Τίτλος Άσκησης: Αναγνώριση στοιχείων PLC Siemens LOGO! 8 - Από ένα άγνωστο κουτί σε έναν προγραμματιζόμενο αυτοματισμό Κεντρικό διερευνητικό ερώτημα Πώς μπορούμε, χωρίς να ανοίξουμε ένα PLC και χωρίς να μας δοθεί έτοιμη η περιγραφή του, να αναγνωρίσουμε τα στοιχεία του, να προσδιορίσουμε τον ρόλο κάθε ακροδέκτη και να αποφασίσουμε αν μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια σε έναν συγκεκριμένο αυτοματισμό; Σενάριο πραγματικής εφαρμογής Στο εργαστήριο παραδόθηκε ένα Siemens LOGO! χωρίς σχεδιάγραμμα σύνδεσης. Πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο: ενός φωτιστικού, ενός ανεμιστήρα, μιας ενδεικτικής λυχνίας, ενός ηλεκτρονόμου ισχύος. Πριν γίνει οποιαδήποτε σύνδεση, η ομάδα πρέπει να συντάξει ένα σύντομο δελτίο ταυτότητας του PLC και να απαντήσει: Ποια είναι η απαιτούμενη τάση τροφοδοσίας; Πόσες εισόδους και πόσες εξόδους διαθέτει; Ποιοι ακροδέκτες είναι είσοδοι και ποιοι έξοδοι; Οι έξοδοι μπορούν να τροφοδοτήσουν απευθείας τα φορτία; Πώς θα διαπιστώσουμε ότι μία είσοδος έχει ενεργοποιηθεί; Πώς επικοινωνεί το PLC με υπολογιστή ή άλλες μονάδες; Είναι compact ή modular; Ποια στοιχεία μπορούν να αναγνωριστούν χωρίς να τεθεί το PLC υπό τάση; Οργάνωση ομάδων Κάθε ομάδα αποτελείται από τέσσερις μαθητές: Οι ρόλοι μπορούν να αλλάζουν σε κάθε φάση. Φάση Α — Παρατήρηση χωρίς παροχή τάσης Το PLC δίνεται στις ομάδες χωρίς αναλυτικές οδηγίες. Απαγορεύεται ακόμη η τροφοδότησή του. Αποστολή: Παρατηρήστε όλες τις πλευρές της συσκευής και καταγράψτε ό,τι μπορείτε να αναγνωρίσετε. Διερευνητική ερώτηση 1: Γιατί οι είσοδοι συμβολίζονται με I, ενώ οι έξοδοι με Q; Διερευνητική ερώτηση 1: Γιατί οι ακροδέκτες εισόδων και εξόδων βρίσκονται σε διαφορετικά σημεία; Διερευνητική ερώτηση 1: Ποια στοιχεία αποτελούν παρατήρηση και ποια αποτελούν απλή υπόθεση; Διερευνητική ερώτηση 1: Θα μπορούσαν δύο PLC με ίδια εμφάνιση να απαιτούν διαφορετική τάση; Διερευνητική ερώτηση 1: Ποια πληροφορία πρέπει οπωσδήποτε να επιβεβαιωθεί πριν από την τροφοδότηση; Αναμενόμενη ανακάλυψη: Η εμφάνιση της συσκευής δίνει χρήσιμες ενδείξεις, αλλά δεν αρκεί για την ασφαλή σύνδεσή της. Απαιτείται έλεγχος του ακριβούς κωδικού μοντέλου και των τεχνικών χαρακτηριστικών. Φάση Β — Δημιουργία δελτίου ταυτότητας Οι μαθητές εντοπίζουν τον πλήρη κωδικό του PLC και συμβουλεύονται το τεχνικό εγχειρίδιο. Δελτίο ταυτότητας PLC Κρίσιμο ερώτημα: Ποια από τα παραπάνω χαρακτηριστικά μπορούσατε