شماتیک رله در نمودار نردبانی

شماتیک رله در نمودار نردبانی:
رله های الکترومکانیکی را می توان برای اهدادف عملکرد منطقی و کنترلی به هم متصل کرد تا مانند گیت های دیجیتالی (AND، OR و غیره) به عنوان عناصر منطقی عمل کنند.

یک شکل بسیار رایج از نمودار شماتیک که ارتباط متقابل رله ها را برای انجام این عملکردها نشان می دهد، نمودار نردبانی نامیده می شود.

در نمودار نردبانی، دو قطب منبع تغذیه به صورت ریل های عمودی نردبان ترسیم شده اند، پله های افقی نیز کنتاکت های سوئیچ، کنتاکت های رله، سیم پیچ های رله و عناصر کنترل نهایی (لامپ ها، سیم پیچ های برقی، موتورها و…) را نشان می دهند که بین ریل های برق قرار گرفته اند.

نمودارهای نردبانی با نمودارهای منظم معمولی که بین تکنسین های الکترونیک رایج است، عمدتاً در جهت دقیق سیم کشی متفاوت است: «ریل» عمودی قدرت و «پله» افقی فرمان است. نمادها نیز کمی با علامت الکترونیکی رایج تفاوت دارند: سیم پیچ های رله به صورت دایره کشیده می شوند و کنتاکت های رله به روشی شبیه خازن ها رسم می شوند.

برخلاف نمودارهای شماتیک که ارتباط بین سیم پیچ های رله و کنتاکت های رله با خطوط خط کشی نشان داده می شود، نمودارهای نردبانی سیم پیچ ها و کنتاکت ها را با برچسب مرتبط می کنند.

گاهی اوقات می توانید کنتاکت های رله را که با سیم پیچ برچسب گذاری شده اند (به عنوان مثال سیم پیچ با برچسب CR5 و همه کنتاکت های مربوط به آن رله نیز با CR5 برچسب گذاری شده) پیدا کنید، در مواقعی دیگر اعداد پسوندی را خواهید یافت که برای تشخیص کنتاکت های دیگر رله از یکدیگر استفاده می شود (به عنوان مثال سیم پیچ با برچسب CR5 و سه کنتاکت آن با برچسب CR5-1 و CR5-2 و CR5-3).

یکی دیگر از موارد قابل توجه در مدارهای رله و نمودارهای نردبانی آن ها این است که هر سیم در مدار دارای عددی است که مربوط به نقاط اتصال مشترک است.

یعنی سیم های متصل به یکدیگر همیشه دارای یک شماره هستند:

عدد مشترک یک شرط مشترک الکتریکی را مشخص می کند (همه نقاط دارای عدد یکسان برابر یکدیگر هستند). اعداد سیم فقط زمانی تغییر می کند که اتصال از طریق سوئیچ یا دستگاه دیگری که می تواند ولتاژ را کاهش دهد عبور کند.

یک نمودار نردبانی واقعی از یک سیستم کنترل موتور مبتنی بر رله در شکل زیر نشان داده شده است. این نمودار همراه با ویرایش های قرمزی است که تغییرات در مدار ساخته شده توسط یک برقکار صنعتی را نشان می دهد.

شاید مبهم ترین جنبه مدارهای کنترلی مبتنی بر رله برای درک افراد تازه کار معنای «در حالت عادی» (Normally) باشد، زیرا در مورد وضعیت کنتاکت های رله صدق می کند.

همان طور که قبلاً پی برده اید، «در حالت عادی» در این زمینه - خواه وضعیت سوئیچ های دستی، سوئیچ های فرایند یا کنتاکت های سوئیچ در رله های کنترل - به معنی «در حالت استراحت» یا «بدون تحریک» است.

به عبارت دیگر، یک کنتاکت رله «در حالت عادی باز» زمانی باز است که سیم پیچ رله بدون تغذیه باشد و هنگام تغذیه سیم پیچ رله بسته شود. به همین ترتیب، یک کنتاکت رله «در حالت عادی بسته» هنگامی که سیم پیچ رله بدون توان (برق) است بسته است و هنگامی که سیم پیچ رله تغذیه می شود، باز خواهد شد.

برای نشان دادن این مفهوم، یک مدار کنترل رله را بررسی می کنیم که در آن یک سوئیچ فشار چراغ سیگنال را فعال می کند.

در اینجا، هم سوئیچ فشار و هم کنتاکت رله (CR1-1) به صورت کنتاکت های سوئیچ در حالت عادی بسته ترسیم می شوند.

