Τίτλος Άσκησης: Μανδάλωση δύο τριφασικών Κινητήρων Σύνδεση με την πραγματικότητα Σε μια βιομηχανική εγκατάσταση υπάρχουν δύο τριφασικοί κινητήρες: ο κινητήρας Μ1 κινεί μια μεταφορική ταινία προς τη γραμμή Α, ο κινητήρας Μ2 κινεί μια δεύτερη μεταφορική ταινία προς τη γραμμή Β. Για λόγους ασφαλείας και περιορισμού της διαθέσιμης ηλεκτρικής ισχύος, οι δύο κινητήρες δεν επιτρέπεται να λειτουργούν ταυτόχρονα. Ο χειριστής πρέπει να μπορεί: • να εκκινεί ανεξάρτητα κάθε κινητήρα, • να σταματά οποιονδήποτε κινητήρα, • να μην μπορεί να εκκινήσει τον δεύτερο όταν λειτουργεί ο πρώτος, • να σταματά αυτόματα έναν κινητήρα όταν ενεργοποιηθεί το θερμικό του, • να γνωρίζει ποιος κινητήρας λειτουργεί και ποιος έχει παρουσιάσει βλάβη. Οι μαθητές αναλαμβάνουν τον ρόλο τεχνικών αυτοματισμού και καλούνται να σχεδιάσουν, να προγραμματίσουν, να ελέγξουν και να βελτιώσουν το σύστημα. Το προς διερεύνηση πρόβλημα Να σχεδιάσετε πρόγραμμα PLC το οποίο θα ελέγχει δύο τριφασικούς κινητήρες με τις ακόλουθες απαιτήσεις:  Με το START 1 εκκινεί ο κινητήρας Μ1.  Με το START 2 εκκινεί ο κινητήρας Μ2.  Κάθε κινητήρας παραμένει σε λειτουργία μετά την απελευθέρωση του START.  Όταν λειτουργεί ο Μ1, δεν επιτρέπεται να εκκινήσει ο Μ2.  Όταν λειτουργεί ο Μ2, δεν επιτρέπεται να εκκινήσει ο Μ1.  Με το STOP σταματά ο κινητήρας που λειτουργεί.  Αν ενεργοποιηθεί το θερμικό ενός κινητήρα, ο συγκεκριμένος κινητήρας σταματά.  Αν πατηθούν ταυτόχρονα τα δύο START, το σύστημα πρέπει να αντιδρά με προκαθορισμένο και ασφαλή τρόπο.  Μετά την επαναφορά της τάσης, κανένας κινητήρας δεν πρέπει να εκκινεί μόνος του. Διερευνητικό ερώτημα: Πώς μπορούμε να αντικαταστήσουμε τις βοηθητικές επαφές αυτοσυγκράτησης και ηλεκτρικής μανδάλωσης του κλασικού αυτοματισμού με λογικές επαφές μέσα στο πρόγραμμα του PLC; Πριν προγραμματίσουν, οι μαθητές καταγράφουν την αρχική τους άποψη:  Ποια πληροφορία πρέπει να «θυμάται» το PLC;  Πώς θα γνωρίζει ότι λειτουργεί ήδη ο άλλος κινητήρας;  Τι θα συμβεί αν αφαιρέσουμε την επαφή μανδάλωσης;  Αρκεί μόνο το λογισμικό για την ασφαλή μανδάλωση; Σύνδεση με την προηγούμενη άσκηση Στην προηγούμενη άσκηση οι μαθητές υλοποίησαν με PLC την εκκίνηση ενός τριφασικού κινητήρα από δύο διαφορετικές θέσεις χειρισμού. Εκεί διερεύνησαν: • τον χαρακτηρισμό των μπουτόν ως εισόδων του PLC, • την αντιστοίχιση του ηλεκτρονόμου ισχύος σε έξοδο, • τη λογική σύνδεση των μπουτόν START και STOP, • την αυτοσυγκράτηση μέσω του προγράμματος, • την προτεραιότητα της εντολής STOP, • την προστασία του κινητήρα μέσω της επαφής του θερμικού ηλεκτρονόμου. Στη νέα άσκηση διατηρούμε τη βασική λογική εκκίνησης, αυτοσυγκράτησης και διακοπής, αλλά επεκτείνουμε τον αυτοματισμό ώστε να ελέγχει δύο τριφασικούς κινητήρες. Το νέο πρόβλημα