Automatiserte anlegg : grunnleggende teori med oppgaver 8273452158 [PDF]

Zitiervorschau

RolfAlvestad

Automatiserte anlegg Grunnleggende teori med oppgaver -j ,,x

F ■FORLAGET

© 1994, Elforlaget, Norges Elektroentreprenørforbund 1. utgave/1. opplag Godkjent av Nasjonalt Læremiddelsenter november 1994

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndverksloven og fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndraging, og kan straffes med bøter eller fengsel Illustrasjoner: Evy Neergaard, Erik Sogn, Vivi-Ann Hauge Lay-out/Sats/Originalarbeid: Grafisk Verksted, 1940 Bjørkelangen Omslag: Reidar Gjørven

ISBN 82-7345-215-8

Trykk: Follo Grafisk as, 1994

Forfatteren har fått støtte fra Norsk Faglitterært Forfatterfond

Forord Boka Automatiserte anlegg vender seg til elever på elektrofag grunnkurs som skal gjennomføre studieretningsfaget «Automatiserte anlegg». Boka er delt i to. Først blir teorien presentert, deretter kommer en oppgavedel som inneholder praktiske øvinger for enkle automatiserte anlegg. Ideen med boka er å gi en helhetlig oversikt over automatiserte anlegg - vise hvilke delenheter slike anlegg omfatter, og hvordan vi ved hjelp av dem kan bygge opp selve anlegget.

Vi tar altså utgangspunkt i en overordnet funksjonsmessig problemstil­ ling på makronivå. Herfra bryter vi problemstillingen ned i delproblemer eller delnivåer, som kan gjennomgås mer detaljert uten at vi mister oversikten over eller sammenhengen i det automatiserte anlegget. Det sikrer at vi til enhver tid vet hvilken detalj av et automatisk anlegg vi be­ arbeider. Denne systematikken blir brukt både nasjonalt og internasjonalt ved bygging av automatiserte anlegg. Systematikken gir også de beste mu­ ligheter for kontrollfunksjoner som kvalitetssikring, internkontroll og kvalitetskontroll.

Vi har valgt å illustrere innholdet i studieretningsfaget «Automatiserte anlegg» ved hjelp av to figurer. Figur 2.1 viser enprosessutrustning som er sammensatt av tre blokker eller enheter: en prosessfunksjon, en energifunksjon og en kontrollfunksjon. Hver av disse enhetene bryter vi så ned til et lavere nivå som vi behandler detaljert. •

Prosessfunksjonen omfatter prosessobjekter som pumper, vifter osv.

•

Energifunksjonen dreier seg blant annet om nettsystemet med spenningstilførsel, motorer, kontaktorer med nødvendige vern, primærkontroll med hovedstrøms- og styrestrømsfunksjoner, nød­ vendig anleggsdokumentasjon.

•

Kontrollfunksjonen gjelder det overordnete kontrollnivået, for ek­ sempel releer, tidsreleer, PLS, givere i prosessen, anleggs- og pro­ gramdokumentasjon. Dokumentasjonen går på tegninger og tek­ niske underlag, forskriftenes krav til materiale, utstyr, utførelse og sikkerhet.

Figur 2.2 gir en oversikt over to prosessutrustninger som skal fungere sammen. Begge utrustningene har tre like funksjonsenheter som går igjen i alle anlegg: en prosessfunksjon, en energifunksjon og en kon­ trollfunksjon. Det vi nå har fått i tillegg, er en overordnet kontrollfunk­ sjon som skal fortelle oss hvordan de to prosessutrustningene fungerer sammen. Innholdet i de to figurene med tilhørende dokumentasjon utgjør alt vi skal gjennomgå i studieretningsfaget «Automatiserte anlegg».

Med dette utgangspunktet skaffer vi oss mulighet til å bryte ned helheten i detaljer, slik at vi får innsikt i •

• • •

• •

overordnet funksjon, problemstilling og hvilke hovedenheter et automatisert anlegg består av innhold, funksjon og dokumentasjon for de enkelte enhetene og komponentene på delnivå hvordan de enkelte prosessenheter skal fungere hver for seg og sammen (jf. funksjonsplaner) anleggsdokumentasjon med nødvendige skjemaer og tekniske underlag programdokumentasjon for den programmerbare styringen, PLS elsikkerhet og forskriftenes krav til utførelse, drift og vedlikehold av slike anlegg

Sikkerheten i elektriske anlegg har stor betydning i denne sammen­ hengen. Sikkerheten har fått en bred plass i dette emnet, med naturlig integrering i de enkelte emneområder.

Kvalitetssikring, internkontroll og kvalitetskontroll er viktige holdnings­ skapende begreper som vil stå sentralt både i elevenes utdannings- og opplæringssituasjon og i det etterfølgende praktiske arbeidslivet.

Rutiner for kvalitetssikring hjelper oss (bedriften) til å kunne levere anlegget uten feil og i samsvar med avtaler og krav. Internkontrollen ivaretar sikkerheten på arbeidsplassen.

Kvalitetskontrollen avdekker eventuelle feil ved anlegget som er gjort under arbeidet.

Disse begrepene blir også innarbeidet i øvingsoppgavene. Alle avsnitt som er merket med *, er fordypningsstoff.

Nesodden, august 1994 RolfAlvestad

Innhold 11 11 12 14 14

1

Automatisering, styring og regulering.................................... Automatisering............................................................................ -Automatiseringsgrad................................................................. Styring.......................................................................................... Regulering....................................................................................

2

Strukturering av automatiserte anlegg.................................. 19 Prosessutrustningen ..................................................................... 19 - Dialogutrustning.................................................................... 19 - Funksjoner.............................................................................. 20

3

Motorvern og driftsforhold i motoranlegg ............................ S trømforhold i motoren............................................................ - Merkestrøm ............................................................................ - Driftsstrøm.............................................................................. - Startstrøm................................................................................ M otorvern ................................................................................. - Vern mot overbelastning........................................................ - Vern mot kortslutning............................................................ - Vern mot topolet jordslutning................................................ - Vern mot underspenning (nullspenning)............................... - Vern mot høy motortemperatur ............................................. - Varmetap i motoren................................................................ - Direkte kontroll av viklingstemperaturen............................. - Indirekte kontroll av viklingstemperaturen ......................... B imetallrelé (termisk relé)........................................................ M otorvernbrytere..................................................................... - Termisk utløsning .................................................................. - Elektromagnetisk utløsning.................................................. - Nullspenningsutløsning ........................................................ U tløsekontroll av termiske releer............................................

22 22 22 23 23 24 24 25 27 27 28 28 29 29 31 34 35 36 37 37

4

Startere og kontrollutstyr......................................................... I nnledning................................................................................. K ontaktorer............................................................................... - Oppbygning, virkemåte og bruksområder ........................... - Spolesystemet ........................................................................ - Kontaktsystemet .................................................................... - Klemmemerking.................................................................... - Arbeidsforhold for kontaktorer og releer .............................

39 39 39 39 44 45 47 49

Releer............................................................................................ - Oppbygning og virkemåte .................................................... T idsreleer................................................................................... - Oppbygning og virkemåte ..................................................... - Praktisk bruk av tidsreleer ..................................................... G ivere ....................................................................................... - Mekaniske givere .................................................................. - Kontaktfrie givere.................................................................. Indikatorer..................................................................................... - Signallamper.......................................................................... - LED-dioder ............................................................................ - Signalhom .............................................................................. Betjeningsutstyr ........................................................................... - Trykknappbrytere .................................................................. - Kontaktnummerering .............................................................

51 51 54 54 57 60 61 62 71 71 72 72 74 74 75

5

Startmetoder........................................................................... Direkte start av trefasete asynkronmotorer................................ -Manuell start ............................................................................. -Fjernbetjent start....................................................................... Dreieretningsvending av trefasete asynkronmotorer................ -Håndbetjent dreieretningsvender ............................................ - Kontaktorstyrt dreieretningsvender ..................................... Klemmemerking av elektriske maskiner.................................... - Vekselstrømsmaskiner ........................................................... - Likestrømsmaskiner..............................................................

76 76 76 77 82 82 83 85 86 88

6

Overordnete kontrollnivåer..................................................... 92 O verordnet kontrollnivå .......................................................... 92 - Overordnet kontrollnivå i form av reléstyring..................... 94 - Overordnet kontrollnivå i form av PLS-styring................... 95 Hva er et styresystem?................................................................. 96 - Signalinngangene .................................................................. 97 - Signalbehandlingsenheten..................................................... 97 - Signalutgangen ...................................................................... 97 PLS som automatiseringsverktøy................................................ 97 - Programmering ...................................................................... 98 - Fordeler ved bruk av PLS......................................................... 99 Hvordan PLS er bygd opp............................................................. 100 Sentralenheten ............................................................................... 103 -Virkemåte..................................................................................... 104 -Programmeringsspråk................................................................. 106 Styretekniske kombinasjoner ........................................................ 108 Signalgiving i PLS ved hjelp av brytere og givere.................... 111 -To arbeidskontakter..................................................................... 113 -To hvilekontakter ....................................................................... 113 -To arbeidskontakter og to hvilekontakter.................................. 114 Funksjonsplan................................................................................. 115 - Sekvensstyring........................................................................... 116 - Kommandotyper....................................................................... 117

7

Dokumentasjon for motoranlegg .............................................. 122 Framstillingsformer....................................................................... 122 — Flerlinjet framstilling ...............................................................122 - Enlinjet framstilling ................................................................. 123 - Sammenbundet framstilling..................................................... 123 - Fri framstilling...........................................................................123

Kre tsskj erna.................................................................................... 124 - Framstilling av et kretsskjema.................................................127 Annen dokumentasjon................................................................... 129 - Dokumentasjon for PLS.......................................................... 132 Referansebetegnelser..................................................................... 134 8

Feilsøking i motorinstallasjoner ............................................... 141 Typiske feil i motoranlegg............................................................. 141 Hjelpemidler ved feilsøking ......................................................... 142 Eksempler på feilsøking ..............................................................142 - Feilsøking i hovedstrømskretser .............................................143 - Feilsøking i styrestrømskretser ...............................................144 Jordslutning i styrestrømskretser ................................................ 146 - Jordslutning i anlegg med isolert nøytralpunkt .....................147

9

Kvalitetssikring, internkontroll og kvalitetskontroll ............ 149 Generelt om begrepene ................................................................. 149 Kvalitetssikring............................................................................... 149 -Kvalitet........................................................................................ 150 Internkontroll ................................................................................ 150 Kvalitetskontroll............................................................................. 151

Øvingsoppgaver .................................................................................154

Oppgave 1 Øving 1.1 Øving 1.2 Øving 1.3 Øving 1.4 Øving 1.5 Øving 1.6

Kontaktorer........................................................... 154 Oppbygning og virkemåte..................................... 154 Kontaktsystemet..................................................... 155 Kontaktorens arbeidsmåte ved inn- ogutkopling .. 156 Kontroll av innkoplings- og frafallsspenninger.... 15? Normert klemmemerking....................................... 158 Kvalitetskontroll..................................................... 159

Kontaktorsty ringer .................................................. 159 Grafiske symboler og kodebokstaver.........................159 Kontaktorstyring med varig kontaktgiver ................ 161 Kontaktorstyring med holdefunksjon.........................162 Kretsskjemaer i funksjonsrettet og forleggingsriktig utførelse .............. 164 Øving 2.5 Kopling og funksjonsprøving av holdefunksjonen 165 Øving 2.6 Boolske systemlikninger for oppgaven .................... 166 Øving 2.7 Kvalitetskontroll......................................................... 167

Oppgave 2 Øving 2.1 Øving 2.2 Øving 2.3 Øving 2.4

Oppgave 3 Øving 3.1 Øving 3.2 Øving 3.3 Øving 3.4 Øving 3.5 Øving 3.6

Releer og tidsreleer................................................... 167 Klargjøring av praktiske data for releer ................... 168 Oppbygging av reléfunksjoner................................. 170 Tidsreleer forsinket ved innkopling ......................... 172 Tidsreleer forsinket ved utkopling (frafallsforsinket) 174 Praktisk bruk av releer og tidsreleer......................... 175 Kvalitetskontroll.........................................................178

Oppgave 4 Øving 4.1 Øving 4.2 Øving 4.3

Trefaset asynkron kortslutningsmotor ............... 178 Oppbygning og virkemåte......................................... 179 Isolasjonsmåling og kontroll av motorviklingene .. 181 Forskriftenes krav til vern av motor og motortilførsel......................... 182 Direkte start av kortslutningsmotor med håndbetjent motorvernbryter........ 182

Øving 4.4

Øving 4.5

Øving 4.6 Øving 4.7

Oppgave 5 Øving 5.1 Øving 5.2 Øving 5.3 Øving 5.4 Øving 5.5

Øving 5.6 Øving 5.7 Øving 5.8 Øving 5.9 Øving 5.10

Klargjøring av motorstrømmer. Valg av ledere og vern........................... 183 Montering, funksjonsprøving og utløsekontroll ... 187 Kvalitetskontroll ...................................................... 187

