Laborationsrapport. Introduktion till elektroteknik och styrteknik ET1014. Givare och ställdon. Kurs. Lab nr 6. Version p1.0. Laborationens namn

Transkript

1 Laborationsrapport Kurs Laborationens namn Introduktion till elektroteknik och styrteknik ET1014 Givare och ställdon Lab nr 6 Version p1.0 Namn Kommentarer Utförd den Godkänd den Sign 1

2 Givare och ställdon Inledning I denna laboration skall du lära dig läsa datablad och lära dig koppla in givare och ställdon till en PLC. Nedan finns lista på den utrustning som behövs samt länkar till datablad och manualer. Denna laboration går att förbereda genom att svara på frågor, rita kopplingsschema och skriva program. Då är det bara vid laborationen att koppla upp och demonstrera funktionen. Materiel Typbeteckning Datablad/Manual Dator med programvara Mitsubishi GX IEC Developer 7.01 Beijer Beginners manual PLC Mitsubishi FX1S-14MT-DSS Beijer Hårdvarumanual Frekvensomriktare Mitsubishi FR-S520SE-0,75K Beijer Svensk manual Asynkronmotor 4-polig 1,1 kw 220/38 Induktiv givare Omron E2A-M12KS04-WP-C1 Datablad Kapacitiv givare Carlo Gavazzi EC 3025 PPAPL Datablad Fotogivare Contrinex LST Datablad Linjärt ställdon Linak Datablad Gränslägesbrytare Omron D4N-1120 Datablad Industrirelä Kuhnke -24VDC-1 Datablad Switchdiod Philips 1N4148 Datablad Tryckknappslåda EAO Datablad Tangentbordsströmställare Isostat, typ D6 Datablad 2

3 Uppgift 1: Styrning av linjärt ställdon I denna inledande uppgift skall du förutom PLC:n använda det linjära ställdonet, två reläer och två switchdioder. Styrning av det linjära ställdonet Kolvstången i det linjära ställdonet är fäst på en skruv. En likströmsmotor vrider skruven så att kolvstången kan röra sig ut och in. Genom att växla riktning på strömmen genom motorn kan man då ändra kolvstångens rörelseriktning. För att kunna styra motorn åt båda hållen samt stanna motorn används två reläkontakter kopplade enligt figuren nedan. Reläkontakterna kan ha två lägen normalt öppen (NO) och normalt sluten (NC). Relä A 24 V Relä B 24 V NC NC NO NO Figuren visar när motorn står still. Om relä A är draget går strömmen åt vänster genom motorn. Om relä B är draget går strömmen åt höger genom motorn. 3

4 Galvanisk isolation För att galvaniskt separera yttre kretsar från själva PLC:n tar vi spänningen 24 V från ett separat spänningsaggregat till motorn och till alla givare. Ingångar och utgångar på FX1S Alla ingångar har en anslutning gemensam nämligen anslutningen S/S. Ingångarna är galvaniskt isolerad från det inre av PLC:n med en optokopplare. Utgångarna Y2, Y3, Y4, Y5 har anslutning +V2 gemensam. +V0 Y0 +V1 Y1 +V2 Y2 Y3 Y4 Y5 4

5 Reläkontakternas numrering Anslutningarna till reläet har en löpande numrering. Dessutom finns en numrering som bygger på kontaktens position och funktion. 5

6 Duty cycle Ett problem när man har med motorer att göra är att de kan bli för varma. Därför talar man om duty cycle. Duty cycle = 25 % innebär att motorn är aktiv 25 % av en viss tid. Under de andra 75 procenten är motorn inaktiv. Tittar man i databladet för ställdonet hittar man detta diagram. 2 mm pitch betyder att kolvstången rör sig 2 mm för varje varv som motorn gör. Av diagrammet framgår att om man belastar kolvstången med 750 N får inte motorn vara aktiv mer än 15 % av en viss tid. 750 N motsvarar att den kan lyfta en person som väger 75 kg. I vårt fall har vi ingen belastning alls och då bör vi kunna köra motorn kontinuerligt även om kurvan inte går till belastningen 0 N. 6

