VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A INFORMATIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMATION AND COMPUTER SCIENCE
SYSTÉM ŘÍZENÍ VÝSUVNÝCH DVEŘÍ CONTROL SYSTEM FOR VERTICAL LIFT DOOR
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS
AUTOR PRÁCE
PETR ZOUHAR
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2007
ING. ZDENĚK NĚMEC, CSC.
Strana 3
ZADÁNÍ ZÁVĚREČNÉ PRÁCE (na místo tohoto listu vložte originál a nebo kopii zadání Vaš práce)
Strana 5
LICENČNÍ SMLOUVA (na místo tohoto listu vložte vyplněný a podepsaný list formuláře licenčního ujednání)
Strana 7
ANOTACE V této bakalářské práci se zabývám návrhem systému řízení výsuvných dveří speciální konstrukce. Analyzuji požadavky na automatické řízení chodu dveří, navrhuji koncepci řízení a zabezpečení chodu dveří. Vypracovávám nejvhodnější řešení, včetně přístrojového osazení a programového vybavení. Na závěr hodnotím navržený systém z hlediska technických vlastností, kvality řízení, životnosti a spolehlivosti. Tento systém řízení bude použit firmou JOFO s.r.o. na akci Hotel Metropol v Praze.
ABSTRACT In this bachelor thesis I focus on project of control system for vertical lift door with special construction. I analyse requirement on automatic controlling this door, propose concept of control system and provision work of this one. I design the optimal solution, inclusive of hardware and software. On the end of this thesis I evaluate designed system in light of technical properties, quality of control, lifetime and reliability. This system will be used by firm JOFO s.r.o. on order for Hotel Metropol in Prague.
KLÍČOVÁ SLOVA Vysuvné dveře, systém řízení, LOGO!
KEYWORDS Vertical lift door, control system, LOGO!
Strana 9
PODĚKOVÁNÍ: Upřímně děkuji vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Zdeňkovi Němcovi, CSc. za profesionální přístup, cenné rady a připomínky. Také bych rád poděkoval firmě JOFO s.r.o., především panu Vladimíru Rohovi za možnost realizace uvedeného systému řízení.
Strana 11
Obsah: Zadání závěrečné práce...................................................................................................3 Licenční smlouva.............................................................................................................5 Anotace.............................................................................................................................7 Poděkování:......................................................................................................................9 1 Úvod................................................................................................................................13 2 Rozbor úlohy..................................................................................................................15 2.1 Použítí běžně dostupných součástí................................................................................15 2.2 Plynulý rozběh a doběh a omezení záběrového proudu při rozběhu.............................15 2.2.1 Frekvenční měnič....................................................................................................................15 2.2.2 Softstartér................................................................................................................................16
2.3 Zastavení v dané pozici.................................................................................................17 2.3.1 Inkrementální čidlo (enkodér).................................................................................................17 2.3.2 Polohové spínače.....................................................................................................................18
2.4 Reakce na signál EPS....................................................................................................18 2.5 Zabezpečení proti překážkám v dráze pohybu..............................................................18 2.5.1 Světelná závora........................................................................................................................18 2.5.2 Systém mrtvého muže.............................................................................................................19
3
Koncepce řízení a volba přístrojů................................................................................21 3.1 Koncepce řízení.............................................................................................................21 3.2 Volba přístrojů...............................................................................................................21 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.2.8
4
Elektromotor............................................................................................................................21 Stykače....................................................................................................................................22 Softstartér................................................................................................................................22 Jističe.......................................................................................................................................23 Řídící jednotka........................................................................................................................23 Napájecí zdroj..........................................................................................................................25 Polohové spínače.....................................................................................................................25 Tlačítka a klíčový spínač.........................................................................................................26
Popis řešení.....................................................................................................................29 4.1 Zapojení.........................................................................................................................29 4.2 Logika ...........................................................................................................................30 4.3 Program.........................................................................................................................32 5 Aplikace vytvořeného řešení ........................................................................................37 5.1 Elektroinstalace.............................................................................................................37 5.2 Zhodnocení použitého řešení........................................................................................41 5.3 Poznatky získané při realizaci.......................................................................................41 5.4 Rozpočet........................................................................................................................41 6 Závěr...............................................................................................................................43 Seznam použité literatury.............................................................................................45
Strana 13
1
ÚVOD
Cílem mé práce je navrhnout systém řízení výsuvných dveří speciální konstrukce. Požadavek na navržení systému vznesla firma JOFO s.r.o., která jej použije při realizaci výsuvných dveří na akci Hotel Metropol v Praze. Výsuvné dveře jsou specifické především v použitém konstrukčním řešení pohonu a také v tom, že na těchto dveřích jsou ještě zavěšené další dvoukřídlé automatické dveře. Základní myšlenkou je, že se v letních měsících výsuvné dveře zvednou a vznikne široký vstup do budovy. V případě že budou dveře spuštěny, budou hosté procházet automatickými posuvnými dveřmi. Zvednutí dveří zajišťuje soustrojí závitových tyčí, hřídelí a převodovek, které je poháněno elektromotorem, umístěným pod stropem v 1. suterénu – viz. obr.1. Zavěšené automatické dveře mají vlastní řídící i pohonnou jednotku a budu je ovládat pouze ve vztahu k EPS – elektrická požární signalizace. Jako první analyzuji požadavky na automatické řízení a na chod dveří. Následuje návrh koncepce řízení a volba přístrojů. Dále rozpracovávám nejvhodnější řešení a na závěr toto hodnotím z hlediska technických vlastností, kvality řízení, životnosti a spolehlivosti. Součástí řešení je kompletní přístrojové a programové vybavení.