Kontaktorstyrt motorkrets..................................... 188 Grafiske symboler og kodebokstaver ....................... 188 Kontaktorstyrt motorkrets...........................................189 Funksjonsplan og kretsskjema................................... 190 Motor med forriglingsfunksjon under oppstart .... 193 Motor med forriglingsfunksjon både under oppstart og drift .................. 194 Koplingsdokumentasjon............................................. 196 Boolske systemlikninger for oppgaven...................... 197 Montering, funksjonsprøving og feilsøking............ 197 Forskriftenes krav til motorinstallasjoner................ 198 Kvalitetskontroll.......................................................... 198

Oppgave 6 Kontaktorstyrt dreieretningsvending.................... 200 Øving 6.1 Dokumentasjon. Signal og alarm ved utkopling for overstrøm.................. 200 Øving 6.2 Kontaktorstyrt dreieretningsvender med fjernbetjening fra to steder............ 204 Øving 6.3 Montering og funksjonsprøving ............................... 207 Øving 6.4 Kvalitetskontroll.........................................................207 Oppgave 7 Øving 7.1 Øving 7.2 Øving 7.3 Øving 7.4

To transportbånd i felles prosessfunksjon......... 208 Prosessbeskrivelse og funksjonsplan ....................... 208 Kretsskjema................................................................ 210 Montering og funksjonsprøving ............................... 212 Kvalitetskontroll........................................................ 212

Oppgave 8 Øving 8.1 Øving 8.2 Øving 8.3

Induktive, kapasitive og optiske givere ............... 212 Virkemåte og bruksområder.......................................213 Bruk av givere til nivåkontroll................................... 216 Bruk av givere til materialsortering ......................... 219

Oppgave 9 Øving 9.1 Øving 9.2 Øving 9.3

Programmerbare logiske styresystemer (PLS) 222 PLS som automatiseringsverktøy............................. 222 Bruk av PLS til enkle logiske styringer ................... 227 Kvalitetskontroll........................................................ 232

Oppgave 10 10.1 10.2 10.3 10.4

PLS med vippe (holdefunksjon). Induktive og kapasitive givere...... 233 Enkel holdefunksjon.................................................. 233 Holdefunksjoner med R- og S-dominans............... 236 Motorstyrt anlegg med forriglingsfunksjoner....... 238 Kvalitetskontroll........................................................ 241

Oppgave 11 Øving 11.1 Øving 11.2

PLS som overordnet kontroll for motorstyring 241 PLS-styrt motoranlegg fjernbetjent fra to steder ... 241 Kvalitetskontroll........................................................ 244

Oppgave 12 Øving 12.1 Øving 12.2

Tidsforsinkete funksjoner med PLS.....................244 PLS-styrt anlegg med tidsfunksjoner.......................244 Kvalitetskontroll........................................................ 247

Øving Øving Øving Øving

Oppgave 13 Øving Øving Øving Øving Øving

13.1 13.2 13.3 13.4 13.4

PLS som overordnet kontroll for prosessfunksjon med to transportbånd.......... 247 Prosessbeskrivelse og funksjonsplan......................... 247 Kretsskjema.................................................................. 250 Programdokumentasjon og programmering ............. 252 Montering og funksjonsprøving .................................253 Kvalitetskontroll.......................................................... 254

Stikkordregister.................................................................................... 255

1

Automatisering, styring og regulering Mål Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne - kjenne til prinsippene som ligger til grunn for automatiserte anlegg - forklare begrepene automatisering, styring og regulering

Automatisering Ordene automat og automatikk stammer fra det greske ordet «automatos», som betyr «som handler eller tenker selv». Med automat mener vi en selwirkende maskin eller et apparat som etter å ha fått en startkommando (startpuls) er i stand til å holde en produksjon eller en funksjon i gang etter gitte krav. En motordrevet garasjeport er et enkelt eksempel på en automatisk funk­ sjon. Etter at en lukket garasjeport har fått en startpuls om åpning, starter åpningen (oppkjøringen) av porten. Prosessen stanser automatisk når porten har nådd en endestoppbryter som er plassert der en ønsker at por­ ten skal stanse. Når bilen er kommet inn i garasjen, kan porten enten be­ gynne å lukke seg automatisk, eller den kan vente på en startpuls om luk­ king. Det avhenger av automatiseringsgraden.

Automatisering er et samlebegrep som omfatter mekanisering (å erstatte muskelkraft med mekanisk kraft), styring og regulering av prosesser, i tillegg til å framskaffe og bearbeide nødvendige data (informasjon) som trengs for prosessfunksjonen.

Tidligere brukte en muskelkraft til alle slags arbeidsoperasjoner. Etter hvert ble maskinene oppfunnet - dampmaskinen, forbrenningsmotoren og elektriske motorer, og de avløste for en stor del muskelarbeidet. Maskinene gjorde grovarbeidet og rutineoperasjonene, mens arbeiderens oppgave var å overvåke, kontrollere og eventuelt justere og regulere ma­ skiner og utstyr under arbeidet. Figur 1.1 viser hvordan arbeids- og overvåkingsprosessene kunne foregå før i tiden. På figur 1.1 blir beholderen fylt med vann. Øyet passer nivået, og vann­ standen blir regulert manuelt etter det. En person måler temperaturen med fingeren og regulerer varmetilførselen til ønskelig temperatur ved å justere brennstofftilførselen manuelt.

11

Automatiseringsgrad Automatiseringsgraden er et uttrykk for i hvor høy grad et anlegg kan «kjøre» uten manuelle operasjoner. Jo færre manuelle operasjoner, desto høyere automatiseringsgrad. På figurene 1.2, 1.3, 1.4 og 1.5 ser du noen eksempler på anlegg med forskjellig automatiseringsgrad.

Eksempel 1 Figur 1.2 viser et anlegg der et kar skal fylles med væske og tømmes. Både tilløpskranen og avløpskranen må betjenes manuelt ved at en åp­ ner og stenger kranen for hånd. Vannet blir tappet gjennom kran 2, og karet må etterfylles gjennom kran 1. Automatiseringsgraden er lik null.

Figur 1.2

Eksempel 2 Figur 1.3 viser et anlegg med liten automatiseringsgrad. De manuelle kranene er erstattet med magnetventiler (Yl og Y2). Magnetventilene kan fjernbetjenes ved hjelp av bryterne Sl og S2. En overvåker nivået med øynene.

12

Tømming

Fylling

-S1 FvA

*S2 F v A

b

-Y1 J> Magnetventiler -Y2 Figur 1.3

Eksempel 3 Figur 1.4 viser et anlegg med litt høyere automatiseringsgrad. Når karet ikke er fullt, kan det fylles ved at magnetventil Yl åpner når Sl betjenes. Magnetventilen stenger automatisk når karet er fullt (nivåbryter S3 åpner), eller ved et hvilket som helst nivå når Sl åpner. Karet kan tømmes ved at magnetventil Y2 åpner når S2 betjenes og ka­ ret ikke er tomt. Tømmingen kan stoppes manuelt når S2 betjenes, eller automatisk ved at nivåbryter S4 aktiveres ved nivå «tom». Det blir dess­ uten gitt signal når karet er tomt, og når det er fullt.

Fylling

Tømming

Befhu°lder

Beth0^der

Figur 1.4

Eksempel 4 Figur 1.5 viser et anlegg med enda høyere automatiseringsgrad. Med bryter Sl inne starter og stopper fyllingen automatisk ved hjelp av nivåvokterne S3 og S4. Med bryter S2 inne blir også tømmingen utført auto­ matisk. Tømmingen starter når karet ikke fylles, og stopper når karet er tømt. 13

Fylling

Tømming

Beholder full

Beholder tom

Styring Med styring av en prosess mener vi styring av en automatisk funksjon, for eksempel en garasjeport, et transportbånd eller en pumpe, uten noen form for tilbakemelding. Se figur 1.6a, som viser signalflytskjemaet for en slik styring. Figur 1.6b viser styrt innkopling av en elektrisk motor, mens figur 1.6c viser en elektrisk varmekilde.

Signalflytskjema

en motor

av en varmekilde

Figur 1.6

Regulering Med regulering mener vi en form for prosesstyring der tilstanden i pro­ sessen virker inn på styreformen.

Figur 1.7 gir et eksempel på den enkleste formen for regulering, av/påregulering. Her åpner og lukker magnetventilen seg etter nivåtilstanden. Ved regulering har vi som oftest på forhånd stilt inn ønskelige verdier i prosessen på en reguleringsenhet. Disse verdiene kaller vi gjerne skalverdier eller skal-parametrer. Skal-verdiene kan være temperatur, nivå, trykk o.a.

14

Figur 1.7 Enkel regulering i form av inn- og utkopling

Givere, også kalt sensorer eller følere, måler de virkelige (reelle) verdi­ ene. Disse verdiene kaller vi er-verdier. Er-verdiene blir ført til reguleringsenheten der skal-verdiene allerede er innstilt. Reguleringsenheten vurderer er-verdiene og skal-verdiene mot hverandre. Dersom det er av­ vik mellom dem, endrer reguleringsenheten styreform. Det vil si at den regulerer tilførselen av varme, trykk, væske osv. slik at tilstanden i pro­ sessen hele tiden endrer seg mot de innstilte skal-verdiene.

Alle prosesser blir påvirket av forbruk og tap. Reguleringsenheten sør­ ger likevel for at den regulerte størrelsen får den ønskete verdien, uav­ hengig av disse påvirkningene. Figur 1.8 viser en praktisk og dagligdags form for regulering. Tåa føler temperaturen på vannet i dusjen, og hjernen sammenlikner denne tem­ peraturen med ønsket temperatur på vannet. Dersom det er stort avvik mellom ønsket temperatur og den temperaturen tåa føler, sender hjernen signal til hånda, som straks går i gang med å regulere vannet inn i dusjbatteriet til riktig temperatur.

Reguleringsstrekning, her med

Kaldt vann —► Varmt vann—►

Pådragsenhet (enhet som iverksetter regulering

Styresignal til pådragsenhet

Giver/føler

Figur 1.8

15

Funksjonsgangen for denne reguleringen kan vi i prinsippet illustrere som en lukket reguleringssløyfe, se figur 1.9.1 praksis blir reguleringssløyfa slik figur 1.10 viser. Forstyrrelse/varmetap

for regulering av pådraget (kaldt- og varmtvannskran)

og målt verdi Ønsket verdi

Figur 1.9 «Prinsipp» for regulering

Forstyrrelser,

tap osv.

av pådrag

Figur 1.10

Det er den samme reguleringsformen vi bruker når reguleringen skal skje elektrisk.

16

Figur 1.11 gir et eksempel på manuell regulering av varme i golv ved hjelp av reguleringsvender (av/på-regulering), mens figur 1.12 viser regulering med bruk av regulator og føler i golvet. Reguleringen følger den samme lukkete reguleringssløyfa som vist på figur 1.10.

Regulering av golwarme ved hjelp av reguleringsvender

J L!

Figur 1.11

Løst badekar

WC

17

Regu­ lator

Varmekabel

Figur 1.12

Prinsippskjemaet for reguleringen går fram av figur 1.13.

Figur 1.13

18

Strukturering av automatiserte anlegg Mål Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne - forklare hva vi mener med begrepet prosessutrustning - kjenne til hovedenhetene i enkle automatiserte anlegg - forklare begrepene prosessfunksjon, energifunksjon og kontrollfunk­ sjon

Prosessutrustningen Automatiserte styrings- og kontrollanlegg i industrien kaller vi gjerne produksjonsprosessanlegg. Slike anlegg produserer varer eller utfører en funksjon ved hjelp av automatiske prosesser. Dersom vi strukturerer automatiserte anlegg etter nasjonale og interna­ sjonale normer, kan vi få en god oversikt over oppbygning, komponen­ ter, dokumentasjon og funksjon. Figur 2.1 viser en slik prosessutrust­ ning, som det kan være to eller flere av i et automatisert anlegg (fi­ gur 2.2).

Alle prosessenheter som vifter, pumper, transportbånd osv. utfører en prosessfunksjon. For at prosessfunksjonen skal kunne gjennomføres etter fastsatte krav, blir enhetene knyttet til en energifunksjon og en kontrollfunksjon.

Dialogutrustning I tillegg'til prosessutrustningen omfatter automatiserte anlegg også en dialogutrustning, det vil si en utrustning som gjør det mulig å kommuni­ sere med prosessen. Vi kan gi kommandoer, og vi kan få tilbakemelding om tilstanden i prosessen eller i prosessutrustningen. Dialogutrustningen kan være så enkel som vanlig betjenings- og signalutstyr i form av trykknappbrytere, signallamper, lysdioder osv. Men det kan også være en sentral driftskontroll i form av en PC-skjerm som gir alle meldinger, og et PC-tastatur som vi sender kommandoer fra, eller endrer nødvendige data og parametrer.