δεν είναι μόνο να εκκινεί και να σταματά κάθε κινητήρας. Πρέπει επίσης να εξασφαλίζεται ότι, όταν λειτουργεί ο ένας κινητήρας, ο άλλος δεν μπορεί να εκκινήσει. Επομένως, εισάγεται η έννοια της αμοιβαίας μανδάλωσης. Στον κλασικό αυτοματισμό η μανδάλωση πραγματοποιείται με τις κανονικά κλειστές βοηθητικές επαφές των ηλεκτρονόμων ισχύος: η κλειστή επαφή του ΚΜ1 τοποθετείται στο κύκλωμα ελέγχου του ΚΜ2, η κλειστή επαφή του ΚΜ2 τοποθετείται στο κύκλωμα ελέγχου του ΚΜ1. Στον αυτοματισμό με PLC, η ίδια λειτουργία μεταφέρεται στο λογικό πρόγραμμα: στη γραμμή προγράμματος του κινητήρα Μ1 τοποθετείται κανονικά κλειστή λογική επαφή της εξόδου Q2, στη γραμμή προγράμματος του κινητήρα Μ2 τοποθετείται κανονικά κλειστή λογική επαφή της εξόδου Q1. Έτσι, οι μαθητές περνούν από τη λογική: «Ο κινητήρας λειτουργεί όταν λάβει εντολή START και διατηρείται μέσω αυτοσυγκράτησης» στη σύνθετη λογική: «Ο κινητήρας λειτουργεί όταν λάβει εντολή START, διατηρείται μέσω αυτοσυγκράτησης και ο άλλος κινητήρας δεν βρίσκεται ήδη σε λειτουργία». Η νέα άσκηση αποτελεί, επομένως, φυσική συνέχεια της προηγούμενης. Οι μαθητές δεν κατασκευάζουν έναν εντελώς νέο αυτοματισμό, αλλά αξιοποιούν την ήδη γνωστή λογική και προσθέτουν έναν νέο όρο ασφαλείας: την απαγόρευση της ταυτόχρονης λειτουργίας των δύο κινητήρων. Αρχικό διερευνητικό ερώτημα: Αν αντιγράψουμε δύο φορές το πρόγραμμα εκκίνησης ενός κινητήρα, μία φορά για τον Μ1 και μία για τον Μ2, θα εξασφαλιστεί ότι οι δύο κινητήρες δεν θα λειτουργήσουν ταυτόχρονα; Οι μαθητές καλούνται αρχικά να κάνουν μια πρόβλεψη και στη συνέχεια να ελέγξουν πειραματικά το πρόγραμμα στο PLC. Από τη δοκιμή θα διαπιστώσουν ότι δύο ανεξάρτητα κυκλώματα αυτοσυγκράτησης επιτρέπουν την ταυτόχρονη ενεργοποίηση των δύο εξόδων. Συνεπώς, απαιτείται να προστεθεί σε κάθε λογική γραμμή η κατάσταση λειτουργίας του άλλου κινητήρα. Με αυτόν τον τρόπο, η προηγούμενη άσκηση λειτουργεί ως η βασική «μονάδα» πάνω στην οποία οικοδομείται η νέα γνώση: Εκκινηση και αυτοσυγκρατηση + ελεγχος καταστασης αλλου κινητηρα = αμοιβαια μανδαλωση Η μετάβαση αυτή βοηθά τους μαθητές να κατανοήσουν ότι τα σύνθετα προγράμματα PLC δημιουργούνται σταδιακά, με επέκταση και συνδυασμό απλούστερων λογικών λειτουργιών. Χαρακτηρισμός εισόδων και εξόδων του PLC Επιλέγουμε να μην εμφανίσουμε τις επαφές των δυο θερμικών ηλεκτρονόμων ωστε να μην γίνουν υπερβολικά μεγάλοι οι πίνακες αληθείας. Μπορούμε να τις προσθέσουμε στο τέλος, στο πρόγραμμα αυτοματισμού. Συνδεσμολογία Φάση Α — Ανάκληση προηγούμενων γνώσεων Οι μαθητές παρατηρούν ένα κλασικό κύκλωμα μανδάλωσης με δύο επαφείς ΚΜ1 και ΚΜ2. Διερευνητική Ερώτηση 1: Ποια επαφή δημιουργεί την αυτοσυγκράτηση του ΚΜ1; Διερευνητική Ερώτηση 2: Ποια επαφή εμποδίζει την ενεργοποίηση