Τίτλος Άσκησης: Εκκίνηση μονοφασικού κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος Σύνδεση με την πραγματικότητα Μονοφασικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται σε: • αντλίες νερού, • ανεμιστήρες και εξαεριστήρες, • μικρούς αεροσυμπιεστές, • ψυκτικές εγκαταστάσεις, • πλυντήρια, • καυστήρες, • μηχανές εργαστηρίων, • αυτοματισμούς κτιρίων. Σε μια πραγματική εγκατάσταση δεν αρκεί ο κινητήρας απλώς να ξεκινά. Το σύστημα πρέπει: • να εκκινεί μόνο όταν δοθεί έγκυρη εντολή, • να διατηρεί τη λειτουργία μετά την απελευθέρωση του START, • να σταματά από το STOP, • να σταματά σε περίπτωση υπερφόρτισης, • να μην επανεκκινεί μόνο του μετά την επαναφορά της τάσης, • να παρέχει ενδείξεις λειτουργίας και βλάβης, • να επιτρέπει στον τεχνικό να εντοπίσει γρήγορα μια αστοχία. Κεντρικό πρόβλημα: Πώς μπορούμε να προγραμματίσουμε ένα PLC ώστε να ελέγχει με ασφάλεια την εκκίνηση και τη διακοπή ενός μονοφασικού κινητήρα και παράλληλα να αναγνωρίζει πιθανές βλάβες; Σύνδεση με την προηγούμενη άσκηση Στην προηγούμενη άσκηση οι μαθητές γνώρισαν:  τις ψηφιακές εισόδους και εξόδους του PLC,  τη λογική κατάσταση 0 και 1,  τις επαφές ΝΟ και NC στο πρόγραμμα LADDER,  την ενεργοποίηση ενός φορτίου μέσω εξόδου,  τη λειτουργία START–STOP,  την αυτοσυγκράτηση. Στη νέα άσκηση εφαρμόζουν τις παραπάνω γνώσεις σε πραγματικό κινητήρα. Η έξοδος του PLC δεν τροφοδοτεί απευθείας τον κινητήρα, αλλά ενεργοποιεί το πηνίο ενός ηλεκτρονόμου ισχύος Κ1. Αρχική διερεύνηση του κινητήρα Διερευνητική ερώτηση 1: Πριν παρουσιαστεί το πρόγραμμα, οι μαθητές παρατηρούν τον κινητήρα και απαντούν: Διερευνητική ερώτηση 2: Ποια στοιχεία αναγράφονται στην πινακίδα του; Διερευνητική ερώτηση 3: Ποια είναι η ονομαστική τάση και το ονομαστικό ρεύμα; Διερευνητική ερώτηση 4: Ποιο είναι το κύριο και ποιο το βοηθητικό τύλιγμα; Διερευνητική ερώτηση 5: Ποιος είναι ο ρόλος του πυκνωτή; Διερευνητική ερώτηση 6: Μπορεί ένας μονοφασικός κινητήρας να αναπτύξει μόνος του ροπή εκκίνησης χωρίς βοηθητική διάταξη; Διερευνητική ερώτηση 7: Τι μπορεί να συμβεί αν ο πυκνωτής αποσυνδεθεί ή καταστραφεί; Διερευνητική ερώτηση 8: Ποια προστασία απαιτείται έναντι βραχυκυκλώματος; Διερευνητική ερώτηση 9: Ποια προστασία απαιτείται έναντι υπερφόρτισης; Διερευνητική ερώτηση 10: Μπορεί η έξοδος ενός PLC να τροφοδοτήσει απευθείας τον κινητήρα; Διερευνητική ερώτηση 11: Πώς θα επιβεβαιώσουμε ότι ο Κ1 πράγματι ενεργοποιήθηκε; Υπόθεση