19

Funksjoner I sin enkleste form kan prosessutrustningen for et automatisk anlegg be­ stå av to funksjoner: en prosessfunksjon og en energifunksjon. (Tenk deg figur 2.1 uten kontrollfunksjonen.) Prosessutrustningen omfatter da:

•

en prosessfunksjon i form av vifte, spjeld, pumpe, transportbånd osv.

•

en energifunksjon som består av elektrisk motor, primærkontroll med kontaktor(er) og nødvendige vern, releer, tidsreleer, hovedstrøms- og styrestrømskretser, nødvendig dokumentasjon (skje­ maer) og tekniske underlag

Når vi skal gjøre utrustningen for et automatisert anlegg komplett, tar vi også med en kontrollfunksjon som skal sørge for at prosessutrustningen utfører sin tiltenkte oppgave etter de kriterier som er lagt til grunn for driften av anlegget. Kontrollfunksjonen kan gjennomføres automatisk (for eksempel kontroll av energitilførselen) eller manuelt (for eksempel ved service eller svikt i overordnet kontrollnivå), altså: •

en kontrollfunksjon ved hjelp av reléstyring, fastkoplet logikk, elektroniske kretskort, programmerbare logiske styresystemer (PLS) osv.

I moderne tekniske anlegg er det vanlig å samkjøre flere prosessutrustninger på et overordnet nivå. Sammen med giverne i prosessen og inter­ ne og eksterne forbindelser danner de da et kontrollsystem. Denne struktureringen blir som nevnt brukt både nasjonalt og interna­ sjonalt ved bygging av automatiserte anlegg, fra de enkleste til de mest avanserte. Struktureringen gir også god oversikt ved kontrollfunksjoner som kvalitetssikring, internkontroll og kvalitetskontroll. Vi viser her til kapittel 9.

20

Den styrende delen Kontrollfunksjon

Figur 2.1

K = kontrollfunksjon E = energifunksjon P = prosessfunksjon

Energifunksjon

Den styrte delen

Prosessfunksjon

utrustningen

Grensesnitt

Figur 2.2

21

Motorvern og driftsforhold i motoranlegg Mål Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne - kjenne til prinsippene for vern av elektriske motorer - gjengi de viktigste kravene til vern av elektriske motorer, og vite hvor i forskriftene du finner disse kravene - forklare strømforholdene ved oppstart og drift av elektriske motorer - kjenne til det viktigste utstyret for motorvern

Strømforhold i motoren Valg av ledere og vern til motorer følger de samme reglene som for van­ lige belastningskurser, men vi må ta hensyn til strømforholdene i moto­ ren ved oppstart og drift.

I en motorkurs må kontaktoren eller motorvernbryteren avstemmes i samsvar med motorens merkestrøm og brukskategori. Bimetallet eller det termiske releet som skal beskytte kabel og motor mot overbelast­ ning, må stilles inn på motorens driftsstrøm. Kortslutningsvemet skal beskytte kabelen og motoren mot kortslutning. Vernet må da tåle motorens startstrøm uten å løse ut.

Vi velger startapparater og vern for en motor med utgangspunkt i moto­ rens merkestrøm, startstrøm, driftsstrøm og utregnet feilstrøm. Det er derfor viktig å kjenne til disse strømforholdene.

Merkestrøm Merkestrømmen til en motor er den strømmen som er stemplet på moto­ ren, og som motoren trekker fra nettet ved full belastning. Det er denne strømmen tilførselsledningene må avstemmes etter (se § 433.2 i Forskrifter for elektriske bygningsinstallasjoner m.m. - FEB 433.2). Kontaktoren eller motorvernbryteren må bryte denne strømmen når mo­ toren stanser.

22

Driftsstrøm Driftsstrømmen er den virkelige strømmen som motoren trekker fra net­ tet under drift. Driftsstrømmen skal måles ved igangsetting, og bimetal­ let skal stilles inn etter den målte strømmen. Se figurene 3.1 og 3.2. Vær klar over at enkelte motoranlegg kan gå nokså tregt til å begynne med, og at de trenger en viss tid på å gå seg til. Slike motorer trekker mindre og mindre strøm fra nettet helt til de får stabilisert seg.

Figur 3.1

Andre anlegg kan stå utsatt til og bli tilsmusset. Disse motorene vil etter hvert gå tregere og tregere og trekke stadig mer strøm fra nettet. I slike tilfeller må vi måle driftsstrømmen etter en viss tid og justere bimetallet. Husk at dersom du justerer bimetallets utløsestrøm oppover, må du aldri stille den høyere enn merkestrømmen til motoren (se FEB 473.1.1.3).

Figur 3.2

Startstrøm Startstrømmen eller stillstandsstrømmen er den strømmen motoren trek­ ker fra nettet i startøyeblikket (når motoren står stille). Denne strømmen er vanligvis fem-sju ganger merkestrømmen. Motorvernet må kunne bryte startstrømmen dersom motoren ikke kommer i gang eller blir bremset opp.

Startstrømmen er den samme når motoren starter på tomgang eller med mekanisk belastning. Den mekaniske belastningen influerer bare på starttiden: jo tyngre belastning, desto lengre starttid. Figur 3.3 illustrerer strøm-tid-kurven for en kortslutningsmotor som starter på tomgang og med full last.

/f = strømmen som motoren trekker fra nettet ved fullast /0 = strømmen som motoren trekker fra nettet ved konstant hastighet på tomgang = tiden fra motoren får spenning til den er kommet opp i merketurtall t0 = tiden fra motoren får spenning til den er kommet opp i konstant hastighet ved tomgang

23

Motorvern Motorer og elektriske anlegg for motorer og motorstyringer er kostbart utstyr. Feil på anlegget kan føre til både driftsstans og skader på omgi­ velsene. Det er derfor viktig å beskytte motoranlegg mot skader, og det er viktig å ta hensyn til forskriftenes krav til vern av elektriske maskiner.

I industrianlegg fins det mange elektriske motorer i ulike størrelser og utførelser. Startapparatene for disse motorene blir plassert på tavler og stativer, i innkapslete sentraler eller i egne driftsrom. Utførelse, plasse­ ring og tilpasning til ytre påvirkninger skal være i samsvar med gjelden­ de forskrifter (se FEB, kapittel 51). Med «gjeldende forskrifter» mener vi normer og standarder for de enkelte typer maskiner, utstyr og prosessfunksjoner slik de går fram av FEB, NEK-rapporter (Norsk Elektroteknisk Komité), arbeidsmiljøforskrifter osv.

Dersom en motorkurs gjennom lengre tid blir utsatt for overstrøm (over­ belastning, kortslutning, topolet jordslutning ved IT-installasjoner osv.), kan det bryte ut brann dersom det ikke er etablert effektive vern mot overbelastning, kortslutning og topolet jordslutning. Motorer som arbeider under stadig tilsyn, må sikres ved hjelp av motor­ vern med termiske releer i alle faser (FEB 473.1.1.3). Releene må være stilt inn på en utløsestrøm som ikke overstiger motorens merkestrøm. Normalt bør termiske releer stilles inn på motorens driftsstrøm. Et motoranlegg skal beskyttes mot • overbelastning (FEB 113.6, 113.8, 433, 473) • kortslutning (FEB 113.6, 113.8, 434, 473.1.1.3) • farlig berøringsspenning (FEB 113.6e, 113.8,413.1) • topolet jordslutning i IT-installasjoner (FEB 113.6e, 113.8, 413.1.5.5) • enpolet kortslutning i TN-installasjoner (FEB 113.6e, 113.8, 413.1.3.3) • underspenning (FEB 113.8, 465.3) • høy temperatur i motorviklingene på grunn av dårlig avkjøling (FEB 473.1.1.3) • andre utillatelige driftsforhold

Vern mot overbelastning Overbelastning kan oppstå ved for eksempel lagerhavari eller havari i prosessenheter som transportbånd og heiser. Det gjør at motoren får et større lastmoment (arbeidsmoment) enn den er konstruert for.

Vi oppnår vanligvis vern mot overbelastning ved

•

termisk utkopling ved hjelp av motorvernbryter eller kontaktor med termisk relé (FEB 473.1)

•

innebygde temperaturfølere i motorviklingene i sammenheng med kontaktor og utløserelé (FEB 473.1)

FEB 433 stiller i tillegg krav om at: 1

24

2

72 < 1,45-/z = /:•/„< 1,45-/z

der /B er motorens merkestrøm, In er den innstilte strømmen på det ter­ miske releet (settes lik motorens merkestrøm), /z er kabelens strømføringsevne basert på forleggingsmåte og eventuelle korreksjonsfaktorer, /2 er høyeste normerte prøvestrøm for det termiske releet (I2 - 1,2 - A), k er en faktor for forholdet I?JIn (her er k = 1,2), og 1,45 er en internasjonalt normert konstant. For å oppnå beskyttelse må det termiske releet ikke stilles høyere enn motorens merkestrøm. Driftsstrømmen er gjerne lavere enn merkestrømmen, og vi bør derfor stille releet inn på denne verdien.

Vern mot kortslutning Kortslutning oppstår når det blir metallisk forbindelse mellom to eller tre faser i IT- og TN-installasjoner eller mellom en fase og PE-, N- eller PEN-leder i TN-installasjoner. Vi oppnår vern mot kortslutning ved hjelp av vern med elektromagnetisk utkopling. Det anbefales sterkt at vi ikke bruker smeltesikringer, men vern med allpolet elektromagnetisk utkopling. Kravene til vern mot kortslutning av motorkretser går fram av forskriftene: • Motorvernet må ikke ha større forankoplet kortslutningsvern enn det som er godkjent for det termiske releet i motorvernet (FEB 473.1.1.3). • Vernet må kunne bryte den største kortslutningsstrømmen som kan oppstå i motorkursen (FEB 434). • Kortslutningsvernet må gi sikker utkopling ved den minste kort­ slutningsstrømmen som kan oppstå (se nedenfor, FEB 413.1.3.3 og 413.1.5.5). • Vernet må tåle motorens startstrøm uten å løse ut. • Kortslutningsvernet må ha en strømbegrensning som gjør at gjennomsluppet energi ved kortslutning ikke er større enn det som er tillatt for tilførselskablene (Z2 • t < k2 ■ S2, FEB 434.3).

Ved fastlegging av kortslutningsvernet må vi ta utgangspunkt i en del strømforhold: •

Maksimal kortslutningsstrøm (kortslutningsvernets bryteevne) Kortslutningsvernet må minst kunne bryte den beregnete maksi­ male kortslutningsstrømmen som kan oppstå på inngangssiden av vernet (samleskinnene).

•

Vernets merkestrøm Kortslutningsvernet kan i utgangspunktet ha en nominell verdi som ligger nærmest over motorens merkestrøm.

•

Vernets utløsekarakteristikk og øvre elektromagnetiske toleranse­ grense (I5) Vi må velge et kortslutningsvern med en øvre elektromagnetisk to­ leransegrense som er lavere enn den minste kortslutningsstrøm­ men som kan oppstå i kretsen. Denne minste kortslutningsstrøm­ men skal nemlig gi sikker utkopling av vernet. Nedre toleransegrense for automatsikringer med B-karakteristikk er 3 • In, for C-automater 5 • In og for motorvernbrytere med elekt­ romagnetisk utkopling 7 • In.

25

•

Vernets utløsekarakteristikk og øvre elektromagnetiske toleranse­ grense (1$) Vi må velge et kortslutningsvern med en øvre elektromagnetisk to­ leransegrense som er lavere enn den minste kortslutningsstrømmen som kan oppstå i kretsen. Denne minste kortslutningsstrømmen skal nemlig gi sikker utkopling av vernet. Den minste kortslutningsstrømmen som kan oppstå i IT-nett, er feilstrømmen som oppstår ved topolet jordslutning. I TN-installasjoner regner vi feilstrømmen ved enpolet kortslutning som den minste kortslutningsstrømmen som kan oppstå.

Øvre toleransegrense for B-automater er 5 • In, for C-automater 10 • In og for motorvernbrytere vanligvis 15 • /„. (Se nedenfor om topolet jordslutning.) NB! Ved bruk av motorvernbrytere med innebygd elektromagne­ tisk kortslutningsutløsning må vi være oppmerksomme på at de elektromagnetiske toleransegrensene er høyere for motorvernbry­ tere (7 • In og 15 • In) enn for C-automater (5 • In og 10 • In). Motorvernbrytere tåler derfor større startstrøm enn C-automater. Det vil si at feilstrømmen ved topolet jordslutning i IT-installasjoner må være større enn for C-automater dersom vi skal få sikker ut­ kopling. Feilstrømmen må først beregnes, deretter velger vi et kortslutningsvern som gir sikker utkopling.

Figur 3.4 gir eksempler på topolet og trepolet kortslutning, i tillegg til to­ polet jordslutning mellom to utgående kurser.

