Vezérléstechnikai ötletek I.
2015/11. lapszám | Porempovics József | 4826 |
Figylem! Ez a cikk 9 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Bizonyára több olvasó emlékszik még egy régebbi, viszonylag hosszú cikksorozatra, melynek főcíme: „Irányítástechnikai hétköznapok” volt. A cikksorozat elsősorban az úgynevezett installációs vezérlőkkel és szabályozókkal foglalkozott, azok alapműködéseivel és sokszor annál komplexebb vezérlések, szabályozások bemutatásával.
A most induló cikksorozat tulajdonképpen ennek folytatásaként újra előveszi a jól bevált és gyorsan telepíthető eszközöket, illetve a velük megvalósítható – és általában meg is valósított – vezérlési-szabályozási ötleteket, megoldásokat. Persze nem a régiek lesznek leporolva, hanem az azóta összegyűlt új alkalmazások kerülnek terítékre továbbhasznosítás céljából.
Mielőtt belemelegednénk a konkrét kapcsolások értelmezésébe, nézzük meg nagy vonalakban, hogy mi történt „mifelénk” azóta. Mondhatnánk, hogy az ezen a területen jól bevált mindennapi eszközeinkben nem tapasztalunk különösebb változásokat, legalábbis nem mindig vesszük észre.
A háttérben a gyártók ugyanis nem csak az új piaci igényekre fejlesztenek új eszközöket, hanem a technológiai változásokat követve a régieket is megújítják. Az installációs vezérlő, szabályozó és felügyeleti eszközöknél valóban tapasztalható némi fejlődési, fejlesztési lassulás, melynek egyik oka lehet, hogy nagyon sok funkcióra, feladatra már rendelkezésre állnak a bevált, ismert és jól alkalmazható eszközök. A fejlődés, fejlesztés iránya inkább az IT (Information Technology) felé tolódik, ami, gondolom, senkinek nem meglepő. Mindenki hallhatta, olvashatta már az IoT rövidítést, ami angolul „Internet of Things”, magyarul „dolgok (tárgyak) internete”.
Így nevezzük azt a technológiát, melynek segítségével hétköznapi eszközeinket elérhetjük az interneten keresztül, miközben az eszközök akár egymással is képesek kommunikálni. A jóslatok szerint az IoT fejlődése a közeli jövőben – és látjuk, hogy már a jelenben is – drasztikus sebességgel fog előre nyomulni.
A villamosság területén ez annyit jelenthet, hogy egyre több területen az analóg jelfeldolgozás digitálisra cserélődik – már ez is a jelen –, és sok eszköz alkalmazásához nem elegendő az általános villamosság, villanyszerelés és pusztán a hardver ismerete, sokszor kőkemény programozási, szoftverkezelési ismeretekre is szükség van, akár már a tervezés (projektajánlat) stádiumában. A számítógép, laptop, okostelefon, táblagépek használata gyakorlatilag már alapkövetelmény, csakúgy, mint az internet, az informatika, a hálózatok ismerete valamilyen szinten. Gondoljunk csak az egyre terjedő „okos ház”, „intelligens otthon” stb. fantázianevű, szakmai nyelven talán inkább épületautomatizálási rendszernek nevezhető épületvillamossági megoldásokra. A cikksorozat témáinál természetesen nem hagyható majd ki az ezekhez kapcsolódó lehetőségek bemutatása sem néhány egyszerűbb, a cikkek jellegébe és terjedelmi határaiba beleférő alkalmazással.
A vezérléstechnikai „ötlettár” polcairól elsőként egy viszonylag egyszerű, de adott esetben jól használható megoldást emelünk le. Adott egy családi ház, melynél a villamos hálózat terhelhetősége alacsonyabb, mint az egy időben használható fogyasztók teljesítménye. Indokolt lehetne egy bővítést kérni a szolgáltatótól, de ez nem mindig olyan egyszerű, hiszen adott esetben akár vezetékcserével is járna. Elvárható lehetne az ott lakóktól, hogy ne kapcsoljanak együtt bizonyos fogyasztókat, de ez meg komoly figyelmet igényel mindenkitől, legyen az idős, beteg vagy éppen gyerek.
A fűtés – ha elektromos – és az elektromos bojler ráadásul valamilyen saját szabályozás szerint kapcsolgat, melynek kézi kontrollja rendkívül kényelmetlen. Néhány eszköz segítségével azonban viszonylag könnyedén megoldható a helyzet. Az ábrán látható, hogy egy bojler és egy főzőlap teljesítményét együtt még el bírja látni a villamos hálózat, de az elektromos hőforrásokat már nem, ha minden egyszerre kapcsolna be. További probléma, hogy a hőforrások önmagukban sem működhetnek egyszerre, mert azt sem bírná a hálózat kismegszakítója.
Az egyik megoldás az lehetne, hogy egyszerű relékkel, huzalozott logikai összekötésekkel reteszeljük az egyes köröket. A megoldás egyik problémája az, hogy minden fogyasztótól kapcsolójelet kellene vezetékezni a vezérlő relékomplexumig, ami egy meglévő lakásban vésés vagy nem túl esztétikus külső csatornázás nélkül nem kivitelezhető. Másik probléma, hogy tulajdonképpen kapcsolt feszültségeket figyelnének a relék, ami nem egyenlő azzal, hogy a fogyasztó ténylegesen működik, mert lehet szakadt a vezeték, rossz kontakt a fogyasztónál, esetleg saját belső szabályzókör, ami éppen akkor nem kapcsol.