προς έλεγχο: «Αν το PLC ενεργοποιήσει την έξοδο Q1, τότε ο κινητήρας λειτουργεί.» Οι μαθητές καλούνται να αποφασίσουν αν η πρόταση είναι πάντοτε αληθής. Θα επανέλθουν σε αυτή μετά τη δοκιμή και τη διάγνωση βλαβών. Απαιτούμενος εξοπλισμός • PLC με τροφοδοσία κατά προτίμηση 24 V DC. • Τροφοδοτικό 24 V DC. • Μπουτόν START, επαφή ΝΟ. • Μπουτόν STOP, φυσική επαφή NC. • Μπουτόν RESET, επαφή ΝΟ. • Ηλεκτρονόμος ισχύος Κ1 με κατάλληλο πηνίο. • Θερμικό προστασίας F2. • Κατάλληλη προστασία έναντι βραχυκυκλώματος. • Μονοφασικός ασύγχρονος κινητήρας. • Πυκνωτής κατάλληλος για τον συγκεκριμένο κινητήρα. • Πράσινη λυχνία λειτουργίας. • Κόκκινη λυχνία βλάβης. • Βοηθητική επαφή του Κ1 για επιβεβαίωση. • Πολύμετρο κατάλληλης κατηγορίας μέτρησης. • Αγωγός προστασίας PE και κατάλληλοι αγωγοί σύνδεσης. Προτεινόμενη αντιστοίχιση PLC I1 START ΝΟ 0 I2 STOP NC 1 I3 Θερμικό 95–96 NC 1 I4 RESET βλάβης ΝΟ 0 I5 Βοηθητική επαφή Κ1 ΝΟ 0 Q1 Πηνίο ηλεκτρονόμου Κ1 — 0 Q2 Πράσινη λυχνία λειτουργίας — 0 Q3 Κόκκινη λυχνία βλάβης — 0 M1 Εντολή λειτουργίας Εσωτερική μνήμη 0 M2 Μανδαλωμένη βλάβη Εσωτερική μνήμη 0 T1 Χρόνος επιβεβαίωσης Κ1 Χρονικό 0 Διερευνητική ερώτηση 12: Γιατί το STOP και το θερμικό συνδέονται ως NC; Σε κανονική κατάσταση οι είσοδοι I2 και I3 είναι ενεργές. Αν: πατηθεί το STOP, ενεργοποιηθεί το θερμικό, κοπεί ένας αγωγός, χαθεί η τάση του κυκλώματος εισόδων, η είσοδος γίνεται 0 και η λειτουργία διακόπτεται. Πρόκειται για λογική ασφαλούς αστοχίας. Κύκλωμα ισχύος και κύκλωμα ελέγχου Κύκλωμα ισχύος Η μονοφασική τροφοδοσία L–N οδηγείται μέσω: • της προστασίας έναντι βραχυκυκλώματος, • των κύριων επαφών του ΚΜ1, • του θερμικού, • του κινητήρα. Ο αγωγός προστασίας PE συνδέεται στο μεταλλικό περίβλημα του κινητήρα και δεν διακόπτεται από τον Κ1. Σημείωση: Αν χρησιμοποιείται τριπολικό θερμικό σε μονοφασικό κινητήρα, η σύνδεση πραγματοποιείται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή, ώστε τα απαιτούμενα θερμικά στοιχεία να διαρρέονται από το ρεύμα. Δεν θεωρούμε αυθαίρετα ότι κάθε θερμικό επιτρέπεται να συνδεθεί με τον ίδιο τρόπο. Κύκλωμα ελέγχου Τα START, STOP και η επαφή 95–96 η βοηθητική επαφή του ΚΜ1 συνδέονται στις εισόδους του PLC. Η Q1 ενεργοποιεί το πηνίο του ΚΜ1 και όχι τον κινητήρα απευθείας. Συνδεσμολογία Στην παρακάτω συνδεσμολογία παρατηρούμε ότι, παρόλο που το κύκλωμα είναι μονοφασικό - τροφοδοτείται από φάση (L) και ουδέτερο (N) - τροφοδοτούνται με ρεύμα και τα τρία