1 2 3

Figur 3.4

26

4 5 6

= slutting av (kontakt mellom) to ledere = enpolet jordslutning = utsatt del satt under spenning på grunn av isolasjonsfeil (overslag til gods/utsatt del) = trepolet kortslutning = topolet kmortslutning = topolet jordslutning i IT-nett

Vern mot topolet jordslutning Topolet jordslutning oppstår når to faser får forbindelse med hverandre gjennom jordleder, jordsmonn, røranlegg osv. Det skjer vanligvis ved at en fase i én utsatt del og en fase i en annen utsatt del får forbindelse til jord (jordleder) på grunn av feil. Strømmen som oppstår i en feilsløyfe ved topolet jordslutning, er van­ ligvis så stor at den kan regnes som en kortslutningsstrøm. Denne feilstrømmen er likevel den minste kortslutningsstrømmen som kan oppstå i IT-installasjoner. Etter FEB 413.1.5.5 skal kortslutningsvernet velges slik at det garanterer utkopling ved topolet jordslutning.

Figur 3.5 gir eksempel på topolet jordslutning og viser i tillegg bereg­ ningsgrunnlaget for strømmen i feilsløyfa. Det er nødvendig å regne ut feilstrømmen dersom vi skal kunne kontrollere at kravet i forskriftene (om utkopling ved topolet jordslutning) er innfridd.

J ordfeilvarsling

L1

L2 L3 PE

Figur 3.5

Vern mot underspenning (nullspenning) Vern mot underspenning eller nullspenning oppnår vi ved hjelp av motorvernbryter med nullspenningsutløsning (FEB 465.3) eller ved hjelp av kontaktor (relé) med holdefunksjon. En kontaktor med holdefunksjon faller ut når spenningen blir borte eller kryper under holdespenningen, og kontaktoren blir værende ute selv om spenningen kommer tilbake. Holdekretsen åpner når kontaktoren faller fra. Når spenningen kommer tilbake, starter ikke motoren før den har fått en ny startpuls. Nullspenningsutløsning beskytter mot uventet start. Uventet start kan skje når spenningen kommer tilbake etter driftsstans, eller når innkopling av en felles bryter fører til oppstarting av flere maskiner. Dersom kravet om nullspenningsutløsning skaper ulemper for driften, kan vi set­ te opp skilt som tydelig opplyser om at motoren kan starte uten varsel.

27

Vern mot høy motortemperatur Vi kan også beskytte motorer mot andre utillatelige driftsforhold. Det gjelder for eksempel vern mot høy temperatur i motorviklingene (på grunn av høy omgivelsestemperatur eller på grunn av dårlig avkjøling som følge av skitne og tette kjølekanaler). Slik beskyttelse kan skje ved hjelp av innebygde temperaturfølere i mo­ torviklingene (FEB 473.1.1.3). Følerne er da koplet til et eget utløserelé. Denne beskyttelsesformen kaller vi termistorvern («motorfullvern»).

Varmetap i motoren Varmetap i motoren kan vi dele i to grupper:

•

Strømavhengige tap Strømavhengige tap omfatter strømvarmetap i stator og rotor, og slike tap er proporsjonale med kvadratet av strømmen: P = Pf-3 = Jf2’Re 3

•

Tap som er uavhengige av strømmen Slike tap omfatter jerntap, virvelstrømstap og friksjonstap, som skyldes lager- og luftfriksjon.

Figur 3.6 viser hvordan den opptatte elektriske energien fra nettet blir omdannet til avgitt mekanisk energi og tap. Tilført effekt

Fordi særlig statorviklingen er ømfintlig for høye temperaturer, må vi beskytte viklingene mot det. For å beskytte motorer mot utillatelige temperaturer utstyrer vi dem med beskyttelsesinnretninger som kopler dem fra nettet dersom temperatu­ ren blir for høy. Disse beskyttelsesinnretninger kaller vi motorvern.

Vi kan beskytte motorer mot utillatelige viklingstemperaturer på to måter:

28

•

Med direkte kontroll av viklingstemperaturen ved å plassere tem­ peraturavhengige motstander (termistorer) i viklingene

•

Med indirekte kontroll av viklingstemperaturen ved å overvåke strømmen i tilledningene til motoren

Direkte kontroll av viklingstemperaturen Ved direkte kontroll av viklingstemperaturen sitter beskyttelsesinnretningene i tilførselsledningene til motoren. Overvåkingen og vernet av motoren er dermed absolutt strømavhengig. Oppvarming og fare for brann oppstår på grunn av for stor strømgjen­ nomgang i motorviklingen. Når belastning, motor og relé er tilpasset hverandre, er denne beskyttelsen tilstrekkelig.

Den strømavhengige motorbeskyttelsen er derimot ikke tilstrekkelig når den utillatelige motoroppvarmingen oppstår av andre årsaker som ikke er strømavhengige, eller på grunn av mange koplinger. Årsaken til opp­ varming som ikke er strømavhengig, kan for eksempel være høy kjøletemperatur, tilstoppede kjølekanaler eller for stor lagerfriksjon. Denne overtemperaturen må vi overvåke direkte i motoren. Det gjør vi ved hjelp av temperaturavhengige motstander (termistorer) som blir plassert i viklingene. Figur 3.7 viser en prinsippskisse for en slik overvåking ved hjelp av en bimetalltemperaturføler (bimetallstrimmel) plassert i motor­ viklingen. Ved hjelp av halvledertemperaturfølere (termistorer) som blir bygd inn i viklingene, oppnår vi beskyttelse mot farlig oppvarming. Denne beskyt­ telsen blir mest effektiv fordi den er basert på temperaturen inne i selve motoren.

Figur 3.7

Bimetalltemperatur­ føler

Indirekte kontroll av viklingstemperaturen Strømvarmetapene utgjør det største tapet i motoren. Som nevnt er det den strømmen motoren tar opp fra nettet, som fører til oppvarmingen. Det er derfor normalt å overvåke viklingstemperaturen indirekte ved å overvåke strømmen i tilledningene til motoren ved hjelp av vern som be­ finner seg utenfor motoren. Slike vern er motorvembrytere med tilhø­ rende beskyttelsesinnretninger eller kontaktorer med termiske releer (bimetallreleer). Figurene 3.8 og 3.9 viser eksempler på indirekte beskyttelse av en motor mot overtemperatur ved hjelp av motorvernbryter med termisk utløs­ ning og kontaktor med bimetall.

29

Sikringer

Figur 3.9

30

I begge eksemplene har motorvemet til hovedoppgave å beskytte moto­ ren, kabelen og seg selv mot utillatelig overtemperatur som følge av overstrøm. Overstrømmen kan oppstå på disse måtene:

•

brudd i en tilførselsledning, slik at motoren går på to faser og trekker strøm fra nettet ved det samme dreiemomentet

•

unormale mekaniske belastningstopper

•

jordslutning eller kortslutning i motoren

•

spenningsfall på nettet

I hovedkretsen (energitilførselskretsen) for motorer inngår det sikringer, motorvern og motor (se figurene 3.8 og 3.9). For å kunne forstå og bruke komponentene som inngår i en motorkurs, må vi kjenne til hvordan de virker. Vi må også kjenne til strømforholdene i en motor.

Bimetallrelé (termisk relé) Bimetallreleet (det termiske releet) skal beskytte kabelen, motoren og motorvernbryteren mot overbelastning. Sikringene skal beskytte kabelen, motoren og motorvernbryteren mot kortslutning. Det er nødvendig å kjenne til disse forholdene fordi - vi må avstemme kabelen og motorvemet etter merkestrømmen - vi må stille bimetallet inn på motorens driftsstrøm - den nedre grensen for sikringene er bestemt av startstrømmen, mens den øvre grensen er bestemt av forskriftene (FEB 473.1.1.3)

Det termiske releet skal beskytte kabelen, motoren og seg selv mot ska­ der som kan oppstå på grunn av overbelastning i motoren. De separate enhetene (motorsikringer, kontaktor og bimetallrelé) utgjør til sammen et motorvern (se figur 3.9). Bimetallreleet består av tre bimetallfjærer som direkte eller indirekte blir varmet opp i forhold til størrelsen på motorstrømmen. Bimetallfjærene består av to metaller med forskjellig varmeutvidingskoeffisient. Ved oppvarming bøyer metallene seg.

Bimetallet utfører altså en bøyebevegelse når det blir utsatt for varmepåvirkning. Denne bevegelsen blir utnyttet til å betjene en relémekanisme. Utløsetiden lar seg framstille på en strømkurve (utløsekurve). Fordi bimetallreleet i samsvar med forskriftene skal beskytte kabelen, motoren og apparatene i kretsen mot overbelastning, må det være av­ stemt etter motorens driftsstrøm.

Bimetallet blir stilt inn på belastningsstrømmen til motoren (drifts­ strømmen). Ved overstrøm gir det forsinket en mekanisk impuls til utlø31

semekanismen for motorvernbryteren. For bimetallet i en kontaktor gir overstrømmen en mekanisk impuls for åpning av en hjelpekontakt som er koplet i spolekretsen til kontaktoren. Selve bimetallreleet består av et hus av isolerstoff (se figur 3.10), der det er plassert tre bimetaller (A) og relémekanikk. Bimetallet, som er utstyrt med temperaturkompensering, virker slik:

Ved overbelastning trekker motoren for stor strøm fra nettet, og bimetallet blir varmet opp. Oppvarmingen av bimetallet fører til bevegelse av utløseinnretningen (B) mot relémekanismen med kontaktsystemet (Cl, C2 og C3). Kontaktsettet (hjelpekontaktene) i bimetallreleene består som regel av en vekselkontakt, men kan også leveres med en arbeidskontakt og en hvilekontakt.

Sikringer

Figur 3.10

32

A

Bimetallet, indirekte oppvarmet

B

Utløseinnretning som påvirker relémekanismen

C1

Kontaktfjærfor utløsekontakt

C2

Utløsekontakt

C3

Signalkontakt

D

Bimetall for temperaturkompensering

E

Utløsearm. Når bimetallene bøyes ved opp­ varming, drives utløsearmen mot venstre. Dersom oppvarmingen blir tilstrekkelig stor, frigjøres kontaktfjæra C1

F

Innstillingsratt

G

Opphevelse av selvsperring

Hjelpekontaktene er koplet i styrekretsen til kontaktoren. Figur 3.11 vi­ ser et koplingsskjema for praktisk bruk av kontaktor og bimetall som motorvern. Figur 3.12 viser et kretsskjema for bruk av en kontaktor med bimetall. Bimetallet er her utført med selvsperre.

Motorsikringer

Kontaktor Holdekontakt

Termisk relé

33

M inutter

Bimetallene har begrenset termisk fasthet og må derfor beskyttes mot for høye strømmer. Strømmer som ligger over det tidobbelte av merkestrømmen til bimetallet, ødelegger bimetallet. Disse overstrømmene må brytes av sikringer eller hurtigløsere.

Utløsetid

Figur 3.13 viser en utløsekurve for et bimetallrelé.

S ekunder

Bimetallet skal ikke reagere på tillatte startstrømmer eller kortvarige overbelastningsstrømmer. Bimetallet skal løse ut ved langvarig overbe­ lastning som fører til at motoren går for varm.

Bimetallreleet kan ikke brukes i anlegg med mange koplinger, fordi det blir oppvarmet av den overstrømmen som oppstår ved hver motorinnkopling, og løser ut til slutt. Den største koplingsfrekvensen releet van­ ligvis kan nyttes for, er ca 12-15 innkoplinger per time. Ganger den innstilte

strømverdien

Utløsekurve for bimetallreleer ved trefasebelastning (middelverdi). Releenes utløsetiderfra kald tilstand For driftsvarm tilstand gjelder ca 25 % av de angitte utløsetidene

Motorvernbrytere Med motorvernbrytere mener vi automatisk virkende flerpolete overstrømsbrytere med termisk forsinket utløsning og med eller uten nullspenningsbeskyttelse (se figur 3.14).

1

Tilkoplingsklemmer for hjelpekontakt

2

Tilkoplingsklemmer for hovedledninger

3

Bimetallutløser

4

Betjeningstrykknapper/bryter

5

Innstillingsskrue for bimetallutløseren

6

Elektromagnetisk momentanutløser

7

Faste kontaktstykker

8

Bevegelige kontaktstykker

9

Figur 3.14

34

10

Gnistkammer

Mekanisk friutløsning

Motorvernbrytere blir brukt som driftsbrytere for vekselstrømsmotorer. Bryteren består av et trepolet kontaktapparat med friutløsning og utløsemekanisme med tre bimetaller som virker direkte på sperra. Bryterne blir levert i forskjellige varianter: med termisk utløsning, med termisk og elektromagnetisk utløsning, med termisk, elektromagnetisk og nullspenningsutløsning. Figur 3.15 viser et skjema for en motor som blir startet ved hjelp av en motorvernbryter med termisk, elektromagne­ tisk og nullspenningsutløsning.