να βρείτε με απλή παρατήρηση και για ποια χρειάστηκε το τεχνικό εγχειρίδιο; Φάση Γ — Κατασκευή χάρτη ακροδεκτών Κάθε ομάδα σχεδιάζει την πρόσοψη του PLC χωρίς να αντιγράψει έτοιμη εικόνα. Στο σκαρίφημα πρέπει να σημειωθούν: • οι ακροδέκτες τροφοδοσίας, • όλες οι είσοδοι, • όλες οι έξοδοι, • οι κοινοί ακροδέκτες, • η οθόνη, • τα πλήκτρα, • οι θύρες επικοινωνίας, • οι ενδεικτικές λυχνίες, • ο κωδικός μοντέλου, • οι μονάδες επέκτασης, εφόσον υπάρχουν. Ανταλλαγή σχεδίων Οι ομάδες ανταλλάσσουν τα σχέδιά τους. Η δεύτερη ομάδα πρέπει να απαντήσει: «Θα μπορούσαμε να αναγνωρίσουμε και να συνδέσουμε σωστά το PLC χρησιμοποιώντας μόνο αυτό το σχέδιο;» Καταγράφονται όσα στοιχεία λείπουν ή είναι ασαφή. Φάση Δ — Είσοδος ή έξοδος; Στους μαθητές δίνονται κάρτες με συσκευές: • μπουτόν START, • μπουτόν STOP, • τερματικός διακόπτης, • αισθητήρας θερμοκρασίας, • φωτοκύτταρο, • ενδεικτική λυχνία, • βομβητής, • πηνίο ηλεκτρονόμου, • πηνίο επαφέα, • ηλεκτροκινητήρας, • ηλεκτροβάνα. Οι μαθητές τις ταξινομούν: Κρίσιμη ερώτηση: Αφού ο κινητήρας είναι η συσκευή που θέλουμε να ελέγξουμε, γιατί δεν τον συνδέουμε απευθείας στην έξοδο Q1; Αναμενόμενο συμπέρασμα: Οι είσοδοι μεταφέρουν πληροφορίες προς την CPU. Οι έξοδοι μεταφέρουν εντολές προς εξωτερικά στοιχεία. Τα φορτία μεγάλης ισχύος ελέγχονται μέσω κατάλληλων ηλεκτρονόμων, επαφέων και διατάξεων προστασίας. Φάση Ε — Πρόβλεψη της λειτουργίας Πριν εφαρμοστεί τάση, παρουσιάζεται η παρακάτω προτεινόμενη διάταξη: • μπουτόν στο I1, • διακόπτης στο I2, • ενδεικτική λυχνία στο Q1, • πηνίο βοηθητικού ηλεκτρονόμου στο Q2. Οι μαθητές προβλέπουν: Διερευνητική ερώτηση 1: Τι θα δείξει το PLC όταν ενεργοποιηθεί το I1; Διερευνητική ερώτηση 1: Αν ανάψει το LED του I1, θα ενεργοποιηθεί οπωσδήποτε το Q1; Διερευνητική ερώτηση 1: Μπορεί μια ενεργή είσοδος να μην προκαλεί καμία αλλαγή στις εξόδους; Διερευνητική ερώτηση 1: Τι επιπλέον απαιτείται για να συσχετιστεί το I1 με το Q1; Διερευνητική ερώτηση 1: Τι θα συμβεί αν το PLC βρίσκεται σε κατάσταση STOP; Πίνακας προβλέψεων Φάση ΣΤ — Ασφαλής τροφοδότηση Πριν δοθεί τάση, κάθε ομάδα συμπληρώνει κατάλογο ελέγχου:  Επιβεβαιώθηκε ο ακριβής κωδικός του PLC.  Επιβεβαιώθηκε η ονομαστική τάση.  Επιβεβαιώθηκε η πολικότητα, όπου απαιτείται.  Το τροφοδοτικό είναι κατάλληλο.  Δεν υπάρχουν γυμνοί αγωγοί.  Οι ακροδέκτες έχουν ελεγχθεί.  Η τροφοδότηση έχει εγκριθεί από τον εκπαιδευτικό.  