این بدان معناست که کنتاکت سوئیچ فشار زمانی بسته می شود که فشار وارد شده کمتر از نقطه تریپ (50PSI) باشد و هنگامی که سیم پیچ رله بی برق می شود، کنتاکت سوئیچ رله بسته می شود.

هنگام تجزیه و تحلیل عملکرد یک سیستم کنترل رله، نشان دادن موقت وضعیت رسانایی کنتاکت های سوئیچ و وضعیت انرژی سیم پیچ های رله (مثلاً نمادی که ممکن است با استفاده از مداد روی نمودار ترسیم کنیم) به درک عملکرد مدار کمک می کند.

نمادی که توصیه می کنیم استفاده از علامت های پیکان و "X"، به ترتیب، برای نشان دادن جریان قدرت و نبود جریان قدرت است. این نمادها به وضوح وضعیت اجزا را نشان می دهند در حالی که از اشتباه گرفتن با نمادهای مورد استفاده برای نشان دادن وضعیت عادی کنتاکت های سوئیچ جلوگیری می شود.

در نمودار زیر، فرض می کنیم که فشار اعمال شده کمتر از 50PSI است و سوئیچ فشار را در حالت «عادی» (بسته) خود قرار می دهد.

از آنجا که فشار برای فعال کردن سوئیچ فشار کافی نیست، کنتاکت آن در حالت عادی (بسته) باقی می ماند. این وضعیت توان را به سیم پیچ CR1 رله می فرستد، بنابراین کنتاکت CR1-1 را فعال کرده و آن را در حالت باز نگه می دارد.

با کنتاکت CR1-1 باز شده، چراغ هشدار هیچ توانی دریافت نمی کند. در این مثال ما سوئیچ فشار را در حالت «عادی» خود می بینیم، اما رله در حالت فعال است.

با استفاده از نمادهای پیکان و "X" دوباره برای نشان دادن وجود یا عدم وجود توان در این مدار، اکنون وضعیت آن را با فشار سوئیچ اعمال شده بیشتر از 50PSI تجزیه و تحلیل می کنیم.

اکنون که فشار سیال کافی روی سوئیچ اعمال می شود تا آن را فعال کند، کنتاکت آن با فشار وارده فعال می شود که برای این سوئیچِ «در حالت عادی بسته» باز خواهد بود.

این حالت سیم پیچ CR1 رله را خاموش می کند و اجازه می دهد کنتاکت رله CR1-1 به حالت اولیه (بسته) برگردد، بنابراین توان را به لامپ هشدار ارسال می کند. از این تجزیه و تحلیل می بینیم که لامپ عملکرد زنگ هشدار فشار بالا را برآورده می کند و هنگامی که فشار اعمال شده از نقطه تریپ فراتر می رود، انرژی دار می شود.

مواردی که افراد تازه کار معمولاً دچار ابهام می شوند، این است که فکر می کنند سوئیچ در همان حالتی است که کشیده شده است.

این لزوماً درست نیست. نحوه ترسیم کنتاکت های سوئیچ صرفاً منعکس کننده وضعیت عادی آن هاست که توسط سازنده سوئیچ تعریف شده است و به معنی وضعیت سوئیچ در زمانی است که هیچ محرکی وجود ندارد. اینکه آیا سوئیچ در واقع در حالت عادی خود در هر زمان معین قرار دارد یا خیر، به این پرسش بستگی دارد که آیا محرک کافی برای فعال کردن آن سوئیچ وجود دارد یا نه.

فقط به این دلیل که یک سوئیچ در حالت عادی بسته شده است لزوماً به این معنی نیست که وقتی برای تجزیه و تحلیل بسته در نظر گرفته شود. در واقع، برای این حالت سوئیچ زمانی بسته می شود که هیچ چیز آن را فعال نکند.

این اصل دقیقاً در برنامه نویسی منطقی نردبانی در سیستم های کنترل الکترونیکی موسوم به PLC (کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی) صدق می کند. در PLC، یک ریزپردازنده دیجیتال توابع منطقی را که به طور سنتی توسط رله های الکترومکانیکی پیاده می شود، با برنامه ریزی قبلی از نمودار رله (که نمودار «منطق نردبانی» نیز نامیده می شود) عملی می کند.

در اینجا، دقیقاً همان مدار زنگ فشار بالا را با استفاده از پی ال سی Allen-Bradley MicroLogix 1000 به جای سیم پیچ رله، پیاده می کنیم.

فرض کنید فشار سیال 36PSI به کلید فشاری وارد می شود. این مقدار کمتر از تنظیم سوئیچ 50PSI است و سوئیچ را در حالت «عادی» (بسته) خود می گذارد.

