Laboratorium Podstaw Automatyki

Przekaźnikowe układy przełączające

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Copyright © ASIT 2007 (www.asit.pl)

3

CEL ĆWICZENIA

Zapoznanie z prostymi układami przełączającymi, metodami ich realizacji na

elektrycznych elementach łączeniowych (stycznikach) oraz w języku diagramu

drabinkowego. Zadanie praktyczne polega na zbudowaniu i przetestowaniu kilku układów

kombinacyjnych na elementach stykowych oraz zakodowaniu ich odpowiedników w

diagramie drabinkowym (sterowniku PLC).

WPROWADZENIE TEORETYCZNE

Podstawowe informacje o układach przełączających, programowalnych sterownikach

logicznych oraz tworzeniu diagramów drabinkowych w środowisku ZEN Support Software

zawarto w oddzielnym opracowaniu pt. Wprowadzenie do projektowania automatycznych

układów przełączających.

4

OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO

Stanowisko ćwiczeniowe składa się z dwóch paneli. Na pierwszym z nich, nazwanym

panelem stycznikowym (rys.1.), zamontowane są podstawowe elementy stosowane w

przekaźnikowych układach przełączających:

przyciski sterownicze P1, P2, P3, P4 (przycisk P1 jest podświetlany lampką L1);

przekaźniki elektryczne K1, K2;

przekaźnik czasowy o funkcji „opóźnione załączanie” – Kt3;

przekaźnik czasowy o funkcji „opóźnione wyłączanie” – Kt4;

lampki kontrolne L1, L2, L3;

urządzenie wykonawcze – silnik prądu stałego M (24VDC);

zaciski (złącza bananowe) napięcia sterowniczego 24V (prąd stały).

Elementy łączy się przy pomocy przewodów zakończonych wtykami bananowymi.

Na drugim panelu stanowiska – panelu wiertarki – zamontowany jest model

automatycznego stanowiska wiertarskiego zasilanego sprężonym powietrzem, którego

schemat poglądowy przedstawiono na rys.2. Pod modelem zainstalowany jest programowalny

sterownik logiczny serii ZEN–20 (produkcji OMRON). Zaciski czterech wejść sterownika

I0

÷

I3 oraz styki przekaźników wyjściowych Q0

÷

Q3 doprowadzone są do gniazd bananowych

(rys.3.) i mogą być łączone przy pomocy przewodów z elementami na panelu stycznikowym

(przyciskami, lampkami, przekaźnikami).

Sposób przyporządkowania elektrozaworów pneumatycznych modelu wiertarki do

przekaźników wyjściowych sterownika (Q2

÷

Q7) przedstawiono na rys.2. Schemat ilustruje

także połączenia wyłączników krańcowych na siłownikach modelu z wejściami sterownika

(I4

÷

I9).

UWAGA! Styki przekaźników wyjściowych Q2 oraz Q3 przyłączone są do gniazd

bananowych panelu wiertarki (rys.3) ale jednocześnie połączone są z elektrozaworem

siłownika osłony modelu (rys.2). Jeżeli wyjście Q2 lub/i Q3 nie są wykorzystywane w

danej chwili do sterowania pracą modelu wiertarki to należy koniecznie odłączyć

zasilanie modelu sprężonym powietrzem przez wciśnięcie przycisku ENERGIA STOP na

panelu wiertarki.

5

Panel z modelem stanowiska wiertarskiego wymaga do poprawnej pracy

doprowadzenia napięcia zasilającego (sterowniczego) z sąsiedniego panelu (gniazda

bananowe oznaczone 0V oraz 24V – rys.3).

Rys.1. Schemat rozmieszczenia elementów na stanowisku ćwiczeniowym (panel stycznikowy)

M

Kt4

Kt3

+

-

+

-

+

P1

L2

L3

24

V

S

U

0

V

L1

P3

P4

P2

K1

+

-

K2

+

-

6

Rys.2. Schemat budowy modelu automatycznego stanowiska wiertarskiego (panel wiertarki)

Rys.3. Schemat wyprowadzeń wejść oraz wyjść sterownika na panelu wiertarki do swobodnego

wykorzystania (łączenia z elementami stycznikowymi)