Το PLC δεν ελέγχει ακόμη φορτίο ισχύος. Κανόνας εργαστηρίου: Δεν εφαρμόζουμε ποτέ τάση με βάση την εμφάνιση, το χρώμα ή μια μη επιβεβαιωμένη υπόθεση. Δεν αρκεί να υποθέσουμε ότι: «Τα κόκκινα καλώδια είναι πάντα +24 V». «Αφού μοιάζει με το προηγούμενο PLC, τροφοδοτείται και αυτό με 24 V DC». «Οι επάνω ακροδέκτες είναι σίγουρα η τροφοδοσία». «Τα L και N σημαίνουν πάντοτε 230 V AC». «Όλα τα Siemens LOGO! έχουν την ίδια τροφοδοσία». Φάση Ζ — Πείραμα εισόδων Οι είσοδοι ενεργοποιούνται διαδοχικά. Οι μαθητές παρατηρούν την οθόνη και τα LED. Διερευνητική ερώτηση 1: Το LED αποδεικνύει ότι υπάρχει φυσική τάση ή ότι η CPU αναγνώρισε λογικό 1; Διερευνητική ερώτηση 1: Γιατί ένα μπουτόν μπορεί να είναι πατημένο αλλά η είσοδος να παραμένει 0; Διερευνητική ερώτηση 1: Πώς θα διακρίνουμε βλάβη στο μπουτόν από βλάβη στην καλωδίωση; Διερευνητική ερώτηση 1: Αν η είσοδος εμφανίζεται σωστά, αλλά η έξοδος δεν ενεργοποιείται, σε ποιο μέρος θα αναζητήσουμε τη βλάβη; Φάση Η — Πείραμα I1 --> Q1 Φορτώνεται ένα πολύ απλό πρόγραμμα: Q1=I1 Πριν από την εκτέλεση οι μαθητές συμπληρώνουν τον πίνακα πρόβλεψης. Κρίσιμο πείραμα Ενεργοποιούμε το I1: • με το PLC σε RUN, • με το PLC σε STOP. Διερευνητική ερώτηση 1: Η ίδια ηλεκτρική είσοδος παράγει πάντα την ίδια έξοδο; Διερευνητική ερώτηση 1: Ποιος είναι ο ρόλος του προγράμματος; Διερευνητική ερώτηση 1: Ποιος είναι ο ρόλος της κατάστασης RUN/STOP; Διερευνητική ερώτηση 1: Τι επιβεβαιώνει το LED Q1 και τι δεν επιβεβαιώνει; Διερευνητική ερώτηση 1: Μπορεί το LED Q1 να ανάβει, αλλά το εξωτερικό φορτίο να μη λειτουργεί; Αναμενόμενη διαπίστωση: Η ενεργοποίηση μιας εισόδου δεν συνεπάγεται από μόνη της την ενεργοποίηση κάποιας εξόδου. Η CPU διαβάζει τις εισόδους, εκτελεί το αποθηκευμένο πρόγραμμα και ενημερώνει τις εξόδους. Φάση Θ — Το κρίσιμο πείραμα του LED Δημιουργείται σκόπιμα η παρακάτω κατάσταση: • το πρόγραμμα ενεργοποιεί την Q1, • το LED της Q1 ανάβει, • η εξωτερική λυχνία δεν ανάβει. Οι ομάδες πρέπει να προτείνουν πιθανές αιτίες πριν κάνουν οποιαδήποτε επέμβαση. Βασικό συμπέρασμα Το αναμμένο LED μιας εξόδου δείχνει την εντολή της CPU προς την έξοδο. Δεν αποδεικνύει από μόνο του ότι το εξωτερικό φορτίο τροφοδοτείται και λειτουργεί. Φάση Ι — Compact ή modular; Παρουσιάζονται μία κεντρική μονάδα και μία μονάδα επέκτασης. Οι μαθητές εξετάζουν: • αν η CPU, οι είσοδοι και οι έξοδοι βρίσκονται στην ίδια συσκευή, • αν μπορούν να προστεθούν επιπλέον I/O, • πώς συνδέονται οι μονάδες, • αν