ELEKTRICKÉ ŘÍZENÍ PNEUMATICKÝCH A HYDRAULICKÝCH ZAŘÍZENÍ
UČEBNÍ TEXTY PRO VÝUKU MECHATRONIKY
1
OBSAH:
Úvod ........................................................................................................................................... 3 Elektrická schémata kontaktního řízení ..................................................................................... 6 Přehled vybraných schématických značek ............................................................................. 6 Označování elektrických předmětů ve schématech ............................................................. 10 Označení vodičů a svorek elektrických předmětů................................................................ 11 Druhy elektrických schémat kontaktního řízení................................................................... 12 Funkce základních řídících obvodů.......................................................................................... 14 Obvody přímo ovládané tlačítkem nebo vypínačem............................................................ 14 Nepřímé ovládání pomocí vypínače nebo tlačítek ............................................................... 14 Ovládání elektromagnetického ventilu vypínačem .......................................................... 15 Ovládání elektromagnetického ventilu dvojicí tlačítek.................................................... 15 Ovládání dvou elektromagnetických ventilů trojicí tlačítek ............................................ 16 Postupné ovládání dvou elektromagnetických ventilů trojicí tlačítek ............................. 16 Ovládání zařízení ze dvou míst ........................................................................................ 17 Dvouruční ovládání zařízení ............................................................................................ 18 Signalizační obvody ............................................................................................................. 19 Časově závislé spínání ......................................................................................................... 21 Postupné spínání dvou ventilů.......................................................................................... 21 Postupné spínání tří ventilů .............................................................................................. 21 Závěr......................................................................................................................................... 22 Použitá literatura ...................................................................................................................... 22
2
ÚVOD Tento učební text navazuje na učební texty Základní pojmy v elektrotechnice a Praktická aplikace elektrotechniky. Zaměřuje se na popis elektrického řízení pneumatických a hydraulických zařízení. Elektrické řízení rozšiřuje možnosti pneumatického nebo hydraulického řízení především v oblasti ovládání těchto systémů a signalizaci jejich funkce. Je nezbytnou podmínkou programového řízení s pomocí např. PLC automatů. Další výhodou elektrického řízení je jeho rychlost a možnost rozmístění ovládacích prvků do značných vzdáleností od pneumatického nebo hydraulického zařízení, protože je jednodušší na větší vzdálenosti použít elektrické kabely než hadice či trubky. S elektrickým řízením se v praxi můžeme setkat od nejjednodušších aplikací, jako je např. ovládání elektromagnetického ventilu spínačem, až po programově řízené systémy. Elektrický řídící systém si můžeme znázornit takto:
Napájecí obvody
Řídící obvody
Výkonné členy
Napájecí obvody Napájecími obvody rozumíme zdroje elektrické energie, jistící a ochranné prvky. Zdrojem elektrické energie může být elektrická síť, generátor, akumulátor apod. Jistícími a ochrannými prvky jsou přístroje, které chrání nejen vlastní elektrické zařízení proti nadproudům, zkratům (pojistky, jističe) a proti přepětí (přepěťové ochrany), ale i přístroje chránící osoby obsluhující elektrická zařízení (chrániče). Pro ovládání pneumatických a hydraulických systémů se obvykle používají elektrické zdroje s bezpečným stejnosměrným napětím 24 V. V praxi se také můžeme setkat s kombinovaným napájením řídících obvodů stejnosměrným napětím 24 V pro pneumatické nebo hydraulické systémy a s napájením řídících stykačových obvodů střídavým napětím 230 V 50 Hz.
3
Řídící obvody Řídící obvody jsou nejsložitější součástí elektrického řídícího systému, svou koncepcí a použitými prvky určují funkci celého pneumatického nebo hydraulického systému. Mezi nejčastěji používané přístroje patří: •
tlačítka a tlačítkové ovladače
•
vypínače a přepínače
•
koncové, tlakové, teplotní spínače
•
relé, časová relé, stykače
•
magnetické, indukční, kapacitní, optické snímače
•
signalizační přístroje pro optickou a akustickou signalizaci – signálky, zvonky, houkačky, měřicí přístroje, obrazovky apod.
•
jednotky pro řízení motorů – řízené zdroje, měniče kmitočtu
•
programové spínače a programovatelné automaty (PLC)
Výkonné členy Výkonnými členy rozumíme ty součásti zařízení, které vykonávají požadovanou činnost. Např. elektromotor pohání zařízení, elektromagnetický ventil přivede tlak do válce, elektromagnet odbrzdí pohon apod. Zpětná vazba řídícího systému Mezi výkonnými členy a řídícími obvody může být i zpětná vazba, jejímž úkolem je sledovat funkci výkonného členu a provádět potřebné korekce v řídícím obvodu, např.: •
při zatížení elektromotoru klesají otáčky, řídící obvod provede opatření proti poklesu (např. zvýšení napětí, kmitočtu apod.)
