Čitanje električnih shema

Prije čitanja: dokumenti i orijentacija

Električnu shemu stroja nitko ne čita kao roman, od prvog do posljednjeg lista. Čita se s ciljem: razumjeti kako stroj radi, pronaći zašto ne radi ili provjeriti što će se dogoditi nakon izmjene. Prije nego što se krene u pojedinosti, treba se snaći u dokumentu.

• Naslovni list i sadržaj — naziv sustava, funkcijski i mjesni dio oznaka (=PS1, +ORM), popis listova i njihov sadržaj.
• Pravilo označavanja i legenda — koja se razredba slovnih oznaka primjenjuje, kako su označeni potencijali (L+, M, 24 V, 0 V) i vodiči.
• Oznaka inačice — slovo ili broj izmjene u zaglavlju. Shema koja ne odgovara stvarnom stanju ormarića opasnija je od sheme koje nema, pa se prvo provjerava je li to dokumentacija izvedenog stanja.
• Sustav stupaca — okvir lista podijeljen je na numerirane stupce; unakrsne reference pokazuju list i stupac.
• Popis opreme i popis ulaza i izlaza upravljača — bez njih se ne zna što koji ulaz znači u programu.

Tek tada se otvara list koji je potreban. Za PS-1 dokumentacija ima jednopolnu shemu napajanja, strujnu shemu 230 V, strujnu shemu 24 V s ulazima i izlazima upravljača -A1, shemu priključaka upravljača motora -T1, montažni pogled, popis stezaljki -X1 i popis kabela -W1 do -W6.

Redoslijed čitanja: od izvora prema trošilu

Pouzdan redoslijed čitanja slijedi tok energije. Najprije se utvrdi odakle dolazi napajanje i kako je zaštićeno, zatim koji uvjeti moraju biti ispunjeni da bi upravljački krug smio raditi, zatim kako upravljanje obrađuje signale i tek na kraju što se događa s izvršnim elementima.

1. Napajanje. Priključak -X0, zaštitni prekidač -Q1 i napajanje -G1: ima li ormarić 230 V~ i daje li -G1 24 V=? Na jednopolnoj shemi vidi se da cijeli upravljački dio ovisi o jednom napajanju.
2. Zaštita i sigurnost. Osigurač -F1 štiti razdiobu 24 V. Tipkalo -S0 i sigurnosni relej -K1 čine krug zaustavljanja u nuždi: dok taj krug nije zatvoren i potvrđen, upravljač motora ne smije dobiti omogućavanje.
3. Upravljanje. Upravljač -A1 prima signale tipkala -S3 i -S4, senzora -B1, graničnih sklopki -S1 i -S2 te povratnu informaciju releja -K1. Na shemi se vidi samo ožičenje; logika je u programu.
4. Izvršni elementi. Izlazi -A1 daju impulse i smjer upravljaču -T1 koji napaja namote motora -M1, a signalne žarulje -H1 i -H2 prikazuju stanje.

Istim redoslijedom traži se i kvar. Nema smisla mjeriti signal na ulazu upravljača ako nije provjereno da ormarić ima upravljački napon — a to se često preskače jer je zamka očita tek naknadno.

Unakrsne reference i praćenje signala

Strujna shema u rastavljenom prikazu razbacuje dijelove istog uređaja po stazama i listovima. Svitak releja nalazi se u jednoj stazi, njegovi kontakti u drugima, a vod koji izlazi s jednog lista nastavlja se na drugom. Čitatelja kroz to vode unakrsne reference: ispod svitka piše popis kontakata s mjestom na kojem su nacrtani, uz svaki kontakt mjesto svitka, a na prijelazu voda s lista na list oznaka odredišta.

