Irányítástechnikai hétköznapok IV. - Hogyan működik? II.
2010/10. lapszám | Porempovics József | 6078 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az előző lapszámban megjelent cikk folytatásaként tovább haladunk néhány alapnak számító funkcionális relé működésének fejtegetésével, elsősorban a katalógusokban megjelenő folyamatábrák értelmezése mentén. „Nagyítónk” alá elsőként egy szokványos, f...
Az előző lapszámban megjelent cikk folytatásaként tovább haladunk néhány alapnak számító funkcionális relé működésének fejtegetésével, elsősorban a katalógusokban megjelenő folyamatábrák értelmezése mentén.
„Nagyítónk” alá elsőként egy szokványos, fűtésre vagy hűtésre használható termosztát szabályozási folyamata kerül (1. ábra). A mindenki által ismert folyamat inkább csak a továbbiakban ismertetendő, speciálisabb működések előtti „bemelegítés” miatt került ide. A vizsgált eszközön DIP-kapcsolókkal kell kiválasztani a megfelelő funkciót: fűtés vagy hűtés, illetve tesztelés vagy normál alapműködés. A tesztállásban a kimeneti relé működése ellenőrizhető (Teszt sor az ábrán), az érzékelő hibáját (rövidzár vagy szakadás) a piros LED villogása jelzi. A folyamatokat funkciónként az eseményekhez rendelt sorszámok szerint követjük. A hiszterézissel mindig számolni kell, pláne, ha az tág határok között állítható, pl. ±0,5…±5 °C között. A ±5 °C hiszterézis már 10 °C-os hőmérséklet-különbséget jelent, vagyis egy 25 °C-ra beállított fűtésszabályozó 20 °C-nál kapcsol be és 30 °C-nál kapcsol ki. Persze a gyakorlatban előfordul, hogy ilyen szabályozásra van szükség – nyilvánvalóan nem a nappali fűtésénél.
Fűtés
1. Tápfeszültség bekapcsolásakor a hőmérséklet alacsonyabb a beállítottnál (mínusz hiszterézis!), tehát fűteni kell, ezért a kimeneti relé behúz, a piros LED világít!
2. A fűtés hatására a hőmérséklet nő, majd eléri a beállított + hiszterézisértéket, a relé kikapcsol, a LED kialszik, a fűtés leáll.
3. A hőmérséklet csökken, eléri a beállított mínusz hiszterézisértéket, a kimeneti relé behúz, a fűtés bekapcsol, a piros LED világít.
4. A szabályozási folyamat a 2. ponttól ciklusokban folytatódik, ahogy a hőmérséklet változik.
Hűtés
1. A tápfeszültség bekapcsolásakor a hőmérséklet alacsonyabb a beállítottnál (mínusz hiszterézis!), ezért a kimeneti relé elengedett állapotban marad, a piros LED nem világít!
2. A hőmérséklet nő, eléri a beállított + hiszterézisértéket, a relé bekapcsol, a LED világít, a hűtés bekapcsol.
3. A hűtés hatására a hőmérséklet csökken, eléri a beállított mín. hiszterézisértéket, a relé kikapcsol, a LED nem világít, a hűtés kikapcsol.
