Ελεγχος σταθμης δεξαμενης με δυο αντλιες

Στις υπόγειες εγκαταστάσεις μίας μεγάλης βιομηχανίας έχει τοποθετηθεί δεξαμενή, στην οποία καταλήγουν τα όμβρια ύδατα των φρεατίων. Λόγω των υψηλών απαιτήσεων που έχει η συγκεκριμένη βιομηχανία, έχει γίνει πρόβλεψη για χρήση δύο αντλιών, οι οποίες θα εργάζονται ως εξής:

  1. Όταν η στάθμη της δεξαμενής φτάσει στο 60% της χωρητικότητάς της (Level 2), θα λειτουργήσει η αντλία 1, μέχρι η στάθμη να κατέβει στο 20% (Level 1).
  2. Την επόμενη φορά που η στάθμη του νερού θα ανέβει στο Level 2, θα λειτουργήσει η αντλία 2, μέχρι η στάθμη να κατέβει στο Level 1 (εναλλάξ λειτουργία των δύο αντλιών ώστε να έχουμε όμοια φθορά στους δύο κινητήρες τους).
  3. Σε περίπτωση που η στάθμη της δεξαμενής φτάσει στο 80% της χωρητικότητάς της (Level 3), θα πρέπει να λειτουργήσουν ταυτόχρονα οι αντλίες 1 και 2, μέχρι η στάθμη να πέσει στο Level 1.

tk

Όπως βλέπουμε στην παραπάνω εικόνα, για την σχεδίαση αυτού του απλού αυτοματισμού, θα χρειαστούμε 3 αισθητήρες. Ο αισθητήρας 1 θα ανιχνεύει την χαμηλή στάθμη της δεξαμενής (Level 1, 20% της πληρότητας). Ο αισθητήρας 2 θα ανιχνεύει την μέση στάθμη της δεξαμενής (Level 2,  60% της πληρότητας). Τέλος, ο αισθητήρας 3 θα ανιχνεύει την υψηλή στάθμη της δεξαμενής (Level 3, 80% της πληρότητας).

Περιγραφή σχεδίου κυκλώματος ισχύος

Κινητήρας 1:

Όπως βλέπουμε στην παρακάτω εικόνα, οι τρεις φάσεις της παροχής (L1, L2, L3) περνούν μέσα από τον τριπολικό ασφαλειοδιακόπτη S1. Το ονομαστικό ρεύμα αυτού του διακόπτη εξαρτάται από την ονομαστική ισχύ του κινητήρα 1 και θα πρέπει να είναι ικανός ώστε να ασφαλίζει τη γραμμή αυτή από βραχυκυκλώματα και υπερεντάσεις. Στη συνέχεια, οι 3 φάσεις περνούν μέσα από τις κύριες επαφές του ρελέ ισχύος R1. Τέλος, αφού οι αγωγοί της τριφασικής παροχής περάσουν από το θερμικό ρελέ προστασίας F1 καταλήγουν στον κινητήρα της αντλίας 1.

2 Motors-Power Circuit

Κινητήρας 2:

Ομοίως με τον πρώτο κινητήρα, αφού περάσουμε την τριφασική παροχή από τον ασφαλειοδιακόπτη (S2), συνδέουμε τις 3 φάσεις στις επαφές του ρελέ ισχύος R2. Στη συνέχεια, η τριφασική παροχή περνάνει μέσα από το ρελέ θερμικής προστασίας και από εκεί καταλήγει στον κινητήρα της αντλίας 2.

Επιλογή του κατάλληλου PLC

Η επιλογή του κατάλληλου PLC που θα χρησιμοποιήσουμε στην εφαρμογή αυτή, εξαρτάται από τους παρακάτω βασικούς παράγοντες:

  1. Πλήθος απαιτούμενων ψηφιακών εισόδων,
  2. Πλήθος απαιτούμενων ψηφιακών εξόδων,
  3. Επιθυμητή γλώσσα προγραμματισμού του PLC (Ladder, Function Block Diagram, Instruction List).

Προκειμένου να υλοποιηθεί αυτός ο αυτοματισμός με PLC, θα πρέπει να εξετάσουμε τις απαιτούμενες εισόδους και εξόδους του κυκλώματος. Με τον τρόπο αυτό, θα καταλήξουμε με ασφάλεια στην επιλογή του κατάλληλου PLC, το οποίο θα διαθέτει το πλήθος και τον τύπο των επιθυμητών Ι/Ο.