•
teplota zařízení se přiblíží maximální dovolené hodnotě, řídící obvody zapnou chlazení
•
pohyblivá část zařízení dosáhla krajní polohy, koncový spínač vypne pohon
•
digitální odměřovací systém kontroluje, zda se pohyblivá část zařízení přesunula do požadované polohy – pokud ne, provede příslušné korekce
Způsoby řízení •
Kontaktní řízení Spínání elektrických obvodů se provádí pomocí kontaktů spínacích přístrojů. Výhodou kontaktního řízení je dobrá vodivost a zaručené sepnutí nebo vypnutí obvodu. Nevýhodou je opalování kontaktů elektrickým obloukem a možnost jejich mechanického poškození vlivem namáhání při zapínání nebo vypínání.
•
Bezkontaktní řízení Pro spínání využívá elektronických součástek, kterými mohou být spínací tranzistory, tyristory, diaky a triaky. Při tomto způsobu spínání nevzniká elektrický oblouk a nevzniká
4
mechanické namáhání, proto při vhodné konstrukci jsou bezkontaktní spínače velice spolehlivé. Výhodou mohou být i malé rozměry těchto přístrojů a široké možnosti nastavení jejich funkce. Nevýhodou je větší odpor při sepnutém stavu a z toho vyplývající ztráty a zahřívání elektronických spínacích součástek. Ve vypnutém stavu je elektrický odpor nižší než u rozepnutého kontaktu, proto bezkontaktní spínání nelze použít pro bezpečné vypnutí elektrického zařízení – k bezpečnému vypnutí se použije hlavní vypínač, který mechanicky svými kontakty odpojí zařízení od zdroje. U bezkontaktních spínačů se často na výstup připojuje relé, které může spínat obvody jiných napěťových soustav. Způsoby ovládání •
Dotykové ovládání Při dotykovém ovládání dochází ke spínání nebo vypínání pomocí mechanické síly. Např. rukou stiskneme tlačítko nebo vypínač, otočíme páčkou přepínače, narážka stiskne koncový spínač apod.
•
Bezdotykové ovládání U bezdotykového ovládání nepůsobí na spínač mechanická síla. K sepnutí dochází vlivem změn magnetického nebo elektrostatického pole, působením světelných paprsků, zvukem nebo ultrazvukem, rádiovými vlnami apod. Spínání obvykle bývá bezkontaktní, může však být i kontaktní, jako např. jazýčkový kontakt ovládaný magnetickým polem.
Nejpoužívanější bezdotykové přibližovací snímače: Schematická značka
Druh snímače
Schematická značka
Druh snímače
Indukční
Optoelektronický
reaguje na kovové předměty – změnu magnetického pole
reaguje na světlo (infračervené záření)
Kapacitní
Ultrazvukový
při přiblížení předmětu dojde ke změně kapacity
vyhodnocuje dobu ozvěny odraženého signálu
5
ELEKTRICKÁ SCHÉMATA KONTAKTNÍHO ŘÍZENÍ Kontaktní řízení patří k nerozšířenějším způsobům ovládání pneumatických a hydraulických systémů. K jeho výhodám patří jednoduchost a přehlednost. S pomocí kontaktních spínacích přístrojů je možné realizovat celou řadu jednoduchých i složitějších aplikací. Elektrické obvody znázorňujeme ve schématech. V elektrotechnické dokumentaci se používá celá řada různých druhů schémat, která mají svoje specifická použití. Aby schémata byla přehledná, má každý elektrický prvek (přístroj, spotřebič, zařízení) svoji normalizovanou schématickou značku.
