Пример модернизации электрической схемы грузового подъемника с использованием программируемого контроллера (ПЛК)

Электрики имеют большой опыт в работе с ПЛК, именно поэтому сегодня большинство инженерных работ по автоматизации производственных процессов включают их в свое состав.

Хотя мало практических статей с реальными примерами программирования ПЛК доступно в Интернете, тема эта привлекает большое внимание, ибо требует знания в электрооборудовании, электронике и программировании.

Даже без ПЛК можно научиться писать программы для них. Существуют обучающие материалы, которые помогут вам начать изучение языка программирования, используемого для этих устройств. Чтобы построить программу, вам потребуется алгоритм действий, который можно написать прямо на холсте или в текстовом файле. Затем вы можете проанализировать алгоритм и передать его в виде команд программному обеспечению для ПЛК.

Режим эмуляции позволяет электрикам использовать все возможности современных программных пакетов, чтобы помочь им в выполнении своих задач.

В этой статье я покажу пример переделки электрической схемы, состоящей из релейных устройств (пускателей, реле), в программу, которая будет работать на контроллере.

Несмотря на то, что это лишь учебный проект, он стремится предоставить вам необходимые знания о программировании ПЛК на конкретном примере. С помощью данного проекта вы получите представление об основных принципах программирования ПЛК.

Для правильного управления двигателем используется релейная схема. Релейная схема представлена на рисунке ниже.

Электрики могут использовать релейную схему для управления двигателем грузового подъемника для перемещения грузов между двумя этажами. Релейная схема имеет простую конструкцию и позволяет проводить управление двигателем с помощью рычага. Это позволяет поднимать и опускать груз между двумя этажами без каких-либо проблем.

Данный асинхронный двигатель с фазным ротором работает на 380 В. Он имеет реверсивную трехфазную схему подключения.

Для запуска двигателя подключены три электромагнитных пускателя с контактами и пусковыми сопротивлениями к ротору. Это дает возможность запускать двигатель в трех различных ступенях.

Электрики выгодно могут воспользоваться этим решением, так как оно позволяет уменьшить пусковой ток двигателя во время запуска и при этом увеличить пусковой момент.

Пуск двигателя автоматизирован с помощью трех реле ускорения (1РУ – 3РУ). Это специальные реле времени, работающие при напряжении 24 Вольта постоянного тока. Для питания реле имеется понижающий трансформатор и выпрямитель.

Для контроля скорости двигателя установлен электрический тормоз, подключенный к клеммам двигателя. При подаче напряжения на двигатель вал освобождается, а когда напряжение исчезает, сразу же происходит захват и закрепление вала в неподвижном положении. В каждом из них присутствует по два контакта для подключения.

Для осуществления реверса двигателя необходимо подключить двухфазный двигатель к двум электромагнитным пускателям (на схеме В и Н). У каждого из них имеются два контакта, которые необходимо подключить для осуществления реверса.

Питание на схему подается через рубильник (на схеме – ВУ) и автоматический выключатель (1А).

Перед включением следует проверить правильность подключения проводов и надежность их крепления.

При включении подъемника необходимо убедиться, что напряжение подано в необходимом диапазоне. Прежде чем запустить подъемник, требуется проверить правильность подключения проводов и их надежное крепление.

Реле напряжения (РН) находится в левой части схемы и контролируется его.

Там же можно найти штепсельные розетки и звонок, который можно активировать с любой площадки для вызова проводника.

Для автоматизации процесса можно использовать электромеханические замки.

Для удобства работы в шахтах и кабинах можно обеспечить автоматическое открытие и закрытие дверей. Это лучше всего реализовать с помощью электромеханических замков.

Управление лифтом выполняется с помощью рычажного переключателя, состоящего из трех положений – “Вверх”, “Вниз” и “Нулевое”. Для активации лифта необходимо переключить переключатель, чтобы выбрать нужное направление движения и предотвратить возможные аварийные ситуации.

При перемещении рукоятки в любое из крайних положений лифт начнет движение и при достижении желаемого этажа рукоятка будет переведена в положение “Нулевое”.

Когда импульс пускателя приходит к контактам выключателя, разрываются связи в цепи переключателя, катушка пускателя напрягается, двигатель соединяется с сетью, контакты в цепи его ротора соединяются и лифт начинает движение.

Как электрик, вы можете запустить движение лифта в обратную сторону.
Воспользуйтесь системой для активации двигателя и перемещения лифта в нужное направление. Электрик должен иметь высшее образование и быть профессионально подготовленным для проведения монтажа, настройки и ремонта таких устройств.