Závitová tyč Rám výsuvných dveří Pohon automatických dveří Automatické dveře
Převodovky
Elektromotor
Obr. 1 Axonometrie – pohled z budovy.
Strana 15
2
ROZBOR ÚLOHY
Základními požadavky je spolehlivost, kvalita a nízká cena. Spolehlivost je správně na prvním místě, protože náklady na opravy a prostoje jsou vyšší než případný rozdíl v počáteční ceně kvalitní a nekvalitní součásti. Při návrhu systému jsem respektoval požadavek na bezúdržbový provoz. Servisní prohlídka bude prováděna pouze 1x ročně. Další požadavky: ● ● ● ● ●
2.1
použít běžně dostupné součásti plynulý rozběh a doběh a omezení záběrového proudu při rozběhu zastavení v dané pozici správně reagovat na signál z EPS navrhnout zabezpečení proti překážkám v dráze pohybu
Použítí běžně dostupných součástí
Při realizaci jsem použil běžně dostupné součásti, převážně od firmy Siemens s.r.o. a Moeller Elektrotechnika s.r.o. Obě firmy jsem zvolil proto, že mají silnou pozici na trhu a je záruka v dostupnosti náhradních dílů, rychlém servisu a technické podpoře.
2.2
Plynulý rozběh a doběh a omezení záběrového proudu při rozběhu
Rázy, které vznikají při tvrdém rozběhu a doběhu, mají negativní vliv na životnost soustrojí a proto se je snažíme omezovat. Jedou z možností jak odstranit rázy, je použít elektrické zařízení, které umožní plynule rozbíhat a dobíhat elektromotor. V úvahu přichází frekvenční měnič nebo softstartér. Druhým problémem při rozběhu je záběrový proud. Při rozběhu mají trojfázové asynchronní motory velký záběrový proud, který může být až 15-krát větší než jmenovitý proud motoru. Při navrhování napájecích sití se musí vycházet právě z těchto záběrných proudů, především v jištění přívodů. 2.2.1 Frekvenční měnič Pokud chceme měnit otáčky elektromotoru, můžeme použít frekvenční měnič. Ten dokáže usměrnit střídavé napájecí napěti na stejnosměrné, které pak mění, ve střídačí, na požadované napětí s velkým rozsahem frekvence. Na obr.2 je zobrazen princip činnosti frekvenčního měniče - výstup ze střídače. Frekvenční měniče mohou být vybaveny dalšími funkcemi např. digitální a analogové vstupy, analogové a releové výstupy, PID regulátor, funkce brždění motoru, funkce regulace kroutícího momentu.
Obr. 2 Výstup ze střídače.
Strana 16
2 Rozbor úlohy
Nevýhodou je jejich vyšší pořizovací cena, vysoké náklady na odrušení, větší zastavovací rozměr a v některých prípadech nutnost provést stínění přívodů k motoru a použít tlumivky. Největší výhodou je regulace otáček, to znaméná že otáčky můžeme kdykoli měnit a nastavovat na takové, které právě potřebujeme. 2.2.2 Softstartér Softstartér je elektronické zařízení, které umí pomocí fázového řízení, postupně zvyšovat napětí na svorkách motoru až na plnou hodnotu jmenovitého napětí motoru. K fázovému řízení se používá polovodičových spínacích prvků, které jsou zapojeny jen ve dvou fázích. Třetí fáze je propojena, vstupní svorka na svorku výstupní. Princip je vidět na obr.3.
Obr. 3 Princip činnosti softstarteru Při použití softstatéru je proud motoru přímo úměrný napětí na svorkách motoru. To znamená, že pokud bude počáteční napětí např. na 50% Ue, bude záběrový proud na 50% záběrového proudu při přímém rozběhu - viz. obr.4.
Obr. 4 Průběh záběrového proudu Při rozběhu pomocí softstartéru také nedochází k rázům, protože záběrový moment je nižší. Moment je roven druhé mocnině napětí na svorkách motoru. Například při počátečním napětí 50% Ue je záběrový moment na 25% momentu při přímém spuštění – viz. obr.5.
2 Rozbor úlohy
Strana 17
Obr. 5 Graf průběhu záběrových momentů. Na softstartéru lze nastavovat dobu rozběhu, počáteční napětí a na některých také dobu doběhu. Charakteristika průběhu napětí v čase je na obr.6. Softstartér může být vybaven pomocnými kontakty.
Obr. 6 Časová rampa Nevýhodou je nemožnost regulace otáček a oproti měniči nemá žádné další funkce. Předností je nízká cena, malé rozměry, jednoduchá montáž na DIN lištu, snadné uvedení do provozu. Volba – pro náš účel je plně dostačující softstartér, splňuje jak požadavek na plynulý rozběh a doběh, tak požadavek na omezení záběrového proudu.