διμεταλλικά του θερμικού. Για ποιο λόγο πιστεύετε ότι γίνεται αυτό; Αν, για παράδειγμα, τροφοδοτούνταν μόνο τα δύο από τα τρία διμεταλλικά, θα λειτουργούσε σωστά το θερμικό; Ή μήπως είναι απαραίτητο και τα τρία διμεταλλικά ελάσματα του θερμικού να διαρρέονται από το ρεύμα που θέλουν να ελέγξουν; Η παρακάτω συνδεσμολογία είναι μία από τις τρεις παραλλαγές που θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε. Αν λάβουμε υπόψη μας ότι η φάση πρέπει να περνάει τουλάχιστον από ένα διμεταλλικό του θερμικού και ότι πρέπει υποχρεωτικά να συνδέσουμε στο κύκλωμα μας και τα τρία διμεταλλικά του θερμικού, ποιες άλλες δυο παραλλαγές μπορείτε να σκεφτείτε ως κύκλωμα αυτοματισμού; Πάντως όποια από τις τρεις παραλλαγές και αν χρησιμοποιήσετε, το θερμικό ρυθμίζεται στο ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα. Διερευνητική πορεία Φάση Α — Παρατήρηση και ανάκληση Οι ομάδες παρατηρούν τα διαθέσιμα υλικά χωρίς να τους δοθεί έτοιμη συνδεσμολογία. Καταγράφουν:  την ονομασία κάθε στοιχείου,  τον λειτουργικό του ρόλο,  αν ανήκει στο κύκλωμα ισχύος ή ελέγχου,  αν αποτελεί είσοδο ή έξοδο του PLC,  ποια πιθανή βλάβη μπορεί να παρουσιάσει. Κρίσιμο ερώτημα: Ποια στοιχεία προστατεύουν τον κινητήρα και ποια απλώς ελέγχουν τη λειτουργία του; Φάση Β — Πρόβλεψη λειτουργίας Οι μαθητές συμπληρώνουν τον πίνακα πριν προγραμματίσουν: Οι μαθητές αιτιολογούν κάθε απάντηση και όχι μόνο την αριθμητική τιμή. Φάση Γ — Η πρώτη, σκόπιμα ελλιπής λύση Αρχικά προγραμματίζουν: |----[ I1 START ]----[ I2 STOP_OK ]----[ I3 THERMAL_OK ]----( Q1 KΜ1 )----| Πείραμα 1 Πατούν στιγμιαία το START. Παρατηρούν την Q1. Αφήνουν το START. Καταγράφουν τι συμβαίνει. Αναμενόμενη διαπίστωση Η Q1 απενεργοποιείται μόλις αφεθεί το START. Το πρόγραμμα δεν διαθέτει μνήμη λειτουργίας. Διερευνητική ερώτηση 1:3 Με ποιον τρόπο μπορεί το PLC να “θυμάται” ότι δόθηκε εντολή εκκίνησης; Φάση Δ — Κατασκευή αυτοσυγκράτησης Οι μαθητές προσθέτουν παράλληλη λογική επαφή της Q1 ή μιας εσωτερικής μνήμης Μ1. +----[ I1 START ]----+ |--[I2]--[I3] +----------------( M1 RUN_CMD )--| +----[ M1 ]----------+ Έπειτα: |----[ M1 RUN_CMD ]----[/ M2 FAULT ]----------------( Q1 K1 )----| Λογική εξίσωση M1=(I1∨M1)∧I2∧I3 Η αυτοσυγκράτηση επιτρέπεται μόνο όταν: • το STOP βρίσκεται σε κανονική κατάσταση, • το θερμικό δεν έχει ενεργοποιηθεί, • δεν υπάρχει μανδαλωμένη βλάβη. Πείραμα 2 Οι ομάδες δοκιμάζουν: • στιγμιαίο START, • απελευθέρωση