Грузовой подъемник представляет собой устройство повышенной опасности, и в его схеме, аналогично любым другим лифтам, присутствует огромное количество разнообразных блокировочных контактов путевых выключателей и различных защитных устройств. Электрику, который будет выполнять монтаж, настройку и ремонт таких агрегатов, требуется высшее образование и профессиональная подготовка.

Таким образом, мы получаем плавное и безопасное затормаживание двигателя при обрыве или ослаблении каната.

В этой схеме 14 дискретных датчиков управляют выключателями контролирующими закрытие дверей кабины, шахты на нижнем и верхнем этаже, подъема и спуска кабины выше рабочей верхней и нижней зоны, а также контакты “слабины подъемных канатов”, которые размыкаются при обрыве или ослаблении каната, на котором весит кабина подъемника, контакты ограничителя скорости, ловителя и натяжного устройства привода троса. При размыкании любого из перечисленных контактов электродвигатель подъемника должен немедленно отключаться и затормаживаться. Поэтому датчики, контакт реле напряжения и кнопка “Общий стоп” последовательно подключены к катушкам управляющим двигателем электромагнитных пускателей. Таким образом, мы можем обеспечить плавное и безопасное затормаживание двигателя при обрыве или ослаблении ка

Я провел детальное исследование оборудования и составил план реализации проекта. Исходя из выявленных нужд, было решено использовать ПЛК для управления подъемником. Для разработки программы использовались графические инструменты, как диаграммы БЛОКОВ и БОРТОВОЙ ДИАГРАММЫ ЛОГИКИ. Разработка схемы управления с использованием ПЛК была выполнена в соответствии с требованиями и задачами заказчика.

Как электрик, я занимался разработкой программы для ПЛК, необходимой для управления грузовым подъемником. Для достижения задачи я произвел исследование оборудования и составил план реализации проекта. Для разработки программного обеспечения использовались специальные графические инструменты. Программа была создана в соответствии с требованиями и нацелена на полное управление подъемником.

Использование программной формы управления для установок предоставляет преимущества в виде большей гибкости и свободы. Таким образом, в дальнейшем можно легко внести изменения, повысить удобство управления подъемником, модифицировать его функциональность и логику действий.

Однако, чтобы добиться такого результата, пришлось внести изменения в конструкцию подъемника и добавить другие дополнительные устройства в схему.

В целях обеспечения надежной работы подъемника мы по-прежнему будем использовать рычажной переключатель в качестве главного органа управления. В то же время, мы будем продолжать использовать асинхронный двигатель с фазным ротором для его трехступенчатого пуска, вместо асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и устройства плавного пуска.

Для простоты не будем вмешиваться в сложную электрическую схему подъемника, так как ее облегчение достаточно заметно. Зона 1 – это зона входа, где люди могут войти в подъемник. Зона 2 – это подъемник, где люди двигаются вверх. Зона 3 – это выход, где люди могут выйти из подъемника. Зона 4 – это нижний подъемник, где люди двигаются вниз.

Для установки электрической схемы подъемника нам необходимо разделить его на четыре зоны. Зона 1 – это зона входа, где люди могут войти в подъемник. Зона 2 – это подъемник, где люди двигаются вверх. Зона 3 – это выход, где люди могут выйти из подъемника. Зона 4 – это нижний подъемник, где люди двигаются вниз. Для установки электрической схемы подъемника в каждой из этих зон необходимо обеспечить проводку и электропривод.

подъемник имеет простую электрическую схему с использованием ручного контроллера. Однако в зоне 2, где предполагается использовать программируемый контроллер (ПЛК), мы должны произвести модернизацию электрической схемы.

Для модернизации электрической схемы грузового подъемника с использованием программируемого контроллера (ПЛК) мы устанавливаем дополнительные устройства, такие как контроллеры, датчики, реле, автоматические выключатели и т.д. Все эти устройства подключаются к ПЛК посредством шины связи. Таким образом, мы модернизируем электрическую схему грузового подъемника, используя программируемый контроллер (ПЛК).

Электрики предоставляют ключевую роль в процессе звукового вызова лифтера и контроля наличия напряжения в электрических схемах. Наши специалисты используют свои знания и опыт для обеспечения безопасности и производительности лифтера. Они предоставляют дополнительную защиту для системы, а также проверяют наличие напряжения в схеме. Профессиональные электрики необходимы для создания и поддержки безопасных и высокопроизводительных систем лифтера.