4. A hőmérséklet emelkedik, a folyamat a 2. ponttól folytatódik.
 |
A fenti alapvető hőmérsékletszabályozási funkciók mellett a gyakorlatban megvalósítandó feladatok sokszor más jellegű működést igényelnek. Az ilyen speciálisabb funkciókra is alkalmas termosztátok DIN-sínre szerelhető ipari kivitelben beszerezhetők. Az analóg eszközök mellett megjelentek a többfunkciós digitális készülékek is, amelyek pontosabb beállítást és paraméterezést tesznek lehetővé. A következőkben egy ilyen, több speciális funkcióval rendelkező digitális termosztátnak, az ún. differenciál termosztátnak az üzemmódját vizsgáljuk meg (2. ábra). Gyakran alkalmazzák pl. napkollektor-puffertartály közötti szivattyú működtetésére a melegvíz-áttöltéshez. A két hőérzékelőből az egyik a napkollektor, a másik a puffertartály vizének hőmérsékletét érzékeli. Az áttöltés megindításának feltétele, hogy a napkollektor vizének hőmérséklete a beállított különbséggel nagyobb legyen, mint a puffertartály vizének hőmérséklete. Nem abszolút hőmérsékleteket kell beállítanunk, tehát nem adjuk meg külön-külön az egyes hőérzékelőkhöz tartozó szabályozási értéket, hanem csak a kettő közötti különbségi hőmérsékletet. A vizsgált eszköz két relékimenettel is rendelkezik (3. ábra). Többfunkciós, tehát akár két önálló termosztátként is használható. A differenciál termosztát-funkcióban a relék a következők szerint működnek: a. ha Ts1 mért hőmérséklet a „D” beállított különbséggel nagyobb a Ts2 mért hőmérsékletnél, akkor a 2. relé húz be; b. ha fordítva, tehát Ts2 mért hőmérséklet a „D” beállított különbséggel nagyobb a Ts1 mért hőmérsékletnél, akkor az 1. relé húz be.
 |
A folyamat tehát a következőképpen szemléltethető.
1. Ts1 > Ts2 és D = beállított hőmérséklet-különbség, elindul a „dy1” késleltetés.
2. Ha a késleltetés letelte után még fennáll a feltétel, akkor a 2. relé behúz (elindul a szivattyú). Ha a késleltetés alatti változások miatt nincs meg a különbség, akkor nem húz be a relé!
3. Ts1 > Ts2 és D > beállított, 2. relé behúzva marad.
4. Ts1 > Ts2, de D < beállított, tehát a különbség már kisebb, ezért elindul a „dy2” késleltetés.
 |
5. Ha a késleltetés letelte után még fennáll a feltétel, akkor a 2. relé elenged (leáll a szivattyú). Ha a késleltetés alatti változások miatt a különbség újra eléri a beállítottat, akkor nem enged el a relé!
6. Az 1. relé a kettes logikájának ellentéte, a két logikai működés használata egyszerre nyilván nem túl gyakori. Napkollektornál pl. csak az egyik relé van kihasználva a fenti célra. A működés feltétele tehát: ha Ts2 > Ts1, és D = beállított, akkor elindul a „dy1” késleltetés. Ha a késleltetés letelte után még fennáll a feltétel, akkor az 1. relé behúz. Ha a késleltetés alatti változások miatt a különbség újra eléri a beállítottat, akkor nem húz be az 1-es relé!
7. A késleltetés letelte után az 1-es relé behúz
8. Ts2 > Ts1, de D < beállított, tehát a különbség már kisebb, ezért elindul a „dy2” késleltetés.
9. Ha a késleltetés letelte után még fennáll a feltétel, akkor az 1. relé elenged. Ha a késleltetés alatti változások miatt a különbség újra eléri a beállítottat, akkor nem enged el a relé!
10. A folyamat az 1. pont szerint folytatódik. A 2. ábrán látható H1 és H2 jelek az érzékelőknél külön-külön beállítható hiszterézis értékei. Megfigyelhető, hogy csak a relék kikapcsolásakor van hatása. A hiszterézis nagyságának növelésével – pl. a napkollektoros alkalmazásnál – biztosíthatunk kicsit hosszabb működést, ami több, de hidegebb (még elfogadható) víz áttöltését jelenti a pufferbe. Végül egy mostanában sajnos aktuálisabb feladatot nézzünk meg, a vízszint-szabályozást és -figyelést. A bonyolultabb érzékelési, mérési elveken alapuló készülékek mellett legtöbbször elegendő az egyszerűbb megoldás, melyre olcsó, gyorsan bevethető eszközöket kínálnak a gyártók. Egy modulméret, néhány passzív szonda, széles tápfeszültség-tartomány (pl. 24-240 V AC/DC), és már szabályozhatunk is. A 4. ábrán látható, hogy egy eszköz alk align=almas egy szint figyelésére vagy két szint (alsó-felső) közötti szabályozásra. Ez utóbbi lehet töltés vagy ürítés, melyet kapcsolóval választhatunk ki.