κάθε πρόσθετη μονάδα διαθέτει δική της CPU, • πώς αλλάζει η αρίθμηση των I/O. Πρόβλημα επιλογής Ένας αυτοματισμός απαιτεί: • 10 ψηφιακές εισόδους, • 6 ψηφιακές εξόδους, • 2 αναλογικές εισόδους. Μπορεί να καλυφθεί από τη βασική μονάδα; Αν όχι, ποια επέκταση απαιτείται; Φάση Κ — Διάγνωση βλαβών Κάθε ομάδα λαμβάνει μία διαφορετική βλάβη. Βλάβη 1 — Το PLC δεν ενεργοποιείται Πιθανές περιοχές ελέγχου: τροφοδοτικό, ασφάλεια, τάση, πολικότητα, ακροδέκτες τροφοδοσίας. Βλάβη 2 — Το μπουτόν πατιέται, αλλά το I1 παραμένει 0 Πιθανές περιοχές ελέγχου: • επαφή μπουτόν, • κοινός αγωγός, • καλωδίωση, • τάση εισόδου, • λανθασμένος ακροδέκτης. Βλάβη 3 — Το I1 γίνεται 1, αλλά το Q1 παραμένει 0 Πιθανές περιοχές ελέγχου: • κατάσταση STOP, • πρόγραμμα, • αντιστοίχιση εισόδου, • αντιστοίχιση εξόδου, • λογικές συνθήκες. Βλάβη 4 — Το Q1 γίνεται 1, αλλά το φορτίο δεν λειτουργεί Πιθανές περιοχές ελέγχου: • εξωτερική τροφοδοσία, • ασφάλεια φορτίου, • καλωδίωση, • κοινός ακροδέκτης, • τύπος εξόδου, • βλάβη φορτίου. Φύλλο διάγνωσης Πρόκληση επέκτασης Κάθε ομάδα επιλέγει μία επέκταση. Επέκταση Α — Πρόσθετη μονάδα Να εξεταστεί μια μονάδα επέκτασης και να εξηγηθεί: • ποια νέα I/O προσθέτει, • πώς τροφοδοτείται, • πώς επικοινωνεί με την CPU, • πώς αλλάζουν οι διευθύνσεις. Επέκταση Β — Αναλογική είσοδος Να διερευνηθεί η διαφορά μεταξύ: • ψηφιακής τιμής 0/1, • αναλογικού σήματος, • πραγματικού φυσικού μεγέθους. Επέκταση Γ — Έξοδος ρελέ και transistor Να συγκριθούν ως προς: • AC/DC φορτία, • ταχύτητα μεταγωγής, • ηλεκτρική απομόνωση, • επιτρεπόμενο ρεύμα, • αναμενόμενη χρήση. Επέκταση Δ — Επιλογή κατάλληλου PLC Οι μαθητές λαμβάνουν τρεις εφαρμογές και επιλέγουν κατάλληλο PLC: • Έλεγχος φωτισμού διαδρόμου. • Έλεγχος αντλίας με αισθητήρες στάθμης. • Έλεγχος κινητήρα με θερμικό, START, STOP και ενδεικτικές λυχνίες. Η επιλογή πρέπει να αιτιολογηθεί με βάση τον αριθμό I/O, την τάση και τον τύπο εξόδων. Ερωτήσεις αναστοχασμού Ποια αρχική υπόθεση της ομάδας αποδείχθηκε λανθασμένη; Ποιο στοιχείο δεν μπορούσε να αναγνωριστεί μόνο από την εμφάνιση; Ποια είναι η διαφορά ανάμεσα στο LED εισόδου και στο LED εξόδου; Γιατί η ενεργοποίηση μιας εισόδου δεν ενεργοποιεί αυτόματα μία έξοδο; Τι προσθέτει το πρόγραμμα στη λειτουργία της συσκευής; Γιατί πρέπει να γνωρίζουμε τον ακριβή κωδικό μοντέλου; Ποια ένδειξη θα ελέγχατε πρώτη αν ένας αυτοματισμός δεν λειτουργούσε; Ποιο μέρος του PLC λαμβάνει τις