Зона 2 не изменится с двигателем, электромагнитным тормозом и силовыми контактами пускателей. Однако аппараты из зоны 4 могут быть удалены, т.к. запуск двигателя производится с помощью программных таймеров, которые управляют порядком включения контактов в цепи ротора.

Необходимо выполнить следующие работы:
– установка электропроводки (распределительные щитки и пр.)

– установка выключателей и розеток

Зона 3 представляет собой объект модернизации. Наши электрики будут выполнять следующие работы:
– установка электропроводки (распределительные щитки и пр.);
– установка выключателей и розеток. Для этого устройства есть большое количество преимуществ.

Для получения надежного и качественного электроуправления выбираем ПЛК фирмы ОВЕН.

Несомненно, это устройство привлекает большое количество преимуществ, включая высокий уровень надежности, простоту установки и эксплуатации, а также отличное соотношение цена-качество.

Для программирования на языке CFC нам понадобится изучить основы и особенности этого языка. Он позволяет создавать простые и быстрые программы, которые могут применяться для решения различных задач. Кроме того, он очень похож на язык функциональных блоков FBD , но имеет свои уникальные особенности. Он помогает людям визуально описывать логику работы электрических устройств. LD представляет из себя графическое представление электрических схем, используемое для проектирования и программирования электронных устройств. Этот язык дает возможность понять, как устройство или аппаратура будет функционировать посредством простых и интуитивно понятных символов. LD предоставляет электрикам средства для моделирования и анализа электрических схем. Он позволяет им изобразить и исследовать последовательности действий, которые будут выполняться проектируемым устройством, используя визуальный язык. Несмотря на то, что язык LD имеет простые правила, он может быть использован для создания достаточно сложных систем. Это делает его идеальным инструментом для электриков для построения и программирования электронных устройств.

Нет ничего против того, чтобы использовать CFC, но для программирования ПЛК мне кажется, это более удобно. На вкус и цвет – все делается по желанию пользователя. Для этого в пакете должны быть установлены драйверы для работы с платами управления.
CoDeSys 2.3 – это мощная среда разработки программ для плат управления. Для составления программы необходимо установить в пакете драйверы, которые позволят осуществлять взаимодействие с платами управления. CoDeSys 2.3 предоставляет все необходимые инструменты для составления программы и ее тестирования. Она используется для программирования устройств с целью упрощения работы электриков.

CoDeSys 2.3 – это программное обеспечение, предназначенное для программирования различных контроллеров. В состав программы входят различные функциональные блоки, например, элементы типа AND, OR, NOT, триггеры и таймеры, которые облегчают работу электриков.

Она представляет собой условие для выполнения входных данных. Например, мы можем установить условие того, чтобы подъемник должен быть включен, если последнее значение входных данных равно единице. В таком случае блок И позволяет входным данным от сенсора подъемника влиять на работу подъемника.

CFC использует блоки AND (элемент И) для программирования работы грузового подъемника. С его помощью можно создать условие для выполнения входных данных. Например, установить, что подъемник должен быть включен при последнем значении входных данных равным единице. Таким образом, блок AND позволяет данным от сенсора подъемника влиять на работу устройства.

При наличии логических единиц на всех входах элемента, на выходе также появляется логическая единица (в программе – “TRUE“).

При отличии состояния даже одного входа от единицы, выход сбросится на FALSE.

Электрику нам поможет справиться с задачей по организации всех блокировочных и безопасностных контактов (дискретных входов), которых у нас всего 14 (в программе они обозначены как SQ1 – SQ14).

На вход блока AND мы подключим также контакт реле напряжения и кнопку «Общий стоп» (SB1).

Для простоты понимания я подключил все контакты к 3 элементам AND, а после соединил их в одну цепь.

По умолчанию, при добавлении в программу любого функционального блока, он будет иметь два входа.

Для добавления дополнительного входа необходимо навести мышью на блок и нажать правую клавишу мыши. Далее выбрать пункт “Вход блока”.

Таким образом, электрик может добавить любое количество дополнительных входов на блок.

Он предназначен для управления функциями прибора. Изображенное на картинке логическое “И” представляет собой схему включения рычажного переключателя. При нажатии на переключатель оба входа должны быть замкнуты для переключения функций.

Рычажный переключатель предназначен для управления функциями прибора, поэтому он подключен к двум входам контроллера (в программе – “SA_verh” и “SA_niz”). На картинке представлена схема включения рычажного переключателя, изображенного в виде логического “И”. Чтобы переключение функций произошло успешно, оба входа должны быть замкнуты при нажатии на переключатель.

Переключатель предоставляет логическую единицу на один из двух RS триггеров в каждом из своих двух положений – “RS_verh” или “RS_niz”.

