Релейная схема и контроллер

Как кнопка «Пуск» включает насос, а он продолжает работать, когда кнопку отпустили? Нажимай кнопки, смотри ток в релейной схеме и ту же логику в лестничной программе контроллера.

01 Что это такое

Одну и ту же логику управления можно собрать из проводов и реле, а можно записать программой в контроллер. Задача та же, способ разный.

Реле это электромагнит с контактами: подали ток на катушку, якорь притянулся и переключил контакты. Соединяя контакты реле и кнопок проводами, получают релейно-контактную схему. Чтобы поменять логику, ее надо перепаять. Программируемый логический контроллер (ПЛК) делает то же самое программой: кнопки подключены к его входам, катушки пускателей к выходам, а связи между ними нарисованы в программе в виде лестничной диаграммы. Чтобы поменять логику, достаточно загрузить новую программу.

Реле переключает контакты механически. В контроллере то же самое делает процессор: читает входы, выполняет программу и включает выходы. Огоньки показывают, на каких входах сейчас есть сигнал.

KM: Пускатель. Мощное реле, которое включает двигатель насоса. Буквы KM по чертежному стандарту, у кнопок буквы SB, у теплового реле KK.
I/Q: Входы и выходы ПЛК. I от input, вход: к нему подключена кнопка или датчик. Q, выход: к нему подключена катушка пускателя или лампа.
T: Цикл сканирования, мс. Контроллер без остановки повторяет круг: прочитать входы, выполнить программу, записать выходы. У настоящего ПЛК круг занимает 1–20 мс.

02 Опыт

Нажимай кнопки. Сравни реле и контроллер. ЦИКЛ СКАНИРОВАНИЯ ЗАМЕДЛЕН

АВТОМАТИКА

Пуск и стоп насоса двумя способами

Рис. 8.2

ГОТОВЫЕ СЛУЧАИ

Насос от реле

Насос от ПЛК

Отклик ПЛК на кнопку

Условия опыта

Кнопки на пульте

Перегрузка: сработало тепловое реле KK

Самоподхват (контакт KM параллельно кнопке Пуск)

Обрыв провода кнопки Стоп

Цикл ПЛК, замедленно

Настоящий контроллер проходит круг за миллисекунды. Здесь он замедлен в сотни раз, чтобы было видно каждый шаг.

Нажми и отпусти «Пуск». Реле подхватит себя сразу, а ПЛК только когда дойдет до чтения входов.

03 Формулы по буквам

Одно уравнение и два правила времени

Схему пуска можно записать булевой формулой из темы «Логические элементы». Замкнутый контакт это 1, разомкнутый 0. Числа ниже берутся из опыта.

Когда катушка KM получит ток?

KM = (SB2 + KM) · SB1 · SB0 · KK

Ток дойдет до катушки, если замкнута кнопка Пуск ИЛИ контакт самого KM, И при этом замкнуты контакты Стоп, Авария и тепловое реле. KM стоит в обеих частях формулы: реле держит само себя. Это и есть самоподхват.

SB2: кнопка Пуск, замыкающий контакт: 1, пока ее держат
KM: справа: вспомогательный контакт пускателя, 1 если пускатель включен
SB1, SB0: Стоп и Аварийный стоп, размыкающие контакты: 1, пока кнопку не нажали
KK: контакт теплового реле: 1, пока двигатель не перегружен

Как быстро ПЛК ответит на кнопку?

t_отк ≤ 2 · T

Если кнопку нажали сразу после чтения входов, ПЛК заметит ее только в следующем круге, а выход запишет в его конце. Худший случай почти два круга, лучший меньше одного.

t_отк: время отклика: от нажатия до включения выхода, с
T: время одного цикла сканирования, с. В жизни 0,001–0,02 с

Какое нажатие ПЛК точно не пропустит?

t_наж > T

Контроллер смотрит на входы один раз за круг. Импульс короче круга может проскочить между двумя чтениями. Поэтому для быстрых датчиков, например счетчика оборотов, у ПЛК есть особые быстрые входы.

t_наж: сколько длилось нажатие или импульс датчика, с
T: цикл сканирования, с

Почему кнопка Стоп всегда размыкающая

Кнопку Стоп ставят с нормально замкнутым контактом: пока ее не нажали, через нее идет ток и на входе ПЛК есть 1. Нажали, ток пропал, вход стал 0. Поэтому в программе Стоп нарисован как обычный замыкающий контакт -| |-: «работать можно, пока на входе 1».

Хитрость в том, что оборванный провод, отгоревшая клемма или севший предохранитель тоже дают 0. Машина остановится, а не останется без возможности ее выключить. Так же устроен аварийный стоп и контакт теплового реле. Если бы Стоп был замыкающим, обрыв его провода никто бы не заметил до той самой минуты, когда насос понадобится остановить.

Включи в опыте «Обрыв провода кнопки Стоп»: насос остановится в обеих схемах.

Нажатие и обрыв провода дают одно и то же: 0 на входе, насос останавливается.

04 Где и зачем это применяют

От насосной станции до бортового компьютера

Насосы водоотлива
В карьере и на фабрике насосы откачивают воду и пульпу. Пуск, стоп, защита от сухого хода и перегрева обычно собраны на ПЛК, а в старых шкафах на реле и пускателях.
Конвейеры и дробилки
Конвейеры запускают по очереди, от последнего к первому, чтобы руда не завалила остановленную ленту. Тросовый выключатель вдоль ленты разрывает цепь в любом месте, как аварийный стоп.
Электрика самосвала и экскаватора
На машине много реле: стартера, фар, звукового сигнала. На карьерном экскаваторе с электроприводом стоят шкафы с контроллерами, которые следят за блокировками и защитами.
Поиск неисправностей
На ПЛК огоньки входов сразу показывают, дошел ли сигнал от кнопки. В программе в режиме наблюдения видно, какая строка дает «нет». В релейном шкафу то же ищут тестером по точкам схемы.
Компрессорная и котельная
Компрессор включается по реле давления и выключается при перегреве. Это та же схема с самоподхватом, только вместо кнопок датчики.
Быт и подъезд
Автомат подкачки воды в частном доме, лифт, ворота с пультом и даже стиральная машина работают по той же логике: входы, правила, выходы.

Допущения модели+

Реле в опыте срабатывает мгновенно, а настоящему пускателю нужно 10–30 мс, и его контакты могут дребезжать. Цикл ПЛК замедлен в сотни раз и поделен на три равные части, а в жизни программа идет дольше чтения входов и записи выходов. Силовая часть не показана: пускатель KM своими главными контактами включает двигатель насоса на 380 В, а схема управления работает от 24 В. Не показаны предохранители и входные фильтры ПЛК, которые срезают импульсы короче нескольких миллисекунд.

Еще в направлении «Инженерия»

Все темы направления «Инженерия» →