Håndbetjente motorvernbrytere må legges inn manuelt, men de kan koples ut elektrisk dersom de er utstyrt med nullspenningsutløser. Motorvernbrytere egner seg til start og stopp av motorer. De beskytter kabler, motorer og apparater mot de skadevirkningene som kan oppstå ved overbelastning, kortslutning, spenningsfall eller bortfall av spenning. Motorvernbrytere egner seg ikke i anlegg med mange koplinger. Dersom vi bruker motorvernbrytere med termisk utløsning, bør det ikke være mer enn ca 10-15 koplinger per time.

Termisk utløsning Ved overstrøm gir bøyebevegelsen på bimetallet en mekanisk utløsepuls til friutløseren (som alle motorvernbrytere er utstyrt med). Friutløseren kopler fra kontaktene (se figur 3.16). Mekanisk

Figur 3.16

-x

den innstilte strømverdien

a = bimetallutløser n = elektromagnetisk utløser

Figur 3.18

35

Elektromagnetisk utløsning For at vi i tillegg til den termiske beskyttelsen mot overstrøm skal få be­ skyttelse mot strømsjokk og kortslutningsstrømmer, er motorvernbryteren utstyrt med elektromagnetisk hurtigutløsning. Den består av tre separate elektromagneter som er bygd sammen til en enhet og kan tilsluttes ho­ vedkontaktene og den mekaniske friutløseren (se figur 3.19).

Hovedkontakter Hjelpekontakter

Termisk overstrømsrelé

Elektromagnetisk overstrømsrelé

Figur 3.19

Brytere med elektromagnetisk utløsning (hurtigutløsning) er laget slik at de bryter strømmer som ligger høyt over motorens merkestrøm. De blir derfor også kalt effektbrytere. Bryteevnen går fram av startapparatlistene. Hurtigkoplete brytere bryter kortslutningsstrømmen før den når maksimal verdi, og bryterne er derfor strømbegrensende.

Fra fabrikken er de elektromagnetiske releene fast innstilt på om lag ti ganger høyeste eller femten ganger laveste stillbare verdi på bimetallreleene.

Bryteren skal bryte kortslutningsstrømmen uten at kontaktene blir sam­ mensveist eller bryteren ødelagt på annen måte.

Figur 3.20 viser en motorvernbryter med både termisk og elektromagne­ tisk utløsning, i tillegg til utløsekurven for bryteren.

Direkte strømmåling

36

Måling med shuntmotstand

Måling med strømtransformator

L1 L2 L3

Kontaktor i aktivert tilstand

Nullspenningsutløsning Brytere som er utført med nullspenningsutløsning, skal bryte kretsen når speningen blir borte eller faller til en bestemt verdi (ca 60 % av merkespenningen). Nullspenningsbeskyttelse blir brukt på steder der en vil hindre at en motor starter uventet når spenningen har vært borte og kommer tilbake igjen. Hvilke konsekvenser kan det få for eksempel ved uventet start av en dreiebenk?

Motorvernbrytere med nullspenningsutløsning må legges inn og ut for hånd, men kan også fjernbetjenes ved utkopling. Figur 3.18 viser et skjema for en motorvembryter med termisk, elektro­ magnetisk og nullspenningsutløsning. Anlegget er også utstyrt med signal.

Utløsekontroll av termiske releer Dette avsnittet og eksemplene på utløsekontroll kan også ses i sammen­ heng med figurene 3.13-3.22. Når bimetallreleene skal utføre en overvåkingsfunksjon og løse ut ved for store strømmer, må vi også kunne kontrollere at utløsningen virker tilfredsstillende. Bimetallutløseren prøver vi med disse strømstyrkene:

- med 1,05 ganger utløserens merkestrøm i én time uten at utkopling finner sted - med 1,2 ganger utløserens merkestrøm, der utkopling finner sted innen én time - med 1,5 ganger utløserens merkestrøm, der utkopling finner sted innen ca to minutter Prøvene må foregå mens anlegget er i driftsvarm tilstand og med utløserne koplet i serie. Med driftsvarm tilstand mener vi tilstanden etter én times belastning med merkestrømmen. 37

Spenningsspole, magneter o.l. må virke tilfredsstillende og uten brum­ ming mellom 0,85 og 1,1 ganger merkespenningen. De må koples inn ved 0,85 ganger merkespenningen og oppover, og koples ut ved 0,3 ganger merkespenningen og nedover. Figur 3.22 viser noen eksempler på hvordan vi kan måle den strømmen motoren trekker fra nettet.

Amperemeteret kan vi plassere i motorkretsen for direkte strømmåling. Vi kan måle strømmen med instrument og shuntmotstand, eller vi kan måle strømmen gjennom en strømtransformator.

Utløsekontroll av termiske releer ute på anlegg Før vi går fra et anlegg vi har montert, må vi forvisse oss om at de ter­ miske releene er funksjonsriktige. Det er ikke alltid så enkelt å variere belastningen slik at vi kan gjøre den utløsekontrollen som er vist foran. En praktisk utløsekontroll ute på anlegget kan vi likevel utføre slik: 1 Kontroll av motorvern ved at vi bryter en fase under drift (se figur 3.21):

- Start motoren med alle motorsikringer inne. - Løs en av sikringene. - Kontroller utløsetiden. Utløsningen bør skje i løpet av to minutter. 2 Kontroll av motorvern ved at vi bryter en fase under oppstart (se figur 3.21): - Løs en av motorsikringene før oppstart. - Kontroller utløsetiden. Utløsningen bør skje i løpet av tjue sekunder.

3 Kontroll av motorvern med amperemeter (se figur 3.22): - Amperemeteret tilkoples og forbikoples med shuntbryter slik figur 3.22 viser. - Start motoren med amperemeteret forbikoplet under oppstart. - Løs en av sikringene og start uret. - Les av amperemeteret. - Kontroller utløsetiden. Utløsningen bør skje i løpet av to minutter. - Kontroller utløsekurven for det releet du har valgt å prøve.

38

4

Startere og kontrollutstyr

Mål Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne - forklare den prinsipielle oppbygningen og virkemåten til kontakto­ rer, releer, tidsreleer og givere - tegne symbolene for styre- og kontrollfunksjoner - bruke normerte kjenningsbokstaver og kontaktnummerering - montere kontaktorer og releer

Innledning I dette kapitlet skal vi ta utgangspunkt i figur 2.1, som viser prosessut­ rustningen i et automatisert anlegg (se side 21). Vi skal videreføre stoffet som vi gjennomgikk i kapittel 2, og i detalj ta for oss energifunksjonen og kontrollfunksjonen til releer, tidsreleer og givere. Derimot kommer vi til å behandle PLS som overordnet automatiseringsverktøy i et eget kapittel (kapittel 6). Motorvernbrytere er startere som er svært mye brukt til manuell og di­ rekte start av elektriske motorer. Disse motorvernbryteme hører ikke med til automatiseringsverktøyet, men er manuelle brytere med innret­ ninger for motorvern. Vi har nettopp studert dem i kapittel 3.

Kontaktorer Kontaktorer er viktige koplingselementer ved automatisk eller fjern­ betjent innkopling av nettspenning for elektriske motorer. Oppbygningen og virkemåten er i prinsippet den samme som for et elektromagnetisk relé. Begge består av hoveddelene jemkjeme, anker, spole og kontaktsystem. Både kontaktoren og releet blir aktivert når spolen blir tilkoplet spenning.

Oppbygning, virkemåte og bruksområder En kontaktor er en elektromagnetisk betjent bryter som blir brukt i in­ dustri, forretningsbygg, skoler, sykehus o.l. for til- og frakopling av be39

lastninger som motorer, varmeelementer og lysanlegg. Kontaktoren kan slutte og bryte store belastningsstrømmer. Den kan betjenes eller aktive­ res ved hjelp av styrebrytere, termostater og/eller andre styre- og føleorganer. Det gir oss muligheter til å fjernbetjene kontaktorer og automati­ sere anlegg og prosesser ved hjelp av kontaktorer. Fordi de har helt forskjellige bruksområder, er det på sin plass å definere begrepet kontaktor og gi en kort oversikt over bruksområdene. Både en kontaktor og et relé virker som den enkleste formen for «forsterker». Inngangen er spolen, der vi sender inn en styrestrøm. Utgangen er kon­ taktene, som kan formidle eller lede større strømmer. Utgangen kan vi også betrakte som to enheter: en styredel og en effektdel (se figur 4.1).

Inngang

Både for kontaktorer og releer skiller vi derfor mellom styreeffekt (spolens eget forbruk) og koplingseffekt. Koplingseffekten avhenger av kontaktsystemet og kontakttrykket. Styreeffekten er avhengig av stør­ relsen på releet eller kontaktoren og er som oftest svært liten. Kontaktorer i mindre utførelser blir også brukt i industrianlegg. De blir da brukt som styrekontaktorer også kalt hjelpekontaktorer.

En kontaktor består i prinsippet av en elektromagnet med et bevegelig anker. Ankeret er bundet mekanisk til et antall elektriske kontakter. Det vil si at en kontaktor består av disse hoveddelene: -

stasjonær jernkjerne spole bevegelig anker kontaktsystem

Kontaktoren har to kontaktsett: hovedkontakter og hjelpekontakter.

Hovedkontaktene er dimensjonert for å slutte, føre og bryte en strøm un­ der normale belastningsforhold, noe som i visse tilfeller også omfatter en begrenset, spesifisert overbelastning. Kontaktoren kan også kople inn og (i et oppgitt tidsrom) føre en spesifisert kortslutningsstrøm.

Hjelpekontaktene er bare dimensjonert for å føre styrestrøm og/eller signalstrøm. 40

Kontaktene på en kontaktor er alltid utført slik at de gir dobbelt brudd (se figurene 4.2 og 4.3).

Figur 4.2

Når spolen blir tilkoplet spenningen, blir kontaktene aktivert (arbeidskontakter lukker, og hvilekontakter åpner). Kontaktoren er aktivert så lenge spolen er tilkoplet spenning. Når spenningen blir koplet fra, fører en returfjær kontaktene tilbake til utgangsstillingen.

Figur 4.3 viser en prinsippskisse for en kontaktor i ikke-aktivert tilstand. Funksjonsmessig består en kontaktor av to deler: en styredel og en hovedkretsdel. Styredelen blir brukt i styrestrømskretser, mens hovedstrømskretsen er den styrte delen som skal føre belastningsstrømmen (se figur 4.4). Styredel

Hovedkrets (lastdel)

Figur 4.4

41

Figur 4.5 viser et enkelt brukseksempel for en kontaktor. Figur 4.5a vi­ ser hovedstrømskretsen for en motor. Motoren startes ved hjelp av en kontaktor som blir lagt inn ved betjening av en enpolet bryter. Motorkretsen er også utstyrt med bimetall (om bimetall, se kapittel 3). Figur 4.5b viser en skisse av en kontaktor med kapsling og påsatt bime­ tall, dessuten et koplingsbilde. Sammen med bimetall og sikringer utgjør kontaktoren et motorvern som beskytter motoren mot overbelastning og kortslutning.

Figur 4.5c viser et enlinjeskjema for motorkretsen.

Sikringer

Kontaktor

Bimetallrelé

Motortilfø rsel

Motor

Figur 4.5

42

Figur 4.6 viser en prinsippskisse (prinsippskjema) for bruk av kontaktor med fjernbetjent start- og stoppbryter.

Prinsipp for kobling av styrekrets (flerlinjet)

Prinsipp for kobling av hovedkrets (flerlinjet)

Enlinjet hovedskjema

Figur 4.6

Figur 4.7 viser et eksempel på hvordan et kretsskjema for funksjonen ser ut.

Figur 4.7

43

Spolesystemet Kontaktorspolen kan være konstruert for likespenning eller for vekselspenning. Både likespenningsdrift og vekselspenningsdrift av kontakto­ rer har sine fordeler og ulemper. Vekselspenningsdrift Fordeler: liten risiko for sveising av kontakter Ulemper: lite egnet for store avstander

Likespenningsdrift Fordeler: stille gang, egnet for store avstander Ulemper: lav bryteevne, fare for sveising av kontakter

De ulike spenningene kan vi skaffe oss på forskjellige måter:

Vekselspenning 1 Spenningen tas fra to av fasene på lavspenningsnettet. 2 Spenningen tas mellom enfaselederen og nøytrallederen (TN-nett). 3 Vi bruker mellomtransformator for en eller flere kurser. 4 Vi oppretter et kortvarig magasin ved bruk av aggregat. 5 Vi oppretter et langvarig magasin ved å bruke batteri og vekselretter. Likespenning 1 Vi monterer likeretter. 2 Vi oppretter magasin ved å bruke batteri. Når det gjelder valg av spenningsområde, er det tre vekselspenninger og fem likespenninger som er aktuelle for industriell bruk: Vekselspenning 50 Hz: 24 V, 110 V, 230 V Likespenning: 12 V, 24 V, 48 V, 110 V, 230 V

* L ikestrømsbetjen ing Ved likestrømsbetjening er det hensiktsmessig at spenningen er lav. Høye spenninger krever nemlig spoler med tynnere tråd. Det gjør spole­ ne dyrere, og vi risikerer at det lettere blir brudd i spolene.