Přehled vybraných schématických značek Schematická značka
Popis
Poznámky
spínač, spínací kontakt
rozpínač, rozpínací kontakt
přepínač, přepínací kontakt
předstihový spínač – spínací kontakt
předstihový rozpínač – rozpínací kontakt
přepínač bez přerušení
spínač nerozpíná samostatně
Pokud má spínací přístroj spínací, rozpínací nebo přepínací kontakty, spínají tak, že nejprve vypne rozpínací kontakt a potom sepne spínací kontakt. Během přepínání jsou po krátkou dobu oba kontakty rozepnuté. Tato funkce spínání kontaktů se běžně používá u spínacích přístrojů
Pokud má spínací přístroj spínací, rozpínací nebo přepínací kontakty, spínají tak, že nejprve zapne spínací kontakt a potom teprve rozepne rozpínací kontakt. Během přepínání jsou po krátkou dobu oba kontakty současně zapnuté. Tato funkce spínání se používá tehdy, nemá-li během přepínání dojít k přerušení elektrických obvodů, např. při přepínání proudových rozsahů, řízení stejnosměrných motorů. Funkce přístroje je závislá na funkci dalšího zařízení
6
spínač se zpožděným spínáním, spínací kontakt časového relé se zpožděným zapínáním rozpínač se zpožděným zapínáním při návratu, rozpínací kontakt časového relé se zpožděným vypínáním
Tvar padáčku určuje, kterým směrem kontakt spíná okamžitě, a kterým s časovým zpožděním. Oba typy časových relé mohou mít jak spínací, tak rozpínací kontakty, popř. přepínací kontakty.
výkonový vypínač
Výkonový vypínač je v podstatě výkonový jistič, který kromě zapínání a vypínání chrání elektrické obvody před zkraty a přetížením.
třífázový (motorový) jistič se zkratovou a nadproudovou spouští
Chrání elektrické obvody před zkraty a přetížením
odpojovač
Používá se k bezpečnému a viditelnému odpojení elektrických obvodů, vypíná pouze obvody bez zatížení.
pojistka
Chrání elektrické obvody před nadproudy a zkraty, vadná pojistka se nesmí opravovat, pouze vyměnit za pojistku stejné hodnoty.
třífázové pojistky – 3x 10 A, typ D2 (patrony)
zásuvka (vlevo) s vidlicí (vpravo)
Značka se používá u všech rozpojitelných spojení – zásuvky, vidlice, konektrory apod.
ruční ovládání – obecně ovládání tlakem
Použití u tlačítek, vypínačů
ovládání tahem
Tahové vypínače ovládané šňůrou
ovládání otáčením
Otočné vypínače, přepínače
ovládání naklápěním
Naklápěcí vypínače, přepínače
7
ovládání pedálem
Pedál ovládaný nohou
odnímatelný ovládač
Ovládací mechanismus přístroje je odnímatelný
ovládání kladkou
Kladka je při pohybu mechanicky stlačena – koncový vypínač
ovládání elektromagnetickým spouštěčem
Spouštěče motorů – bez napětí je nelze zapnout, při výpadku napájení samočinné vypnou
ovládání tepelným spouštěčem
Nadproudové bimetalové ochrany
motorový pohon
Motorově poháněné přístroje – programový spínač
pístový pohon
Přístroj je ovládán pneumaticky nebo hydraulicky
uzamykatelný vypínač
Hlavní vypínače pracovních strojů
přibližovací ovládání
Sledování polohy
dotykové ovládání
K ovládání stačí pouhý dotyk
neuzavřená závora
Ovládání závory
závora v obou směrech aretace
Poloha je vymezena
přímé mechanické ovládání
Označení mechanického ovládání přístrojů
buzení pro impulzní relé
Impulzní relé je impulzy střídavě zapínáno a vypínáno
cívka elektromagnetu relé, stykače, jističe apod.
Obecné označení cívky elektromagnetického přístroje
cívka elektromagnetu se Elektromagnet určený pro dvě napětí, dvěma samostatnými zvýšení výkonu při zapínání vinutími elektromagnetu apod.
8
elektromagnetické relé se zpožděným odpadem
Relé vypne až po určité době od vypnutí řídícího napětí
elektromagnetické relé se zpožděným přítahem
Relé zapne až po určité době od připojení řídícího napětí
elektromagnetické relé se zpožděným přítahem i odpadem
Relé zapne až po určité době od připojení řídícího napětí a vypne až po určité době od vypnutí řídícího napětí
polarizované relé
Polarizované relé má kromě elektromagnetu ještě permanentní magnet, může mít tři polohy: zapnuto jedním směrem – vypnuto – zapnuto druhým směrem
relé řízená impulzy
Polarizované relé (impulzy střídavě zapíná a vypíná), krokový volič (při impulzu se pootočí o jednu polohu)
relé pro spínání blinkrů (5x za minutu)
Cyklicky spínající relé
zdroj světla obecně, žárovka, signálka
Nejčastěji používaná značka pro signalizaci
svodič přepětí
Přepěťová ochrana elektrických zařízení, svádí přepětí do země nebo ochranné soustavy
polovodičová dioda
Usměrnění střídavého proudu, oddělení obvodů dle polarity napětí
zenerova dioda
Stabilizace napětí, popř. přepěťová ochrana stejnosměrných elektronických obvodů – zapojuje se v nepropustném směru, proud vede až po překročení zenerova napětí
bipolární supresorová dioda
Jedná se v podstatě o dvojici protisměrně sériově spojených zenerových diod – přepěťová ochrana střídavých obvodů
9
usměrňovač
Obecná značka usměrňovače střídavého proudu
můstkový usměrňovač
Zjednodušené označené můstkového usměrňovače se 4 diodami
měnič proudu
Zařízení měnící stejnosměrný proud na střídavý – generátor kmitočtu
houkačka, siréna
Akustická signalizace používaná nejčastěji pro signalizaci výstrahy, mimořádného stavu nebo nebezpečí
zvonek
Akustická signalizace
galvanický článek, akumulátor
Chemické zdroje elektrického napětí. Baterie vzniká spojením dvou nebo více článků.