Είσοδοι του PLC

Στοιχείο του κυκλώματος

Έξοδος του PLC

Στοιχείο του κυκλώματος

I1

Aισθητήρας 2 στo Level 2 (60%)

Q1

Κινητήρας 1

I2

Emergency Stop

Q2

Κινητήρας 2

I3

Αισθητήρας 1 στο Level 1 (20%)

I4

Αισθητήρας 3 στο Level 3 (80%)

I5

Stop του κινητήρα 1

I6

Stop του κινητήρα 2

I7

Θερμικό του κινητήρα 1 επαφή (NC)

I8

Θερμικό του κινητήρα 2 επαφή (NC)

Όπως βλέπουμε στον παραπάνω πίνακα, θα χρειαστούμε 8 ψηφιακές εισόδους και 2 ψηφιακές εξόδους.

Η υλοποίηση αυτού του αυτοματισμού μπορεί να πραγματοποιηθεί με το PLC της Schneider Electric, τύπου Zelio. Ο προγραμματισμός αυτού του PLC θα γίνει με τη γλώσσα Ladder του λογισμικού ZelioSoft 2.

Προγραμματισμός του PLC με γλώσσα Ladder

PLCZelioSoft

Όπως έχουμε πει παραπάνω, για την άντληση των όμβριων υδάτων από τη δεξαμενή, έχουμε τοποθετήσει δύο αντλίες, οι οποίες θα λειτουργούν εναλλάξ: Όταν η στάθμη του νερού μέσα στην δεξαμενή φτάσει στο 60% της χωρητικότητάς της (Level 2), θα πρέπει να λειτουργήσει η αντλία 1, μέχρι η στάθμη να πέσει στο 20% (Level 1). Την επόμενη φορά που η στάθμη του νερού θα φτάσει στο 60% (Level 2), θα πρέπει να λειτουργήσει η αντλία 2, μέχρι η στάθμη να πέσει στο Level 1 (κ.ο.κ). Σε περίπτωση που η λειτουργία της μίας εκ των δύο αντλιών, δεν είναι αρκετή ώστε να αντλήσει το νερό και η στάθμη στη δεξαμενή αυξηθεί στο 80% της χωρητικότητάς της (Level 3), τότε θα πρέπει να μπει σε λειτουργία και η δεύτερη αντλία. Οι δύο αντλίες θα λειτουργούν ταυτόχρονα μέχρι η στάθμη να φτάσει στο Level 1.

Για την επίτευξη της επιθυμητής λειτουργίας των δύο αντλιών, θα επωφεληθούμε από τη χρήση των μνημών Μ, του προγράμματος ZelioSoft 2.

Όπως βλέπουμε στην παραπάνω εικόνα, εκτός από τα ρελέ των εξόδων του Zelio (Q1 και Q2), έχουμε χρησιμοποιήσει τα βοηθητικά ρελέ Μ1, Μ2, Μ3, M4, M5 και Μ6 (μνήμες).

Στο Μ1 αποθηκεύουμε το γεγονός ότι έχει λειτουργήσει ο κινητήρας 1. Επίσης με το Μ1 δίνουμε εντολή λειτουργίας στον κινητήρα 1 (ενεργοποίηση εξόδου Q1).

Αν έχουμε σήμα εισόδου από τον αισθητήρα 2 του Level 2 (60%) και έχει λειτουργήσει ο κινητήρας 1, τότε το βοηθητικό ρελέ Μ2, θα δώσει εντολή λειτουργίας στο M3.

To M3 δίνει εντολή λειτουργίας στον κινητήρα 2, όταν έχει λειτουργήσει ο κινητήρας 1 και εφόσον ξαναέχουμε σήμα από τον αισθητήρα 2 στο Level 2 (ενεργοποίηση εξόδου Q2).

Το Μ4 δίνει εντολή για ταυτόχρονη λειτουργία των κινητήρων 1 και 2 (ταυτόχρονη ενεργοποίηση των εξόδων Q1 και Q2) όταν η στάθμη της δεξαμενής φτάσει στο Level 3.

To M5 θέτει εκτός λειτουργίας τον κινητήρα 1 όταν πέσει το θερμικό του κινητήρα 1 ή δοθεί Stop για αυτόν τον κινητήρα.

To M6 θέτει εκτός λειτουργίας τον κινητήρα 2 όταν πέσει το θερμικό του κινητήρα 2 ή δοθεί Stop για αυτόν τον κινητήρα.