του ΚΜ2; Διερευνητική Ερώτηση 3: Γιατί η επαφή μανδάλωσης είναι κανονικά κλειστή; Διερευνητική Ερώτηση 4: Τι θα συμβεί αν η επαφή μανδάλωσης του ΚΜ1 γεφυρωθεί; Διερευνητική Ερώτηση 5: Ποια στοιχεία του κλασικού κυκλώματος μπορούν να αντικατασταθούν από πρόγραμμα PLC; Διερευνητική Ερώτηση 6: Ποια στοιχεία ισχύος εξακολουθούν να είναι απαραίτητα; Ενδεικτικό συμπέρασμα: Το PLC αντικαθιστά το ενσύρματο κύκλωμα ελέγχου, αλλά όχι το κύκλωμα ισχύος. Οι επαφείς, τα θερμικά, οι ασφάλειες, οι κινητήρες και οι προστατευτικές διατάξεις εξακολουθούν να απαιτούνται. Φάση Β — Πρόβλεψη πριν από τον προγραμματισμό Οι μαθητές συμπληρώνουν τον ακόλουθο πίνακα χωρίς να δοκιμάσουν ακόμη το PLC. Η τελευταία περίπτωση δεν αφήνεται τυχαία. Οι μαθητές πρέπει να αποφασίσουν ποια συμπεριφορά είναι ασφαλέστερη. Φάση Γ — Κατασκευή της αυτοσυγκράτησης Αρχικά προγραμματίζεται μόνο ο κινητήρας Μ1. Λογική εξίσωση QM1 ​=(START1 OR QM1’ ) AND STOP AND TH1 Όπου: QM1: παρούσα κατάσταση του Μ1, QM1’ : προηγούμενη κατάσταση του Μ1, START1: εντολή εκκίνησης, STOP: κλειστό κύκλωμα STOP, TH1: θερμικό σε κανονική κατάσταση. Διερευνητικές δοκιμές Πατήστε στιγμιαία το START 1. Αφήστε το START 1. Παρατηρήστε αν η έξοδος Q1 παραμένει ενεργή. Αφαιρέστε την παράλληλη επαφή Q1 από το πρόγραμμα. Επαναλάβετε τη δοκιμή. Διερευνητική Ερώτηση 7: Τι λειτουργία εκτελεί η επαφή Q1 που τοποθετείται παράλληλα με το START 1; Ενδεικτική απάντηση: Δημιουργεί λογική αυτοσυγκράτηση. Μετά τη στιγμιαία ενεργοποίηση του START 1, η ενεργοποιημένη έξοδος Q0.0 διατηρεί αληθή τη λογική γραμμή. Φάση Δ — Προσθήκη δεύτερου κινητήρα χωρίς μανδάλωση Οι μαθητές δημιουργούν αντίστοιχη αυτοσυγκράτηση για τον Μ2, χωρίς ακόμη να χρησιμοποιήσουν επαφές αμοιβαίας μανδάλωσης. QM2 = (START2 OR QM2’ ) AND STOP AND TH2 ​ Πείραμα Εκκινήστε τον Μ1. Ενώ λειτουργεί ο Μ1, πατήστε START 2. Καταγράψτε την κατάσταση των Q1 και Q1. Αναμενόμενη παρατήρηση: Οι δύο έξοδοι μπορούν να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα. Επομένως, οι αυτοσυγκρατήσεις από μόνες τους δεν εξασφαλίζουν μανδάλωση. Ερώτηση κρίσης: Ποια πληροφορία λείπει από κάθε λογική γραμμή; Ενδεικτική απάντηση: Κάθε κινητήρας πρέπει να ελέγχει αν ο άλλος κινητήρας είναι σταματημένος πριν επιτρέψει την ενεργοποίησή του. Φάση Ε — Ανακάλυψη της ηλεκτρικής μανδάλωσης στο PLC Στη λογική γραμμή του Μ1 προστίθεται κανονικά κλειστή λογική επαφή του Q2. Στη λογική γραμμή του Μ2 προστίθεται κανονικά κλειστή λογική επαφή του Q1. Απλοποιημένες λογικές εξισώσεις QM1 = (START1 AND QM1) OR STOP OR TH1 OR QM2 QM2 = (START2 AND QM2) OR STOP OR TH2 OR QM1 ​ Δίκτυο 1 — Κινητήρας Μ1 I3 STOP: NO λογική επαφή, επειδή η είσοδος είναι 1 σε κανονική κατάσταση. I5.3 TH1: NO λογική επαφή. Q1: NC λογική επαφή