Konspekt zadania laboratoryjnego 2.1
Samopodtrzymanie z dominacją wyłączenia
Uwaga o strukturze. Ten dokument jest jednocześnie wzorcem konspektu dla pozostałych zadań z listy. Kolejność sekcji 1–9 pozostaje niezmienna niezależnie od tematu; zmienia się wyłącznie zawartość. Sekcje oznaczone [U] wypełnia uczeń podczas zajęć — nie wolno ich podawać gotowych w materiale wyjściowym.
Metryczka
| Pole | Wartość |
|---|---|
| Numer zadania | 2.1 |
| Blok tematyczny | 2. Układy z pamięcią |
| Temat | Samopodtrzymanie z dominacją wyłączenia (układ START/STOP) |
| Czas realizacji | 2 × 45 min (projekt 45 min, montaż i testy 45 min) |
| Forma pracy | Zespoły 2-osobowe |
| Wymagania wstępne | Zadania 1.1–1.3 (koniunkcja, alternatywa, negacja); umiejętność odczytu schematu; szkolenie BHP przy urządzeniach do 1 kV |
| Napięcie obwodu sterowania | 230 V AC (zalecane 24 V AC/DC dla grup początkujących) |
1. Cel zadania
1.1. Cel główny
Zbudowanie i uruchomienie obwodu sterowania stycznikiem, w którym krótkotrwały sygnał załączający powoduje trwałą zmianę stanu układu, a stan ten jest utrzymywany przez zestyk pomocniczy samego stycznika.
1.2. Efekty kształcenia
Po wykonaniu zadania uczeń:
- wyjaśnia różnicę między sterowaniem stanem sygnału a sterowaniem ze zdefiniowaną pamięcią stanu,
- rysuje schemat obwodu sterowania z samopodtrzymaniem i poprawnie oznacza zaciski aparatów,
- dobiera stycznik i przekaźnik termiczny do zadanego silnika,
- montuje obwód główny i sterowania zgodnie ze schematem,
- weryfikuje działanie układu według planu testów i dokumentuje wynik,
- uzasadnia, dlaczego przy jednoczesnym wciśnięciu START i STOP układ pozostaje wyłączony i jakie ma to znaczenie dla bezpieczeństwa.
2. Podstawy teoretyczne
Zestyki przycisków sterowniczych są niestabilne — wracają do położenia spoczynkowego po zwolnieniu nacisku. Obwód zbudowany wyłącznie na przycisku utrzymuje odbiornik w pracy tylko tak długo, jak długo operator trzyma przycisk (praca impulsowa, zadanie 4.1). Aby uzyskać pracę ciągłą, obwód musi zapamiętać zdarzenie „naciśnięto START".
Funkcję pamięci realizuje zestyk pomocniczy zwierny stycznika, połączony równolegle do przycisku START. Sekwencja jest następująca:
- Naciśnięcie S1 zamyka obwód cewki K1.
- Stycznik zadziała i zamyka swój zestyk pomocniczy 13–14.
- Zwolnienie S1 nie przerywa obwodu, ponieważ prąd cewki płynie teraz przez zestyk 13–14 — układ podtrzymuje się sam.
- Przerwanie obwodu przyciskiem S0 powoduje odpadnięcie stycznika, otwarcie zestyku 13–14 i trwałe wyłączenie.
Dominacja wyłączenia wynika z topologii: przycisk S0 (zestyk rozwierny) znajduje się szeregowo przed węzłem rozgałęzienia gałęzi START i gałęzi podtrzymania. Jego rozwarcie przerywa obie ścieżki jednocześnie, więc żaden sygnał załączający nie może go „obejść".