Σύντομη περιγραφή του προγράμματος

Το πρώτο βήμα, κατά την προσομοίωση του προγράμματος, είναι να “κλείσουμε” τις Normal Open επαφές όλων των Stop:

  1. I2. Emergency Stop,
  2. I5. Stop του κινητήρα 1,
  3. I6. Stop του κινητήρα 2,
  4. Ι7. Επαφές NC του θερμικού του κινητήρα 1,
  5. I8. Επαφές NC του θερμικού του κινητήρα 2.

Με τον τρόπο αυτό, ενεργοποιούνται τα βοηθητικά ρελέ Μ5 και Μ6 και αλλάζουν κατάσταση όλες τους οι επαφές εντός του προγράμματος.

Zelio inputs1

Στη συνέχεια, κάνοντας δεξί κλικ στην είσοδο Ι1 (Level 2 sensor), παρατηρούμε ότι ενεργοποιείται η έξοδος Q1 του Zelio, ενώ αν κάνουμε δεξί κλικ στην είσοδο Ι3 (Level 1 sensor) θα δούμε ότι η έξοδος αυτή απενεργοποιείται. Κάνοντας και πάλι δεξί κλικ στην είσοδο Ι1, θα δούμε ότι αυτή τη φορά θα ενεργοποιηθεί η έξοδος Q2 του PLC (ικανοποίηση απαίτησης εναλλάξ λειτουργίας των δύο αντλιών). Την επόμενη φορά που η στάθμη θα ξανανέβει στο Level 2, θα ενεργοποιηθεί η έξοδος Q1 κ.ο.κ.

Zelio output1

Στο σημείο αυτό, με ενεργοποιημένη την έξοδο Q1 ή την έξοδο Q2, κάνουμε δεξί κλικ στην είσοδο I4 (Level 3 sensor). Παρατηρούμε ότι αυτόματα τίθεται σε λειτουργία και η δεύτερη έξοδος (ικανοποίηση απαίτησης ταυτόχρονης λειτουργίας των δύο αντλιών όταν η στάθμη υπερβεί το 80% της χωρητικότητας της δεξαμενής).

Οι δύο έξοδοι του Zelio θα παραμείνουν ενεργοποιημένες μέχρι η στάθμη της δεξαμενής να πέσει στο 20% (Level 1).

Παρατηρήσεις:

  1. Η είσοδος I2 αποτελεί το Emergency Stop  του κυκλώματος. Αν ενεργοποιηθεί, θα προκαλέσει την απενεργοποίηση όλων των εξόδων του PLC, σε οποιοδήποτε σημείο της διαδικασίας. Επίσης, αποτελεί το reset της λειτουργίας. Αυτό σημαίνει ότι η ενεργοποίησή του θα προκαλέσει το «άδειασμα» των μνημών. Έτσι, εάν έχει λειτουργήσει ο κινητήρας 1 και δοθεί Emergency Stop, την επόμενη φορά που η δεξαμενή θα φτάσει στο Level 2 θα ενεργοποιηθεί και πάλι η έξοδος Q1 του Zelio.
  2. Έστω ότι έχουμε ενεργοποιημένη την έξοδο Q1 του PLC (λειτουργία κινητήρα 1). Αν δοθεί Stop 1 (είσοδος Ι5 stop για τον κινητήρα 1) ή αν πέσει το θερμικό 1 (είσοδος Ι7), αυτό θα προκαλέσει την μόνιμη απενεργοποίηση του κινητήρα 1 (τα ρελέ συγκράτησης βγαίνουν εκτός λειτουργίας).
  3. Έστω ότι έχουμε ενεργοποιημένες και τις δύο εξόδους του Zelio. Αν δοθεί stop στον κινητήρα 1 ή πέσει το θερμικό του, η έξοδος Q1 απενεργοποιείται προσωρινά. Δηλαδή τα ρελέ συγκράτησης δεν τίθενται εκτός λειτουργίας. Έτσι, όταν απενεργοποιήσουμε το αντίστοιχο stop ή σηκώσουμε το θερμικό, η Q1 θα ενεργοποιηθεί αυτόματα, μέχρι η στάθμη στη δεξαμενή να φτάσει στο Level 1.
  4. Το δεξί κλικ σε μία είσοδο του Zelio (σε κατάσταση προσομοίωσης) προκαλεί την στιγμιαία ενεργοποίησή της (pulse input). Αν θέλουμε μπορούμε με αριστερό κλικ να ενεργοποιήσουμε μόνιμα την αντίστοιχη είσοδο.

Zelio PLC

To Zelio PLC της εταιρείας Schneider Electric

Συντάκτης:
Γιάννης Σοφιανίδης
Μηχανικός Αυτοματισμού Τ.Ε.

References: Giannis Sofianidis (2013), Automation Engineer, for the sofianidis.eu