3

I9

I8

2

I7

I6

Y6

Y7

Q

6

Q7

Y4

Y5

Q

4

Q5

1 – siłownik osłony

2 – siłownik uchwytu

3 – siłownik wrzeciona

Qx –

nr wyj

ś

cia PLC steruj

ą

cego

cewk

ą

elektrozaworu

I

y –

nr wej

ś

cia PLC poł

ą

czonego

z wył

ą

cznikiem kra

ń

cowym

1

I5

I4

Y3

Y2

Q

2

Q3

P

rogrammable

L

ogic

C

ontroller

OMRON ZEN-20

0

V

Q

0

Q

1

Q

2

Q

3

24

V

+

I

1

+

I

2

+

I

3

+

+

+

I

0

7

PRZEBIEG ĆWICZENIA

UWAGA! Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia:

koniecznie zapoznaj się z budową stanowiska laboratoryjnego,

powiadom osobę prowadzącą zajęcia o zauważonych uszkodzeniach aparatury (np.

obluzowane lub przetarte przewody elektryczne),

zapoznaj się z całą procedurą przebiegu ćwiczenia podaną poniżej.

Ć

wiczenie polega zbudowaniu i przetestowaniu kilku układów kombinacyjnych na

elementach stykowych oraz zakodowaniu ich odpowiedników w diagramie drabinkowym

(sterowniku PLC).

1. Odłącz wszystkie przewody z wtykami bananowymi z gniazd obu paneli stanowiska

ć

wiczeniowego. Wciśnij czerwony przycisk ENERGIA STOP na panelu wiertarki.

2. Włącz zasilanie stanowiska (obróć przełącznik w prawym dolnym rogu panelu

stycznikowego zgodnie z ruchem wskazówek zegara).

3. Używając przewodów zakończonych wtykami bananowymi podłącz zasilanie do lampki

kontrolnej L3. Gniazda z napięciem sterowniczym oznaczone są symbolami 0V oraz 24V.

Zawsze dobieraj odpowiednią długość przewodów!

UWAGA! Od tej chwili lampka kontrolna L3 będzie monitorowała poziom napięcia

sterowniczego. Jeżeli lampka L3 zgaśnie będzie to oznaczało, że w zbudowanym

przez ciebie układzie jest zwarcie (przewody i styki łączą ze sobą zaciski 0V i 24V)!

W takim przypadku przeanalizuj układ połączeń i usuń przyczynę zwarcia.

4. Zbuduj układ stycznikowy realizujący funkcję negacji. Sygnałem wejściowym niech

będzie stan przycisku P1 („0” – przycisk zwolniony, „1” – przycisk wciśnięty), natomiast

wyjściowym Y – praca silnika M. Jeżeli przycisk jest zwolniony, to silnik ma być zasilany

(Y=”1”) i przeciwnie, jeżeli przycisk jest naciśnięty to silnik ma się zatrzymać (Y=”0”).

Sporządź tabelę prawdy dla zbudowanego układu.

5. Zbuduj układ, który działa według formuły podanej w punkcie 4 (negacja) jednak przy

założeniu, że przycisk P1 posiada tylko styk zwierny. Narysuj schemat zbudowanego

układu. Wskazówka: użyj dodatkowego przekaźnika. UWAGA! Cewki przekaźników

K1, K2, Kt3, Kt4 należy podłączać zgodnie ze znakami polaryzacji + (plus) oraz –

8

(minus) widniejącymi przy gniazdach (do zacisku + napięcie „od strony” 24V, do

znaku – połączenie „od strony” 0V).

6. Sporządź tabelę prawdy dla formuły:

P3

P2

P1

L2

∨

∧

=

)

(

. Poproś prowadzącego zajęcia

o sprawdzenie poprawności rozwiązania. Zbuduj układ realizujący tę funkcję (L2 – stan

lampki kontrolnej; P1, P2, P3 – stany odpowiednich przycisków sterowniczych). Narysuj

schemat układu.

7. Zbuduj układ, który działa według formuły podanej w punkcie 6 jednak przy założeniu, że

przycisk P3 posiada tylko styk zwierny. Narysuj schemat zbudowanego układu.

Wskazówka: użyj dodatkowego przekaźnika.

