مدارات فرمان و اتوماسیون صنعتی

مدارات فرمان

مدارات فرمان، همانطور که از نامشان پیداست، وظیفه کنترل یک سیستم الکتریکی را در مدارات برق صنعتی و قدرت بر عهده دارند و نحوه ی کارکرد و هماهنگی بین ماشین آلات را تعیین می کنند.

بطور کلی، وظایف مدارات فرمان به شرح زیر است:

1- روشن و خاموش کردن ماشین آلات به روش های مختلف

2- هماهنگی، زمان بندی، ترتیب بندی و الویت بندی بین الکتروموتورها و ماشین آلات

3- محدود کردن حرکت دستگاه ها توسط سنسورها و میکروسوئیچ ها، کاهش یا افزایش سرعت در پروسه ی تولید

4- هشدار دادن و آگاه سازی پرسنل از وضعیت کارکرد ماشین آلات

5- ایمنی و حفاظت کارکرد سیستم در مقابل خطاهای انسانی و مکانیکی

6- صرفه جویی در هزینه ها و کاهش استهلاک بر اثر کارکرد دائم ماشین آلات و روشنایی

 

با توجه به این نکات، در می یابیم که مدارات فرمان و کنترل، یکی از مهمترین وظایف را در اتوماسیون صنعتی بر عهده دارند و تقریبا تمامی لوازم و قطعات الکتریکی، می توانند به نوعی با مدار فرمان در ارتباط باشند. از ادوات فرمان می توان به رله، تایمر، سنسور، میکروسوئیچ، کنترلرها، کنترل فاز و دیگر لوازم اشاره کرد.

یکی از مهمترین قطعات در مدارات، کنتاکتور می باشد، زیرا وسیله ای است که از طریق مدار فرمان، می تواند به راحتی مدار قدرت را قطع و وصل کند. مثلا، ما می توانیم یک کنتاکتور را به روش های مختلف مانند کنترل از راه دور، کنترل توسط سنسور و میکروسوئیچ، کنترل های ترکیبی، از طریق کنترل کننده های برنامه پذیر، (PLC) و کنترلرها، تحریک و قطع و وصل کنیم. در طراحی مدارات فرمان، مدارات مختلفی را برای کنترل یک پروسه طراحی می کنیم، یعنی مدارات طوری طراحی می شوند که تمام ماشین آلات و قطعات، در یک کارخانه، یک هدف مشترک داشته باشند، مانند کارخانه تولید مواد غذایی و غیره. در این قسمت، خواهید دید که مدارات فرمان به چه شکل کار می کنند.

نگهدارنده

کنتاکت نگهدارنده یا خود نگهدار، به کنتاکت باز یک کنتاکتور (NO) گفته می شود که با شستی استارت، موازی شده و به بوبین همان کنتاکتور وصل می شود. این کار باعث می شود که ما بتوانیم فقط با ارسال یک پالس از طریق شستی استارت، بوبین کنتاکتور را برقدار نماییم. همین امر موجب بسته شدن کنتاکت باز آن می شود و در نتیجه، جریان برق از طرف دیگر مدار (نگهدارنده)، عبور می کند.

مراحل کار نگهدارنده

این یکی از ترفند های مدار فرمان است که مزایای قابل توجهی دارد. مثلا، اگر فقط از شستی استارت، بدون کنتاکت نگهدارنده استفاده کنیم، مدار به صورت ضربه ای یا لحظه ای کار می کند و با برداشتن انگشت از روی شستی، کنتاکتور هم قطع می شود. اگر بخواهیم به جای شستی استارت و کنتاکت نگهدارنده، از کلید های گردان 1-0 استفاده کنیم، دچار مشکل می شویم. مثلا، اگر برق به هر علتی قطع، و دوباره وصل شود، کنتاکتور نیز بدون دخالت و آگاهی اپراتور، وصل می شود که این در برخی از موارد بسیار خطرناک و غیر اصولی می باشد. این مسئله می تواند بسیار مهم باشد، زیرا هنگام اختلال در مدارات، فرمان دوباره ی سیستم و ماشین آلات باید طبق صلاح دید اپراتور انجام شود، مگر اینکه عملکرد دیگری برای آن مدار تعریف شده باشد.

مدار استارت – استوپ

یکی از پرکاربرد ترین مدارات فرمان، مدار استارت – استوپ است. این مدار، جزو مدارهای کلیدی و پایه، به حساب می آید، زیرا در اکثر مدارات، به نحوی از آن استفاده می شود. البته فراموش نکنید که ابتدای خط تمام مدارات باید فیوز مناسب پیش بینی شود.