Триггер – это аналог катушки пускателя с блокирующим контактом в релейной схеме управления. Он предоставляет постоянный пуск и защиту от перегрузок и переполнения за счет включения и отключения источника питания циклически. Триггер используется для предотвращения перегрузок и переполнений оборудования, приводящих к его поломке и перегреву.

Чтобы включить устройство, необходимо подать логическую единицу на контакт SET, а для его отключения – подать на RESET.

Выход триггера Q1 предоставляет сигнал для контроллера, разделяя его между двумя выходами KM1 и KM2. Эти выходы соединены с катушками электромагнитных пускателей.

Пускатели осуществляют переключение контактов и контролируют работу двигателя.

Они используются для установки времени включения и выключения электродвигателя. В состав ТОN также входит электрический контакт RS-триггер. Он предназначен для запуска стартера. При помощи ТОN и RS-триггера возможна реализация трехступенчатого пуска двигателя.

Для реализации трехступенчатого пуска в программе используются два таймера “ТОN”. Они обеспечивают время включения и отключения двигателя. Кроме того, в состав ТОN входит электрический контакт RS-триггер, предназначенный для запуска стартера. За счёт своего использования ТОN и RS-триггера можно реализовать трехступенчатый пуск двигателя.

При подаче логической единицы на вход IN в таймер, он начнет отсчитывать заданное на входе PT время и изменит состояние выхода Q на логическую единицу с определенным задержкой.

После того, как первый таймер (Т1) срабатывает, выходной сигнал (Q) заставляет второй таймер (Т2) начать отсчет времени. Когда на входе PT заканчивается заданное время, второй таймер передает логическую единицу на свой выход (Q). Для построения импульсной цепи необходимо использовать реле, дроссели и диоды. Задача – реализовать цепь пуска с помощью реле, дросселей и диодов для контроллеров KM3 , KM4 и KM5.

Для реализации импульсной цепи пуска с использованием электромагнитных пускателей, подключенных к выходам контроллеров KM3, KM4 и KM5, мы применяем реле, дроссели и диоды. Задача состоит в том, чтобы настроить импульсную цепь пуска с помощью этих компонентов для указанных контроллеров.

Выключатель KM1 или KM2 имеет автоматическое включение при включении питания. Он подключает ротор двигателя к максимальному сопротивлению. KM4 и KM5 последовательно включаются по таймеру и заканчивают часть пускового сопротивления.

После запуска двигателя все три пускателя останутся в включенном положении.

Таймер TON – это элемент OR (логическое ИЛИ), который позволяет одновременно запускать один из двух пускателей и включать в работу часть схемы, отвечающую за трехступенчатый пуск двигателя.

истина.
При наличии логической единицы на одном из входов элемента OR, на его выход будет поступать логическая единица, или истина.

Для эффективной работы электрика достаточно наличия сигнала на одном из его входов. Это значит, что при подаче сигнала на любой из входов, он сработает.

Также применяются элементы OR (картинка). Они используются для соединения выходов двух и более таймеров или других деталей.

Для подключения таймеров к выходам контроллера используются элементы AND с одним инверсным входом (кружок на входе), а также элементы OR, представленные на рисунке:

Они применяются для соединения выходов нескольких таймеров или других устройств.

Элемент выдает логическую единицу на выходе только при условии, что на обычный вход поступает сигнал логической единицы, а на инверсный вход – логический ноль.

Возле входов “SA_verh” и “SA_niz”, принимающих сигналы от рычажного переключателя, находится элемент с двумя инверсными входами.

Для обеспечения безопасного отключения всех пускателей при возврате переключателя в нулевое положение, необходимо проверить, что обе цепи “Вверх” и “Вниз” разомкнуты. Таким образом, мы будем уверены, что все пускатели будут отключены.

Когда на входе элемента AND присутствуют два логических нуля, то на выходе получается логическая единица.

RESET сигнал поступает на вход триггеров, что приводит к сбросу всех триггеров в нулевое значение и отключению пускателей на выходе.

Один инверсный вход между таймерами и выходами KM3 и KM4 позволяет отключить эти выходы, а следовательно, отключить пускатели шунтирования сопротивлений в цепи ротора при остановке двигателя. На рисунке представлен элемент AND с двумя инверсными входами.

Для задания инверсного воздействия на вход или выход электрического устройства необходимо подвести курсор мыши к блоку функциональных элементов, выбрать целевой вход или выход, а затем нажать правую кнопку мыши и выбрать пункт «Инверсия». На рисунке показан элемент AND с двумя инверсными входами.