Til likespenning har spolene stor ohmsk resistans og blir laget med et stort antall vindinger av tynn koppertråd. Hver spole er viklet på en spoleform av isolasjonsmateriale og er ofte helt innstøpt i plast. Fordi releet trenger mindre strøm for å holde ankeret tiltrukket enn for å trekke det til, kan releet ofte bli laget med to spoler eller med én spole og to uttak, slik at det kan oppta større strøm i innkoplingsøyeblikket enn ved konstant innkopling under drift. Figur 4.8 viser skjemaet for en kon­ taktorstyring med en innkoplingsspole og en driftsspole. En annen måte å redusere driftsstrømmen på er å kople en spareremotstand i serie med spolen under drift. Spolen og sparemotstanden må til­ passes hverandre.

Dette må vi gjøre når en likestrømskontaktor er utstyrt med et vekselstrømsmagnetsystem, det vil si når en vekselstrømskontaktor skal betje­ nes med likespenning.

44

Figur 4.9 viser eksempler på skjemaer for en kontaktor med vekselstrømsmagnetsystem som skal betjenes med likespenning. Sparemotstanden blir koplet inn i spolekretsen når kontaktoren er trukket til. Ved prinsippet som er vist på figur 4.9a må trykknappbryteren åpnes umiddelbart etter innkopling. På figur 4.9b ser vi et eksempel på betje­ ning med varig kontaktgiver. Hvilekontakten åpner seg straks etter at

Vekselstrømsbetjening Til vekselstrømsspoler utnytter vi den induktive resistansen i spolene, og de kan derfor utføres med mindre ohmsk resistans.

I innkoplingsøyeblikket, mens det er luftavstand mellom ankeret og jernkjernen, er den induktive resistansen og dermed impedansen mindre enn under drift. Det betyr at innkoplingsstrømmen I = U/Z blir støne enn holdestrømmen. Det er derfor ikke nødvendig med sparemotstand når vi bruker vekselstrømskontaktor Kontaktorspolene blir laget på forskjellige måter. Hver spole består som regel av et stort antall vindinger av tynn koppertråd som er viklet på en spoleform eller et annet isolasjonsmateriale og trædd inn på relékjernen.

Som nevnt trekker de forskjellige relé- og kontaktortypene forskjellig strøm ved innkopling og drift. Det ser vi av firmakatalogene.

Kontaktsystemet På en kontaktor består kontaktsystemet av hovedkontakter og hjelpekontakter. Koplingsbildet for en kontaktor med tre hovedkontakter og to hjelpekontakter ser vi på figur 4.10. Hovedkontaktene skal slutte og bryte større belastningsstrømmer, mens hjelpekontaktene skal føre styrestrømmer og/eller signalstrømmer.

45

Hovedkort taktene Når en kontaktor bryter en last over hovedkontaktene (de bevegelige og de faste kontaktene skilles), kan det oppstå en lysbue. Den kan beskrives som en ionisert luftsøyle som består av elektroner og metallmolekyler. Lysbuen kan vi sammenlikne med en bevegelig leder - den har alle lederens egenskaper. Temperaturen i lysbuen ligger betydelig over smeltepunktet for kontaktmaterialet og kan derfor ikke bestå for lenge, fordi kontaktdelene blir ødelagt.

På grunn av dette forholdet blir kontaktorer laget med dobbelt brudd per pol. Det gjør det lettere å slokke lysbuen.

Når kontaktene har dobbelt brudd, blir den totale avstanden mellom den faste og den bevegelige kontakten dobbelt så stor som ved enkelt brudd. Buen blir dermed forlenget og hakket opp i flere deler. Kontaktoren er også utstyrt med et slokke- eller gnistkammer. Det er vanligvis laget av glassfiberarmert plast med stor motstandskraft mot avbrenning. Avioniseringslamellene er ofte av kadmiert stålplate. Utformingen av hovedkontaktene gjør at feltet omkring strømbanen gir en elektromagnetisk kraft som kaster lysbuen ut mot avioniserings­ lamellene i gnistkammeret. Der blir lysbuen delt opp i flere deler og slokkes ved den første nullgjennomgangen av strømmen.

Lysbuen blir også kjølt ned. Når lysbuen oppstår mellom kontaktene, varmer den opp lufta i kammeret. Den varme lufta stiger opp og blir er­ stattet av frisk luft fra undersiden. Lysbuen, som påvirkes av luftbevegelser, blir kjølt ned og slokket.

Hjelpekontakter (styre- og signalkontakter) Kontaktorer er i tillegg til hovedkontaktene også utstyrt med hjelpekon­ takter, som utelukkende skal brukes til å slutte og bryte styre- og signalstrømmer.

Disse kontaktene kaller vi arbeidskontakter (lukkekontakter) og hvilekontakter (åpnekontakter). Enkelte kontakter er utført slik at vi kan montere flere hjelpekontakter på dem i form av kontaktblokker. Se figurene 4.10 og 4.11.

Figur 4.10

46

Hovedkontakter

Klemmemerking Tyskland, Belgia, Frankrike, Nederland, Storbritannia, Irland, Finland, Sverige, Danmark, Norge ofl. arbeider sammen i en europeisk komité for elektroteknisk normering (CENELEC). Dersom en europeisk norm er godkjent av CENELEC, er medlemslandene forpliktet til å ta opp el­ ler gi den status som nasjonale norm uten endringen De europeiske nor­ mene har forkortelsen EN. Normeringen av kontaktorer og releer følger europeiske normer. Fordi mesteparten av utstyret som vi bruker her i landet, blir laget i Tyskland, er det også underlagt de tyske DIN-normene. En europeisk norm for det­ te utstyret blir da benevnt DIN-EN pluss et nummer. Klemmemerking av kontaktorspoler (DIN-EN 5005) Både for hovedkontaktorer og styrekontaktorer blir spoletilkoplingen merket med Al og A2. Har en kontaktor to spoler, det vil si en innkoplingsspole og en holdespole, er holdespolen merket med Bl og B2 (se fi­ gurene 4.12 og 4.13).

A1/A2 Innkoplingsspole

Figur 4.12

A1/A2 Innkoplingsspole B1/B2 Holdespole

Figur 4.13

Klemmemerking av hovedkontakter (DIN-EN 5005) Hovedkontakter på kontaktorer og motorvernbrytere er merket med en­ sifrete tall (det vil si at det ikke blir tatt hensyn til ordenssiffer).

På tilkoplingssiden blir hovedkontakter merket med oddetall, det vil si 1, 3, 5 osv. På motsatt side av hovedkontaktorene bruker vi partall, det vil si 2, 4, 6 osv. (se figur 4.14).

Klemmemerking av hjelpekontakter Hjelpekontakter blir alltid merket med tosifrete tall. Det første tallet vi­ ser hvilken plassering eller hvilket nummer i rekka kontakten har (plasseringstall - ordenstall). Det andre tallet viser funksjonene til kontakten (funksjonstall).

Funksjonstall Med funksjonstall får vi denne klemmemerkingen:

En hvilekontakt er merket med funksjonstallene 1-2 (se figur 4.14). 47

En arbeidskontakt er merket med funksjonstallene 3-4 (se figur 4.15).

Vekselkontakter er merket med funksjonstallene 1-2-4 (se figur 4.16). Hjelpekontakter med spesielle funksjoner er merket med disse funksjons­ tallene:

En hvilekontakt med etterslep er merket med funksjonstallene 5-6 (se figur 4.17). En arbeidskontakt som lukker tidligere enn de andre arbeidskontaktene, er funksjonsmerket 7-8 (se figur 4.18). /

2r

4

Tidsforsinkete kontakter er også funksjonsmerket 5-6 (se figurene 4.19 og 4.20).

Figur 4.16

f

Figur 4.17

6

Figur 4.20

Figur 4.19

Figur 4.18

Plasseringstall (ordenstall) Tallet på «tierplassen» i klemmemerkingen er ordenstallet og viser hvor kontakten er plassert i rekka. Sammenhørende tilkoplingsklemmer på en kontakt har like ordenstall.

Ordenstallene begynner på 1 og går fra 1 til 10 når antallet hjelpekontak­ ter er under ti (se figur 4.21). Dersom en hjelpekontaktor har ti eller flere hjelpekontakter, blir ordenstallet 0 i stedet for 10 (se figur 4.22).

Funksjonstall Ordenstall

a Figur 4.21

।A1

.|l3 |23 |33 |43.|53.|63 |L1j83 &\|03

14

24

34

44

54

64

72

84

92

04

Figur 4.22

For en hovedkontaktor med tre hovedkontakter og fire hjelpekontakter får vi klemmemerkingen som er vist på figur 4.23.

48

Figur 4.23

For kontaktorer som blir påbygd med hjelpekontakter, må vi være opp­ merksomme på at det som oftest bare er funksjonstallet som står på kontaktblokkene. Men kontaktene må også tilpasses ordenstallet i hvert en­ kelt tilfelle. Se eksempel på figur 4.24.

Figur 4.24

Hjelpekontaktene i bimetallreleer er merket som kontakter med spesiel­ le funksjoner, men med ordenstallet 9 (se figurene 4.25a og b).

Figur 4.25

Arbeidsforhold for kontaktorer og releer I manøverkretser og signalkretser har vi ofte bruk for releer og kontak­ torer som har en annen innkoplings- eller utkoplingstid (frafallstid) enn normalt. Det kan være behov for releer og kontaktorer som kopler raskt inn og forsinket ut eller motsatt, eller releer og kontaktorer som er raske både ved inn- og utkopling (frafall). For å kunne vurdere samarbeidet mellom de forskjellige kontaktorene og releene må vi kjenne til arbeidsforholdene deres ved inn- og utkopling.

49

Fordi vi ofte bare er interessert i innkoplings- og frafallstidene, kan vi forklare disse tidsbegrepene ved hjelp av et forenklet strøm-tiddiagram (se figur 4.26).

Ved 0:

Spolekretsen sluttes, og releet får spenning.

Ved A:

Reléspolen får så stor strøm at kontaktene begynner å bli aktivert (arbeidskontaktene begynner å åpne, hvilekontaktene begyn­ ner å lukke).

Ved B:

Releet er helt innkoplet, og kontaktene er i funksjon (arbeidskontaktene er lukket, hvilekontaktene er åpne).

Ved C:

Spolekretsen i releet blir brutt.

Ved D:

Spolestrømmen er blitt så liten at releet begynner å falle ut (falle tilbake til utgangsstillingen).

Ved E:

Releet har falt helt ut, og kontaktene har gått tilbake til den stillingen de hadde før spolen fikk spenning.

Sekvensdiagram Det er ofte behov for å sette opp et sekvensdiagram for inn- og utkopling av kontaktorer og releer. Figur 4.27 viser et slikt sekvensdiagram.

to :

Spolen er spenningsløs. Arbeidskontakten er åpen. Hvilekontakten er lukket

t-i .

Spolen får spenning

t2 :

Hvilekontakten er åpen

t3 : Arbeidskontakten er lukket t4: Spolen mister spenningen. Arbeidskontakten begynner å åpne, og hvilekontakten begynner

å lukke

50

t5 :

Arbeidskontakten er åpen

tg :

Hvilekontakten er tilbake i lukket stilling

Releer Et elektromagnetisk relé er en elektromagnetisk bryter med et sett kon­ takter som skal formidle signaler og slutte og bryte kretser med lave strømmer (styrestrømmer, signalstrømmer). Releet kan betjenes eller aktiveres ved hjelp av elektriske impulser fra brytere, termostater, følere og givere av ulike slag.

Vi bruker releene til flere formål:

• • •

som styringssystemer, med koplingsorganer for manuell eller au­ tomatisk påvirkning som reguleringssystemer, med kontinuerlig regulering av fysikal­ ske størrelser som overvåkingssystemer, det vil si alarmsystemer, indikeringssystemer (driftslamper o.a.) og målesystemer.

Oppbygning og virkemåte Prinsipielt er releene bygd opp på samme måte som hjelpekontaktorer (styrekontaktorer). Det er bare den fysiske utførelsen som er forskjellig. Vi skal derfor bare kort gå inn på dette.

Figur 4.28 viser den prinsipielle oppbygningen til et elektromagnetisk relé med de enkelte komponentene.

1

Åk

7

2

Reléspole

8

Bevegelig anker

3

Stasjonær relékjerne

9

Ankerskrue

4

Vikling

10

Kontaktfjærer

5

Polsko

11

Løfteknast

Luftspalte

12

Fjærsats

6

Klebestift

Figur 4.28

Når vi kopler spolen til likespenning, oppstår det et magnetfelt med po­ laritet. Vi får en nordpol på relékjernen og en sørpol på det bevegelige ankeret, eller omvendt - alt etter strømretningen. Ulike poler tiltrekker hverandre, og derfor blir det bevegelige ankeret trukket mot den stasjonære kjernen. Kontaktene som står i forbindelse med den bevegelige delen, blir aktivert.

