Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs - Phần 31: Thiết kế và xây dựng điện
31. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG ĐIỆN
Chủ đề:
Các vấn đề đi dây điện: tủ dây và bố trí, nối đất, che chắn và các tải cảm ứng
Bảo vệ
Mục tiêu:
Để học các vấn đề chính trong thiết kế các bộ điều khiển bao gồm: các sơ đồ
điện, bố cục khung, nối đất, che chắn và bảo vệ.
31.1 GIỚI THIỆU
Không thông thường khi các kỹ sư xây dựng các thiết kế bộ điều khiển của chính
họ. Ví dụ, một khi các thiết kế điện là hoàn thành, chúng phải được xây dựng bởi một
thợ điện. Vì thế, nó là trách nhiệm của bạn để giao tiếp một cách hiệu quả các dự
định thiết kế của bạn với các thợ điện thông qua các bản vẽ. Trong một vài nhà máy,
các thợ điện cũng đưa vào logic bậc thang và làm dò lỗi. Chương này thảo luận các
vấn đề thiết kế trong sự thực thi mà nó phải được cân nhắc bởi người thiết kế.
31.2 SƠ ĐỒ ĐI DÂY ĐIỆN
Trong một thiết đặt công nghiệp một PLC là không đơn giản “plugged into a wall
socket” (cắm vào trong một ổ cắm trên tường). Thiết kế điện cho mỗi máy phải bao
gồm tối thiểu các thành phần sau:
transformers – các máy biến thế - để giảm nấc các điện thế nguồn xoay
chiều tới các mức thấp hơn
power contacts – các công tắc nguồn – để cho phép/không cho phép điện
vào máy bằng tay tới máy với các nút e-stop (dừng điện)
terminals – các đầu cuối – để kết nối các thiết bị
fuses or breakers – cầu chì hay các bộ phận ngắt – sẽ làm cho điện lỗi nếu có
quá nhiều dòng bị hút vào
grounding – nối đất – cung cấp một đường đi cho dòng di chuyển khi có một
lỗi điện
enclosure – bảo vệ – để bảo vệ thiết bị, và các người dùng bởi tiếp xúc bất
ngờ
Một hệ điều khiển sẽ bình thường dùng các nguồn xoay chiều và một chiều tại
các mức điện áp khác nhau. Các phòng điều khiển thường được cung cấp bởi một
pha đơn lẻ xoay chiều tại 220/ 440/550V, hay hai pha xoay chiều tại 20/440Vac, hay
ba pha xoay chiều tại 330/ 550V. Nguồn điện này phải được làm hạ xuống tới mức
điện áp thấp hơn cho các điều khiển và các nguồn cấp điện một chiều. 110 Vac là
thông dụng ở Bắc Mỹ, và 220Vac là thông dụng tại châu Âu và các quốc gia liên bang.
Nó cũng thông thường cho một phòng điều khiển để cấp một điện thế cao hơn cho
các thiết bị khác, như là các động cơ.
Một ví dụ của sơ đồ dây điện cho một bộ điều khiển động cơ được chỉ ra trong
hình 31.1 (ghi chú: các ký hiệu được thảo luận chi tiết sau). Các đường gạch ngang
chỉ ra một thành phần đơn lẻ được mua. Hệ này dùng nguồn xoay chiều 3 pha (L1, L2
và L3) được kết nối tới các đầu cuối. Cả ba pha này sau đó được kết nối tới một bộ
ngắt nguồn điện. Sau đó, tất cả ba pha được cấp cho một động cơ khởi động mà nó
bao gồm ba công tắc, M, và ba rơ le (các bộ ngắt) quá tải nhiệt. Các công tắc, M, sẽ
được điều khiển bởi cuộn dây này, M. Đầu ra của động cơ khởi động đi tới một động
cơ nguồn xoay chiều ba pha. Nguồn được cấp bằng cách kết nối một biến thế nấc
giảm tới điều khiển điện tử bằng cách kết nối tới các pha L2 và L3. Điện thế thấp hơn
sau đó được cấp cho các thanh trái và phải của bậc thang bên dưới. Thanh trung hòa
cũng được nối đất. Logic này bao gồm hai nút ấn. Nút start là thường mở, để nếu
một vài điều gì là lỗi động cơ này không thể được bắt đầu. Nút stop là thường đóng,
để nếu một dây hay kết nối lỗi hệ này ngừng một cách an toàn. Hệ này điều khiển
cuộn dây động cơ khởi động M, và dùng một công tắc tiết kiệm (sơ sài) trên bộ khởi
động này, M, để gắn vào động cơ khởi động.