7 Skydd av utgångstransistorerna på PLC:n De två reläspolarna skall kopplas till två utgångar på PLC:n. Ett problem är att reläspolen är induktiv. En induktiv komponent lagrar upp energi i form av ett magnetfält. Energin i magnetfältet vill fortsätta driva fram en ström. Detta gör att när utgångstransistorn skall bryta strömmen utsätts den för en mycket stor spänning. Reläspolen vill fortsätta driva en ström genom en stor resistans. På sid 6-4 (obs! numreringen av komponenterna är felaktig på denna sida) och sid 6-6 i hårdvarumanualen för PLC:n ser vi hur man löser problemet. sid 6-6 Man sätter en frihjulsdiod parallellt med reläspolen i motsatt riktning mot strömmen. När utgångstransistorn hos PLC:n stryps kommer strömmen att cirkulera genom reläspolen och dioden. Även motorn är en induktiv belastning. Nu styr vi den från reläkontakter vilka inte är lika känsliga som en transistor. Skulle vi vara noggranna skulle det även sitta dioder där. Frågor på databladet för det linjära ställdonet LINAK Frågor Vilken IP-klass har ställdonet. Svar Vad innebär IP-klassen ovan? Hur stor slaglängd har ställdonet? Hur långt rör sig ställdonet för varje varv som motorn gör? Hur många ledare finns i anslutningskabeln till ställdonet? Mellan vilka omgivningstemperaturer är ställdon gjort för att arbeta? Hur stor ström drar ställdonet vid full belastning? 7

8 Frågor på databladet för Industrirelä 4pol växl 24V 114A4-24VDC-1 Frågor Vilken spänning skall reläspolarna ha (spole = coil)? Hur stor resistans har reläspolen? Svar Hur stor ström går genom reläspolen? Hur stor ström tål reläkontakterna under lång tid (nominal contact current)? Vilka spänningar kan reläkontakterna bryta ( nominal contact voltage)? Vilken omgivningstemperatur klarar reläet? Frågor på utgången på PLC FX1S-14MT Vi kommer att belasta utgångarna med reläspolar som är induktiva. Frågor Hur stor effekt kan man ta ut till en induktiv last från en utgång? Hur stor blir strömmen vid 24 V? Svar Frågor på Switchdiod 1N4148 Vi kommer att använda dioden som skyddsdiod för utgångarna på PLC:n. Då kommer den maximalt att belastas under 1 sekund efter det att utgångstransistorn strypts. Frågor Hur stor spänning tål dioden i backriktningen under lång tid (continous reverse voltage)? Hur stor ström tål dioden under 1 s? Svar Hur ser man på dioden vilken anslutning som är katod? 8

9 Kopplingsschema för styrning av det linjära ställdonet Fullborda kopplingsschemat. Använd utsignalerna Y0 och Y1 på PLC:n. Reläerna ska ha skyddsdioder. Koppla utrustningen så att den överensstämmer med kopplingsschemat. Lossa försiktigt de anslutningar som ska användas på LAB-PLC:n. Matningsspänningen +24 V ska tas från ett frisvävande spänningsaggregat, observera att anslutningen inte får jordas. Skriv ett enkelt testprogram så att du kan få kolvstången att gå ut och in. Använd ingångarna X5 ( SENSOR_VÅN2) och X6 (SENSOR_VÅN3) för manövrering. +24 V PLC FX1S M 9

10 Uppgift 2: Inkoppling av ändlägesbrytare och fotogivare I denna uppgift skall kolvstången gå mellan sina ändlägen och vända där. Längst ut på kolvstången sitter en träbit som pekar uppåt. Denna träbit kan detekteras av fotogivare och kapacitiv givare. Vid det yttre ändläget sitter in gränslägesbrytare. När den påverkas skall alltså motorn ändra rotationsriktning. I det inre läget sitter en fotogivare. När den påverkas skall motorn också byta rotationsriktning. Inkoppling av givare till ingångarna på PLC:n När man skall ansluta givare till en PLC måste man veta om den är en PNP- eller en NPN-givare. Det framgår av databladet. Eftersom alla 8 ingångarna på PLC:n har en anslutning gemensam måste alla givare kopplas på samma sätt. Vissa givare kan kopplas både som NPN-givare och PNP-givare. I nästa uppgift skall en kapacitiv givare användas. Den har beteckningen EC 3025 PPA P L. Första P:et i beteckningen anger att det är en PNP-givare. Därför måste alla andra givare kopplas som PNP-givare. Fotogivaren sänder ut ljus och känner av om ljuset reflekteras tillbaka. Principen är således analog med den i läsgaffeln. Frågor på datablad för Fotogivare LTS Frågor På hur långt avstånd kan fotogivaren detektera ett föremål? Vilken typ av givare är det, NPN, PNP eller både NPN och PNP? Vad indikerar den gröna lysdioden? Svar Vilken typ av ljus sänder givaren ut? Hur stor ström drar givaren för sin elektronik (No-load supply current)? Med hur stor ström kan man belasta givare på dess utgång (Output current)? Fråga på gränslägesbrytaren OMRON D4N-1120 Fråga Är utgången normalt öppen, normalt sluten eller finns båda möjligheterna? Svar Frågor på ingångarna på PLC FX1S Frågor Hur stor ström drar ingångarna vid 24 V? Svar Hur lång tid tar det för en ingång att reagera? 10