2.3
Zastavení v dané pozici
Byly dány jen dvě pozice ve kterých mají výsuvné dveře automaticky zastavit a to spodní koncová poloha a horní koncová poloha. Ač by se mohlo zdát, že je tento požadavek jednoduchý, je třeba si uvědomit, že nezastavení dveří má za následek veké materiální škody. Především při dojezdu do spodní polohy, kde je tolerance na zastavení pouze + 4mm. Na výběr máme dvě možnosti. Použít inkrementální čidlo nebo polohové spínače. 2.3.1 Inkrementální čidlo (enkodér) Toto optické čidlo slouží k převodu rotačního pohybu na el. signál – viz. obr.7. Generuje dvě sady fázově posunutých impulzů, podle kterých dokážeme vyhodnotit také smysl otáčení. Počet impulzů na
Strana 18
2 Rozbor úlohy
jednu otáčku se liší podle typu čidla. Montáž čidla je možná přímo na hřídel motoru. Enkodér můžeme použít, protože je pevně dán vztah mezi otačkami motoru a velikostí zdvihu výsuvných dveří. Nevýhodou je poměrně vysoká cena. Výhodou je, že bych dokázal detekovat pozici dveří po celé dráze pohybu.
Obr. 7 Inkrementální čidlo Siemens1XP8001-1 HTL 24V 2.3.2 Polohové spínače Na výběr máme různé druhy snímačů polohy. První skupinu tvoří bezdotykové snímače a druhou dotykové snímače. Bezdotykové jsou indukční, kapacitní, ultrazvukové a optické. Dotykové jsou klasické „koncáky“, které ovládá konzole na pohyblivé části.
Volba – rozhodl jsem se pro polohové spínače. Enkodér bych použil v kombinaci s frekvenčním měničem, kde bych mohl vyhodnocovat jak polohu, tak počet ot/min. V našem případě použiji dotykové polohové spínače.
2.4
Reakce na signál EPS
Protože se výsuvné dveře nacházejí v únikové cestě, jsou požadavky na jejich automatické reakce v případě poplachu. Na EPS jsou napojeny také posuvné automatické dveře. Reakce na poplach bude následující: ● Pokud jsou výsuvné dveře ve spodní koncové poloze, tak se na signál EPS otevřou automatické dveře a zůstanou otevřené po celou dobu poplachu. Po dobu poplachu, nelze s výsuvnými dveřmi pohybovat. Pokud jsou výsuvné dveře v horní koncové poloze, zůstanou v horní poloze a aut. dveře zůstanou zavřené. Po dobu poplachu, nelze s výsuvnými dveřmi pohybovat. ●
● Pokud nejsou výsuvné dveře v koncové poloze nebo jsou v pohybu, tak se na signál EPS začnou automaticky zvedat a zastaví se v horní koncové poloze. Aut. dveře zůstanou zavřené. Po dobu poplachu, nelze s výsuvnými dveřmi pohybovat.
2.5
Zabezpečení proti překážkám v dráze pohybu.
2.5.1 Světelná závora. Nejčastěji používaným zařízením, které detekuje překážku, ať už osobu nebo předmět, v dráze pohybu, je světelná závora. Může být jednopaprsková nebo vícepaprsková - viz. obr.8. Na jedné straně
2 Rozbor úlohy
Strana 19
je vysílač infračerveného paprsku (dosah až 150m) a na druhé příjímač. Narušení paprsku vyvolá reakci dle programu. Vícepaprskové clony bývají vybaveny vyhodnocovací jednotkou.
Obr. 8 Jednopaprsková a vícepaprsková závora. Bohužel v našem případě nelze světelná závora použít. Musela by být umístěná po obou stranách výsuvných dveří a v dostatečné vzdálenosti od pohybujících se částí. Znamenalo by to, z architektonického hlediska nežádoucí, rozšíření vodících sloupků. 2.5.2 Systém mrtvého muže. Alternativou je tzv. „Systém mrtvého muže“. Spočívá v tom, že kvalifikovaná osoba, po celou dobu pohybu výsuvných dveří, vizuálně kontroluje přilehlý prostor. Tlačítka ovládání pohybu dveří jsou umístěna v bočním vodícím sloupku a jsou aktivní po sepnutí klíčového spínače. Obsluha musí držet stisknuté tlačítko po celou dobu pohybu cca. 2 min., v případě nebezpečí tlačítko pustí a dveře se okamžitě zastaví. Vzhledem k tomu, že se uvažuje jen s malým počtem zvednutí a spuštění (ráno zvednou a večer spustit) je toto řešení akceptovatelné.
Strana 21
3
KONCEPCE ŘÍZENÍ A VOLBA PŘÍSTROJŮ
3.1
Koncepce řízení
Jedním z požadavků na řídící systém bylo, že má být modulární a univerzální. Předpokládá se, výroba obdobných zařízení i v budoucnosti a řídící systém by měl být přizpůsobytelný novému zadání. Z těchto důvodů jsem se rozhodl pro PA - programovatelný automat, vlastně neúplný PA a to pro „Logický modul“ LOGO! od firmy Siemens. Obdobná zařízení mají i další výrobci např. „Inteligentní relé EASY“ společnosti Moeller. Tato zařízení nahrazují klasická releová zapojení, jsou modulární koncepce a mají výborný poměr mezi cenou a užitnými vlastnostmi. Řídící a silové prvky jsou umístěny v samostatném rozvaděči a ovládací okruhy (polohové spínače a tlačítka) budou slaboproudé 24V DC.