baterie – spojení dvou nebo více galvanických článků nebo článků akumulátorů
směr proudu, signálu
U stejnosměrných obvodů se orientuje od + k – pólu, u střídavých obvodů od fázového vodiče ke střednímu, popř. od napájecího vodiče ke společnému
Označování elektrických předmětů ve schématech A
konstrukční celek nebo skupina (bloky elektrického řízení složitějších zařízení)
B
převodník neelektrických veličin na elektrické (snímače tepla, tlaku, světla)
C
kondenzátor
D
zpožďovací člen, paměť
E
různé použití
F
ochranné zařízení (pojistka, jistič, chránič)
G
generátor (alternátor, dynamo, generátor kmitočtu)
H
signalizační zařízení (kontrolní žárovka, houkačka)
10
K
relé, stykač (pomocná a časová relé, výkonové stykače)
L
indukčnost (cívka, tlumivka)
M
motor
P
měřicí, zkušební přístroj
Q
výkonový spínač (hlavní vypínač, výkonové vypínače a přepínače)
R
rezistor (pevné a nastavitelné rezistory)
S
spínač (tlačítko, vypínač, přepínač, ovládací koncový spínač)
T
transformátor
U
modulátor, převodník (střídavý měnič, převodník kmitočtu)
V
polovodičový prvek (dioda, tranzistor, tyristor, triak)
X
svorka, zásuvka, vidlice, konektor
Y
elektricky ovládané mechanické zařízení (elektromagnetický ventil, spojka, brzda)
Z
zakončovací odpor, impedance, omezovací impedance (filtr, zakončovací odpor vedení)
K těmto písmenům se přidává ještě pořadové číslo elektrického předmětu, např, K1, S3, Q1.
Označení vodičů a svorek elektrických předmětů Označení proudových soustav: AC
střídavá soustava
DC
stejnosměrná soustava
Označení vodičů a svorek se provádí: •
u předmětů (transformátory, motory, spotřebiče)
•
na koncích vodičů
•
u vodičů v rozvodu s písmeny
Značení musí odpovídat dokumentaci, musí být výrazné, čitelné a trvanlivé. Druhy označení: •
písmenové nebo číslicové označení
•
grafickou značkou
•
barevným kódem
Písmenové nebo číslicové značení vodičů L
fázový vodič střídavé soustavy (AC), jednotlivé fáze L1, L2, L3
N
střední vodič fázové soustavy (AC) 11
L+
kladný pól stejnosměrné soustavy (DC)
L–
záporný pól stejnosměrné soustavy (DC)
M
střední vodič stejnosměrné soustavy (DC)
PE
ochranný vodič
PEN
vodič ochranný a pracovní
FE
vodič pracovního uzemnění
FB
vodič pracovního pospojování
Písmenové nebo číslicové značení svorek U
svorka pro 1. fázi (AC)
V
svorka pro 2. fázi (AC)
W
svorka pro 3. fázi (AC)
N
svorka pro střední vodič (AC)
PE
svorka pro ochranný vodič
PEN
svorka pro vodič ochranný a pracovní PEN
C, +
svorka pro kladný pól (DC)
D, –
záporný pól (DC)
M
svorka pro střední vodič (DC)
FB
svorka pro vodič pracovního pospojování
FE
svorka pro vodič pracovního uzemnění
Druhy elektrických schémat kontaktního řízení Bloková schémata Bloková schémata se používají ke znázornění funkce složitějších elektrických zařízení. Blokem se rozumí část elektrického zařízení s určitou funkcí, např. napájecí zdroj, řídící obvody, silnoproudé stykačové obvody, obvody pohonu apod. Podle složitosti zařízení může být blokem buď jednoduchý obvod a nebo i složitý celek. Na obrázku je blokové schéma stabilizovaného zdroje transformátor 230/20V, 100VA
můstkový usměrňovač
stabilizátor napětí
výstup 12V DC 5A
V blokových schématech mohou být vyjádřeny i vzájemné vazby jednotlivých bloků. Na příkladu schématu pohonu jsou vyjádřeny následující vazby: •
z připojovací rozvodnice je proud veden do napájecí části zařízení, které obsahuje jisticí prvky a transformátory pro řídící a signalizační obvody