8. Zbuduj, przetestuj i przeanalizuj działanie układu przedstawionego na poniższym

schemacie:

9. Czy układ z punktu 8 jest układem kombinacyjnym czy sekwencyjnym? Uzasadnij

odpowiedź.

10. Sporządź tabelę prawdy dla układu z punktu 8 (wejścia: stany przycisków P1 oraz P2;

wyjście: stan przekaźnika K1). Wskazówka: możesz użyć opisu dla wartości sygnału

wyjściowego: „bez zmian”).

11. Rozbuduj układ z punktu 8 w taki sposób, aby lampka L1 (podświetlenie przycisku P1)

sygnalizowała pracę (zasilanie) silnika a lampka L2 wskazywała jego zatrzymanie

(

K1

L2

=

). Narysuj schemat układu.

12. Zmodyfikuj układ z punktu 11 w taki sposób, aby silnik (przekaźnik K1) załączał się tylko

przez jednoczesne naciśnięcie przycisków P3 i P4 (odłącz całkiem styki przycisku P1). W

ten sposób można wymusić użycie przez operatora maszyny obu rąk (jeśli przyciski są

24V

P1

(Set)

K1

M

K1

K1

+

P2

(Reset)

0V

9

odległe od siebie) i wykluczyć niebezpieczeństwo urazu kończyn pozostających w strefie

roboczej maszyny. Narysuj schemat układu.

13. Użyj przekaźnika czasowego Kt3 (opóźnione załączanie) w taki sposób, aby silnik

(przekaźnik K1) załączał się dopiero po trzysekundowym jednoczesnym przytrzymaniu

przycisków P3 i P4. W ten sposób wykluczona zostanie możliwość przypadkowego

załączenia napędu maszyny. Narysuj schemat układu. Wskazówka: zastąp dotychczasowe

miejsce przycisków P3 i P4 przez styki zwierne przekaźnika Kt3 a cewkę przekaźnika

czasowego „wysteruj” przyciskami.

14. Jeżeli jest to twoje pierwsze ćwiczenie dotyczące układów przełączających i nie

programowałeś do tej pory sterownika PLC (np. w ćwiczeniu z manipulatorem) to przejdź

do wykonywania poleceń z grupy A. Jeżeli natomiast wiesz jak tworzyć diagramy

drabinkowe dla sterowników rodziny ZEN wykonaj polecenia grupy B.

UWAGA! Model stanowiska wiertarskiego posiada ruchome części. Istnieje ryzyko

zranienia (przytrzaśnięcie dłoni)! Nie zbliżaj rąk do modelu w trakcie jego pracy!

UWAGA! W przypadku zaistnienia niebezpiecznej sytuacji (przytrzaśnięcie dłoni,

zranienie) natychmiast wciśnij czerwony przycisk ENERGIA STOP na pulpicie

sterowniczym (odcięty zostanie dopływ sprężonego powietrza)!

UWAGA! Przed odryglowaniem przycisku ENERGIA STOP odsuń ręce na bezpieczną

odległość od stanowiska!

A.1. Zdemontuj wszystkie przewody z wyjątkiem tych zasilających lampkę L3 (do

monitorowania napięcia sterowniczego).

A.2. Wciśnij czerwony przycisk ENERGIA STOP na panelu wiertarki.

A.3. Używając dwóch przewodów doprowadź napięcie sterownicze z panelu stycznikowego

do panelu wiertarki (gniazda 0V i 24V nad schematem sterownika – rys.3)

A.4. Podłącz przyciski oraz lampki pulpitu stycznikowego zgodnie ze schematem opisanym

w rozdziale III.Programowanie sterowników w środowisku ZEN Support Software

opracowania

Wprowadzenie

do

projektowania

automatycznych

układów

przełączających.

10

A.5. Włącz komputer i zbuduj diagram drabinkowy według instrukcji podanych we

wspomnianym rozdziale. Prześlij diagram do sterownika i przetestuj poprawność

działania zbudowanego układu (diagramu drabinkowego). Wskazówka: w trakcie

testowania układu pomocny jest tryb monitorowania sterownika.

A.6. Wykonaj połączenia elektryczne, zbuduj diagram drabinkowy i zaprogramuj sterownik

w taki sposób aby realizował funkcję opisaną w poleceniu 4. Zastosuj styk zwierny

przycisku P1. Sprawdź poprawność działania układu. Narysuj schemat elektryczny

połączeń oraz przerysuj diagram drabinkowy.