3.2
Volba přístrojů
Jak jsem již psal v kapitole 2.1., je většina použitých přístrojů od firmy Siemens s.r.o. a Moeller Elektrotechnika s.r.o. Všechny prvky jsem volil tak, aby je bylo možné bezproblémově nahradit produktem konkurenční společnosti. Ceny jsou uvedeny bez DPH a jsou to ceny za které jsme zařízení koupili od firem Elprim-tech s.r.o. a Emas elektromateriál a.s..
3.2.1 Elektromotor V našem případě je pro pohon použit patkový trojfázový dvoupólový asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko, Siemens typ 1LA7 113-2AA60-ZG26 s brzdou. Brzda je nutná, protože použité převody nejsou samosvorné a také nám umožňuje přesně zastavit v požadované pozici. Parametry elektromotoru: Výkon 4 kW Otáčky 2905 ot/min Napájení 400V, 50 Hz Jmenovitý proud 7,8 A Napájení brzdy 230 V, 50 Hz Dodavatel Elprim-tech s.r.o. Cena 8 157,- Kč
Obr. 9 Patkový elektromotor
3 Koncepce řízení a volba přístrojů
Strana 22
3.2.2 Stykače Pro spínání zátěže použiji dva stykače Siemens LOGO! Contact 24V DC. Dva potřebuji z důvodu změny smyslu otáčení elektromotoru. Tyto stykače jsou vyrobeny v designu LOGO!. Montáž je přímo na DIN lištu 35mm. Parametry stykače: Spínaný výkon Ovládácí napětí Dodavatel Cena
4 kW 24V DC Elprim-tech s.r.o. 490,- Kč
Obr. 10 Stykač
3.2.3 Softstartér Pro náš elektromotor je vhodný softstartér Siemens Sirius 3RW3016-1CB14, na kterém lze nastavit doba rozběhu, počáteční napětí a doba doběhu obr. 10. Montáž je přímo na DIN lištu 35mm. Kontrolka Ready svítí když je softstarter pod napětím a bliká při rozběhu a doběhu. Kontrolka Bypassed svítí, když softstartér dosahne jmevitého napětí a polovodičové spínací prvky se přemostí. Na tuto velikost softstartéru S00 nelze připevnit ventilátor a proto je počet sepnutí, z důvodu možného přehřátí, omezen na 60 za hodinu.
Kontrolka pod napětím, rozběhu a doběhu. Kontrolka přemostění. Potenciometr doby rozběhu.
Potenciometr počátečního napětí.
Potenciometr doby doběhu.
Obr. 11 Softstarter Siemens Sirius 3RW3016-1CB14 Parametry softstartéru: Spínaný výkon Síťové napětí Ovládácí napětí Doba rozběhu Počáteční napětí Doba doběhu Dodavatel Cena
4 kW 400 V/50Hz 230V/50Hz 0 – 20 s 40% – 100% 0 – 20 s Elprim-tech s.r.o. 3 950,- Kč
3 Koncepce řízení a volba přístrojů
Strana 23
3.2.4 Jističe Potřebujeme dva jističe. Jeden pro elektromotor a jeden pro napájecí zdroj LOGO!Power. Prvním je trojfázový jistič Siemens Sirius 3RV1011-1JA10, který má jak funkci okamžité zkratové spouště, tak i funkci tepelné ochrany při přetížení. Druhým je jednofázový jistič Moeller PL7-B6/1. Parametry jističe Siemens Sirius 3RV: Pro výkon 4 kW Jmenovitý proud 10 A Rozsah nastavení tepelné spouště při přetížení 7 – 10 A Okamžitá zkratová spoušť 130 A Zkratová vypínací schopnost při AC 400V 50 kA Dodavatel Elprim-tech s.r.o. Cena 1 590,- Kč Parametry jističe Moeller PL7-B6/1: Jmenovitý proud 6A Zkratová vypínací schopnost při AC 230V 10 kA Dodavatel Emas elektromateriál a.s. Cena 119,- Kč
Potenciometr tepelné ochrany
Obr. 12 Jističe
3.2.5 Řídící jednotka Z nabídky mikrosystémů LOGO! jsem vybral typ LOGO! 12/24 RC. verze 0BA5 Písmena v názvu znamenají: 12/24 – napájecí napětí 12/24 V DC R – releové výstupy C – hodiny reálného času 0BA5 – rok uvedení 2005 Ještě může být v názvu písmeno „o“ a pak je LOGO! bez displeje. Základní označení je LOGO!BASIC – s LCD displejem a LOGO!PURE – bez displeje a kláves. Celkem se dá vybrat z osmi, v současné době dostupných variant, které pokrývají různá napájecí napětí, různé výstupy a volbu displeje. Samozřejmě lze LOGO! rozšiřovat pomocí modulů – modul s digitálními vstupy,
3 Koncepce řízení a volba přístrojů
Strana 24
modul s analogovými vstupy a komunikační modul. Montáž je přímo na DIN lištu 35mm.