A tényleges működést a fogyasztók áramának figyelésével tudjuk érzékelni, ami egyúttal azzal az előnnyel is jár, hogy kevesebb vezetékezést igényel – tulajdonkép-pen „csak” meg kell szakítani a fogyasztók tápvezetékeit, és közbeiktatni egy áramváltót vagy söntöt. A gyakorlatban ez áramfigyelő relékkel viszonylag gyorsan és egyszerűen kivitelezhető, ahogy ezt az ábra kapcsolási rajza is mutatja.
A kapcsolás tulajdonképpen három kör reteszelését oldja meg áramfigyeléssel. A legnagyobb prioritással a bojler és a főzőlap együttes működése rendelkezik – ha bármelyik működik, akkor az elektromos fűtések nem kapnak vezérlést, tápfeszültséget. Ha a bojler és/vagy a főzőlap nem működik, akkor az elektromos fűtések kapnak működési „engedélyt”, de itt további szelekció történik, hiszen ők sem mehetnek egyszerre. A két fűtési kör úgy van kétfelé osztva, hogy áramfelvételük különböző, ami már felhasználható a reteszelésükre. A nappali–háló kör a magasabb áramfelvételű, így ez a magasabb prioritású is – logikusan a szobákban jobban kell a meleg –, és a fürdő–konyha kör a legalacsonyabb, tehát a fürdő–konyha kör csak akkor tud működni, ha semmi más nem működik.
A konkrét vezérlés részletezését az első áramfigyelővel kezdjük (bal oldali), mely egy áramhatár-kapcsoló funkcióval rendelkező eszköz. Az áramot egy belső söntön kell átvezetni (B1–B2), külön kap tápfeszültséget, és potenciálmentes váltóérintkező a relékimenete. A belső sönt az alkalmazáshoz választott eszköznél max. 16 A áramra van méretezve, de az áramhatár 1,6-16 A között potenciométerrel beállítható. A sönt galvanikusan leválasztott a tápfeszültségtől, ami lehetővé teszi olyan alkalmazásokban is a használatát, ahol különbözik a tápfeszültség és a figyelt áram hálózata.
Az eszköz rajza alatti folyamatdiagramból (bal) kiolvasható a működése: ha a belső söntön átfolyó áram meghaladja a beállított Imax értéket, akkor a relé meghúz, egyéb esetekben elengedett állapotban van (ezért nevezhető áramhatár-kapcsolónak vagy „megy–nem megy” figyelőnek). Az Imax értékét úgy kell beállítani, hogy a bojler-főzőlap legkisebb áramfelvétele alatt legyen, így érhető el, hogy a relé behúzzon akkor is, ha bármelyik fogyasztó működik. A beállítás értékének megválasztásakor figyelembe kell venni, hogy pl. a főzőlap alacsonyabb hőmérsékletre állítva kevesebb áramot vehet fel (kétállásos szabályozásnál persze nem feltétlenül!). Tehát, ha a bojler–főzőlap kör működik, áramot vesz fel, akkor az áramlimit beállításának megfelelően behúz a reléje, és bontja a 15-16 érintkezőit, ezzel letiltva a fűtésvezérlés lehetőségét.
Ha a bojler–főzőlap kör nem működik, akkor az áramhatár-kapcsoló 15-16 nyugalmi érintkezői zárva vannak, és feszültséget biztosítanak a fűtési körök működtetéséhez. A fűtési körök kettéválasztásáért a jobb oldalsó áramfigyelő relé felelős, mely úgynevezett „ablak” típusú, így működése eltér az előzőtől. Potenciométerekkel beállítható egy áram „ablak”, vagyis minimum és maximum áram. Három belső söntje három áramtartomány bekötési lehetőségét biztosítja, ahol a „C” pont a közös bemenet, és a B1, B2, B3 pontok a különböző áramú söntök kimenetei (egyszerre csak egyre köthető fogyasztó!). A bemutatott alkalmazásban a B3 pont 16 A-es söntje van bekötve. A működés a folyamatdiagramról leolvasható: ha a figyelt áram az „ablakon” belül van – a minimum és a maximum között –, akkor mindkét relé behúzott állapotban van (15-18 és 25-28 zár), ez az alapállapot. Ha a figyelt áram meghaladja a maximumot, akkor az 1-es reléje enged el (15-18 nyit, 15-16 zár), ha pedig a minimum alá csökken, akkor a 2-es reléje enged el (25-28 nyit, 25-26 zár).
Tehát a három állapot szerint a következő működések fordulhatnak elő:
- Imin < Imért < Imax – áram az „ablakban”, mindkét relé behúzva, a nappali–háló fűtés kap vezérlőfeszültséget.
- Imért < Imin – áram a minimum alatt, 2-es relé bont, a fürdő–konyha fűtési köre kap vezérlőfeszültséget.
- Imax < Imért – áram a maximum fölött, 1-es relé bont, egyik fűtési kör sem kap vezérlőfeszültséget. Ez tulajdonképpen egy túláram-védelemként is működik!
A folytatásban az itt bemutatott vezérléshez hasonló kapcsolási megoldásokkal ismerkedhetnek meg, remélhetőleg használható információkkal gazdagodva.
Áramfigyelők, áramhatár-kapcsolók
Alkalmazásuknak sok lehetősége van. Használhatók pl. gázkonvektoroknál, ahol a ventilátor működéséhez kell reteszelni a gázégő bekapcsolását. Érdekes használati módja az áramhatár-kapcsolónak pl. a lakótelepi tömblakások közös használatú helyiségeinél az áramlopás megakadályozása.
BojlerPorempovics JózsefVezérléstechnika