12
•
z napájecí části je proud veden do části obsahují výkonové obvody s měničem kmitočtu pro asynchronní pohon a dále do vlastního pohonu
•
z napájecí části je napájen také blok řídících obvodů
•
blok řídících obvodů je ovládán z ovládacího panelu, do signalizačních přístrojů posílá informace o funkci celého zařízení
•
blok řídících obvodů řídí výkonové obvody a přijímá z nich informace o jejich funkci (napětí, proud, kmitočet apod.), které zpracovává (např. automatická regulace, signalizace mimořádného stavu, vypnutí v případě překročení stanovených hodnot)
•
blok řídících obvodů přijímá z asynchronního pohonu informace o otáčkách a provádí potřebné korekce
připojovací rozvodnice
napájecí část zařízení
ovládací panel signalizace
výkonové obvody
asynchronní pohon
řídící obvody • ovládání silové části • sledování odběru • kontrola otáček
Z blokových schémat sice snadno zjistíme funkci elektrického zařízení, nezjistíme však zapojení a funkci jednotlivých dílčích obvodů. Obvodová schémata (rozložené uspořádaná elektrická schémata) V obvodových schématech jsou rozkresleny jednotlivé obvody elektrického zařízení podle jejich funkce. Při kreslení se postupuje při svislém uspořádání obvodů z levé horní strany směrem dolů, další obvody se kreslí doprava, při vodorovném kreslení obvodů z levého horního rohu směrem doprava a další obvody se kreslí dolů. Z obvodových schémat snadno určíme funkci jednotlivých obvodů, proto se používají při oživování nových nebo při opravách již používaných zařízení. Podle obvodových schémat se však obtížně provádí např. montáž rozvaděčů, protože jednotlivé přístroje mají kontakty a cívky v různých obvodech. Pro tyto účely se používají montážní schémata, popř. zapojovací tabulky. Montážní (přehledová) schémata Na montážním schématu je znázorněno zapojení jednotlivých přístrojů s popisem, kam vodiče vedou. Popis je možné nahradit označení trasy propojovacího vedení. Montážní schémata mají velké uplatnění při výrobě elektrického zařízení složitějších strojních celků. Pro potřeby pochopení funkce řídících elektrických obvodů v pneumatických a hydraulických systémech se budeme dále zabývat pouze obvodovými schématy.
13
FUNKCE ZÁKLADNÍCH ŘÍDÍCÍCH OBVODŮ Obvody přímo ovládané tlačítkem nebo vypínačem Jedná se o nejjednodušší elektrické obvody, z nichž nejznámější je zřejmě ovládání zvonku. Zvonek zvoní, pokud je stisknuté tlačítko. Pokud tlačítko uvolníme, zvonek přestane zvonit.
Obdobné zapojení lze využít při ovládání elektromagnetických ventilů pneumatických nebo hydraulických zařízení. Na obrázku vlevo je schéma ovládání ventilu tlačítkem a na obrázku vpravo schéma ovládání ventilu vypínačem.
Tlačítkové ovládání se používá v případě, kdy doba činnosti zařízení je krátká (např. vysunutí pístu) a je výhodnější činnost zařízení ukončit uvolněním tlačítka. Dále se tlačítkové ovládání používá v případech, kdy je zapotřebí, aby obsluha po dobu činnosti zařízení byla u ovládacího panelu a nemohla odejít (podpůrné bezpečnostní opatření). Ovládání vypínačem se naopak používá tehdy, pokud má být zařízení v provozu delší dobu (např. zapnutí pneumatické spojky pohonu). Nevýhodou tohoto ovládání je skutečnost, že po obnovení přerušené dodávky proudu dojde k samočinnému spuštění zařízení, což v některých případech může ohrozit bezpečnost osob. Proto se používá tehdy, pokud je opětovné zapnutí požadováno.