AM 2 AQ
RUN/ STOP
6ED1 055-1M M00-0BA0
Obr. 13 LOGO!PURE, digitalní modul a analogový modul Zvolil jsem typ s obrazovkou, protože pak můžu sledovat a případně, prostřednictvím kláves, i měnit parametry nastavené v programu a dokonce i programovat což je sice možné ale dost nepřehledné. Naopak sledování a změna parametrů bez použití počítače je velice výhodná. Počítač se k LOGU! připojuje kabelem přes sběrnici RS232. Bohužel můj notebook již tento port nemá a tak jsem musel koupit redukci USB – RS232. Tento typ LOGA! má také dva vysokorychlostní čítací vstupy I5 a I6 které dokáží zpracovat signál až 2 kHz, takže by dokázal, v případě potřeby, zpracovat signál z inkrementálního čidla. Napájení
Digitální/Analogové vstupy
Možnosti napájecího napětí: DC 12 V DC 24 V
Podsvětlený LCD displej Konektor pro rozšiřovací moduly Konektor pro PC/modul Možnosti: konektor pro PC: upload/download, online sledování programu připojení paměťového modulu; kopírování; archivace; ochrana know-how
Klávesnice
Digitální výstupy
Programování přímo na modulu Změna parametrů (např. času, hodnoty čítače atd.) 4 další vstupy jako tlačítka
Relé (až 10A, AC 230 V)
Obr. 14 LOGO! 12/24RC
3 Koncepce řízení a volba přístrojů
Strana 25
Při nákupu jsem využil možnost objednat sadu LOGO! News Box - viz. Obr.11, za zvýhodněnou cenu, ta je určená pro zákazníky, kteří s LOGEM! začínají. Tato sada obsahuje LOGO! 12/24 RC, LOGO! PC kabel, software pro programování LOGA! LOGO! Soft Comfort V5.0 a tištěný manuál, bohužel pouze v angličtině nebo němčině, v češtině je k dispozici na www.siemens.cz. Dodavatel Cena
Elprim-tech s.r.o. 4 360,- Kč
Obr. 15 LOGO! News Box
3.2.6 Napájecí zdroj Pro napájení LOGA! použiji spínaný napájecí zdroj, ve stejném designu, LOGO! Power 24. Na výběr máme opět z několika typů, dle požadovaného výstupního napětí a proudu. Montáž je přímo na DIN lištu 35mm. Na zdroji je možno jemně doladit výstupní napětí a lze je řadit paralelně. Výhodou jsou dva páry výstupních svorek.
Kontrolka pod napětím.
Možnost jemného doladění výstupního napětí.
Obr. 16 LOGO! POWER 24 Parametry zdroje: Vstupní napětí Výstupní napětí Výstupní proud Dodavatel Cena
120/230V/50Hz 24 V DC 1,3 A Elprim-tech s.r.o. 1 460,- Kč
3.2.7 Polohové spínače Celkem potřebuji dvě dvojice polohových spínačů. Jednu pro detekci v horní poloze a druhou pro spodní polohu. První z dvojice spínačů dává povel softstartéru ke zpomalování a druhý vypíná
3 Koncepce řízení a volba přístrojů
Strana 26
stykač, čímž přerušuje napájení motoru a tím pádem i brzdy, která elektromotor zastaví. Využil jsem prvků společnosti Moeller Elektrotechnika s.r.o. LS Titan. Tyto mechanické polohové spínače jsou velice modulární. Základ tvoří tělo spínače, na které je možné, pomocí bajonetového spoje, připevnit různé druhy ovládacích hlavice, možnosti jsou na obr.17. Spínače jsou jak v plastovém tak kovovém provedení a jsou vybaveny bezešroubovými svorkami.
Obr. 17 Polohové spínače LS Titan Použitý typ LS-11/L, s nájezdovou pákou a kladkou, má spínací i rozpínací kontakty a je vidět na obr.18. Parametry spínače: Jmenovitý pracovní proud pro kontakty při 24V DC Spolehlivost (četnost chyb) při 24 V DC Mechanická životnost Dodavatel Cena
10 A 1chyba na 5x106 operací 8x107 operací Emas elektromateriál a.s. 237,- Kč Obr. 18 LS-11/L
3.2.8 Tlačítka a klíčový spínač. Protože je ocelová konstrukce výsuvných dveří obložena leštěným nerezovým plechem, jsou také tyto prvky v provedení nerez. Tlačítka typ Protact 150VA, výrobce Grothe - viz. obr 19. Klíčový spínač typ T6 K30BI54, výrobce Elektropřístroj Písek. Tlačítka: max. proud max. napětí Dodavatel Cena
1,3 A 24V AC/DC Emas elektromateriál a.s. 214,- Kč Obr. 19 Tlačítko
3 Koncepce řízení a volba přístrojů Klíčový spínač: Dodavatel Cena
Strana 27
Emas elektromateriál a.s. 471,- Kč
Obr. 20 Klíčový spínač
Strana 29
4 4.1
POPIS ŘEŠENÍ Zapojení
Veškeré silové a řídící prvky, mimo polohových spínačů, tlačítek a klíčového spínače, jsou umístěny v rozvaděči a jsou zapojeny dle schématu na obr.21. Ovládácí okruh pracuje s napětím 24V DC. Zajímavostí je připojení napájení brzdy motoru, to musí být připojeno pouze k fázi, kterou softstartér nemění, v našem případě k L3. Zapojení vstupů na LOGU! je dobře patrné ze schématu. Za povšimnutí stojí zapojení polohových spínačů na rozpínací kontakty. To mi umožní detekovat případné přerušení vodiče k spínači. Polohové spínače PH1 a PS1 dávají signál LOGU! aby softstartér začal zpomalovat elektromotor a spínače PH2 a PS2 dávají signál k přerušení napájení cívek stykačů. Tlačítka TN a TD jsou pod napětím až po sepnutí klíčového spínače. Výstupy jsou následující Q1 – spíná napájení (24V DC) cívky stykače K1 pro pohyb nahoru, Q2 – napájení cívky stykače K2 pro pohyb dolů. Stykač K2 má přehozené fáze z důvodu reverzace otáček motoru. Výstup Q3 spíná napájení (230V AC) ovládacího okruhu softstartéru. Ještě se zmíním o zapojení EPS. Protože musíme signálem z EPS obsloužit výsuvné i automatické dveře, je v případě poplachu signál přiveden na vstup I7. LOGO! vyhodnotí situaci a při splnění podmínek daných programem sepne výstup Q4, tím propojí okruh EPS automatických dveří a ty se otevřou. Požadované kontakty EPS jsou spínací bez potenciálu. Poslední vstup I8 zůstal neobsazen a dal by se případně využít pro signál ze světelné clony.