A.7. Zbuduj układ działający tak samo jak w poprzednim punkcie ale ze stykiem rozwiernym

przycisku P1. Sprawdź poprawność działania układu. Narysuj schemat elektryczny

połączeń oraz przerysuj diagram drabinkowy.

A.8. Wykonaj połączenia elektryczne, zbuduj diagram drabinkowy i zaprogramuj sterownik

w taki sposób aby realizował formułę podaną w poleceniu 6. Możesz w sposób dowolny

wybrać rodzaj styków (NO lub NC) zastosowanych przycisków. Sprawdź poprawność

działania układu. Narysuj schemat elektryczny połączeń oraz przerysuj diagram

drabinkowy.

A.9. Wykonaj połączenia elektryczne, zbuduj diagram drabinkowy i zaprogramuj sterownik

w taki sposób aby realizował identyczne funkcje jak układ opisany w poleceniu 8 z

modyfikacjami z punktów 11 i 12. Sprawdź poprawność działania układu. Narysuj

schemat elektryczny połączeń oraz przerysuj diagram drabinkowy. Wskazówka: nie

używaj przekaźnika K1 (jest zbędny).

A.10. Wpisz i prześlij do sterownika poniższy diagram. Podłącz styk zwierny przycisku P1 do

wejścia I0 oraz przycisk zwierny przycisku P2 do wejścia I1. Poprowadź obwód

zasilania silnika M przez styki przekaźnika wyjściowego Q0. Zbadaj działanie układu.

Pod względem funkcjonalnym powinien być równoważny układowi stycznikowemu z

polecenia 8 (patrz tabela prawdy sporządzona w wyniku polecenia 10).

11

Wskazówka: Aby wprowadzić symbol

S

zaznacz pole Set operation (rysunek

poniżej) podczas wpisywania numeru cewki (Q0). W celu wprowadzenia cewki

R

zaznacz pole Reset operation.

A.11. Zamień styk zwierny przycisku P2 na styk rozwierny. Zmodyfikuj diagram drabinkowy

tak aby układ działał tak jak w poleceniu A.10.

A.12. W dwóch ostatnio zbudowanych układach przycisk P2 pełni funkcję STOP (Reset).

Mając to na uwadze odpowiedz na pytanie: który wariant układu (ze stykiem zwiernym

czy rozwiernym P2) zapewnia większe bezpieczeństwo dla użytkownika układu

(maszyny)? Wskazówka: przeanalizuj co się stanie w przypadku przerwania obwodu

elektrycznego przycisku P2.

B.0. Prace wykonywane w ramach poleceń grupy B zmierzają do zbudowania układu

sterowania automatyczną pracą modelu stanowiska wiertarskiego z wykorzystaniem

sterownika PLC.

B.1. Zdemontuj wszystkie przewody z wyjątkiem tych zasilających lampkę L3 (do

monitorowania napięcia sterowniczego).

B.2. Wciśnij czerwony przycisk ENERGIA STOP na panelu wiertarki.

Q

0

S

Q

0

R

I

0

P1 (START)

(SILNIK)

(SILNIK)

I

1

P2 (STOP)

24V 0V

12

B.3. Używając dwóch przewodów doprowadź napięcie sterownicze z panelu stycznikowego

do panelu wiertarki (gniazda 0V i 24V nad schematem sterownika – rys.3)

B.4. Podłącz styki przycisków P1 i P2 do wejść sterownika zgodnie z poniższym

schematem. Przyciski posłużą odpowiednio do załączania oraz wyłączania

automatycznego cyklu pracy stanowiska wiertarskiego. Silnik M oraz lampkę L1 połącz

odpowiednio z wyjściami Q0 oraz Q1. Motor M będzie pełnił funkcję napędu wrzeciona

(ruchu obrotowego). Zadaniem lampki L1 jest sygnalizacja trybu pracy automatycznej

modelu.