Nepřímé ovládání pomocí vypínače nebo tlačítek Přímé ovládání má výhodu v jednoduchosti elektrických obvodů. S ohledem na proudovou zatížitelnost a konstrukci kontaktů tlačítek je možné jej využít pouze pro malé výkony. Jeho využití v automaticky řízených obvodech je omezené, protože v těchto obvodech je zapotřebí 14
zajistit návaznou funkci dalších obvodů, což s použitím pouze jednoho kontaktu tlačítka nebo vypínače není možné. Nepřímé ovládání s pomocí relé nebo stykačů umožňuje rozšíření funkcí řídících obvodů, protože relé i stykače mají větší počet spínacích, rozpínacích nebo přepínacích kontaktů.
Ovládání elektromagnetického ventilu vypínačem Vypínač S1 spíná proud do cívky relé K1. Relé sepne a svým kontaktem K1 sepne proud do cívky elektromagnetického ventilu Y1. Relé K1 současně může svými dalšími kontakty ovládat další obvody, např. signalizaci zapnutého (K1.1) a vypnutého (K1.2) stavu.
Ovládání elektromagnetického ventilu dvojicí tlačítek Obvod je ovládán tlačítky S2 (START) a S1 (STOP). Tlačítko S1 má rozpínací kontakt, který v klidovém stavu umožňuje průchod proudu na tlačítko S2 a kontakt relé K1.1. Stisknutím tlačítka S2 (START) je proud přiveden na cívku relé K1, které sepne. Tím dojde ke spojení kontaktu relé K1.2, který sepne proud do elektromagnetického ventilu Y1, a také k sepnutí kontaktu K1.1, který propojí tlačítko S2. Pokud tlačítko uvolníme, proud prochází dále přes kontakt relé K1.1. Pro takto zapojené kontakty se používá název stálodržný kontakt. Celý obvod vypneme tlačítkem S1 (STOP), které přeruší napájení obvodu a relé K1 vypne. Zároveň dojde k vypnutí ventilu Y1. Pro další sepnutí je nutné opět stisknout tlačítko S2 (START).
Tento, ale i další obvody nelze realizovat přímým řízením.
15
Ovládání dvou elektromagnetických ventilů trojicí tlačítek Zapojení lze využít pro ovládání dvou ventilů, které nesmí být zapnuty současně. Obvod je ovládán tlačítky S2 (START 1), S3 (START 2) a S1 (STOP). Tlačítko S1 má rozpínací kontakt, který v klidovém stavu umožňuje průchod proudu na tlačítka S2, S3 a kontakty obou relé K1.1, K2.1. Stisknutím např. tlačítka S2 (START 1) je proud přiveden na cívku relé K1, které sepne. Tím dojde ke spojení kontaktu relé K1.3, který sepne proud do elektromagnetického ventilu Y1, a také k sepnutí kontaktu K1.1, který propojí tlačítko S2. Pokud tlačítko uvolníme, proud prochází dále přes kontakt relé K1.1. Rozpínací kontakt relé K1.2 přitom rozpojí obvod do cívky relé K2, takže pokud bychom stiskli tlačítko S3 (START 2), nebude se nic dít. Celý obvod vypneme tlačítkem S1 (STOP), které přeruší napájení obvodu a relé K1 vypne. Pro další sepnutí je nutné stisknout tlačítko S2 (START 1) nebo S3 (START 2). Stisknutím tlačítka S3 (START 2) je proud přiveden na cívku relé K2, které sepne. Tím dojde ke spojení kontaktu relé K2.3, který sepne proud do elektromagnetického ventilu Y2, a také k sepnutí kontaktu K2.1, který propojí tlačítko S3. Pokud tlačítko uvolníme, proud prochází dále přes kontakt relé K2.1. Rozpínací kontakt relé K2.2 přitom rozpojí obvod do cívky relé K1, takže pokud bychom stiskli tlačítko S2 (START 1), nebude se nic dít. Celý obvod opět vypneme tlačítkem S1 (STOP), které přeruší napájení obvodu a relé K2 vypne. Pro další sepnutí je nutné stisknout tlačítko S2 (START 1) nebo S3 (START 2).
Postupné ovládání dvou elektromagnetických ventilů trojicí tlačítek Zapojení lze využít pro postupné ovládání dvou ventilů, druhý ventil lze zapnout teprve tehdy, až je zapnutý první. Obvod je ovládán tlačítky S2 (START 1 pro první ventil), S3 (START 2 pro druhý ventil) a S1 (STOP). Tlačítko S1 má rozpínací kontakt, který v klidovém stavu umožňuje průchod proudu na tlačítko S2 a kontakt relé K1.1. Stisknutím tlačítka S2 (START 1) je proud přiveden na cívku relé K1, které sepne. Tím dojde ke spojení kontaktu relé K1.2, který sepne proud do elektromagnetického ventilu Y1, a také k sepnutí kontaktu K1.1, který propojí tlačítko S2. Pokud tlačítko uvolníme, proud prochází dále přes kontakt relé K1.1.