μανδάλωσης. I1 START 1 παράλληλα με Q1. Πηνίο Q1. Δίκτυο 2 — Κινητήρας Μ2 I3 STOP: NO λογική επαφή. I6 TH2: NO λογική επαφή. Q2: NC λογική επαφή μανδάλωσης. I2 START2 παράλληλα με Q0.1. Πηνίο Q2. Φάση ΣΤ — Πειραματική επαλήθευση Οι μαθητές εκτελούν κάθε δοκιμή και συγκρίνουν την παρατήρηση με την αρχική τους πρόβλεψη. Το κρίσιμο πείραμα: ταυτόχρονο πάτημα START Αυτή είναι η σημαντικότερη διερευνητική επέκταση της άσκησης. Ερώτημα: Τι συμβαίνει αν τα START1 και START2 γίνουν ταυτόχρονα 1, ενώ οι δύο κινητήρες είναι σταματημένοι; Η απόκριση μπορεί να επηρεάζεται από: • τη σειρά εκτέλεσης των δικτύων, • τον κύκλο σάρωσης του PLC, • τον τρόπο ενημέρωσης της εικόνας εξόδων, • το αν χρησιμοποιούνται απευθείας έξοδοι ή εσωτερικές μνήμες. Προτεινόμενες στρατηγικές Στρατηγική 1 — Προτεραιότητα στον Μ1: Αν πατηθούν ταυτόχρονα τα δύο START, επιτρέπεται να εκκινήσει μόνο ο Μ1. Στρατηγική 2 — Προτεραιότητα στον Μ2: Αν πατηθούν ταυτόχρονα τα δύο START, επιτρέπεται να εκκινήσει μόνο ο Μ2. Στρατηγική 3 — Ακύρωση και των δύο εντολών: Αν πατηθούν ταυτόχρονα τα δύο START, δεν εκκινεί κανένας κινητήρας και ενεργοποιείται ένδειξη λανθασμένου χειρισμού. Η τρίτη στρατηγική είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για διερευνητική και ασφαλή λειτουργία: • ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ --> START1 AND START2 • QM1=(START1 OR QM1) AND START2 AND STOP AND TH1 AND QM2 ​ • QM2=(START2 OR QM2) AND START1 AND STOP AND TH2 AND QM1 ​ Προσοχή: η απλή προσθήκη του αντίθετου START πρέπει να μελετηθεί ώστε να μην προκαλεί διακοπή του ήδη λειτουργούντος κινητήρα. Καλύτερα η συνθήκη ταυτόχρονου πατήματος να χρησιμοποιείται μόνο στη φάση νέας εκκίνησης ή μέσω εντολών SET/RESET. Φάση Ζ — Προσθήκη των θερμικών ηλεκτρονόμων Οι κανονικά κλειστές επαφές 95–96 των θερμικών F1 και F2 συνδέονται σε ψηφιακές εισόδους του PLC. Διερευνητική Ερώτηση 8: Γιατί χρησιμοποιούμε την επαφή 95–96 και όχι την 97–98; Διερευνητική Ερώτηση 9: Γιατί η είσοδος του θερμικού είναι 1 σε κανονική λειτουργία; Διερευνητική Ερώτηση 10: Τι θα αντιληφθεί το PLC αν κοπεί το καλώδιο μεταξύ θερμικού και εισόδου; Διερευνητική Ερώτηση 11: Πρέπει ο κινητήρας να επανεκκινεί αυτόματα μετά την επαναφορά του θερμικού; Διερευνητική Ερώτηση 12: Γιατί απαιτείται νέο πάτημα START; Διερευνητική Ερώτηση 13: Ενδεικτικές απαντήσεις Διερευνητική Ερώτηση 1:4 Η επαφή 95–96 ανοίγει όταν ενεργοποιηθεί το θερμικό και διακόπτει την εντολή λειτουργίας. Διερευνητική Ερώτηση 15: Η λογική αυτή είναι ασφαλέστερη, επειδή μια διακοπή καλωδίου εμφανίζεται επίσης ως απώλεια της συνθήκης κανονικής λειτουργίας. Διερευνητική Ερώτηση 16: Μετά την επαναφορά του θερμικού απαιτείται νέα εντολή START, ώστε να αποφευχθεί απρόβλεπτη