51

Kort fortalt kan vi si at virkemåten til det elektromagnetiske releet av­ henger av fire hovedfaktorer (alle nevnt punkter refererer til figur 4.28):

•

•

• •

Figur 4.29 Frafallsforsinket relé

omforming av elektrisk energi til magnetisk kraftfelt (punktene 1, 2, 3, 4 og 5) omforming av magnetisk kraft til mekanisk kraft. Den mekaniske kraften oppstår når det bevegelige ankeret (punkt 8) blir trukket mot den stasjonære kjernen (punktene 3 og 5) overføring av ankerbevegelsen til aktivering av kontaktene (punkt 10) ved hjelp av løfteknasten (punkt 11) aktivering av kontaktene (punkt 10), som skal slutte eller åpne elektriske signalkretser

I svært mange tilfeller har vi behov for endringer i innkoplings- og utkoplingstidene for releer.

Når det gjelder tidsforsinkelsen ved inn- og utkopling, må vi skille mel­ lom releer med små, faste forsinkelser opp til ca 5 s og releer med regulebare tidsforsinkelser, det vil si tidsreleer, der tidsforsinkelsen kan re­ guleres fra noen få sekunder til mange timer.

Dersom enkelte releer skal virke raskere eller langsommere enn de an­ dre releene i samme krets, kan vi bruke releer med små, faste tidsforsin­ kelser. Det vil si releer som ikke har de samme innkoplings- og utkoplingstidene. Forsinket utkopling (frafallsforsinket) Dersom vi kopler en kondensator parallelt med reléspolen, blir innkoplingstiden lik normaltiden eller grunntiden, mens vi får en tregere utkop­ ling. Se figur 4.29.

Når releet får spenning og går inn på normaltid, blir kondensatoren ladd. Når spolespenningen blir brutt, lader kondensatoren seg ut gjennom spolen og holder releet inne til strømmen er blitt så liten at den ikke grei­ er å holde ankeret tiltrukket.

Forsinket innkopling Ønsker vi å forsinke innkoplingstiden, kan vi gjøre det ved å kople en NTC-motstand i serie med reléspolen. Se figur 4.30. Vi kan få NTC-forsinkelser på opptil 1 s. NTC-motstandene er motstander med negativ temperaturkoeffisient. Det vil si at resistansen minker med økende temperatur. I det øyeblikket vi legger spenning på spolen, er NTC-motstanden kald og har stor resistans. Dermed går det liten strøm i kretsen. Strømmen gjennom NTCmotstanden fører etter hvert til at temperaturen øker, og resistansen min­ ker. Dermed øker strømmen i takt med temperaturstigningen i motstan­ den, og spolen får så stor strøm at releet trekker til. Når releet går inn, kortslutter (forbikobler) arbeidskontakten NTC-mot­ standen. Motstanden blir da satt ut av funksjon, blir kald og er klar til neste gangs bruk.

Figur 4.31 Frafalls-og innkoplingsforsinket relé

52

Forsinket innkopling og utkopling Dersom vi ønsker å forlenge både innkoplings- og utkoplingstidene, kan vi bruke koplingen på figur 4.31.

Når spenningen blir satt på, ligger hele spenningen over seriemotstander Rs. I innkoplingsøyeblikket virker nemlig kondensatoren som en kort­ slutning for spolen. Det gjør at releet ikke får spenning (hele spenningen ligger over Rs).

Etter hvert som kondensatoren lader seg opp, øker spenningen over rele­ et, mens den avtar over Rs. Når kondensatorspenningen øker under opp­ ladningen, øker også spenningen over spolen. Releet trekker så til når spenningen er blitt høy nok.

Ved utkopling lader kondensatoren seg ut gjennom spolen, og releet kopler forsinket ut. Figur 4.32 Relé som blir raskt aktivert ved innkopling

Rask innkopling Ønsker vi rask innkopling, kan vi kople en kondensator i serie med spo­ len. Induktansen i spolen blir dermed redusert, og kretsen blir mer ohmsk i innkoplingsøyeblikket. Spolen får et kraftig strømstøt og kopler raskt inn. Ved utkobling lader kondensatoren seg ut over motstanden, og releet går normalt ut.

Relé med flere spoler Vi bruker ofte releer med to spoler. Det sier seg selv at dersom strømret­ ningene i et relé med to spoler endrer seg i forhold til hverandre, blir også den magnetiske fluksen endret. Det gjør at innkoplings- eller utkoplingstiden også endrer seg.

Når strømmene i de to spolene går i samme retning, får vi en fluks som er lik summen av magnetfluksene til de to spolene. Dersom de to strømretningene virker mot hverandre, får vi en resultantfluks som er lik differensen mellom magnetfluksene til de to spolene. Det kan vi bruke til å endre innkoplings- og utkoplingstidene. Figur 4.33 Relé som kopler normalt inn og langsomt ut

Figur 4.33 viser et relé med to viklinger. Releet kopler normalt ved inn­ kopling og langsomt ved utkopling. Før releet er aktivert, ligger vikling 2 åpen. Den får ingen innflytelse på innkoplingstiden, som blir normal. Når releet er aktivert, får vi en sluttet krets i spole 2.

Dersom vi bryter tilførselen til spole 1, blir magnetfeltet mindre. Endringen gjør at det blir indusert en spenning i spole 2. Vi får en strøm i spolen med et tilhørende magnetfelt som har samme retning som magnefeltet i spole 1 da releet var i drift. Det fører til at ankeret slipper noe seinere, fordi denne strømmen prøver å motvirke endringer i det opprin­ nelige feltet. Vi får altså en forsinket utkopling.

Figur 4.34 Relé som kopler forsinket inn og normalt ut

Forsinket innkopling og normal utkopling Før innkopling ligger spole 2 i en sluttet krets. Ved innkopling blir det indusert en spenning med tilhørende magnefelt som virker mot det opp­ rinnelige feltet. Det gjør at det tar lengre tid før feltet er blitt så stort at re­ leet trekker til. Vi har fått forsinkelse ved innkopling. (Figur 4.34). Når releet er i drift, er kretsen for spole 2 brutt. Den får da ingen innfly­ telse ved utkoplingen, som dermed forgår med den vanlige utkoplingstiden for releet etter at spenningen er brutt.

53

Forsinket innkopling og utkopling Dersom spole 2 hele tiden er sluttet, se figur 4.35, får vi etter det som er forklart foran, forsinkelse både ved innkopling og ved utkopling.

Figur 4.35 Relé som kopler forsinket både ved innkopling og utkopling

Norske normer for elektrotekniske tegnesymboler krever at vi bruker symbolene på figur 4.36 når vi skal presisere at enkelte releer er vesent­ lig raskere eller langsommere enn de andre i den samme kretsen.

* Tidsreleer Med tidsreleer mener vi releer som kan utføre visse tidsforsinkete koplingsfunksjoner, og der tidsforsinkelsen kan reguleres fra noen få sekunder til flere timer.

Oppbygning og virkemåte Ved slike tidsforsinkete koplingsfunksjoner arbeider tidsreleene etter to hovedprinsipper: • •

forsinket innkopling (innkoplingsforsinket) forsinket utkopling (frafallforsinket)

Det er aktiveringen av kontaktene i releet som blir forsinket. Forsinkelsessymbolet viser tidsforsinkelsen på den mekaniske innretningen, det vil si kontaktene.

54

Figur 4.37 viser eksempler på tidsreleer.

Figur 4.37 Eksempler på tidsreleer

Tidsrelé forsinket ved innkopling (innkoplingsforsinket) Tidsforsinkelsen er definert som tiden fra releet får spenning til kontakt­ ene blir aktivert (arbeidskontakten lukker, og hvilekontakten åpner). Se figurene 4.38 og 4.39. Releet på figur 4.39 er utstyrt med vekselkontakt.

Figur 4.38 Sammenstillingstegning for et innkoplingsforsinket tidsrelé

Funksjonsrekkefølge Releet får spenning: Tiden løper Tiden er utløpt: Kontakter blir aktivert Spenningen opphører: Kontakter går tilbake til utgangsstillingen

55

Figur 4.40 viser sekvensdiagrammet for et innkoplingsforsinket tidsrelé med arbeidskontakt og hvilekontakt. På figur 4.40 åpner hvilekontakten 15-16, mens arbeidskontakten 27-28 slutter, for eksempel tre sekunder etter at releet har fått spenning. Tre sek­ under utgjør her tidsforsinkelsen. Når spolen mister spenning, åpner ar­ beidskontakten seg, og hvilekontakten lukker seg øyeblikkelig (normaltid).

1 Spenningen blir satt på. 2 Tiden er utløpt: Arbeidskontakten lukker seg, hvilekontakten åpner seg. 3 Spenningen til releet blir brutt. Kontaktene går tilbake til utgangsstillingen (hvilestillingen).

Figur 4.40

Figurene 4.41-4.43 viser sammenstillingstegning, funksjonsdiagram og fullstendig sekvensdiagram for et tidsrelé forsinket ved innkopling, pluss en ikkeforsinket hvilekontakt. nytt symbol

Figur 4.41

Figur 4.42 Funksjonsdiagram

kontaktorens tilstand

Funksjonsrekkefølge Releet får spenning:

Tiden løper Kontakter som ikke er tidsforsinket, aktiveres Tiden er utløpt: Tidsforsinkete kontakter aktiveres Spenningen opphører: Kontaktene går tilbake til utgangsstillingen

Figur 4.43

56

Tidsrelé forsinket ved utkopling (frafallsforsinket) Tidsforsinkelsen er definert som tiden fra releet mister spenning til kon­ taktene er tilbake i kvilestillingen (utgangsstillingen). Se figur 4.44-4.46.

Figur4.44 Sammenstillingstegning

Figur 4.45 Funksjonsdiagram

Funksjonsrekkefølge Releet får spenning:

Releet trekker til og kontaktene aktiveres Spenningen opphører: Tiden løper Tiden er utløpt: Kontaktene går tilbake til utgangsstillingen

Figur 4.46 Sekvensdiagram

Praktisk bruk av tidsreleer I industrianlegg forekommer det ofte at motorer, magnetventiler, vifter o.a. skal starte i en viss tidsavhengig rekkefølge eller i en viss tidsav­ hengig sekvens. I visse tilfeller er det derfor behov for å starte releer, kontaktorer osv. med tidsforsinkete startimpulser. Ved sekvenskoplinger støter vi ofte på «kritiske kappløp», galoppkoplinger, hasardkoplinger o.l. Det er vanlig når to sekvenser inntreffer sam­ tidig, og vi vil at den ene sekvensen skal kople inn eller ut før den andre.

Figur 4.47 viser et kritisk kappløp som kan være vanskelig å klarlegge uten at vi kjenner frafallstiden til releene. Et relé Kl skal legges inn ved hjelp av en startbryter Sl. Etter en innstilt tid skal Kl kople ut automa­ tisk ved hjelp av et tidsrelé K2.

57

a

b

Figur 4.47 Koplingsskjema for tidsreleer Figur a gir usikkert koplingsforløp Figur b gir sikkert koplingsforløp

Når vi betjener Sl, får tidsreleet K2 spenning samtidig som releet Kl. Kl går i holdekopling (se figur 4.47a). Etter utløpt tid bryter K2s hvilekontakt spolekretsen både for Kl og K2. Dersom tidsreleet K2 har ras­ kere tilbakefallstid enn releet Kl, bryter hvilekontakten på tidsreleet sin egen spolespenning og faller tilbake i lukket stilling før Kis holdekontakt har åpnet. Det gjør at releene fortsatt blir liggende inne.

Koplingen kan fungere fint for mange typer releer. Men dersom vi plutse­ lig kommer til en kopling som på figur 4.47a, eller en kopling som i tid lig­ ger i grenseområdet, får vi et kritisk kappløp og en svært usikker kopling. Når den samme funksjonen blir utført slik figur 4.47b viser, der spolen på tidsreleet får spenning fra et koplingspunkt foran sin egen hvilekontakt, får vi en sikker funksjon.

Etter utløpt tid bryter tidsreleet K2 spolekretsen for Kl. Først etter at Kis arbeidskontakt har åpnet, mister tidsreleet spenningen sin, og hvile­ kontakten faller tilbake i lukket stilling.

I industrianlegg bruker en ofte tidsreleer og elektroniske tidselementer til pulsgiving og sekvensstyring. Vi har valgt å klarlegge bruken av de ulike grunnfunksjonene (innkoplingsforsinkelse og frafallsforsinkelse) ved å vise noen konkrete eksempler. Ved hjelp av to tidsreleer skal vi lage et spyleanlegg som automatisk veksler mellom to tilstander: spyling og pause. Spylingen skal skje ved hjelp av en magnetventil som åpner for spyling når den får spenning, og som stenger når den mister spenning. Sekvensen skal startes med en enpolet bryter, og skal alltid åpne med spyling.