16
Teprve nyní můžeme stisknutím tlačítka S3 (START 2) přivést proud na cívku relé K2, které sepne. Tím dojde ke spojení kontaktu relé K2.2, který sepne proud do elektromagnetického ventilu Y2, a také k sepnutí kontaktu K2.1, který propojí tlačítko S3. Pokud tlačítko uvolníme, proud prochází dále přes kontakt relé K2.1. Celý obvod vypneme tlačítkem S1 (STOP), které přeruší napájení obvodu a relé K1 vypne a tím vypne i relé K2. Zároveň dojde k vypnutí ventilů Y1 a Y2. Pro další sepnutí je nutné stisknout tlačítko S2 (START 1).
Z předcházejících zapojení je zřejmé, že vhodným využitím kontaktů relé a tlačítek lze realizovat celou řadu zapojení s odlišnými funkcemi.
Ovládání zařízení ze dvou míst Ovládáme-li jakékoliv zařízení ze dvou nebo více míst, zapojují se tlačítka STOP do série a tlačítka START paralelně. Na obrázku máme ovládání ze dvou míst, tlačítka S1 a S2 mají funkci STOP, tlačítka S3 a S4 mají funkci START.
17
Ovládání tlačítky z více míst se používá např. při ovládání osvětlení, odsávání, tj. u takových zařízení, která při spuštění nemohou nikoho ohrozit. U rozsáhlejších pracovních strojů a linek, které může obsluhovat i více osob, však není možné připustit, aby zařízení mohl spustit kdokoliv a odkudkoliv. Zde se obvykle z bezpečnostních důvodů používá pouze jedno tlačítko START na stanovišti vedoucího obsluhy, odkud je přehled o celém zařízení. Tlačítek STOP ale bývá více, aby bylo možné zařízení v případě nutnosti vypnout ze všech pracovišť.
Dvouruční ovládání zařízení Dvouruční ovládání se používá jako podpůrné bezpečnostní opatření u lisů, nůžek a podobných zařízení. Tím, že obsluha musí držet každou rukou stisknuté jedno tlačítko, nemůže strčit ruku do míst, kde by si mohla způsobit úraz. Tlačítka S1 a S2 realizují logickou funkci AND, to znamená, že proud do relé K1 je přiveden až po jejich současném stisknutí. Relé K1 spíná proud do elektromagnetického ventilu spojky pohonu.
Další zapojení je možné realizovat u klikových lisů s pneumaticky ovládanou spojkou a brzdou. Aby obsluha nemusela držet sepnutá tlačítka S1 a S2 také při pohybu beranu směrem nahoru, kdy již nebezpečí úrazu nehrozí, je zde použit programový spínač S3, který je nastaven tak, aby byl sepnutý pouze při pohybu beranu od dolní polohy k horní, kde musí vypnout. Při pohybu beranu směrem dolů je vypnutý. Obdobné zapojení pro obsluhu dvěma pracovníky je možné realizovat jako čtyřruční ovládání čtyřmi sériově zapojenými tlačítky.
18
Signalizační obvody Další schémata řeší zapojení signalizačních obvodů. Obecně můžeme říci, že pro signalizaci zapnutého stavu používáme spínací kontakty a pro signalizaci vypnutého stavu rozpínací kontakty. Na obrázku spínací kontakt relé K1.1 rozsvítí signálku zapnutého stavu H1 při sepnutí relé K1, v klidovém stavu relé K1 jeho kontakt K1.2 rozsvítí signálku vypnutého stavu H2.
Na dalších obrázcích si ukážeme různé způsoby, jak lze realizovat signalizaci stavu zařízení. Následující obvod řeší požadavek, aby se signálka H1 rozsvítila až tehdy, bude-li některé z reé K1, K2, K3 nebo K4 zapnuté. Jedná se o aplikaci logické funkce OR.
V následujícím schématu je řešen požadavek, aby signálka H1 svítila tehdy, pokud bude některé z relé K1, K2, K3 nebo K4 ve vypnutém stavu. Pokud budou všechna relé sepnuta, signálka H1 zhasne. Jedná se o negaci logické funkce OR, tedy o funkci NOR.