Thêm: Điện thế cho máy biến thế nấc giảm được kết nối giữa các pha L2 và L3.
Điều này sẽ làm gia tăng điện thế hiệu quả tới 50% của độ lớn của điện thế trên một
pha đơn lẻ nào đó.
Figure 31.1 A Motor Controller Schematic – Một sơ đồ bộ điều khiển điện động cơ
Sơ đồ này cũng chỉ ra đánh số cho các dây trong thiết bị này. Đây là thiết thực
cho các hệ điều khiển công nghiệp mà chúng có thể gồm hàng trăm hay hàng ngàn
dây. Các sơ đồ đánh số này thường là riêng biệt cho mỗi cơ sở, nhưng có các công cụ
để trợ giúp làm các nhãn dây mà chúng sẽ xuất hiện trong phòng điều khiển cuối
cùng.
Một khi thiết kế điện này là hoàn thành, một bố cục của phòng điều khiển được
phát triển, như được chỉ ra trong hình 31.2. Các chiều vật lý của các thiết bị này phải
được xem xét, và không gian đầy đủ là cần đến để đi các dây giữa các thành phần.
Trong phòng này nguồn xoay chiều sẽ đưa vào tại khối đầu cuối, và được kết nối tới
bộ ngắt chính. Nó sau đó sẽ được kết nối với các công tắc (bộ kết nối) và các rơ le
quá tải mà chúng làm chạy động cơ khởi động này. Hai trong số các pha này cũng
được kết nối tới máy biến thế này để cấp nguồn cho logic. Các nút start và stop tại
bên trái của hộp (phòng???) này (ghi chú: bình thường chúng được gắn ở nơi nào đó,
và một bản vẽ bố cục riêng biệt sẽ được cần đến).
Figure 31.2 A Physical Layout for the Control Cabinet
Một bố cục cho phòng điều khiển
Bố cục cuối cùng trong phòng này có thể trông giống như cái được chỉ ra trong
hình 31.3.
Figure 31.3 Final Panel Wiring – Khung dây cuối cùng
Khi đang xây dựng hệ này sẽ theo sau các chuẩn nào đó mà chúng có thể là
chính sách công ty, hay các yêu cầu pháp lý. Điều này thường bao gồm các mục như
là:
hold downs – các hạn chế - nó sẽ đảm bảo cho dây sao cho chúng không di
chuyển
labels – các nhãn – các nhãn dây giúp cho xử lý sự cố
strain reliefs – giảm nhẹ sức căng – chúng sẽ giữ cho dây sao cho nó sẽ
không bị kéo ra khỏi các đầu cuối bắt vít.
grounding – nối đất – các dây nối đất có thể được cần đến trong mỗi bộ
phận rời kim loại cho an toàn
Một ảnh của một phòng điều khiển công nghiệp được chỉ trong hình 31.4.
Lấy một ảnh của một phòng điều khiển nào đó với các dây chạy, dải đầu cuối,
các nút trên mặt trước khung, v.v...
Figure 31.4 An Industrial Controls Cabinet – Một phòng điều khiển công nghiệp
Khi bao gồm một PLC trong sơ đồ bậc thang vẫn duy trì. Nhưng, nó có xu hướng
trở nên phức tạp hơn. Hình 31.5 chỉ ra một sơ đồ đơn giản cho một hệ điều khiển
động cơ dựa trên PLC, tương tự với ví dụ điều khiển động cơ trước.
XXXXXXXXXXXXXX Hình này chỉ ra dây E-stop (dừng điện) để cắt điện tới tất cả
các thiết bị trong mạch, bao gồm PLC này. Mọi chức năng an toàn quan trọng phải
được kiểm soát bằng mạch điện tử theo cách này.
