A) Słowne sformułowanie zadania dla układu sterowania na podstawie opisu zleceniodawcy

Zrealizować układ sterowania silnikiem elektrycznym napędu przemysłowego. Silnik elektryczny napędu powinien być włączany przez operatora procesu jednym przyciskiem załączającym o oznaczeniu S1, który ma być docelowo umieszczony na pulpicie sterującym. Silnik w stanie włączenia powinien pracować dopóty, dopóki operator procesu pobudza ręcznie przycisk załączający S1. Stan pracy silnika elektrycznego: włączony/wyłączony powinien być sygnalizowany optycznie na pulpicie sterującym poprzez użycie sygnalizatorów optycznych (tzw. lampek kontrolnych):

• sygnalizator H1 dla stanu pracy silnika – włączony;
• sygnalizator H2 dla stanu pracy silnika - wyłączony.

Działanie silnika elektrycznego powinno być dodatkowo zabezpieczone przed przeciążeniem poprzez użycie przekaźnika termicznego F3.

(Dla Czytelnika jest zapewne jasne, że autor używając w opisach nazw elementów sterowania stykowego typu przycisk załączający S1, stycznik K1, itp., miał na myśli odpowiednie zestyki takich elementów załączających oraz wykonawczych. Taką konwencję autor przyjął we wszystkich opisach przykładów w module 4).

B) Opis działania układu sterowania silnikiem napędu elektrycznego bez samo-potrzymania

Po naciśnięciu przez operatora procesu monostabilnego przycisku załączającego S1 następuje włączenie stycznika K1, którego zestyki robocze załączają odpowiednie uzwojenia silnika elektrycznego napędu. Zostaje wygaszona lampka kontrolna H2 a zapala się lampka kontrolna H1. Silnik elektryczny napędu pracuje (tzn. wał silnika obraca się) i jest dodatkowo przeciążeniowo kontrolowany przez zestyk przekaźnika termicznego – F3. Po zwolnieniu przycisku S1 następuje bez zbędnej zwłoki wyłączenie stycznika K1 (i w konsekwencji zatrzymanie silnika elektrycznego) oraz lampki kontrolnej H1 a zapalenie lampki kontrolnej H2. Zatrzymanie silnika elektrycznego przy powyższych warunkach wyłączenia i sygnalizacji wystąpi również przy wcześniejszym zadziałaniu przekaźnika termicznego F3 nawet przy pobudzonym przycisku S1.

C) Schemat sterowania stykowego silnikiem elektrycznym napędu oraz schemat obwodu prądowego

 

Rysunek 46: Schematy sterowania silnikiem elektrycznym napędu bez samo-podtrzymania: A) schemat sterowania stykowego; B) schemat obwodu prądowego

 

D) Tabela przyporządkowania sygnałów we/wy adresom absolutnym (operandom) sterownika PLC

Tabela 33: Tabela przyporządkowująca

Sygnał	Adres absolutny (Operand)	Komentarz
F3	I0.0	Zestyk przekaźnika termicznego – typ NC
S1	I0.1	Zestyk przycisku załączającego - typ NO
K1	Q0.0	Cewka stycznika głównego załączającego uzwojenia silnika elektrycznego napędu
H1	Q0.1	Sygnalizator optyczny załączenia silnika
H2	Q0.2	Sygnalizator optyczny wyłączenia silnika

 

(Tabela przyporządkowująca stanowi zazwyczaj element dokumentacji technicznej projektu sterowania systemem mechatronicznym, który oparty został o wykorzystanie sterownika PLC. Na podstawie tej tabeli przyporządkowującej można dokonywać łatwej diagnostyki systemu sterowania, gdyż odpowiednie elementy we/wy systemu mechatronicznego mają swoje odpowiedniki w postaci operandów, które umieszczane są jako argumenty programu użytkowego sterownika PLC. Obecnie tabela przyporządkowująca jest wygodnym narzędziem języków programowania sterowników, gdyż pozwala na naprzemienne używanie w programie użytkowym łatwych do zapamiętania nazw symbolicznych, które pochodzą z kontrolowanego przez sterownik PLC systemu mechatronicznego, zamiast adresów absolutnych, których duża liczba może zaciemniać program użytkowy). 

E) Schemat elektryczny dla sterowania silnika elektrycznego napędu za pośrednictwem sterownika PLC

 

Rysunek 47: Schemat sterowania PLC silnikiem elektrycznym napędu

 

(Do poszczególnych we/wy modułów sterownika PLC doprowadzone są sygnały z elementów we/wy systemu mechatronicznego. Widoczne na rys. 34A) symbole: /k1 oraz k1 będą teraz „widoczne” wyłącznie w programie PLC jako argumenty instrukcji. Czyli logika sterowania stykowego będzie zawarta tylko w programie PLC).

 

F) Program użytkowy PLC do sterowania silnikiem elektrycznym napędu zgodnie z opisem w p. B)

• JĘZYK STL

• JĘZYK LAD

• JĘZYK FBD

 

UWAGA 1:

Wymaga wyjaśnienia brak użycia negacji dla sygnału F3:I0.0 w programie użytkowym (w każdej sieci Network 1), jako działanie odpowiadające użyciu zestyku normalnie zamkniętego /F3 w odniesieniu do schematu sterowania stykowego z rysunku 34A). Użycie zestyku typu NC musiało wystąpić, gdyż w punkcie A analizowanego przykładu narzucono przeciążeniowe wyłączenie silnika elektrycznego, czyli przerwanie obwodu sterowania stykowego w momencie zadziałania przekaźnika termicznego F3, czyli dopiero w momencie przeciążenia silnika napędu. (Zestyk /F3 zmieni wtedy położenie na przeciwne). Przy braku przeciążenia tego silnika zestyk /F3 jest w pozycji spoczynkowej i silnik elektryczny napędu jest sterowany. Zastosowanie identycznej konstrukcji logicznej w programie użytkowym dla przekaźnika F3, wprowadzonego jako sygnał do modułu wejść sterownika PLC – rysunek 47, nie mogło być zrealizowane. Wystąpiłaby bowiem w programie użytkowym PLC tzw. „podwójna negacja”, gdyż sygnał z przekaźnika termicznego F3 byłby najpierw pierwotnie zanegowany, na co wskazuje znak ukośnej kreski „ / ” przy symbolu przekaźnika, a zanegowanie w programie PLC byłoby drugą negacją tego sygnału F3. Ilustruje to rysunek 48.

 

Rysunek 48: Sieć programowa Network 1 z dwoma negacjami sygnału F3

 

W konsekwencji sieć Network 1 nie spełniałaby swojego zadania sterowania. Sygnał z przekaźnika termicznego F3, który poprzez prawidłowe użycie swojego zestyku /F3 wprowadzałby do programu PLC (jako wejście I0.0) sygnał wysoki, czyli „1” (pierwsza negacja), byłby następnie zanegowany w bloczku programu LAD poprzez użycie symbolu negacji (patrz prostokątna ramka). Pobudzanie przycisku S1:I0.1 nie wywołałoby zadziałania wyjścia K1:Q0.0, gdyż do przycisku S1 „nie dochodziłby” sygnał poprzez operand F3:I0.0. (Rysunek 48).