επανεκκίνηση. Πίνακες αληθείας Στη συνέχεια συμπληρώστε τoυς ακόλουθους πίνακες αληθείας. Προσπαθήστε για κάθε συνδυασμό εισόδων να αποφασίσετε την κατάσταση της εξόδου. Υπενθυμίζουμε ότι όταν από το μπουτόν περνάει ρεύμα θεωρούμε ότι η κατάσταση του είναι 1 ενώ όταν δεν περνάει ρεύμα από το μπουτόν, η κατάσταση του είναι 0. Επίσης όταν η έξοδος είναι ενεργοποιημένη, η κατάσταση του είναι 1 ενώ όταν η έξοδος δεν είναι ενεργοποιημένη, η κατάσταση του είναι 0. Τέλος, με Q΄ χαρακτηρίζουμε την προηγούμενη κατάσταση της εξόδου ενώ με Q την παρούσα κατάσταση της εξόδου. Θα παρατηρήσετε ότι θα πρέπει να συμπληρώσουμε δυο πίνακες αληθείας. Αυτό συμβαίνει επειδή έχουμε δυο εξόδους οι οποίοι ενεργοποιούνται από διαφορετικές εισόδους. Οπότε συμπληρώνουμε έναν ξεχωριστό πίνακα αληθείας για κάθε έξοδο. Για τον πρώτο κινητήρα Μ1 Για τον δεύτερο κινητήρα Μ2 Στη συνέχεια εξάγετε τις μαθηματικές εξισώσεις - μία για κάθε πίνακα αληθείας. Υπενθυμίζουμε ότι μας ενδιαφέρουν οι συνδυασμοί εισόδων που δίνουν έξοδο 1. Μαθηματική Εξίσωση Τέλος συμπληρώστε τους πίνακες Karnaugh, απλοποιήστε τις εξισώσεις και γράψτε το αντίστοιχο πρόγραμμα λειτουργίας αυτοματισμού σε οποιαδήποτε γλώσσα επιθυμείτε. Απλοποίηση με πίνακα Karnaugh Για τον πρώτο κινητήρα Για τον δεύτερο κινητήρα Απλοποιημένη Εξίσωση Πρόγραμμα λειτουργίας του αυτοματισμού Παρατήρηση: στο πρόγραμμα λειτουργίας του αυτοματισμού δεν εμφανίζονται οι επαφές των δυο θερμικών ηλεκτρονόμων - επιλέξαμε εξαρχής να μην τις χρησιμοποιήσουμε ωστε να μην γίνουν υπερβολικά μεγάλοι οι πίνακες αληθείας. Με βάση τις γνώσεις και την εξοικέίωση που έχετε πλέον αποκτήσει, προσπαθήστε να προσθέσετε στο πρόγραμμα αυτοματισμού τις δυο κλειστές επαφές - μία για κάθε θερμικό - ώστε να προστατευτούν οι κινητήρες από υπερφορτίσεις. Φάση Η — Διάγνωση προγραμματισμένων βλαβών Ο εκπαιδευτικός εισάγει μία βλάβη κάθε φορά χωρίς να ενημερώνει τους μαθητές. Διαδικασία διάγνωσης Για κάθε βλάβη οι μαθητές καταγράφουν: • Το παρατηρούμενο σύμπτωμα. • Την πιθανή αιτία. • Την κατάσταση των εισόδων. • Την κατάσταση των εξόδων. • Το δίκτυο LADDER που πρέπει να ελεγχθεί. • Την προτεινόμενη αποκατάσταση. • Τη δοκιμή με την οποία θα επιβεβαιωθεί η αποκατάσταση. Προχωρημένη διερεύνηση: εντολή και πραγματική λειτουργία Η ενεργοποίηση του Q1 σημαίνει ότι το PLC έδωσε εντολή στον ΚΜ1. Δεν αποδεικνύει απαραίτητα ότι ο επαφέας όπλισε. Για πραγματική επιβεβαίωση προστίθενται: I 0.5: βοηθητική επαφή ΚΜ1, I0.6: βοηθητική επαφή ΚΜ2. Νέο ερώτημα: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ «το PLC έδωσε εντολή» και «ο κινητήρας λειτουργεί πραγματικά»; Αν το Q0.0 γίνει 1 αλλά το I0.5 παραμείνει 0 για περισσότερο από έναν προκαθορισμένο χρόνο, το PLC μπορεί να δηλώσει: Σφάλμα απόκρισης