START, • πάτημα STOP, • START κρατημένο και ταυτόχρονο πάτημα STOP, • προσομοίωση ενεργοποίησης θερμικού. Κρίσιμο ερώτημα: Ποια εντολή πρέπει να έχει προτεραιότητα όταν START και STOP ενεργοποιούνται ταυτόχρονα; Η ασφαλής σχεδίαση απαιτεί προτεραιότητα στη διακοπή. Φάση Ε — Προτεραιότητα στο STOP Οι μαθητές ελέγχουν το ακόλουθο πείραμα: • Ο κινητήρας είναι σταματημένος. • START και STOP ενεργοποιούνται ταυτόχρονα. • Παρατηρούνται οι I1, I2 και Q1. Απαίτηση: Η Q1 πρέπει να παραμείνει 0. Αν το STOP είναι φυσικά NC, όταν πατηθεί η είσοδος I2 γίνεται 0. Επομένως η λογική διαδρομή προς την Q1 διακόπτεται ανεξάρτητα από την κατάσταση του START. Φάση ΣΤ — Ένταξη της προστασίας υπερφόρτισης Η επαφή 95–96 του θερμικού εισάγεται στην I3. Πείραμα 3 Χωρίς πραγματική υπερφόρτιση, ο εκπαιδευτικός προσομοιώνει την ενεργοποίηση του θερμικού από το πλήκτρο δοκιμής ή από κατάλληλη εκπαιδευτική διάταξη. Οι μαθητές ελέγχουν αν: • η I3 γίνεται 0, • απενεργοποιείται η Q1, • σταματά ο κινητήρας, • ανάβει η λυχνία βλάβης, • η επανεκκίνηση εμποδίζεται μέχρι να γίνει αποκατάσταση. Διερευνητική ερώτηση 1: Αρκεί να συνδέσουμε το θερμικό μόνο σε είσοδο PLC; Συμπέρασμα: Για εκπαιδευτική παρακολούθηση η επαφή μπορεί να οδηγείται στο PLC. Σε εφαρμογές όπου απαιτείται υψηλότερη ασφάλεια, η διακοπή του πηνίου του ΚΜ1 δεν πρέπει να εξαρτάται αποκλειστικά από το πρόγραμμα. Εφαρμόζεται και κατάλληλη ενσύρματη αλυσίδα ασφαλείας, σύμφωνα με τη μελέτη και τα πρότυπα της εγκατάστασης. Φάση Ζ — Επιβεβαίωση ενεργοποίησης του Κ1 Το ότι η Q1 έγινε 1 σημαίνει μόνο ότι το PLC έδωσε εντολή. Δεν αποδεικνύει ότι: • ενεργοποιήθηκε το πηνίο, • έκλεισαν οι κύριες επαφές, • υπάρχει τάση στο κύκλωμα ισχύος, • δεν έχει διακοπεί κάποιος αγωγός, • λειτουργεί πραγματικά ο κινητήρας. Η βοηθητική επαφή του ΚΜ1 συνδέεται στην I4 . Πείραμα 4 • Το PLC ενεργοποιεί την Q1. • Ξεκινά χρονικό T1, π.χ. 1 s. • Αν η I5 δεν γίνει 1 εντός του χρόνου, ενεργοποιείται η M2. • Η Q1 απενεργοποιείται και ανάβει η Q3. Ενδεικτική λογική: |----[ Q1 ]----[/ I5 K1_FB ]----------------( TON T1, 1 s )----| |----[ T1 ]------------------------------------( SET M2 )--------| |----[ M2 ]------------------------------------( Q3 FAULT )------| |----[ I4 RESET ]----[ I2 ]----[ I3 ]----------( RESET M2 )------| Συμπέρασμα Q1=1  ο κινητηρας λειτουργει Ακόμη και η επιβεβαίωση του ΚM1 αποδεικνύει κυρίως την κατάσταση του ηλεκτρονόμου. Για πλήρη επιβεβαίωση