Obr. 21 Schéma zapojení
4 Popis řešení
Strana 30
4.2
Logika
Nejdříve si musíme uvědomit kolik máme vstupních proměnných a kolik výstupních funkcí. V našem případě máme 7 vstupních proměnných a 4 výstupní funkce. Vstupy : I1 – TN tlačítko nahoru I2 – TD tlačítko dolů I3 – PH1 polohový spínač horní 1 I4 – PH2 polohový spínač horní 2 I5 – PS1 polohový spínač spodní1 I6 – PS2 polohový spínač spodní 2 I7 – EPS signál elektrické požární signalizace Výstupy: Q1 – N nahoru Q2 – D dolů Q3 – IN výstup na softstartér Q4 – EPSD výstup na EPS dveří Pro vyjádření Booleových funkcí nám slouží pravdivostní tabulka. Pro 7 vstupů a 4 výstupy má 128 řádků (27), které odpovídají všem kombnacím vstupních proměnných a 11 sloupců. Pro její rozsah ji zde nebudu uvádět celou ale jen prvních 8 řádků – viz. obr.22. Do jednotlivých sloupců výstupních funkcí zapisujeme pouze 1, které odpovídají pravdivé kombinaci vstupních proměnných v příslušném řádku. Tabulku musíme vyplnit pečlivě, to znamená zvážit všechny kombinace a rozhodnout jak má program reagovat na každou kombinaci. Případná chyba se nám totiž projeví až při testování programu. Vstupní proměnné
Výstupní funkce
Obr. 22 Pravdivostní tabulka Jiný způsob vyjádření je použití Karnaughovy mapy. Ta se ale používá především k minimalizaci logických funkcí. Mapa je vlastně tabulka ve které jednotlivé buňky odpovídají kombinacím vstupních proměnných a sousední buňky se od sebe liší o hodnotu jediné proměnné. Tabulka je vodorovně a svisle označena čarami, které označují kde proměnná nabývá hodnoty 1. K čarám je vlevo nahoře přiřazena proměnná ke které patří. V ostatních neoznačených sloupcích a řádcích je proměnná rovna 0. Pro 7 proměnných bude tabulka obsahovat 8 řádků a 16 sloupců, to je 128 buněk, jak je vidět na obr. 23., a pro každou výstupní funkci budeme potřebovat 1 mapu. V mapě vyplníme pouze ty buňky , ve kterých výstupní funkce nabývá hodnoty 1, nuly se nazapisují.
4 Popis řešení
Strana 31
Obr. 23 Karnaughova mapa pro 7 proměnných Po vyplnění mapy můžeme přistoupit k minimalizaci funkce. Minimalizace využívá vlastnosti, Karnaughovy mapy, že se sousední buňky od sebe liší o hodnotu jediné proměnné. Sousední buňky, které obsahují 1, začneme spojovat do dvojic, čtveřic, osmic atd. Přičemž jedna 1 může náležet do několika smyček. Pro funkci N je mapa na obr. 24. Pro sestavení smyček platí následující pravidla. 1. Žádnou jedničku nesmíme vynechat – všechny musí být zakroužkované. 2. Každá jednička může být součástí několika smyček. 3. Přednostně se označují smyčky, které obsahují více 1, to znamená osmice před čtveřicemi, čtveřice před dvojicemi atd. 4. Smyček musí být co nejméně.