کنترل از چندین نقطه

در کارخانجات به علت بزرگی محیط و طول مسیر، ماشین آلات معمولا از چندین نقطه کنترل شده و یا توسط میکروسوئیچ ها و سنسورها قطع و وصل می شوند. برای این کار کافیست کنتاکت باز لوازمی مانند سنسور، میکروسوئیچ، پدال و … که نقش وصل کننده در مدار دارند، را با استارت، موازی کرده و کنتاکت بسته ی لوازمی که در نقش قطع کننده عمل خواهند کرد را با شستی استوپ، سری کنیم تا هر یک از آن ها در مدار ایفای نقش کنند.

برای مثال، به شکل زیر نگاهی می اندازیم. می بینید که چطور می توان از شستی های استارت و استوپ بیشتری در مدار استفاده کرد و چنانچه این گونه شستی ها، در ساخت تابلوهای برق خارج از تابلو قرار داشته باشند، باید به کمک ترمینال، ارتباط خارج و داخل تابلو فراهم نمود.

پارامترهای طراحی مدارات فرمان

اما در طراحی مدارات فرمان باید به چند نکته توجه کنیم:

– ایمنی (safety): مدارات فرمان می توانند نقش مهمی در امنیت کارکرد ماشین آلات و خطاهای مختلف داشته باشند.

Interlock (اینترلاک)

به معنای قفل الکتریکی مدار و یا به عبارتی، قفل دو مدار با یکدیگر است. مثلا، در مدار زیر می بینیم که اگر هر یک از شستی ها را نگه داریم، مدار طرف دیگر، توسط کنتاکت بسته آن کنتاکتور، باز (قفل) می شود و به دیگری اجازه ی وصل نمی هد. این قسمت از مدار نیز بسیار کاربرد دارد. مثلا، مدار چپگرد، راستگرد، اگر مدار فرمان مناسب (اینترلاک) نداشته باشد و سهل انگاری در فشردن شستی ها بصورت همزمان رخ دهد، باعث اتصال کوتاه بین فازهای اصلی در مدار قدرت و در نتیجه، آتش سوزی می شود.

– عمر قطعات: مثلا، در مداری که تایمر وجود داد، می توان پس از اتمام کار تایمر، از طریق کنتاکت های کنتاکتو، برق بوبین تایمر را قطع کرد تا همیشه زیر بار نباشد. در مدار روبرو، هرگاه جریان برق اعمال شود، کنتاکتور پس از یک تایم مشخص وصل شده و پس از وصل کنتاکتور، تایمر قطع می شود. یعنی، هم بوبین تایمر و هم کنتاکت باز آن، دیگر از مدار خارج شده اند.

– سادگی مدار: در مدارات فرمان، تا جایی که امکان دارد، باید از پیچیدگی ها کاسته شود. البته در صورتی که دلیل خاصی وجود نداشته باشد.

– استفاده از کنتاکت های دیگر یک کنتاکتور برای هر قسمت از مدار: البته، در این مورد معمولا مشکل خاصی وجود ندارد و صرفا برای ایمنی بیشتر و کاهش خطا در عملکرد تجهیزات می باشد.

برای مثال، (شکل بالا) دربرخی مواقع احتمال دارد چراغ سیگنال برگشت ولتاژ دهد و بر روی بوبین کنتاکتور خللی وارد نماید و یا در مدارات ممکن است که ولتاژ چراغ های سیگنال و هشدار دهنده ها با ولتاژ بوبین کنتاکتور ها تفاوت داشته باشد.

– الویت بندی: برای الویت بندی بین دو کنتاکتور، می توان از کنتاکت های بسته ی کنتاکتوری که الویت داررد، استفاده کرد. برای مثال، می خواهیم دو کنتاکتور طوری با هم کار کنند که اگر هر دو مدار در یک لحظه برقدار شوند، ابتدا K1 وصل شود. به این صورت که می توان کنتاکت بسته ی K1 را با بوبین K2، سری کرد. در مدار زیر، هرگاه دو طرف در یک لحظه برقدار شوند، در ابتدا فقط کنتاکتور K1 وصل می شود.

در برخی مدارات به هیچ وجه نمی خواهیم دو کنتاکتور با هم کار کنند، مانند مدار چپگرد – راستگرد، مدار ستاره – مثلت و غیره. در این مدارات سری کردن کنتاکت ها با بوبین دیگری نقش امنیتی مهمی را ایفا می کند.

یا در مدار change over شهر-ژنراتور، ما دو منبع (شهر و ژنراتور) داریم که این دو مدار باید به هم وصل باشند، چون ما دو ورودی، با یک خروجی قدرت داریم. پس در این مدار، باید احتمال وصل شدن همزمان دو کنتاکتور را به صفر برسانیم، وگرنه اتصال کوتاه رخ می دهد.

بنابراین، در مدار فرمان می توانیم کنتاکت بسته ی هر کنتاکتور را با بوبین کنتاکتور مخالف سری کنیم.