Pulsgiving 1: To releer forsinket ved innkopling Når sekvensen skal åpne med spyling, og vi skal bruke to innkoplingsforsinkete tidsreleer, må vi ha en hvilekontakt i spolekretsen for magnetventilen. Hvorfor? 58

Figur 4.48 To innkoplingsforsinkete tidsreleer

Når vi betjener Sl, får magnetventilen Yl spenning og åpner for spy­ ling. Samtidig får tidsreleet Kl spenning, og spyletiden begynner å løpe. Etter at spyletiden er over, åpner Kis hvilekontakt. Magnetventilen Yl stenger, og arbeidskontakten lukker og starter pausetiden. Tidsreleet K2 får spenning. Etter utløpt pausetid åpner K2s hvilekontakt. Dermed mister tidsreleet Kl spenningen. Kis hvilekontakt lukker og starter spylingen. Kis ar­ beidskontakt åpner, noe som gjør at spolen på K2 mister spenning. Dermed faller K2s hvilekontakt tilbake, den lukker og starter spyletiden. Sekvensen fortsetter helt til bryteren Sl åpner.

Pulsgiving 2: To releer forsinket ved utkopling Ettersom vi nå skal bruke frafallsforsinkete tidsreleer, og sekvensen skal åpne ved spyling, må vi ha en arbeidskontakt i kretsen for magnetventilen. Hvorfor? (Se figur 4.49.)

Figur 4.49 To frafallsforsinkete tidsreleer

59

Når vi betjener Sl, får releet Kl spenning og blir aktivert. Magnetventilen Y1 åpner for spyling, samtidig som releet K2 får spenning. Det gjør at K2s hvilekontakt åpner spolekre-tsen for Kl, og spyletiden begynner å løpe. Etter utløpt spyletid åpner Kis arbeidskontakt og stanser spylingen. Samtidig begynner pausetiden å løpe. Kis arbeidskontakt har altså brutt spolekretsen for K2.

Når pausetiden er over, faller K2 tilbake og lukker kretsen for Kl. Vi får så hele sekvensen på nytt igjen. Pulsgiving 3: Det ene releet forsinket ved innkopling, det andre forsinket ved utkopling Figur 4.50 viser hvordan vi kan få til funksjonen ved å bruke ett inn­ koplingsforsinket og ett frafallsforsinket relé.

Figur 4.50 Ett innkoplingsforsinket og ett frafallsforsinket tidsrelé

Givere Ved automatiske prosesser er det viktig at vi får informasjon om prosesstilstanden. Innsamling av signaler er derfor en av nøkkelfunksjonene i slike prosesser. Ved hjelp av ulike mekaniske og kontaktfrie givere kan vi skaffe infomasjon om for eksempel posisjon, nivå, trykk, temperatur og gjennomstrømming i prosessen. De fleste målinger som blir gjort i automatiske anlegg, danner grunnla­ get for styrings- og reguleringsfunksjoner og er egentlig analoge. Resultatet av disse målingene uttrykker prosesstilstanden og blir be­ handlet av signalbehandlingsenheter. På grunnlag av innkomne meld­ inger om prosesstilstanden går det ut nye ordrer til ulike styrings- og reguleringsorganer, som igjen fører til endringer i prosesstilstanden. 60

Alle signalene eller meldingene som kommer fra prosessen, blir regis­ trert av en rekke komponenter. Disse komponentene kaller vi med en fellesbetegnelse signalgivere. De fleste signalgiverne er kontaktfrie. Ettersom signalene oftest er analoge, må utgangssignalet fra giverne væ­ re slik at det kan behandles av de aktuelle signalbehandlingsenhetene. Vi har derfor givere som behandler eller detekterer analoge signaler og sender ut analoge eller binære signaler.

For å kunne bruke signalgivere må vi ha en del grunnleggende kunnska­ per om dem. Vi må kjenne til oppbygningen, funksjonen og bruksområ­ dene, og vi må vite om de avgir analoge eller digitale signaler, hvordan de avgir signalene på utgangen, osv. Vi kan grovt dele inn giverne i to hovedgrupper:

• •

mekaniske givere kontaktfrie elektroniske givere

Mekaniske givere Med mekaniske givere mener vi grensebrytere, mikrobrytere o.l. som ar­ beider med mekanisk detektering. Detekteringsorganet kan være en rul­ le eller en hevarm. Til å manøvrere eller betjene mekaniske givere trengs det en viss mekanisk kraft. Giverens levetid varierer med koplingsfrekvensen, slitasjen ved mekaniske bevegelser o.l.

Grensebrytere I elektriske styringer for maskiner, heiser, kraner, transportbånd og andre innretninger er grensebryterne viktige mekaniske givere og koplingselementer. Et mekanisk arbeid blir omsatt til en elektrisk funksjon ved at kontakte­ ne slutter og åpner. Vi bruker kontaktene til styring og overvåking av elektriske kretser. Grensebryterne tjener i stor grad som sikkerhetsbrytere, og de erstatter mennesker ved styring og overvåking av maskiner og prosesser. Se figur 4.51. maskin

kontakthus

Figur 4.51 Grensebryter for styring av en maskin

Mekaniske grensebrytere er sammensatt av to deler, en kontaktdel og en betjeningsdel. Kontaktdelen består av et kontakthus og en kontaktblokk, se figur 4.52, mens betjeningsdelen har et betjeningshode og en betjeningsarm, se figur 4.53. 61

Figur 4.54 viser de to delene satt sammen til en grensebryter.

Figur 4.53 Betjeningsdelen

Figur 4.54 Grensebryter

Kontaktfrie givere Magnetstyrte givere Magnetstyrte givere er kontaktfrie givere som i prinsippet består av to deler, en magnetdel og en bryterdel. Se figur 4.55.

Figur 4.55 a Magnetstyrt giver b Deler og kontakter c Symbol

Magnetdelen kan ha en eller to permanente magneter med forskjellig ut­ førelse, alt etter innkoplingsavstand og frafallsavstand. Magnetene blir vanligvis levert både i isolerstoffkapslete hus og i hus av lettmetall (se figur 4.55a).

Bryterdelen består av et tungerelé (reed-relé) utstyrt med arbeidskon­ takt, hvilekontakt eller vekselkontakt (se figur 4.55b). Figur 4.55c viser symbolet for en magnetstyrt bryter som blir brukt på kretsskjemaer.

Selve bryterhuset kan være isolerstoffkapslet eller av lettmetall, der tungereleet er støpt inn i en elastisk isolerstoffmasse, vanligvis epoksyharpiks. 62

Når den permanenete magneten nærmer seg bryterdelen, blir tungereleet omgitt av magnetfeltet, og bryterkontaktene blir aktivert. Innkoplingsavstanden og frafallsavstanden (avstanden mellom den faste magneten og bryterdelen) varierer med fabrikat og utførelse. Se figur 4.50.

Figur 4.56

Bruksområder Magnetstyrte givere blir gjerne brukt som grensebrytere når arbeidsfor­ holdene er spesielt ugunstige. Men vi bruker dem også ellers som vanli­ ge mekaniske grensebrytere, det vil si til å styre og overvåke maskiner og prosesser, og de inngår på samme måte på skjemaet på figur 4.57.

Siden magnetstyrte grensebrytere blir støpt inn i elastisk isolerstoffmasse i isolerstoffkapslete hus, er de ikke ømfintlige for støv, skitt, vann og fuktighet, aggressive gasser, vibrasjoner, sjokk osv. Ved å montere magnetdelen og bryterdelen på et felles U-jem, se figur 4.58, kan vi bruke enheten både som endestopp, tellegaffel, programverk o.l.

Figur 4.58 Mikrobryter med U-jern

Dersom det ikke fins noen gjenstand av jern mellom magnetdelen og bryterdelen, er bryterdelen aktivert. Når vi fører en fane av bløtjern mel­ lom disse delene, blir det permanente magnetfeltet brutt. Tungereleet går da tilbake til ikke-aktivert tilstand.

Når fanen forlater sonen, blir releet omgitt av et kraftfelt som er tilstrekk­ elig magnetisert til å aktivere releet igjen. Bruken av magnestyrte brytere, grensebrytere osv. har likevel en ulempe på steder der det er mye jernspon. Sponen samler seg på den permanen­ te magneten og skaper forstyrrelser i driften. Figur 4.59 viser en del symboler som kan brukes for magnetstyrte brytere.

blokksymbol

magnetstyrt arbeidskontakt

magnetstyrt hvilekontakt

magnetstyrt arbeidsog hvilekontakt

Figur 4.59 Symboler for magnetstyrte brytere

63

Induktive givere Induktive givere er fullelektroniske, kontaktfrie givere som gir en bryterfunksjon uten at de har noen bevegelige deler. Aktiveringen av giverne skjer med en kontaktfri funksjon (uten manøverkraft), der giverne føler eller reagerer på elektriske ledende metaller som jern, kopper og aluminium. Se figur 4.60.

aktiv flate, dekket

Figur 4.60 Induktiv berøringsfri giver

Enkelt kan vi si at giverne har to tilstander: • •

fri aktiv flate (ingen objekter er innenfor giverens aktive sone) dekket aktiv flate (et objekt er innenfor giverens aktive sone)

Disse tilstandene blir vist ved elektriske signaler på utgangene. Vi kan regne signalene for kontakfrie bryterfunksjoner. Figur 4.61 viser noen eksempler på symboler og bryterfunksjoner som kan brukes på kretsskjemaer og installasjonsskjemaer. Fe

æ

. . X1

I

>-viier

Fe

"■rket >4e,ier

Fe

L.

Fe

I

^-/eiier

Fe

L/

består av flere ord eller instruksjoner

Vi kan summere opp arbeidsgangen slik: Før en programmerbar styring kan bearbeide et program, må vi dele opp styringsoppgaven i instruksjo­ ner ellerprogramord. En instruksjon eller et programord er den minste enheten i et program, og den gir sentralenheten en enkel arbeidsoppga­ ve. Flere programord (instruksjoner) utgjør en programsetning (også kalt nettverk), se figur 6.15. Selve programmet består av flere programsetninger. Et programord må i tillegg gi klare adresser til de ulike variablene (inn­ ganger, utganger osv.) og klare operasjonstegn (OG, ELLER, = osv.). Vi kan si at programordet består av to deler: en operasjonsdel som beskri­ ver den aktuelle funksjonen som skal utføres, og en operanddel som gir adressen til den aktuelle operanden (se figur 6.13). Ved hjelp av adressetelleren bearbeider styringen hvert enkelt program­ ord i tur og orden. Etter siste programord går adressetelleren tilbake til programlinje 0000 og begynner bearbeidingen forfra igjen. Vi snakker derfor om en syklisk bearbeiding. Syklustiden for 1 K programord (= 1024 programord) er vanligvis 1,5-2,0 ms.

Programmeringsspråk De fleste programmeringsspråk for PLS er enkle og oppgaveorienterte. Språkene er bygd opp etter samme lest, og det er bare nyanser som skil­ ler dem. Vi pleier å skille mellom europeiske og amerikanske/japanske programmeringsspråk. Figur 6.16 viser de viktigste operasjons- og operandtegnene i disse språkene.

Funksjon

Operandkjennetegn

Operasjonstegn

Operasjonstegn DIN 19239

Mnemotekn. symbol

Matematisk symbol

Amerikansk/ japansk symbol

DIN 19239 symbol

Amerikansk symbol

OG

U

&

AND

E

X

Inngang

ELLER

O

/

OR

A

Y

Utgang

IKKE

N

N

NOT

M

CR

Hjelpe­ funksjon

XO

=1

T

TMR

Tidsledd

Set start

S

S

Z

CTR

Teller

Reset stopp

R

R

SET

Tilordne

=

=

OUT

Når

L

1

STR

Program slutt

PE

Byggestein slutt

BE

EKSLUSIV ELLER

Alle biter "0"

NOPO

Alle biter "1"

NOP1

Kommentar

Figur 6.16

Figur 6.17 gir en oversikt over noen enkle og grunnleggende kombinatoriske funksjoner for europeiske og amerikanske PLS-er. De fleste eu106

Amerikansk/japansk PLS

Europeisk PLS Funksjon

Reléfunksjon

T (XD

E1

OG U & AND

E

II

-yi

STR X1—I & _Y1 AND X2—'

X1 X2 II—IIII

Y1

OUT Y1

= A1

±

yxD E2yx2)

E1

| II

Kontaktplan

(Yl)

1

ELLER 0 / OR

E1 E2 A1 I__ II___ |1 _ r

& A1

&E2 —

(X2)

•

A1 [

! E1 —

Funksjonsplan

Kontaktplan

Funksjonsplan

: E1 —

/ E2 —

।

A1[

>1

E1 II

_A1 "■

= A1

(Yl)

A1

r

~y_j

STR X1 —

E2 __ ||__

OR

X2—

>1

X1 Y1 I____ r -vl

_Y1