 |
A vizsgált eszköz elektromosan vezető folyadékokhoz alkalmazható! Az érzékelés elve a folyadék elektromos vezetőképességén alapul (jele a siemens: S, mértékegysége az ellenállás [R] reciproka: 1/ ) ennek megfelelően a működés a következőképpen összegezhető. Egy mérőjelet kibocsátva („C” csatlakozó) a vezető folyadékban a szintérzékelő szondák („H”, „D” csatlakozók) a folyadék közvetítésével érzékelik, amikor eléri a szint a megfelelő szondát. A „C” pontot össze kell kötni a fémtartállyal, vagy egyéb, nem vezető tartálynál egy külön szondával, ami a tartály alsó részére van rögzítve. A folyadék vezetőképessége az ellenállással fordítottan arányos, így ezeken az eszközökön általában k -ban állítható az érzékenység. Hibás érzékeléshez vezethet a folyadék mozgása, hullámzása, mert a szondát csak pillanatra érő folyadék is odavezeti a mérőjelet, pedig a folyadékszint ténylegesen még nem érte el a szondát.
A hiba kiküszöbölésére állítható késleltetéssel látják el az eszközt, így csak az a folyadékszint tud a szabályozó számára érvényes maradni, amely a késleltetés alatt végig folyamatosan elérte a szondát. A késleltetés természetesen a töltés vagy ürítés elindulásakor és leállásakor is hatásos, hiszen mindkét esetben előfordulhat hullámzás. További hibaforrás lehet a darabos szennyeződéseket tartalmazó folyadék. A fennakadó fűszál, falevél, papír vagy a lerakódott iszap összekötheti a mérőjelet kibocsátó szondát (vagy a fémtartályt) a szintérzékelő szondákkal. A hiba lehetősége csökkenthető a szondák meggondolt elhelyezésével, rögzítésével és az időszaki karbantartással, valamint kapható olyan szonda is, amely műanyag burkolattal védi az érzékelőpálcát. A működés folyamata az 5. ábrán követhető.
 |
Töltés
1. Tápfeszültség bekapcsolásakor a folyadékszint nem éri el a max. szint szondáját, ezért elindul a késleltetés.
2. A késleltetés letelte után behúz a relé, bekapcsol a töltőszivattyú.
3. A folyadékszint emelkedik, majd eléri a max. szondát, elindul a késleltetés.
4. A késleltetés letelte után a relé elenged, a szivattyú leáll.
5. A folyadékszint csökken, majd a min. szonda alá kerül, így a min. szonda már nem érzékeli, ezért elindul a késleltetés.
6. A késleltetés letelte után behúz a relé, a szivattyú újra tölt, amíg a felső szondát el nem éri a folyadék, ami a szondához vezeti a mérőjelet.
7. Ha a táp megszűnik, a relé elenged.
8. A táp bekapcsol, a folyadékszint a max. szonda feletti, ezért nem húz be a relé.
9. A folyamat az 5. ponttól folytatódik.
Ürítés (a töltés fordított logikája)
1. Tápfeszültség bekapcsolásakor a folyadékszint nem éri el a max. szint szondáját, ezért a relé nem húz be.
2. A folyadékszint emelkedik, eléri a max. szondát, elindul a késleltetés.
3. A késleltetés letelte után a relé meghúz, az ürítő szivattyú bekapcsol.
4. A folyadékszint csökken, a min. szonda alá kerül, így elindul a késleltetés.
5. A késleltetés letelte után a relé elenged, a szivattyú leáll.
6. Ha a táp megszűnik, a relé elenged, de közben töltődik a tartály.
7. A táp bekapcsol, a folyadékszint a max. szonda feletti, így elindul a késleltetés.
8. A folyamat a 3. ponttól folytatódik.
 |
Remélem sikerült érinteni néhány olyan gyakorlati alkalmazást, amellyel a tisztelt olvasó is találkozik a mindennapi, hétköznapi irányítástechnikában. >> 1. ábra: fűtés/hűtés szabályozás. „Nagyítónk” alá elsőként egy szokványos, fűtésre vagy hűtésre használható termosztát szabályozási folyamata kerül. A mindenki által ismert folyamat inkább csak a továbbiakban ismertetendő, speciálisabb működések előtti „bemelegítés” miatt került ide.