19
Signalizace v následujícím schématu má tři funkce: •
Signálka H1 bude svítit tehdy, budou-li současně sepnuta všechna relé, tj. K1, K2, K3 a K4 – logická funkce AND
•
Signálka H2 bude svítit pouze tehdy, budou-li všechna relé, tj. K1, K2, K3 a K4 ve vypnutém stavu – negace AND, tedy NAND
•
Signálka H3 bude svítit tehdy, bude-li současně sepnuté jedno z dvojice relé K1 nebo K2 a jedno z dvojice relé K3 nebo K4. Jedná se o kombinaci logických funkcí AND a OR. Možnosti jsou následující: o K1 + K3 o K1 + K4 o K2 + K3 o K2 + K4 o K1 + K2 + K3 o K1 + K2 + K4 o K1 + K3 + K4 o K2 + K3 + K4 o K1 + K2 + K3 + K4
Je zřejmé, že vhodným použitím kontaktů relé lze získat celou řadu možností signalizace. Připojíme-li míst signálky relé, získáme další možnosti pro řízení elektrických obvodů.
20
Časově závislé spínání Postupné spínání dvou ventilů Obvod je ovládán tlačítky S2 (START), S1 (STOP) a časovým relé K3 se zpožděným přítahem (zapínáním). Tlačítko S1 má rozpínací kontakt, který v klidovém stavu umožňuje průchod proudu na tlačítko S2 a kontakt relé K1.1. Stisknutím tlačítka S2 (START) je proud přiveden na cívku relé K1, které sepne, a na cívku časového relé K3 se zpožděným přítahem, které začne odpočítávat čas pro zapnutí. Zároveň dojde ke spojení kontaktu relé K1.2, který sepne proud do elektromagnetického ventilu Y1, a také k sepnutí kontaktu K1.1, který propojí tlačítko S2. Pokud tlačítko uvolníme, proud prochází dále přes kontakt relé K1.1. Po uplynutí nastavené doby zpožděného zapnutí časové relé K3 sepne a svým kontaktem K3.1 přivede proud do cívky relé K2, které kontaktem K2.2 sepne proud do elektromagnetického ventilu Y2. Celý obvod vypneme tlačítkem S1 (STOP), které přeruší napájení obvodu a relé K1, K2 a časové relé K3 vypnou. Zároveň dojde k vypnutí ventilů Y1 a Y2. Pro další sepnutí je nutné opět stisknout tlačítko S2 (START).
Postupné spínání tří ventilů Obvod je ovládán tlačítky S2 (START), S1 (STOP) a časovými relé K4, K5 se zpožděným přítahem (zapínáním). Tlačítko S1 má rozpínací kontakt, který v klidovém stavu umožňuje průchod proudu na tlačítko S2 a kontakt relé K1.1. Stisknutím tlačítka S2 (START) je proud přiveden na cívku relé K1, které sepne, a na cívku časového relé K3 se zpožděným přítahem, které začne odpočítávat čas pro zapnutí. Zároveň dojde ke spojení kontaktu relé K1.2, který sepne proud do elektromagnetického ventilu Y1, a také k sepnutí kontaktu K1.1, který propojí tlačítko S2. Pokud tlačítko uvolníme, proud prochází dále přes kontakt relé K1.1. Po uplynutí nastavené doby zpožděného zapnutí časové relé K4 sepne a svým kontaktem K4.1 přivede proud do cívky relé K2, které současně sepne kontaktem K2.1 proud do časového relé K5 a kontaktem K2.2 do elektromagnetického ventilu Y2.
21
Po uplynutí nastavené doby zpožděného zapnutí časové relé K5 sepne a svým kontaktem K5.1 přivede proud do cívky relé K3, které současně sepne kontaktem K3.2 proud do elektromagnetického ventilu Y3. Celý obvod vypneme tlačítkem S1 (STOP), které přeruší napájení obvodu a relé K1, K2, K3 a časová relé K4 a K5 vypnou. Zároveň dojde k vypnutí ventilů Y1, Y2 a Y3. Pro další sepnutí je nutné opět stisknout tlačítko S2 (START).
ZÁVĚR Z uvedených schémat je zřejmé, že s pomocí vhodně zapojených tlačítek, relé a časových relé je možné sestavit celou řadu elektrických řídících obvodů pro ovládání pneumatických a hydraulických systémů. Další možnosti přináší využití koncových spínačů, snímačů polohy, tlakových spínačů a jiných prvků. Zapojení se však stávají složitější a méně přehledná. U složitých obvodů je výhodné používat PLC automaty, které svým řídícím programem umožní realizovat i složité funkce. Problematika programování PLC automatů a jejich využití při řízení pneumatických a hydraulických systémů je obsahem dalších učebních textů.
POUŽITÁ LITERATURA Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku – Dietmar Schmid a kolektiv
22