επαφέα ΚΜ1. Η ίδια λογική εφαρμόζεται στον ΚΜ2. Αυτό μπορεί να υλοποιηθεί με χρονικό TON: είσοδος χρονικού: Q0.0 AND NOT I0.5, χρόνος: 2 s, έξοδος χρονικού: σφάλμα ΚΜ1. Διερεύνηση ασφαλούς μανδάλωσης Ερώτημα κρίσης: Αρκεί η μανδάλωση μόνο μέσα στο πρόγραμμα PLC; Ενδεικτική απάντηση: Σε μια πραγματική εγκατάσταση όπου η ταυτόχρονη λειτουργία δημιουργεί σοβαρό κίνδυνο, η μανδάλωση μόνο μέσω λογισμικού δεν θεωρείται επαρκής. Μπορεί να υπάρξει: • σφάλμα προγράμματος, • λανθασμένη αντιστοίχιση εξόδων, • βλάβη εξόδου, • κόλλημα επαφέα, • μη εξουσιοδοτημένη αλλαγή του προγράμματος. Για τον λόγο αυτό εφαρμόζεται επιπλέον ενσύρματη ηλεκτρική μανδάλωση: • η NC βοηθητική επαφή του ΚΜ1 συνδέεται σε σειρά με το πηνίο του ΚΜ2, • η NC βοηθητική επαφή του ΚΜ2 συνδέεται σε σειρά με το πηνίο του ΚΜ1. Ανάλογα με την εφαρμογή μπορεί να απαιτείται και μηχανική μανδάλωση των επαφέων. Το STOP έκτακτης ανάγκης δεν πρέπει να βασίζεται αποκλειστικά σε ένα συμβατικό πρόγραμμα PLC. Πρέπει να διακόπτει την επικίνδυνη λειτουργία μέσω κατάλληλου κυκλώματος ασφαλείας. Διερευνητική Ερώτηση 17: Γιατί απαιτούνται δύο διαφορετικές έξοδοι; Διερευνητική Ερώτηση 18: Πώς δημιουργείται η αυτοσυγκράτηση μέσα στο πρόγραμμα PLC; Διερευνητική Ερώτηση 19: Πώς δημιουργείται η αμοιβαία μανδάλωση; Διερευνητική Ερώτηση 20: Γιατί η επαφή του Q0.1 είναι NC στη γραμμή του Μ1; Διερευνητική Ερώτηση 21: Τι συμβαίνει αν αφαιρεθεί η επαφή μανδάλωσης; Διερευνητική Ερώτηση 22: Γιατί τα θερμικά συνδέονται με NC επαφές; Διερευνητική Ερώτηση 23: Τι σημαίνει η προηγούμενη κατάσταση Q′; Διερευνητική Ερώτηση 24: Γιατί πρέπει να εξετάσουμε τον κύκλο σάρωσης; Διερευνητική Ερώτηση 25: Ποιος κινητήρας αποκτά προτεραιότητα αν τα δύο START πατηθούν ταυτόχρονα; Διερευνητική Ερώτηση 26: Πώς μπορούμε να ακυρώσουμε και τις δύο εντολές; Διερευνητική Ερώτηση 27: Γιατί δεν επιτρέπεται αυτόματη επανεκκίνηση μετά από διακοπή τάσης; Διερευνητική Ερώτηση 28: Πώς διαπιστώνουμε ότι ένας επαφέας δεν υπάκουσε στην εντολή του PLC; Διερευνητική Ερώτηση 29: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ λογικής και ενσύρματης μανδάλωσης; Διερευνητική Ερώτηση 30: Πώς θα προσθέτατε ξεχωριστό STOP για κάθε κινητήρα; Διερευνητική Ερώτηση 31: Πώς θα τροποποιούσατε το πρόγραμμα ώστε ο Μ2 να εκκινεί μόνο αφού σταματήσει ο Μ1 για 5 δευτερόλεπτα; Πρόκληση επέκτασης Οι ομάδες καλούνται να επιλέξουν μία επέκταση: Επέκταση Α — Χρόνος ασφαλείας Μετά τη διακοπή του Μ1, ο Μ2 επιτρέπεται να εκκινήσει μόνο μετά από 5 s. Επέκταση Β — Αλλαγή κινητήρα με μία εντολή Αν λειτουργεί ο Μ1 και πατηθεί START 2: • σταματά ο Μ1, • μεσολαβεί χρόνος 5 s, • εκκινεί ο Μ2. Επέκταση Γ — Καταγραφή ωρών λειτουργίας Το PLC μετρά τις συνολικές ώρες λειτουργίας κάθε κινητήρα και