αποφάσεις; Γιατί ένα PLC δεν αντικαθιστά τις ηλεκτρικές προστασίες; Τι θα κάνατε διαφορετικά σε μια επόμενη αναγνώριση άγνωστου PLC; Αξιολόγηση Rubric ομάδας Αναμενόμενο συμπέρασμα Το PLC δεν είναι απλώς ένα σύνολο ακροδεκτών. Αποτελεί ένα προγραμματιζόμενο σύστημα στο οποίο οι είσοδοι μεταφέρουν πληροφορίες από μπουτόν και αισθητήρες, η CPU επεξεργάζεται αυτές τις πληροφορίες σύμφωνα με το αποθηκευμένο πρόγραμμα και οι έξοδοι δίνουν εντολές σε λυχνίες, ηλεκτρονόμους, επαφείς και άλλες συσκευές. Η ασφαλής αναγνώριση ενός PLC απαιτεί συνδυασμό οπτικής παρατήρησης, ανάγνωσης της πινακίδας, χρήσης τεχνικού εγχειριδίου και ελεγχόμενων δοκιμών. Τα LED αποτελούν σημαντικό εργαλείο διάγνωσης, αλλά δεν αποδεικνύουν από μόνα τους ότι το εξωτερικό κύκλωμα λειτουργεί. Πριν από κάθε σύνδεση πρέπει να επιβεβαιώνονται η τάση τροφοδοσίας, ο τύπος των εισόδων και εξόδων και τα επιτρεπόμενα φορτία. Τέλος, το PLC εκτελεί τη λογική του αυτοματισμού, αλλά δεν αντικαθιστά τα στοιχεία ισχύος, τις ασφάλειες, το θερμικό, τον ΔΔΡ, τη γείωση ή τις υπόλοιπες διατάξεις ηλεκτρικής ασφάλειας.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ

Αναμενόμενα μαθησιακά αποτελέσματα Μετά την ολοκλήρωση της άσκησης οι μαθητές θα μπορούν: Γνώσεις Να αναγνωρίζουν την CPU, τις εισόδους, τις εξόδους, την τροφοδοσία, την οθόνη, τα πλήκτρα και τις θύρες επικοινωνίας. Να εξηγούν τη διαφορά μεταξύ φυσικής εισόδου, λογικής κατάστασης και εξόδου. Να διακρίνουν τα PLC compact από τα modular. Να εξηγούν τον ρόλο της CPU και του κύκλου σάρωσης. Να διακρίνουν τις εξόδους ρελέ από τις εξόδους transistor. Να αναγνωρίζουν ότι η έξοδος του PLC δεν αντικαθιστά πάντοτε τον ηλεκτρονόμο ή τον επαφέα ισχύος. Δεξιότητες Να αντλούν πληροφορίες από την πρόσοψη και την πινακίδα της συσκευής. Να κατασκευάζουν σκαρίφημα ακροδεκτών. Να χρησιμοποιούν τεχνικό εγχειρίδιο ή φύλλο δεδομένων. Να αναγνωρίζουν την κατάσταση εισόδων και εξόδων από τα LED και την οθόνη. Να πραγματοποιούν ασφαλείς δοκιμές χαμηλής τάσης. Να εντοπίζουν σφάλματα αναγνώρισης και συνδεσμολογίας. Στάσεις Να μην εφαρμόζουν τάση πριν επιβεβαιώσουν τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Να τεκμηριώνουν κάθε συμπέρασμα με παρατήρηση ή τεχνικό στοιχείο. Να συνεργάζονται και να κατανέμουν ρόλους. Να αντιμετωπίζουν το PLC ως στοιχείο ελέγχου και όχι ως συσκευή ισχύος. Να αναγνωρίζουν τα όρια της γνώσης τους και να συμβουλεύονται το εγχειρίδιο.