PLC

24V

P1

(START)

I

0

0V

P2

(STOP)

I

1

I

2

Q

0

Q

1

Q

2

uP

M

L1

(PRACA)

24V 0V

B.5. Uzupełnij brakujące dane w tabeli na końcu instrukcji (stany wyjść oraz warunki przejść

między fazami). Tabela opisuje automatyczny cykl pracy modelu stanowiska

wiertarskiego inicjowany naciśnięciem przycisku P1 (START). Po zakończeniu cyklu

układ sterowania oczekuje na zainicjowanie kolejnego cyklu.

B.6. Na podstawie tabeli uzupełnij (rozbuduj) diagram drabinkowy z końca instrukcji, tak

aby realizował cały cykl pracy automatycznej. Przetestuj działanie układu.

B.7. Zmodyfikuj diagram tak aby cykl automatyczny był wyzwalany także przez całkowite

zamkniecie osłony ręką. Wskazówka: zmodyfikuj warunek przejścia z fazy 0 do 1.

B.8. Jeżeli

jest

taka

możliwość

wydrukuj

zbudowany

diagram

drabinkowy

(Menu

→

File

→

Print).

B.9. Polecenie dodatkowe (nadobowiązkowe): Zmodyfikuj diagram tak, aby zrealizować

zabezpieczenie przed przytrzaśnięciem dłoni przez zamykającą się osłonę. Jedną z

metod jest monitorowanie czasu zamykania osłony (fazy 1). Jeżeli przekroczony

zostanie typowy (dopuszczalny) czas oznacza to, że przed osłoną jest przeszkoda i

13

należy ją natychmiast otworzyć oraz przerwać cykl automatyczny. Wskazówka:

informacje na temat stosowania timer’ów (wirtualnych przekaźników czasowych)

znajdziesz w oryginalnej instrukcji obsługi Sterownik programowalny ZEN (str.45).

B.10. Wciśnij czerwony przycisk ENERGIA STOP. Wyłącz komputer oraz zasilanie

stanowiska ćwiczeniowego.

SPRAWOZDANIE

Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia powinno zawierać w szczególności:

nazwę ćwiczenia, datę wykonania oraz nazwiska osób wykonujących doświadczenie,

cel i zakres ćwiczenia,

sporządzone w trakcie realizacji ćwiczenia: schematy elektryczne, tabele prawdy,

diagramy drabinkowe,

odpowiedzi wraz z uzasadnieniami na pytania zawarte w instrukcji przebiegu ćwiczenia,

wnioski.

14

Opis cyklu pracy modelu stanowiska wiertarskiego w trybie automatycznym

Stan wyjść (napędów, urządzeń wykonawczych)

Nr

fazy

Mar-

ker

Nazwa fazy

Opis fazy

Zamyk.

osłony

Q2

Otwier.

osłony

Q3

Zaciśnięcie

uchwytu

Q4

Zwolnienie

uchwytu

Q5

Wrzeciono

W DÓŁ

Q6

Wrzeciono

W GÓRĘ

Q7

Napęd

wrzecio.

Q0

Lampa

L1

Q1

Nr

kolej-

nej

fazy

Warunek przejścia do fazy

kolejnej

0

M0

Tryb STOP

Oczekiwanie na sygnał

rozpoczęcia cyklu,

(wrzeciono w górze, uchwyt

otwarty, osłona „luźna”)

0

0

0

1

0

1

0

0

1

Zamknięcie styków przycisku P1 -

START

( I0 )

1

M1

Zamykanie

osłony

Przesunięcie osłony w lewo

1

0

0

1

0

1

0

1

2

Całkowite zamknięcie osłony

( I4 )

2

M2

Zamocowanie

części

Zamocowanie obrabianej

części w uchwycie

1

0

1

0

0

1

0

1

3

Zablokowanie uchwytu

( I6 )

3

M3

Wiercenie

Uruchomienie napędu

wrzeciona i posuwu w dół

4

Całkowite opuszczenie wrzeciona

4

M4

Wycofanie

wrzeciona

Powrót wrzeciona do góry,

(napęd wrzeciona załączony)

5

Wrzeciono w górnym położeniu

5

M5

Odblokowanie

uchwytu

Odblokowanie uchwytu

mocującego część

6

Wycofanie uchwytu

6

M6

Otwarcie

osłony

Przesunięcie osłony w prawo

0

Całkowite otwarcie osłony

15