Obr. 24 Mapa pro výstupní funkci N Za sousední buňky se považují i rohové a krajní buňky. To znamená, že např. čtyři rohové 1 tvoří čtveřici, dvě krajové protilehlé 1 dvojici a podobně. Výslednou minimalizovanou algebraickou funkci přečteme z mapy a zapíšeme. Samotnou 1 popíšeme pomocí 7-mi proměnných, dvojici 6-ti proměnými, čtveřici 5-ti, osmici 4-mi atd. Logická funkce N. _____
______ _______
_____
N=TN.TD.EPS.PS2.PS1.PH1.PH2+PS2.EPS.PH1.PH2+PS2.EPS.PS1.PH2+TN ____
_____
____
_____
.PS2.TD.EPS.PH1.PH2+TN.PS2.TD.EPS.PS1.PH2
4 Popis řešení
Strana 32
Na obr.25 jsou mapy a algebraické zápisy dalších tří výstupních logických funkcí.
Obr. 25 Mapy a zápisy funkcí D, IN, EPSD
4.3
Program
Jednou z možností jak programovat LOGO! je použít program LOGO! Soft Comfort V5.0. V tomto programu můžeme vytvářet bloková schémata, takže programování je velice jednoduché a spočívá v přepisu algebraických funkcí do blokového schématu. Blokové schéma může obsahovat maximálně 130 funkčních bloků, 10 textových zpráv, 24 paměťových bitů a jeden posuvný registr. Vedle základních logických funkcí, obsahuje program také řadu speciálních funkcí, některé jsou uvedeny na obr.26. Jednotlivé funkční bloky se přetahují myší z menu na levé staně a následně se
4 Popis řešení
Strana 33
propojují. Postupujeme od vstupů k výstupům. Pro kontrolu správnosti propojení je možno označit blok, který nás zajímá a program obarví spoje náležející k bloku – viz. obr. 27.
Zpožděné zapnutí
Zpožděné vypnutí
Zpoždění zap/vyp
Zpožděné zapnutí s pamětí
Komfortní spínač
Týdenní spínací hodiny
Roční spínací hodiny
Dopředný a zpětný čítač
Analogový sledovač
Analogový rozdílový spínač
Samodržné relé
Pulzní proudové relé
Hranou spouštěné relé
Asynchronní Náhodný generátor pulzní generátor
Schodišťový spínač
Čítač provozních hodin
Porovnávač frekvence
Analogový Analogový komparátor spínač
Analogový zesilovač
Textová zpráva
Programovatelné tlačítko
Posuvný registr
Impulzní relé
Pulzní generátor
Obr. 26 Speciální funkce programu LOGO! Soft Comfort V5.0 Ikona pro zvýraznění propojení
Obr. 27 Programovací prostředí Po vytvoření programu je vhodné jej otestovat. Použijeme ikonu simulace a program nám zobrazí okno s vypínači - vstupy a žárovkami - výstupy, které nám signalizují stavy zapnuto (1) a vypnuto (0), také je vidět na kterých propojeních je 1(červená barva) a kde je 0 (modrá barva) – viz. Obr. 28. Spínáním vypínačů si ověříme funkčnost programu a reakce výstupů na jednotlivé kombinace vstupů. Po odladění programu už nám zbývá jen ho přenést do LOGA! Napřed ale musíme nakonfigurovat COM port, to provedeme výběrem portu v položce možnosti rozbalovacího menu nástroje. Pro odeslání programu do LOGA! je ikonka s červenou šipkou – viz. obr.29. Při odesílání nesmí být program v LOGU! spuštěný, pokud bude, Soft Comfort se Vás zeptá zda souhlasíte aby běh programu
4 Popis řešení
Strana 34 přerušil,když ano tak ho nahraje do LOGA! a přepíše původní program.
Obr. 28 Simulace programu Ikona pro přenos PC-LOGO!
Obr. 29 Volba COM portu
4 Popis řešení
Strana 35
Na obr.30 už je hotový program pro naše výsuvné dveře, tak jak jej dokáže program Soft Comfort vytisknout s popiskami. Nalevo jsou umístěné všechny vstupní bloky, uprostřed bloky NOT, AND, OR a vpravo jsou výstupy.
Obr. 30 Konečná verze programu
Strana 37
5
APLIKACE VYTVOŘENÉHO ŘEŠENÍ
Instalace vytvořeného řešení proběhla v měsících duben a květen 2007 na stavbě Hotelu Metropol v Praze.
5.1
Elektroinstalace
Elektroinstalaci silnoproudé části provedla odborná firma Kučera Oldřich a dodala k nim revizní zprávu. Zapojení ovládacích okruhů 24V DC jsem provedl sám. Na obr.31 je vidět kompletní zapojení rozvaděče, za povšimnutí stojí indikace napětí na vstupech I3,I4,I5 a I6 LOGA! Na tyto vstupy jsou připojeny polohové spínače a v tomto případě vstupy signalizují, že jsou výsuvné dveře v mezipoloze.
Indikace napětí na vstupech Obr. 31 Vystrojený rozvaděč
5 Aplikace vytvořeného řešení
Strana 38
Na obr. 32 je vidět také elektromotor zavěšený pod stropem prvního suterénu. Na elektromotor bude ještě vyroben kryt s akustickou vystýlkou.
Obr. 32 Umístění elektromotoru Na obr. 33 je ovládací panel výsuvných dveří, tlačítko nahoru, tlačítko dolů a klíčový spínač.