Praćenje signala referentnog senzora -B1 od osi do programa izgleda ovako:

Svaki od tih koraka moguće je provjeriti i na stroju: naljepnica uz senzor, oznaka na kabelu, broj stezaljke i svjetleća dioda ulaza I2 na upravljaču. Kad oznake na stroju i u dokumentaciji ne odgovaraju, praćenje se zaustavlja na prvom neslaganju — a to je ujedno i prvi zapis koji treba ispraviti u dokumentaciji izvedenog stanja.

Potencijali se na shemi ne moraju uvijek crtati kao neprekinute tračnice. Kraći zapis je oznaka potencijala: kratka crta s natpisom L+ ili M uz priključak simbola, kao što je nacrtano uz senzor -B1 na slici 7.7. Svi vodovi s istom oznakom potencijala su spojeni, iako crta između njih nije nacrtana.

Tipične strujne staze

Nekoliko sklopova ponavlja se na gotovo svakoj upravljačkoj shemi. Tko ih prepozna na prvi pogled, čita shemu u blokovima, a ne kontakt po kontakt.

Samodržanje. Tipkalo START (-S3) je radni kontakt koji je zatvoren samo dok se drži. Da bi relej -K2 ostao uključen i nakon otpuštanja tipkala, paralelno tipkalu spojen je radni kontakt 13–14 samog releja (staza 2). Kad -K2 privuče, njegov kontakt premosti tipkalo i relej drži sam sebe. Mirni kontakt tipkala STOP (-S4) u seriji prekida krug i relej otpada. Budući da je STOP u seriji ispred START, pritisak obaju tipkala istodobno isključuje — to se zove prevlast isklapanja i sigurnija je izvedba.

Međusobna blokada. Kad dva releja ne smiju biti uključena istodobno (npr. smjer naprijed i natrag trofaznog motora transportera), u krug svakog svitka spaja se mirni kontakt drugog releja: -K3 21–22 u stazi 1, -K2 21–22 u stazi 3. Dok je jedan relej uključen, drugi se ne može uključiti. Kod kontaktora glavnog kruga takva električna blokada dopunjuje se mehaničkom blokadom između kontaktora.

Zaustavljanje u nuždi. Tipkalo za nuždu uvijek je mirni kontakt s prisilnim otvaranjem i mehaničkim zadržavanjem, a njegov krug nadzire sigurnosni relej koji otkriva i kvarove poput zavarenog kontakta ili kratkog spoja među vodovima. Norma za električnu opremu strojeva (IEC 60204-1) razlikuje kategorije zaustavljanja: kategorija 0 odmah uklanja energiju s pogona, a kategorija 1 najprije upravljano zaustavlja pogon, a zatim uklanja energiju. Zaustavljanje u nuždi mora biti kategorije 0 ili 1. Otpuštanje tipkala za nuždu ne smije samo pokrenuti stroj; potrebna je zasebna naredba.

Upravljanje motorom PS-1 preko upravljača

U PS-1 nema kontaktora motora. Koračni motor -M1 napaja upravljač -T1, a njemu naredbe daje upravljač -A1. Na strujnoj shemi zato se ne vidi „kako os radi” — vidi se samo koji su signali spojeni. Logika (samodržanje nakon START, zaustavljanje na STOP, referenciranje, provjera krajnjih položaja) izvedena je u programu. Shemu takvog sustava treba čitati zajedno s popisom ulaza i izlaza.

Iz podataka PS-1 slijedi zanimljiv zaključak za čitanje sheme. Uz mikrokorak 1/8 motor ima 1600 koraka po okretaju, a vreteno 3 mm po okretaju, pa jedan impuls pomiče klizač za 0,001875 mm. Za brzinu od 50 mm/s upravljač mora davati 50 / 0,001875 ≈ 26 667 impulsa u sekundi, tj. oko 26,7 kHz. Običan relejni ili tranzistorski izlaz to ne može; na shemi zato izlaz Q0 mora biti označen kao brzi (impulsni) izlaz, a vod do -T1 izveden kratko i po potrebi oklopljen. Tko čita shemu, iz takve oznake zna da se taj izlaz ne smije zamijeniti bilo kojim slobodnim izlazom.

