Elektrické řízení

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