Obr. 33 Ovládací panel
5 Aplikace vytvořeného řešení
Strana 39
Sestavy polohových spínačů, horní polohy na obr.34 a spodní polohy na obr. 35, kde je vidět ovládací konzole. Závitová tyč pojezdu v ložiskovém domečku
PH2 PH1
Obr. 34 Horní polohové spínače
PS1 PS2
Obr. 35 Spodní polohové spínače
5 Aplikace vytvořeného řešení
Strana 40
A zde jsou celkové pohledy na výsuvné dveře na obr. 36 ve spuštěném stavu a na obr. 37 v jízdě nahoru.
Obr. 36 Výsuvné dveře ve spuštěné poloze
Obr. 37 Výsuvné dveře v jízdě
5 Aplikace vytvořeného řešení
5.2
Strana 41
Zhodnocení použitého řešení
Technické řešení hodnotím z mého pohledu jako velmi dobré. Zařízení je v současné době ve zkušebním provozu a při testování výsuvných a automatických dveří nedošlo k žádným poruchám na našem zařízení a systém řízení fungoval spolehlivě a přesně podle zadání. Spolehlivost a životnost systému se odvíjí od jeho nejslabšího článku, proto jsem použil jen komponenty od renomovaných firem a deklarované vlastnosti každého prvku jsou dostatečné pro několikaletý bezporuchový provoz.
5.3
Poznatky získané při realizaci
Poměrně dlouhou dobu zabrala analýza požadavků na funkci a chod dveří, především proto, že zákazník zadavatele měl protichůdné požadavky a některé byly v rozporu s ČSN. Jako velmi užitečné se ukázalo mít LOGO! s displejem, protože je na něm vidět, které vstupy jsou pod napětím. Stalo se, že dodavatel EPS tvrdil, že nám dává signál „ poplach“ a na displeji LOGA! bylo vidět, že tomu tak není. Také jsem mohl při zapojování ovládacího okruhu kontrolovat správnost zapojení jednotlivých prvků. Jedinou připomínku bych měl k zabezpečení. Pokud by se v budoucnosti měli obdobné dveře realizovat s větší četností pohybů, tak bych upřednostnil pro zabezpečení světelnou clonu. Přece jenom dvě minuty držet stisknuté tlačítko je trochu moc dlouhé. Při případných dalších realizacích bych zvážil možnost pohánět každou závitovou tyč samostatným elektromotorem a synchronizovat jejich otáčky, ušetřily by se finanční prostředky za převodovky , propojovací hřídele a oc.žlab pro převodovky.
5.4
Rozpočet Elektromotor Softstartér Jistič Sirius 3RV Jistič PL7-B6/1 2x Stykač LOGO!Contact 24 Napájecí zdroj LOGO!POWER LOGO! News Box 4x Polohové spínače 2x Tlačítko Klíčový spínač Elektroinstalace včetně materiálu
8 157,3 950,1 590,119,980,1 460,4 360,948,428,471,15 600,-
CELKEM
38 043,-
cena jen LOGO!12/24 RC 3 250,-
Strana 43
6
ZÁVĚR
Cílem mé bakalářské práce bylo navrhnou systém řízení výsuvných dveří specifické konstrukce, včetně přístrojového a programového vybavení. Výhodou pro mě bylo, že jsem současně i konstruktérem mechanické části výsuvných dveří a tím pádem jsem byl detailně obeznámen s danou problematikou. Po zdlouhavém začátku, kdy jsme si se zákazníkem zadavatele vyjasňovali jeho požadavky, jsem mohl přistoupit k návrhu systému řízení. Systém je modulární koncepce a jeho jádrem je logický modul LOGO! společnosti Siemens a.s., který obstarává řídící funkce. Dalším důležitým prvkem je softstartér Sirius 3RW od téže společnosti, ten mi umožňuje pozvolna rozbíhat a dobíhat elektromotor a omezovat záběrový proud. Dále jsem vybral ostatní přístrojové vybavení, navrhl schéma zapojení a vypracoval ovládací program pro LOGO!. Také jsem se aktivně účastnil realizace a odzkoušení systému. Navržený systém rízení byl realizován pro řízení dvojice výsuvných dveří v Hotelu Metropol v Praze. V současné době je ve zkušebním provozu a zadavatel počítá s jeho využitím i v budoucnosti. Myslím, že můžu konstatovat, že stanovené požadavky na systém řízení byly splněny a cíle této práce bylo dosaženo.
Strana 45
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Poliščuk, R.: Instrukce pro autory závěrečných prací, 2007, http://autnt.fme.vutbr.cz/doc/SZZ2007_Instrukce.pdf [2] Ivan Švarc; Základy automatizace, Skriptum VUT v Brně, FSI, 2002 [3] Polohové spínače, Jističe, [online] dostupné z http://www.moeller.cz ,Oficiální stránky společnosti Moeller Elektrotechnika s.r.o. 2005, [cit. 20.5.2007] [4] Mikrosystémy, [online] dostupné z WWW.siemens.cz , Oficiální stránky společnosti Siemens 2007, [cit. 20.5.2007] [5] Automatizace a pohony, [online] dostupné z WWW.siemens.cz , Oficiální stránky společnosti Siemens 2007, [cit. 20.5.2007] [6] LOGO! Manuál 0BA5 cz.pdf – osmé vydání,© Siemens s.r.o., 07/2005