11 Kopplingsschema för ändlägesgivarna Identifiera alla komponenter, anslutningar och stiftnummer i kopplingsschemat. Matningsspänningen +24 V ska tas från ett frisvävande spänningsaggregat, observera att anslutningen inte får jordas. Anslutningarna på fotogivaren saknar nummer, identifiera kabelfärgen på motsvarande anslutning och markera färgen i kopplingsschemat. (brun är i verkligheten röd och blå är i verkligheten grön) Lossa försiktigt de anslutningar som ska användas på LAB-PLC:n. Koppla utrustningen så att den överensstämmer med kopplingsschemat. Skriv ett program med sekvensprogrammering som gör att kolvstången rör sig fram och tillbaka och vänder automatiskt vid sina ändlägen. När det relä som är kopplat till utgång Y0 är draget skall kolvstången gå inåt. Visa att programmet fungerar. +24 V Fotogivare PNP LTS Gränslägesbrytare D4N X0 PLC FX1S X1 SS 11

12 Uppgift 3: Inkoppling av kapacitiv givare och tryckknapp Nu skall kopplingen kompletteras med en kapacitiv givare och en tryckknapp. När kolvstången är på väg ut skall den stanna då den kapacitiva givaren aktiveras. När man trycker på tryckknappen skall kolvstången fortsätta rörelsen utåt. När kolvstången är på väg in skall inte kolvstången stanna vid den kapacitiva givaren. Kapacitiva givarens funktion Beskriv kort principen för hur en kapacitiv givare fungerar. Gör beskrivningen här: Frågor på datablad för Capacitive sensor EC 3025 PPA PL Frågor På hur långt avstånd är givaren maximalt känslig? Hur kan man ställa om känsligheten? Svar Är givaren skyddad för om man förväxlar plus och minus när man ansluter den? Är givaren skyddad för om man råkar kortsluta utgången? Hur stor ström drar givaren för sin elektronik (no load supply current)? 12

13 Kopplingsschema för den kapacitiva givaren och tryckknappen Komplettera kopplingen med den kapacitiva givaren och en tryckknapp enligt schemat. Komplettera ditt sekvensprogram så att kolvstången stannar på utvägen vid den kapacitiva givaren och fortsätter rörelsen när knappen trycks ned. Visa att programmet fungerar. +24 V Fotogivare PNP LTS Gränslägesbrytare D4N Kapacitiv givare PNP EC 3025 PPA PL 1 Tryckknapp EAO X0 PLC FX1S X1 PLC FX1S SS 13

14 Uppgift 4: Styrning av en asynkronmotor via en frekvensomriktare Uppgiften är att styra varvtalet hos en asynkronmotor från en PLC via en frekvensomriktare. Varvtal och rotationsriktning ställs in med hjälp av strömställare på ett kopplingsdäck. Vidare skall det asynkrona varvtalet mätas med en induktiv givare. Den induktiva givaren känner av de tre metalldelarna på motoraxeln. 14

15 Anslutning av PLC:n till frekvensomriktaren På frekvensomriktaren finns ingångar där man kan styra motorns rotationsriktning och varvtalet till sju olika hastigheter ( se sid 4-1 i manualen ). sid 4-1 På sid 4-6 i manualen finns denna tabell där man ser vilken funktion ingångarna har. sid