εμφανίζει ειδοποίηση συντήρησης. Επέκταση Δ — Ισοκατανομή λειτουργίας Όταν δοθεί κοινή εντολή START, εκκινεί ο κινητήρας με τις λιγότερες ώρες λειτουργίας. Φύλλο καταγραφής μαθητή Τελικό συμπέρασμα προς συμπλήρωση Οι μαθητές ολοκληρώνουν τις προτάσεις: Η αυτοσυγκράτηση στο PLC επιτυγχάνεται με ____________________. Η μανδάλωση του Μ1 επιτυγχάνεται με την ____________________ επαφή του Μ2. Αν αφαιρεθούν οι επαφές μανδάλωσης, τότε ____________________. Οι επαφές 95–96 των θερμικών χρησιμοποιούνται επειδή ____________________. Η ταυτόχρονη πίεση των δύο START πρέπει να ____________________. Σε μια πραγματική εγκατάσταση, εκτός από τη λογική μανδάλωση, απαιτείται ____________________. Η κατάσταση μιας εξόδου του PLC δεν αποδεικνύει πάντα ότι ____________________. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Η μανδάλωση δύο κινητήρων μπορεί να υλοποιηθεί μέσα στο πρόγραμμα PLC με αμοιβαίες κανονικά κλειστές λογικές επαφές. Η σωστή λειτουργία, όμως, δεν επιβεβαιώνεται μόνο από το πρόγραμμα. Απαιτούνται πειραματικές δοκιμές, έλεγχος του κύκλου σάρωσης, προστασία από ταυτόχρονες εντολές, παρακολούθηση των θερμικών και επιβεβαίωση της πραγματικής κατάστασης των επαφέων. Σε εφαρμογές όπου η ταυτόχρονη λειτουργία είναι επικίνδυνη, προστίθεται και ενσύρματη ηλεκτρική ή μηχανική μανδάλωση.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ

Στόχοι της άσκησης Γενικός σκοπός Γενικός σκοπός της άσκησης είναι οι μαθητές να σχεδιάσουν, να προγραμματίσουν, να ελέγξουν και να αξιολογήσουν ένα ολοκληρωμένο σύστημα αμοιβαίας μανδάλωσης δύο τριφασικών κινητήρων με PLC, συνδέοντας τη θεωρία της λογικής επεξεργασίας με την πραγματική λειτουργία και ασφάλεια ενός βιομηχανικού αυτοματισμού. Με την ολοκλήρωση της εργαστηριακής άσκησης «Μανδάλωση δύο τριφασικών κινητήρων με PLC», οι μαθητές αναμένεται να έχουν αποκτήσει τις ακόλουθες γνώσεις, δεξιότητες και στάσεις. Στόχοι γνώσεων Οι μαθητές να μπορούν:  Να εξηγούν την έννοια της αμοιβαίας μανδάλωσης δύο κινητήρων.  Να περιγράφουν γιατί δεν επιτρέπεται η ταυτόχρονη λειτουργία των δύο κινητήρων.  Να διακρίνουν την αυτοσυγκράτηση από την αμοιβαία μανδάλωση.  Να αναγνωρίζουν τις εισόδους και τις εξόδους του PLC.  Να εξηγούν τον ρόλο των μπουτόν START και STOP.  Να περιγράφουν τη λειτουργία των επαφέων ΚΜ1 και ΚΜ2.  Να εξηγούν τον ρόλο των θερμικών ηλεκτρονόμων στην προστασία των κινητήρων.  Να αντιστοιχίζουν τις βοηθητικές επαφές του κλασικού αυτοματισμού με τις λογικές επαφές του προγράμματος PLC.  Να κατανοούν τη χρήση της προηγούμενης κατάστασης μιας εξόδου στην αυτοσυγκράτηση.  Να εξάγουν λογικές εξισώσεις από πίνακες αληθείας.  Να ερμηνεύουν ένα πρόγραμμα αυτοματισμού σε γλώσσα LADDER ή FBD.  