κίνησης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αισθητήρας περιστροφής, ροής ή πίεσης, ανάλογα με την εφαρμογή. Φάση Η — Ενδείξεις κατάστασης Προτεινόμενη λειτουργία: Q2 πράσινη: ο ΚM1 έχει επιβεβαιωμένα ενεργοποιηθεί. Q3 κόκκινη: υπάρχει θερμική ή λειτουργική βλάβη. Και οι δύο σβηστές: σύστημα σταματημένο και διαθέσιμο. |----[ I5 K1_FB ]----[/ M2 ]--------------------( Q2 RUN )----| |----+----[/ I3 THERMAL_OK ]----+---------------( Q3 FAULT )--| | | +----[ M2 FAULT ]-----------+ Ενδεικτικός ολοκληρωμένος αλγόριθμος • ΑΝ το STOP είναι εντάξει • ΚΑΙ το θερμικό είναι εντάξει • ΚΑΙ δεν υπάρχει βλάβη • ΚΑΙ πατηθεί START • ΤΟΤΕ αποθήκευσε εντολή λειτουργίας. • ΑΝ πατηθεί STOP • Ή ενεργοποιηθεί το θερμικό • Ή εμφανιστεί βλάβη • ΤΟΤΕ ακύρωσε την εντολή λειτουργίας. • ΑΝ υπάρχει εντολή λειτουργίας • ΤΟΤΕ ενεργοποίησε τον Κ1. • ΑΝ ενεργοποιηθεί η Q1 • ΚΑΙ δεν επιβεβαιωθεί ο ΚM1 μέσα σε 1 s • ΤΟΤΕ καταχώρισε βλάβη και απενεργοποίησε τον Κ1. • ΑΝ αποκατασταθεί η αιτία • ΚΑΙ πατηθεί RESET • ΤΟΤΕ μηδένισε τη μνήμη βλάβης. Στη συνέχεια συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα αληθείας. Προσπαθήστε για κάθε συνδυασμό εισόδων να αποφασίσετε την κατάσταση της εξόδου. Πίνακας αληθείας Στην παρούσα φάση δεν υπολογίζουμε την ανοικτή επαφή 97 - 98 του θερμικού ώστε να μην γίνει ο πίνακας αληθείας πολύ μεγάλος. Θα την προσθέσουμε στο πρόγραμμα αυτοματισμού αργότερα - αν την υπολογίζαμε, τότε θα είχαμε μια είσοδο παραπάνω και συνεπώς 32 αντι για 16 διαφορετικούς συνδυασμούς εισόδων  Ερώτηση: Ποιοι συνδυασμοί από τον πίνακα αληθείας ορίζουν στο κύκλωμα την προτεραιότητα στο stop;  Ερώτηση: Γιατί το συγκεκριμένο κύκλωμα χαρακτηρίζετε ως ακολουθιακό; Ποιοι συνδυασμοί του πίνακα αληθείας δείχνουν ότι το κύκλωμα είναι ακολουθιακό; Στη συνέχεια εξάγετε την μαθηματική εξίσωση από τον πίνακα αληθείας. Υπενθυμίζουμε ότι μας ενδιαφέρουν οι συνδυασμοί εισόδων που δίνουν έξοδο 1.  Μαθηματική Εξίσωση Q = I1 ΄ * I2 * I3 * Qt + I1 * I2 * I3 * Qt ’ + I1 * I2 * I3 * Qt Τέλος συμπληρώστε τον πίνακα Karnaugh, απλοποιήστε την εξίσωση και γράψτε το αντίστοιχο πρόγραμμα λειτουργίας αυτοματισμού σε οποιαδήποτε γλώσσα επιθυμείτε. Απλοποίηση με πίνακα Karnaugh Απλοποιημένη Εξίσωση A Περίπτωση: Q = I2 * I3 * Qt + I1 * I2 * I3 Β Περίπτωση: Q = I2 * I3 * (Qt + I1)  Πρόγραμμα λειτουργίας του αυτοματισμού Α Περίπτωση Β Περίπτωση Δοκιμές επαλήθευσης Δοκιμή Ενέργεια Αναμενόμενο αποτέλεσμα Διερεύνηση