2.1. Zapis funkcji logicznej
K1 = (S1 + K1) · S0 · F1
gdzie:
S1— przycisk START (zestyk zwierny), stan 1 = wciśniętyS0— przycisk STOP (zestyk rozwierny), stan 1 = niewciśnięty (obwód zamknięty)F1— zestyk przekaźnika termicznego 95–96, stan 1 = brak zadziałaniaK1w nawiasie — sprzężenie zwrotne przez zestyk pomocniczy
2.2. Tabela stanów [U]
| S1 (START) | S0 (STOP) | K1 poprzedni | K1 następny | Uwagi |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 0 | ||
| 1 | 1 | 0 | ||
| 0 | 1 | 1 | ← podtrzymanie | |
| 0 | 0 | 1 | ||
| 1 | 0 | 1 | ← konflikt sygnałów | |
| 1 | 0 | 0 | ← konflikt sygnałów |
3. Założenia projektowe
Wymagania funkcjonalne, które musi spełnić gotowy układ:
| ID | Wymaganie | Sposób weryfikacji |
|---|---|---|
| W1 | Naciśnięcie i zwolnienie przycisku START uruchamia silnik na stałe | Test T1 |
| W2 | Naciśnięcie przycisku STOP zatrzymuje silnik | Test T2 |
| W3 | Przy jednoczesnym wciśnięciu START i STOP silnik nie pracuje | Test T3 |
| W4 | Zanik i powrót napięcia zasilania nie powoduje samoczynnego rozruchu | Test T4 |
| W5 | Zadziałanie przekaźnika termicznego zatrzymuje silnik | Test T5 |
| W6 | Stan pracy jest sygnalizowany optycznie | Test T6 |
3.1. Dane wejściowe
- Silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy: P = 1,1 kW, U = 400 V, In = 2,6 A, praca ciągła S1
- Zasilanie: 3 × 400/230 V AC, 50 Hz
- Kategoria użytkowania stycznika: AC-3
4. Projekt
4.1. Wykaz aparatów [U — uczeń uzupełnia typ i nastawę]
| Ozn. | Aparat | Parametry wymagane | Typ dobrany | Nastawa |
|---|---|---|---|---|
| Q1 | Rozłącznik / wyłącznik silnikowy | I ≥ In silnika | ||
| F1 | Przekaźnik termiczny | zakres obejmujący 2,6 A | ||
| K1 | Stycznik | AC-3, ≥ 1,1 kW / 400 V, cewka 230 V AC, min. 1 zestyk pomocniczy NO | — | |
| S0 | Przycisk STOP | czerwony, zestyk rozwierny NC | — | |
| S1 | Przycisk START | zielony, zestyk zwierny NO | — | |
| H1 | Lampka sygnalizacyjna „PRACA" | zielona, 230 V AC | — | |
| H2 | Lampka sygnalizacyjna „AWARIA" | czerwona, 230 V AC | — |
Zasada doboru stycznika: prąd znamionowy w kategorii AC-3 musi być większy lub równy prądowi znamionowemu silnika, a napięcie cewki zgodne z napięciem obwodu sterowania. Nastawę przekaźnika termicznego ustawia się na prąd znamionowy silnika odczytany z tabliczki znamionowej.
4.2. Schemat obwodu głównego [U]
Uczeń rysuje samodzielnie. Kolejność aparatów od góry: zasilanie L1/L2/L3 → Q1 → zestyki główne K1 (1–2, 3–4, 5–6) → F1 → zaciski silnika U/V/W.
4.3. Schemat obwodu sterowania
Schemat poglądowy w zapisie drabinkowym:
L (faza sterownicza)
│
├──[ F1 ]──┬──[ S0 ]──┬──────[ S1 ]──────┬──( K1 )──┐
│ 95 96 │ 1 2 │ 3 4 │ A1 A2 │
│ │ │ │ │
│ │ └──[ K1 13─14 ]────┘ │
│ │ │
│ └──[ K1 23─24 ]──────────────( H1 )──────┤
│ │
└──[ F1 97─98 ]────────────────────────( H2 )───────┤
│
N (zero sterowniczy) ────────────────────────────────
Punkty krytyczne schematu:
- S0 leży przed węzłem, w którym rozgałęziają się gałąź S1 i gałąź podtrzymania — to jest źródło dominacji wyłączenia.
- Zestyk podtrzymania 13–14 jest równoległy wyłącznie do S1, nigdy do S0.
- Lampka H1 zasilana jest z osobnego zestyku pomocniczego 23–24, nie równolegle do cewki — dzięki temu sygnalizuje faktyczne zadziałanie stycznika, a nie samo podanie napięcia na cewkę.
4.4. Wariant do porównania
Przeniesienie S0 do gałęzi podtrzymania (szeregowo z zestykiem 13–14, za węzłem) zamienia układ na dominację załączenia — zadanie 2.2. Porównanie obu topologii jest przedmiotem dyskusji w sekcji 7.
5. Realizacja
5.1. Zasady BHP
- Montaż wyłącznie przy odłączonym i sprawdzonym braku napięcia.
- Sprawdzenie ciągłości obwodu ochronnego PE przed pierwszym załączeniem.
- Pierwsze załączenie wyłącznie w obecności prowadzącego.
- Przy próbach pod napięciem nie dotykać zacisków ani przewodów.
5.2. Kolejność montażu
- Rozmieszczenie aparatów na płycie / szynie DIN i ich opisanie.
- Montaż obwodu głównego: zasilanie → Q1 → K1 → F1 → silnik.
- Montaż przewodu ochronnego PE do obudowy silnika i płyty montażowej.
- Montaż obwodu sterowania — gałąź po gałęzi, zgodnie ze schematem, z odhaczaniem połączeń na wydruku.
- Ustawienie nastawy przekaźnika termicznego.
- Kontrola wzrokowa: zgodność ze schematem, momenty dokręcenia, brak odizolowanych żył wystających poza zacisk.
- Sprawdzenie ciągłości obwodów miernikiem, przy odłączonym zasilaniu — w szczególności próba, czy zestyk podtrzymania nie został omyłkowo wpięty równolegle do S0.