16 På sid 6-13 ser man mera i detalj hur hastighetsförvalet fungerar. Hur man ansluter PLC:n till ingångarna på frekvensomriktaren framgår av sid 4-9 i manualen. Frekvensomriktaren är från fabriken inställd på positiv logik (se sid 4-8). Anslutningen PC ger ut 24 V. Strömställarna i figuren nedan motsvarar utgångstransistorerna på PLC:n. sid 4-9 Anslutning av ingångar på PLC:n När man skall ansluta den induktiva givaren till PLC:n måste man veta om den är en PNP- eller en NPN-givare. Det framgår av databladet. Övriga ingångar till PLC:n måste kopplas på samma sätt. Eftersom alla ingångarna har en anslutning gemensam går det inte att blanda NPN- och PNP-givare. För att styra varvtal och rotationsriktning ansluts fem ingångar på PLC:n till tangentbordsströmställare på ett labdäck. De strömställare som finns på labkortet är försedda med pulldownresistorer. Normalt är det inte nödvändigt när ingången på PLC:n är en optokopplare. Det krävs en ström på några milliampere och en spänning på 2 V för att få en lysdiod att lysa. Det är osannolikt att störningar skall åstadkomma det. Därför behövs inte några pulldown- eller pullup-resistorer här. Ingångar med MOS-transistorer måste däremot alltid förses med sådana resistorer. 16

17 Program för att mäta varvtalet Nedan finns ett förslag till ett program som mäter varvtalet på motorn. Principen är att räkna antalet pulser från givaren under en viss tid. Man får tre pulser per varv varför man kan mäta antalet pulser på 20 sekunder ( 1/3 minut ). Då får man varvtalet i enheten rpm. Det visar sig att ingången på PLC:n inte klarar högre frekvenser än ca 12 Hz beroende på filtrering på ingången och programmets cykeltid. En ingång på denna PLC kan därför inte registrera snabba förlopp. 12 Hz motsvarar i detta fall ett varvtal hos motorn på 720 rpm. 17

18 Frågor på induktiv givare E2A-M12KS04-WP-C1 Frågor Vilken typ av givare är det, NPN, PNP eller både NPN och PNP? Svar Är givaren normalt öppen eller normalt sluten? Vilken typ av föremål kan givaren detektera? På hur stort avstånd kan givaren detektera ett föremål? Hur mycket ström drar givaren maximalt? Uppgift Ingångarna ansluts till återfjädrande tangentbordsströmställare på ett labdäck. Den induktiva givaren ansluts till ingång X0. Alla yttre komponenter spänningsmatas från en yttre spänningskälla för att åstadkomma galvanisk isolation till PLC:n. Funktion: Strömställare 1: (ingång X1) startar motorn men det synkrona varvtalet 150 rpm. Strömställare 2: (ingång X2) startar motorn men det synkrona varvtalet 450 rpm. Strömställare 3: (ingång X3) stoppar motorn Strömställare 4: (ingång X4) ger start högervarv Strömställare 5: (ingång X5) ger start vänstervarv Det asynkrona varvtalet visas i monitorfunktionen på datorn. Motorns varvtal ställs med parametrar på frekvensomriktaren. Alla ingångar X1 X5 skall ha hållfunktion. Komplettera schemat på nästa sida och skriv ett program som ger önskad funktion.. Koppla upp utrustningen och visa att ditt program fungerar. Redovisning: Hela labbtexten med besvarade frågor, snyggt ritade scheman för uppgifterna, pdf-filer med PLCprogrammen. 18

19 Styrsignaler till PLC:n från tryckknappar. +24 V PLC FX1S Induktiv givare NPN E2A- M12KS04- WP-C1 1 4 Tryckknapp 5 st 3 Utsignaler från PLC:n till frekvensomriktaren. +24 V PLC FX1S 19

20 +24 V PLC FX1S M +24 V Fotogivare PNP LTS Gränslägesbrytare D4N Kapacitiv givare PNP EC 3025 PPA PL 1 Tryckknapp EAO X0 PLC FX1S X1 PLC FX1S SS 20

21 Styrsignaler till PLC:n från tryckknappar. +24 V PLC FX1S Induktiv givare NPN E2A- M12KS04- WP-C1 1 4 Tryckknapp 5 st 3 Utsignaler från PLC:n till frekvensomriktaren. +24 V PLC FX1S 21