Это включает возможность подключения двух разных инверсных устройств к одному трансформатору.

Вы можете изменить любой инверсный вход или выход, чтобы превратить его в обычный. В этом случае два различных инверсных устройства могут быть подключены к одному трансформатору.

Элементы с номерами 5 и 10 не позволяют включить одновременно пускатели, отвечающие за движение двигателя вверх и вниз, что обеспечивает защиту от короткого замыкания в цепях силовых контактов пускателей.

Хотя в текущей схеме с рычажным переключателем это невозможно, мы решили включить блокировочные контакты в программу для ПЛК, что соответствует исходной релейной схеме.

Итак, остается задача создать систему, которая могла бы предотвратить отключение электродвигателя при отключении одного из контактов на входе.

Для того, чтобы предусмотреть возможность использования триггеров в схеме, потребовалось применить инновационные подходы.

Для надёжной работы схемы при аварийных ситуациях была добавлена две цепочки электрических элементов NOT и OR (4 и 7). Эти компоненты обеспечат приостановку работы схемы при срабатывании контактов безопасности, контактов путевых выключателей, контакта реле напряжения или нажатии кнопки «Общий стоп». Элемент OR используется для объединения двух логических сигналов в один. На выходе будет логическая единица, если хотя бы один из входных сигналов является единицей.

Элемент NOT преобразует логический сигнал на входе в противоположный на выходе: единицу в ноль и ноль в единицу. А элемент OR служит для объединения двух логических сигналов в один: на выходе будет единица, если один из входных сигналов имеет значение единицы.

Цепочки из NOT и OR в программах представляют собой набор инструкций, которые выполняются согласно логическим правилам. Оператор NOT означает “инверсия”, то есть преобразование логического значения из истина в ложь и наоборот. Оператор OR означает логическое “ИЛИ”, то есть правдивость утверждения остается правдивой, даже если оба аргумента ложны. Если используются оба оператора вместе, то результат будет определяться по правилам логического вывода.

Для этого следует запустить проект в эмуляторе. Для проверки программ, написанных на языке CFC, необходимо предварительно откомпилировать их. Для этого нужно нажать кнопку «Собрать». После успешной компиляции программа может быть запущена в режиме эмуляции. Для этого необходимо нажать кнопку «Запустить эмуляцию». Таким образом, можно будет протестировать работу программы на языке CFC в CoDeSys.

Проверка программы на языке CFC в CoDeSys с помощью эмуляции

Для проверки программ, написанных на языке CFC, в CoDeSys можно использовать эмуляцию. Для этого нужно запустить проект в эмуляторе и предварительно компилировать программу, нажав кнопку «Собрать». После этого программу можно запустить в режиме эмуляции, нажав на кнопку «Запустить эмуляцию». Таким образом, мы можем тестировать программу на языке CFC в CoDeSys.

Для эмуляции процессов электрической схемы перейдите во вкладку “Онлайн” и выберите режим “Эмуляция”. Нажмите кнопку “Подключение” и выставьте на всех входах логическую единицу – TRUE. Затем сохраните эти значения, нажав Ctrl+F7, и начните работу нажатием клавиши F5.

В CoDeSys доступна функция эмуляции, которая позволяет просматривать изменение цепей в синий цвет (траекторию прохождения сигналов) и изменение состояния выходов при имитации переключений входов (“TRUE” и “FALSE”).

Не забудьте сохранить изменения состояния входа, нажимая Ctrl + F7. Это поможет записать их в программу.

Для того, чтобы отключить режим эмуляции, нажмите “Стоп”, затем “Отключение” на вкладке “Онлайн”, а затем снимите флажок “Режим эмуляции”. Но тем не менее, я считаю, что этот проект даст мне основу для дальнейшего развития в области электротехники.

Заключение

Начиная с этого проекта, я получил базовые знания по электротехнике. Он был направлен исключительно для образовательных целей и до сих пор не был протестирован на реальном программируемом контроллере. Однако я уверен, что этот проект откроет для меня двери для дальнейшего обучения в электротехнике.

Если у вас возникли вопросы или что-то из того, что было представлено не понятно, не стесняйтесь спрашивать в комментариях. Я постараюсь как можно лучше ответить на ваши вопросы.

Меня беспокоит вопрос – нужно ли продолжать делать статьи на такую тему? Я готов выслушать любые конструктивные замечания и предложения.

Курс по программированию контроллеров: Практический курс по программированию контроллеров Овен и разработке автоматизированных систем управления с помощью программного обеспечения Codesys.