Sigurnost ne smije ovisiti samo o programu. Drugi radni kontakt sigurnosnog releja -K1 (23–24) spaja se u vod omogućavanja ili napajanja upravljača -T1, pa pritisak na -S0 zaustavlja motor i kad program ne radi ispravno. Uklanjanjem struje iz namota koračni motor gubi i zadržni moment; na osi na kojoj teret može sam krenuti (npr. okomitoj) zato je potrebna i kočnica, koja se tada mora vidjeti i na shemi.

Traženje kvara uz shemu

Traženje kvara uz shemu je postupak suženja: od simptoma do staze, od staze do dijela staze, od dijela staze do uređaja ili vodiča. Svaki korak provjerava se mjerenjem ili stanjem svjetleće diode na upravljaču, a zaključak se zapisuje.

Primjer. Nakon pritiska na START os PS-1 ne kreće, a svijetli crvena žarulja -H2. Redoslijed prema slici 7.9:

1. Napajanje: svijetli li pokazna dioda na -G1, ima li 24 V između L+ i M iza -F1? Da — nastavlja se.
2. Zaštita: je li -S0 otpušten i je li -K1 potvrđen (ulaz I5 = 1)? Da — nastavlja se.
3. Upravljanje: ulazi I3 i I4 moraju biti 1 jer su granične sklopke mirni kontakti. Ulaz I3 je 0.
4. Mjerenje prema M: na -X1:6 ima 24 V (dovod prema -S1 ispravan), na -X1:7 nema napona. Kvar je dakle između stezaljki: u kabelu -W4 ili u sklopki -S1.
5. Na osi: klizač nije na krajnjem položaju; mjerenje na priključcima -S1:11 i -S1:12 pokazuje da je kontakt otvoren — sklopka je mehanički oštećena ili zaglavljena.

Postupak se ne oslanja na nagađanje. Svako mjerenje dijeli preostali dio staze na dva dijela i isključuje jedan od njih (metoda polovljenja). Mjerenja na strani 24 V rade se prema potencijalu M, jednom mjernom sondom stalno na M, a drugom se prati staza od L+ prema trošilu: mjesto na kojem napon nestane nalazi se odmah iza prekida.

Pad napona na vodu 24 V

Kod niskog upravljačkog napona već mali pad napona na dugom ili tankom vodu može uzrokovati da uređaj na kraju voda radi nepouzdano. Pad napona na dvožilnom istosmjernom vodu (dovod i povrat) računa se kao

ΔU = 2 · I · L · ρ / A

gdje je I struja trošila, L duljina voda u jednom smjeru, A presjek vodiča, a ρ električna otpornost bakra, za proračun uzeta kao 0,0178 Ω·mm²/m (pri višoj temperaturi vodiča otpornost raste). Uobičajena je preporuka da pad napona u upravljačkom krugu ne prijeđe oko 5 %; za točnu granicu mjerodavni su podaci proizvođača trošila, jer većina uređaja na 24 V radi u određenom rasponu napona.

Za zadane vrijednosti — trošilo od 2 A na vodu duljine 3 m presjeka 0,75 mm² — pad napona iznosi 2 · 2 · 3 · 0,0178 / 0,75 ≈ 0,285 V, odnosno oko 1,19 %, a na trošilu ostaje oko 23,7 V. Isti vod smije biti dug najviše oko 12,6 m da pad ostane unutar 5 %. Senzor -B1 s potrošnjom od oko 20 mA na kabelu od 10 m presjeka 0,25 mm² ima zanemariv pad od oko 0,03 V. Pokušate li, međutim, 5 A voditi 10 m vodičem 0,5 mm², pad naraste na 3,56 V ili gotovo 15 % — takav vod treba veći presjek ili kraći put.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V14 Shema upravljanja strujnim stazama i označavanje · 2 sata