βλαβών Ο εκπαιδευτικός εισάγει μία βλάβη χωρίς να ενημερώσει την ομάδα ποια είναι. Ενδεικτικές βλάβες • Αποσυνδεδεμένο START. • Κομμένος αγωγός STOP. • Ενεργοποιημένο θερμικό. • Λανθασμένη διεύθυνση εισόδου. • Λανθασμένη έξοδος στο πρόγραμμα. • Ανοιχτό πηνίο του Κ1. • Κολλημένη βοηθητική επαφή Κ1. • Έλλειψη τροφοδοσίας στο κύκλωμα ισχύος. • Ελαττωματικός ή αποσυνδεδεμένος πυκνωτής. • Λανθασμένη αυτοσυγκράτηση. • Λανθασμένη χρήση SET χωρίς σωστό RESET. • Θερμικό ρυθμισμένο σε ακατάλληλο ρεύμα. Φύλλο διάγνωσης Για κάθε βλάβη οι μαθητές καταγράφουν: Πεδίο Καταγραφή ομάδας Παρατηρούμενο σύμπτωμα Κατάσταση I1 Κατάσταση I2 Κατάσταση I3 Κατάσταση I5 Κατάσταση M1 Κατάσταση M2 Κατάσταση Q1 Πιθανή αιτία Έλεγχος που πρέπει να γίνει Προτεινόμενη αποκατάσταση Δοκιμή επιβεβαίωσης Διαγνωστικός κανόνας Η I1 δεν αλλάζει: έλεγχος START, καλωδίωσης και τροφοδοσίας εισόδου. Η M1 δεν ενεργοποιείται: έλεγχος λογικών συνθηκών STOP, θερμικού και βλάβης. Η Q1 δεν ενεργοποιείται ενώ M1=1: έλεγχος δικτύου εξόδου και διεύθυνσης. Q1=1 αλλά I5=0: έλεγχος πηνίου, καλωδίωσης και βοηθητικής επαφής Κ1. Q1=1 και I5=1 αλλά ο κινητήρας δεν λειτουργεί: έλεγχος ισχύος, κύριων επαφών, θερμικού, πυκνωτή και κινητήρα. Κρίσιμα διερευνητικά ερωτήματα Γιατί ο μονοφασικός κινητήρας χρειάζεται βοηθητικό τύλιγμα; Τι θα συμβεί αν παρουσιαστεί βλάβη στον πυκνωτή; Γιατί δεν συνδέουμε τον κινητήρα απευθείας στην έξοδο PLC; Ποια είναι η διαφορά ανάμεσα στην Q1 και στην I5; Γιατί το STOP προτιμάται ως φυσική επαφή NC; Πώς αντιδρά το σύστημα σε κομμένο αγωγό STOP; Γιατί η επαφή 95–96 χρησιμοποιείται για διακοπή; Τι πληροφορία μπορεί να δώσει η επαφή 97–98; Γιατί απαιτείται RESET μετά από βλάβη; Πρέπει το RESET να προκαλεί ταυτόχρονα εκκίνηση; Τι συμβαίνει αν κρατηθεί μόνιμα πατημένο το START; Τι συμβαίνει μετά από διακοπή και επαναφορά της τροφοδοσίας; Πώς αποτρέπουμε την ανεπιθύμητη αυτόματη επανεκκίνηση; Μπορεί ένα σφάλμα προγράμματος να ακυρώσει μια λειτουργία προστασίας; Αρκεί η βοηθητική επαφή Κ1 για να αποδείξει ότι περιστρέφεται ο κινητήρας; Προκλήσεις επέκτασης Κάθε ομάδα επιλέγει μία επέκταση. Επέκταση Α — Καθυστερημένη εκκίνηση Μετά το START ο κινητήρας ξεκινά έπειτα από 5 s. Κατά την αναμονή αναβοσβήνει μια κίτρινη λυχνία. Το STOP ακυρώνει αμέσως την εκκίνηση. Ερώτημα: Τι πρέπει να συμβαίνει στο χρονικό αν πατηθεί STOP στο τέταρτο δευτερόλεπτο; Επέκταση Β — Περιορισμός συνεχόμενων εκκινήσεων Το PLC