این امر توان را به ورودی I:0/2 پی ال سی ارسال می کند. کنتاکت دارای برچسب I:0/2 که در برنامه منطقی نردبانی PLC ترسیم شده است، مانند یک کنتاکت رله ای است که توسط یک سیم پیچ از پایانه ورودی I:0/2 تغذیه می شود.

بنابراین، کنتاکت سوئیچ فشار بسته پایانه ورودی I:0/2 را فعال می کند، که به نوبه خود نماد کنتاکت در حالت عادی باز I:0/2 را که در برنامه منطق نردبانی ترسیم شده است «می بندد».

این کنتاکت «مجازی» توان مجازی را به سیم پیچ مجازی با برچسب B3:0/0 ارسال می کند، که چیزی بیشتر از یک بیت داده در حافظه ریزپردازنده PLC نیست.

«انرژی دار شدن» این سیم پیچ مجازی هرگونه کنتاکت را که در برنامه با برچسب یکسان کشیده شده است، «فعال» می کند.

این بدان معناست که کنتاکت در حالت عادی بسته B3:0/0 «فعال» می شود و بنابراین در حالت باز است، و توان مجازی را به سیم پیچ خروجی O:0/1 ارسال نمی کند. با سیم پیچ مجازی O:0/1 «بدون توان»، خروجی واقعی O:0/1 در PLC از نظر الکتریکی باز است و لامپ هشدار خاموش است.

اگر فشار سیال 61PSI را روی کلید فشاری وارد کنیم، تماس سوئیچ فشار در حالت عادی بسته به حالت باز (اجباری) فعال می شود. این امر باعث کاهش انرژی ورودی I:0/2 پی ال سی می شود، بنابراین کنتاکت مجازی در حالت عادی باز در برنامه PLC با برچسب یکسان «باز» می شود.

این کنتاکت مجازی «باز» توان مجازی به سیم پیچ مجازی B3:0/0 را قطع می کند و باعث می شود کنتاکت مجازی در حالت عادی بسته B3:0/0 «بسته» شود و توان مجازی را به سیم پیچ مجازی O:0/1 ارسال می کند.

هنگامی که این سیم پیچ خروجی مجازی «انرژی» می گیرد، کانال خروجی واقعی PLC فعال می شود و توان واقعی را به چراغ هشدار ارسال می کند تا آن را روشن کند، که نشان دهنده وضعیت هشداد فشار قوی است.

می توانیم این برنامه PLC را با حذف رله کنترل مجازی B3:0/0 و به سادگی با داشتن داشتن ورودی I:0/2 خروجی O:0/1 را از طریق یک کنتاکت مجازی «در حالت عادی بسته» فعال کنیم.

خروجی نهایی یکسان است. خروجی O:0/1 پی ال سی هر زمان که ورودی I:0/2 خاموش شود فعال می شود (هر زمان که کلید فشاری با فشار بالا باز می شود)، چراغ هشدار را در شرایط فشار بالا روشن می کند.

در شرایط فشار پایین، ورودی I:0/2 با کنتاکت در حالت عادی بسته I: 0/2 مجبور می شود باز شود، بنابراین خروجی O:0/1 پی ال سی را خاموش کرده و چراغ هشدار را خاموش می کند.

کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی نه تنها سیم کشی کنترل های منطقی صنعتی را با جایگزینی تعداد زیادی رله الکترومکانیکی با ریزپردازنده ساده کرده اند و قابلیت های پیشرفته ای مانند شمارنده، تایمر، توابع ریاضی، ارتباطات و البته توانایی تغییر منطق کنترل را از طریق برنامه نویسی به جای سیم کشی مجدد رله ها دارند.

زیبایی برنامه نویسی منطقی در این است که درک تکنسین از مدارهای کنترل رله سنتی را به شکل مجازی تبدیل می کند که در آن کنتاکت ها و سیم پیچ ها برای انجام عملکردهای کنترلی عملی با هم تعامل دارند.

با این حال، یک مفهوم کلیدی برای تسلط، ارتباط شرایط واقعی برای تغییر وضعیت بر اساس نمایش «در حالت عادی» آن کنتاکت های سوئیچ است، چه سوئیچ ها واقعی (رله) یا مجازی (PLC) باشند. پس از تسلط بر این مفهوم مهم، درک مدارهای کنترل رله با سیم و برنامه های PLC امکان پذیر می شود.

بدون تسلط بر این مفهوم مهم، مدارهای کنترل رله و برنامه های PLC به راحتی قابل درک نیستند.