerwy bezprądowej, dobór zabezpieczenia dla prądu fazowego. |
| 4.4* | Gwiazda–trójkąt nawrotny | Połączenie 4.2 i 4.3 — pięć styczników. Zadanie rozszerzone dla grup zaawansowanych. |
| 4.5* | Hamowanie prądem stałym | Po odłączeniu zasilania stycznik hamowania podaje napięcie stałe na uzwojenia na czas nastawiony przekaźnikiem czasowym. Blokada uniemożliwiająca jednoczesne podanie AC i DC. |
| 4.6* | Hamowanie przeciwprądem | Krótkotrwała zmiana kolejności faz z odłączeniem przy prędkości bliskiej zeru (przekaźnik prędkości obrotowej lub czasowy). Omówienie obciążenia cieplnego silnika. |
| 4.7* | Przełączanie liczby biegunów (Dahlander) | Sterowanie silnikiem dwubiegowym: układ trójkąta dla obrotów niskich, podwójnej gwiazdy dla wysokich. Blokada i wymuszona kolejność przełączania. |
| 4.8* | Softstart sterowany stycznikowo | Urządzenie łagodnego rozruchu w obwodzie głównym, sterowanie zestykiem, sygnał gotowości i awarii wprowadzony do obwodu sterowania. Opcjonalnie stycznik bocznikujący po zakończeniu rozruchu. |
| 4.9* | Falownik sterowany zestykami | Wejścia cyfrowe przemiennika sterowane z układu stycznikowego: start prawo/lewo, zadawanie prędkości stałych, wyjście przekaźnikowe awarii wpięte w obwód sterowania. Pokazuje, czym zastąpiono gwiazdę–trójkąt we współczesnych instalacjach. |
Blok 5. Nadzór, zabezpieczenia i sygnalizacja
| Nr | Układ | Opis |
|---|---|---|
| 5.1* | Przekaźnik termiczny w obwodzie sterowania | Zestyk 95/96 przerywa obwód cewki, zestyk 97/98 zasila lampkę awarii. Dobór nastawy do prądu znamionowego silnika, sprawdzenie działania i ręczny reset. |
| 5.2 | Kontrola faz | Przekaźnik kontroli faz nadzorujący zanik fazy, kolejność faz, asymetrię i poziom napięcia. Jego zestyk beznapięciowy warunkuje pracę całego obwodu sterowania. Próby: rozłączenie jednej fazy, zamiana dwóch faz. |
| 5.3* | Kontrola temperatury uzwojeń (PTC) | Przekaźnik termistorowy z czujnikami wbudowanymi w uzwojenia. Porównanie z zabezpieczeniem termicznym: co wykrywa jedno, czego nie wykryje drugie (np. przegrzanie przy zablokowanym chłodzeniu). |
| 5.4 | Sygnalizacja stanów pracy | Trzy lampki: gotowość, praca, awaria — sterowane zestykami pomocniczymi aparatów, nie równolegle do cewek. Dodatkowo przycisk testu wszystkich lampek. |
| 5.5 | Pamięć awarii z kwitowaniem | Zadziałanie dowolnego zabezpieczenia zapamiętuje stan awaryjny w przekaźniku pomocniczym. Ponowny start możliwy dopiero po świadomym skwitowaniu przez operatora — nigdy samoczynnie po ustąpieniu przyczyny. |
Blok 6. Bezpieczeństwo maszyn
Blok wymagający omówienia podstaw PN-EN 60204-1 i PN-EN ISO 13849-1 przed przystąpieniem do montażu.
| Nr | Układ | Opis |
|---|---|---|
| 6.1 | Zatrzymanie awaryjne — kategoria 0 | Natychmiastowe odcięcie zasilania napędu. Przycisk grzybkowy z ryglowaniem i zestykami o wymuszonym prowadzeniu, wpięty w obwód sterowania. Odblokowanie przycisku nie może powodować ponownego rozruchu. |
| 6.2 | Zatrzymanie awaryjne — kategoria 1 | Zatrzymanie sterowane (np. hamowanie), a dopiero po nim odcięcie zasilania przez przekaźnik czasowy. Porównanie z kategorią 0 i uzasadnienie wyboru dla konkretnej maszyny. |
| 6.3* | Przekaźnik bezpieczeństwa dwukanałowy | Dwukanałowe podłączenie E-stopu, kontrola rozbieżności kanałów, obwód sprzężenia zwrotnego (EDM) ze styków rozwiernych styczników, start z przyciskiem potwierdzenia. Próby: przerwanie jednego kanału, zwarcie kanału do masy. |
| 6.4 | Sterowanie dwuręczne | Dwa przyciski wymagające jednoczesnego wciśnięcia w oknie czasowym; puszczenie któregokolwiek zatrzymuje ruch. Zabezpieczenie przed obsługą jedną ręką i przed zablokowaniem przycisku. |
| 6.5 | Blokada osłony | Wyłącznik krańcowy bezpieczeństwa na osłonie: otwarcie zatrzymuje maszynę, zamknięcie nie uruchamia jej samoczynnie. Wariant z ryglowaniem osłony do czasu zatrzymania ruchu. |
Blok 7. Układy aplikacyjne
Zadania zbiorcze — każde wymaga połączenia kilku umiejętności z bloków wcześniejszych.
| Nr | Układ | Opis |
|---|---|---|
| 7.1 | Sterowanie pompą z czujnikami poziomu | Dwa pływaki (poziom dolny i górny) tworzące histerezę: pompa startuje przy poziomie dolnym, zatrzymuje się przy górnym. Warianty napełniania zbiornika i opróżniania. Zabezpieczenie przed suchobiegiem. |
| 7.2 | Naprzemienna praca dwóch pomp z rezerwą | Przy każdym cyklu startuje pompa przeciwna do poprzedniej (przekaźnik bistabilny). Przy awarii jednej — druga przejmuje pracę i włącza się sygnalizacja. Przy wysokim poziomie obie pracują równolegle. |
| 7.3 | Cykl automatyczny tam–powrót na krańcówkach | Napęd nawrotny sterowany wyłącznikami krańcowymi: ruch do krańcówki końcowej, automatyczna zmiana kierunku, zatrzymanie w pozycji wyjściowej. Warianty: cykl pojedynczy i praca ciągła wahadłowa. Krańcówki bezpieczeństwa poza krańcówkami roboczymi. |
| 7.4 | Przełącznik sieć–agregat (ręczny) | Ręczne przełączanie zasilania odbiorów z sieci na źródło rezerwowe, z pełną blokadą mechaniczną i elektryczną uniemożliwiającą zwarcie źródeł. Pozycja zerowa jako stan obowiązkowy przy przełączaniu. |
| 7.5 | Samoczynne załączenie rezerwy (SZR) | Automatyczna wersja 7.4: przekaźnik kontroli napięcia sieci wykrywa zanik, opóźnienie na odstrojenie od zakłóceń krótkotrwałych, rozkaz startu agregatu, przełączenie po ustabilizowaniu napięcia, powrót na sieć po jej odtworzeniu z opóźnieniem. |
- zaawansowane - do usunięcia