μετρά τις εκκινήσεις. Αν πραγματοποιηθούν περισσότερες από τρεις σε δύο λεπτά: η λειτουργία αναστέλλεται, ανάβει η κόκκινη λυχνία, απαιτείται αναμονή και RESET. Στόχος: Προστασία του κινητήρα από υπερβολικά συχνές εκκινήσεις. Επέκταση Γ — Επιτήρηση πραγματικής λειτουργίας Προστίθεται αισθητήρας περιστροφής ή κατάλληλος αισθητήρας της εγκατάστασης. Αν: Q1=1καιδεν ανιχνευθει κινηση ενεργοποιείται βλάβη. Έτσι οι μαθητές διακρίνουν τρία επίπεδα: Το PLC έδωσε εντολή. Ο Κ1 ενεργοποιήθηκε. Ο κινητήρας πράγματι περιστρέφεται. Επέκταση Δ — Επιτήρηση κολλημένου ηλεκτρονόμου Αν: Q1=0 και I5=1 για περισσότερο από 1 s, το PLC καταγράφει πιθανή συγκόλληση ή κόλλημα επαφής του Κ1 και ενεργοποιεί συναγερμό. Επέκταση Ε — Καταγραφή ωρών λειτουργίας Το PLC: μετρά τον συνολικό χρόνο λειτουργίας, εμφανίζει τις ώρες, ενεργοποιεί ένδειξη συντήρησης όταν συμπληρωθεί προκαθορισμένο όριο. Επέκταση ΣΤ — Αυτόματη λειτουργία δεξαμενής Ο κινητήρας κινεί αντλία και ελέγχεται από δύο αισθητήρες στάθμης: χαμηλή στάθμη --> εντολή εκκίνησης, υψηλή στάθμη --> εντολή διακοπής, START/STOP --> χειροκίνητη λειτουργία, επιλογέας AUTO–MANUAL → επιλογή τρόπου λειτουργίας. Οι μαθητές πρέπει να εξασφαλίσουν ότι το θερμικό και το STOP παραμένουν ενεργά και στις δύο λειτουργίες. Ρόλοι ομάδας Κάθε ομάδα τεσσάρων μαθητών αναλαμβάνει: • Σχεδιαστής: σχεδιάζει την αντιστοίχιση και το LADDER. • Προγραμματιστής: εισάγει και ελέγχει το πρόγραμμα. • Τεχνικός συνδεσμολογίας: πραγματοποιεί τις συνδέσεις χωρίς τάση. • Ελεγκτής ασφαλείας: ελέγχει τη συνδεσμολογία και καταγράφει τα αποτελέσματα. Οι ρόλοι εναλλάσσονται στις επεκτάσεις. Φύλλο τελικού αναστοχασμού Οι μαθητές απαντούν: • Ποια ήταν η αρχική μας πρόβλεψη; • Ποιο αποτέλεσμα δεν συμφώνησε με την πρόβλεψη; • Ποια αλλαγή κάναμε στο πρόγραμμα; • Πώς αποδείξαμε ότι η αλλαγή ήταν σωστή; • Ποια προστασία παρέχεται από το θερμικό; • Ποια προστασία παρέχεται από το PLC; • Ποια προστασία δεν πρέπει να βασίζεται αποκλειστικά στο PLC; • Ποια είναι η διαφορά μεταξύ εντολής, ενεργοποίησης ηλεκτρονόμου και πραγματικής περιστροφής; • Ποια βλάβη ήταν δυσκολότερο να εντοπιστεί; • Πώς θα βελτιώναμε το σύστημα για πραγματική επαγγελματική εφαρμογή; Αξιολόγηση ομάδας Τελικό συμπέρασμα Η χρήση PLC δεν αλλάζει τη βασική αρχή λειτουργίας του μονοφασικού κινητήρα ούτε αντικαθιστά τις διατάξεις ισχύος και προστασίας. Επιτρέπει όμως στους μαθητές να εξετάσουν τη λειτουργία σε μεγαλύτερο