Να εξηγούν πώς ο κύκλος σάρωσης του PLC μπορεί να επηρεάσει την ταυτόχρονη πίεση των δύο START.  Να διακρίνουν την εντολή ενεργοποίησης μιας εξόδου από την πραγματική λειτουργία του αντίστοιχου επαφέα.  Να κατανοούν γιατί η λογική μανδάλωση μπορεί να συμπληρώνεται με ενσύρματη ηλεκτρική ή μηχανική μανδάλωση. Στόχοι δεξιοτήτων Οι μαθητές να μπορούν:  Να αναγνωρίζουν και να συνδέουν σωστά τα μπουτόν, τα θερμικά και τα πηνία των επαφέων στις εισόδους και τις εξόδους του PLC.  Να δημιουργούν πίνακα αντιστοίχισης εισόδων και εξόδων.  Να συμπληρώνουν πίνακες αληθείας για τις δύο εξόδους.  Να διατυπώνουν τις λογικές εξισώσεις λειτουργίας των κινητήρων.  Να σχεδιάζουν πρόγραμμα LADDER ή FBD για την εκκίνηση και την αυτοσυγκράτηση κάθε κινητήρα.  Να προσθέτουν αμοιβαία μανδάλωση μεταξύ των δύο εξόδων.  Να ενσωματώνουν τις επαφές των θερμικών ηλεκτρονόμων στο πρόγραμμα.  Να μεταφέρουν και να εκτελούν το πρόγραμμα στο PLC.  Να παρακολουθούν online την κατάσταση εισόδων, εξόδων και λογικών επαφών.  Να πραγματοποιούν δοκιμές λειτουργίας με διαφορετικούς συνδυασμούς εντολών.  Να προβλέπουν τη συμπεριφορά του συστήματος πριν από κάθε δοκιμή.  Να συγκρίνουν την πρόβλεψη με το πραγματικό αποτέλεσμα και να αιτιολογούν πιθανές αποκλίσεις.  Να εντοπίζουν προγραμματιστικά και συνδεσμολογικά σφάλματα.  Να διαγιγνώσκουν βλάβες με βάση τα συμπτώματα και τις ενδείξεις του PLC.  Να ελέγχουν τη λειτουργία των θερμικών και την ασφαλή διακοπή των κινητήρων.  Να τροποποιούν το πρόγραμμα ώστε να αντιμετωπίζεται με ασφαλή τρόπο η ταυτόχρονη πίεση των δύο START.  Να επαληθεύουν ότι κανένας κινητήρας δεν επανεκκινεί αυτόματα μετά την επαναφορά της τάσης.  Να τεκμηριώνουν το πρόγραμμα με σύμβολα, σχόλια και σαφείς ονομασίες μεταβλητών. Στόχοι στάσεων και επαγγελματικής συμπεριφοράς Οι μαθητές να:  Αναπτύξουν υπεύθυνη στάση απέναντι στην ασφάλεια ανθρώπων και εξοπλισμού.  Αντιλαμβάνονται ότι η σωστή λειτουργία ενός προγράμματος πρέπει να επιβεβαιώνεται με συστηματικές δοκιμές.  Αποφεύγουν αυθαίρετες γεφυρώσεις ή παρακάμψεις προστατευτικών διατάξεων.  Εφαρμόζουν ασφαλή απομόνωση της εγκατάστασης πριν από οποιαδήποτε επέμβαση.  Ελέγχουν τη συνδεσμολογία πριν από την εφαρμογή τάσης.  Αντιμετωπίζουν τα σφάλματα ως ευκαιρίες διερεύνησης και βελτίωσης.  Τεκμηριώνουν τις αλλαγές που πραγματοποιούν στο πρόγραμμα.  Συνεργάζονται αποτελεσματικά μέσα στην εργαστηριακή ομάδα.  Κατανέμουν υπεύθυνα τους ρόλους του προγραμματιστή, του τεχνικού συνδεσμολογίας, του χειριστή και του υπεύθυνου ασφαλείας.  Ακολουθούν οργανωμένη διαδικασία πρόβλεψης, δοκιμής, παρατήρησης και εξαγωγής συμπεράσματος.  Αναγνωρίζουν ότι το λογισμικό δεν αντικαθιστά πάντοτε τα απαραίτητα ενσύρματα μέτρα ασφαλείας. Α  ναπτύξουν επαγγελματική συνέπεια, ακρίβεια και κριτική σκέψη.