6. Uruchomienie i testy
Każdy test wykonujemy w podanej kolejności i dokumentujemy wynik. Wynik negatywny oznacza przerwanie prób, odłączenie zasilania i lokalizację usterki.
| Nr | Czynność | Oczekiwany rezultat | Wynik [U] |
|---|---|---|---|
| T0 | Załączenie Q1 bez działań operatora | Silnik nie pracuje; H1 zgaszona | |
| T1 | Krótkie naciśnięcie i zwolnienie S1 | Silnik startuje i pracuje po zwolnieniu przycisku; H1 świeci | |
| T2 | Naciśnięcie S0 | Silnik zatrzymuje się; H1 gaśnie; po zwolnieniu S0 nie startuje ponownie | |
| T3 | Wciśnięcie i przytrzymanie S0, następnie naciskanie S1 | Silnik nie startuje mimo sygnału START — weryfikacja dominacji wyłączenia | |
| T4 | Podczas pracy silnika wyłączenie Q1, odczekanie 5 s, ponowne załączenie Q1 | Silnik nie uruchamia się samoczynnie; wymagane ponowne naciśnięcie S1 | |
| T5 | Symulacja zadziałania przekaźnika termicznego (przycisk TEST) | Silnik zatrzymuje się; H2 świeci; start niemożliwy do czasu resetu F1 | |
| T6 | Pomiar prądu w jednej fazie podczas pracy | Wartość zbliżona do In z tabliczki znamionowej |
6.1. Typowe usterki i ich objawy
| Objaw | Prawdopodobna przyczyna |
|---|---|
| Silnik pracuje tylko przy trzymanym S1 | Brak połączenia zestyku podtrzymania lub użyto zestyku rozwiernego zamiast zwiernego |
| Silnik nie daje się zatrzymać przyciskiem S0 | Zestyk podtrzymania wpięty równolegle do S0 zamiast do S1 |
| Stycznik „brzęczy" | Zbyt niskie napięcie sterowania lub zanieczyszczony rdzeń |
| Silnik startuje sam po załączeniu Q1 | Zwarcie omijające przycisk S1 albo pozostawiony mostek montażowy |
| Zadziałanie zabezpieczenia zwarciowego przy starcie | Błąd w obwodzie głównym lub zwarcie w obwodzie sterowania |
7. Analiza i pytania kontrolne [U]
- Który element obwodu pełni funkcję pamięci i dlaczego nie może to być zestyk przycisku?
- Wskaż na schemacie węzeł decydujący o dominacji wyłączenia. Co zmieniłoby przeniesienie S0 za ten węzeł?
- Dlaczego przycisk STOP realizujemy na zestyku rozwiernym, a nie zwiernym? Rozważ przypadek przerwania przewodu prowadzącego do przycisku.
- Który z wariantów — dominacja wyłączenia czy załączenia — zastosujesz w sterowaniu napędem, a który w układzie sygnalizacji? Uzasadnij.
- Jakiemu blokowi funkcyjnemu w sterowniku PLC odpowiada zbudowany układ?
- Test T4 potwierdza spełnienie konkretnego wymagania normy dotyczącej wyposażenia elektrycznego maszyn. Czego dotyczy to wymaganie?
8. Kryteria oceny
| Obszar | Punkty | Kryterium |
|---|---|---|
| Projekt | 0–20 | Poprawność schematu, oznaczeń zacisków i doboru aparatów |
| Montaż | 0–20 | Zgodność ze schematem, jakość połączeń, estetyka, PE |
| BHP | 0–15 | Praca przy odłączonym napięciu, sprawdzenia przed załączeniem |
| Testy | 0–25 | Wykonanie wszystkich prób, poprawne udokumentowanie wyników |
| Diagnostyka | 0–10 | Samodzielna lokalizacja i usunięcie ewentualnej usterki |
| Wnioski | 0–10 | Odpowiedzi na pytania kontrolne |
Warunek zaliczenia: pozytywny wynik testów T1–T5 oraz brak naruszeń zasad BHP. Naruszenie BHP oznacza ocenę niedostateczną niezależnie od pozostałych punktów.
9. Rozszerzenia
Dla zespołów, które ukończą zadanie przed czasem:
- R1 — dodanie drugiego stanowiska sterowania (przejście do zadania 2.3): drugi START równolegle, drugi STOP szeregowo.
- R2 — przebudowa na dominację załączenia (zadanie 2.2) i powtórzenie testu T3 z porównaniem wyników.
- R3 — dodanie licznika godzin pracy sterowanego zestykiem pomocniczym stycznika.
- R4 — zapis funkcji układu w postaci programu drabinkowego dla sterownika PLC i porównanie liczby fizycznych połączeń.
Załącznik: schemat pustej karty pracy
Karta wydawana uczniom zawiera wyłącznie: metryczkę, sekcję 3 (założenia), puste tabele z sekcji 2.2, 4.1, 4.2, 4.3 i 6, oraz pytania z sekcji 7. Sekcje 2, 5 i 8 pozostają w materiale prowadzącego.