βάθος: να συγκρίνουν πρόβλεψη και αποτέλεσμα, να παρακολουθήσουν τις μεταβολές των εισόδων και εξόδων, να προσθέσουν επιτήρηση, χρονικά, μετρητές και διαγνωστικές λειτουργίες. Το ουσιαστικό μαθησιακό αποτέλεσμα δεν είναι μόνο να «γυρίσει ο κινητήρας», αλλά οι μαθητές να μπορούν να αποδείξουν: γιατί ξεκίνησε, γιατί σταμάτησε, ποια συνθήκη τον προστατεύει, πώς αναγνωρίζεται μια βλάβη, και αν η εντολή του PLC εκτελέστηκε πραγματικά από την εγκατάσταση. Λίγα λόγια για τον ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα: Για να μπορέσει να δημιουργήσει ο ασύγχρονος μονοφασικός κινητήρας ροπή εκκίνησης ώστε να περιστραφεί απαιτείται, εκτός από το κύριο τύλιγμα του στάτη του, και ένα βοηθητικό τύλιγμα - βοηθητική διάταξη εκκίνησης. Άρα, ουσιαστικά, ο στάτης του περιέχει δύο τυλίγματα - το κύριο και το βοηθητικό - τα οποία συνδέονται μεταξύ τους παράλληλα και τροφοδοτούνται από το μονοφασικό δίκτυο. Οι ασύγχρονοι μονοφασικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε συσκευές οικιακής χρήσης (ψυγεία, πλυντήρια κ.λ.π και λιγότερο σε βιομηχανικές εφαρμογές (προτιμούνται οι τριφασικοί κινητήρες). Περισσότερες λεπτομέρειες για τους ασύγχρονους μονοφασικούς κινητήρες θα μάθουμε στο πέμπτο κεφάλαιο του μαθήματος των Ηλεκτρικών Μηχανών, το οποίο ασχολείται με τους μονοφασικούς κινητήρες.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ

Μαθησιακοί στόχοι Με την ολοκλήρωση της άσκησης οι μαθητές θα μπορούν: Γνώσεις Να εξηγούν γιατί ο μονοφασικός ασύγχρονος κινητήρας διαθέτει κύριο και βοηθητικό τύλιγμα. Να αναγνωρίζουν τον ρόλο του πυκνωτή ή της διάταξης εκκίνησης. Να διακρίνουν το κύκλωμα ισχύος από το κύκλωμα ελέγχου. Να εξηγούν τον ρόλο του ηλεκτρονόμου ισχύος και του θερμικού. Να περιγράφουν τη λογική αυτοσυγκράτησης στο PLC. Να διακρίνουν την «εντολή λειτουργίας» από την «επιβεβαιωμένη λειτουργία». Δεξιότητες Να αντιστοιχίζουν τα εξωτερικά στοιχεία στις εισόδους και εξόδους του PLC. Να σχεδιάζουν και να προγραμματίζουν δίκτυο LADDER. Να ελέγχουν το πρόγραμμα αρχικά σε προσομοίωση. Να πραγματοποιούν ασφαλείς μετρήσεις. Να ερμηνεύουν τις καταστάσεις εισόδων, εξόδων και ενδιάμεσων μεταβλητών. Να εντοπίζουν βλάβες με συστηματική διαδικασία. Στάσεις Να εφαρμόζουν διαδικασίες ασφαλούς απομόνωσης. Να τεκμηριώνουν κάθε αλλαγή πριν τη δοκιμή. Να συνεργάζονται και να κατανέμουν ρόλους. Να μην εξισώνουν μια αναμμένη έξοδο PLC με πραγματική λειτουργία του κινητήρα.