Figure 31.5 An Electrical Schematic with a PLC
Một giản đồ điện với một PLC
31.2.1 Lựa chọn các điện thế
Khi lựa chọn các khoảng điện thế và các loại của đầu vào và các đầu ra của một
PLC một vài sự cẩn thận có thể tiết kiệm thời gian, tiền và nỗ lực. Hình 31.6 chỉ ra ba
mức điện thế khác nhau đang được dùng, vì thế yêu cầu ba thẻ đầu vào khác nhau.
Nếu thiết kế ban đầu đã lựa chọn một điện thế cấp chuẩn cho hệ này, thì chỉ một
nguồn điện, và thẻ đầu vào PLC sẽ đã được yêu cầu.
Figure 31.6 Standardized Voltages – Các điện thế được chuẩn hóa
31.2.2 Nối đất
Các thuật ngữ ground và common thường là được tráo đổi cho nhau (tôi hay
làm điều này), nhưng chúng làm các việc chính khác nhau. Thuật ngữ, ground, đến từ
thực tế mà hầu hết các hệ điện nhận ra một mức điện thế địa phương bằng cách đặt
một vài kim loại trên mặt đất (ground). Sau đó được kết nối tới tất cả các lối ra điện
trong tòa nhà. Nếu có một lỗi điện, dòng này sẽ được truyền tới mặt đất. Thuật ngữ,
common, chỉ ra một điện thế tham chiếu mà các thành phần của một hệ sẽ dùng như
là một điện thế 0 bình thường. Vì thế chức năng của ground là cho an toàn, và
common là cho tham chiếu điện thế. Thỉnh thoảng common và ground được kết nối.
Lý do quan trọng nhất cho nối đất là an toàn người dùng. Dòng điện chạy qua
thân người có thể có các ảnh hưởng phá hoại, đặc biệt là gần tim. Hình 31.7 chỉ ra
một vài mức dòng khác nhau, và các hiệu ứng sinh lý có thể xảy ra. Dòng này phụ
thuộc vào điện trở thân người, và các sự tiếp xúc. Một kịch bản điển hình là, một bàn
tay tiếp xúc một nguồn điện thế cao, và dòng đi qua thân tới một chân tới đất. Nếu
người này đi găng tay cao su và ủng, điện trở là cao và rất ít dòng sẽ di chuyển.
Nhưng, nếu người này có một bàn tay đầy mồ hôi (nước mặn là một dây dẫn tốt), và
đang đứng chân trần trên một vũng nước điện trở của họ sẽ là thấp hơn nhiều. Các
điện thế trong bảng này được đề xuất có lý cho một người lớn khỏe mạnh trong các
trường hợp bình thường. Nhưng, trong khi thiết kế, bạn nên giả sử rằng không điện
thế nào là an toàn.
Dòng trong người
(mA)
Hiệu ứng
0-1
negligible (normal circumstances, 5VDC)
không đáng kể (các trường hợp bình thường, 5VDC)
uncomfortable (normal circumstances, 24VDC)
khó chịu (các trường hợp bình thường, 24VDC)
possibility for harm (normal circumstances, 120VAC)
có khả năng gây hại (các trường hợp bình thường, 120VDC)
muscles contract (norma l circumstances, 220VAC)
co rút cơ (các trường hợp bình thường, 220VDC)
pain, fainting, physical injuries
đau, ngất, chấn thương vật lý
heart fibrillates
khó chịu ở tim ???
burns, breathing stops, etc.
1-5
10-20
20-50
50-100
100-300
300+
bỏng, ngừng thở, v.v...
Figure 31.7 Current Levels – Các mức dòng
Thêm: điện thế bước là một vấn đề khác. Các sóng điện tử từ một chỗ rò đi ra
tới một hướng bức xạ tới mặt đất. Nếu một công nhân có hai chân trên mặt đất tại
các khoảng cách bức xạ khác nhau, sẽ có một khác biệt điện thế giữa các chân mà nó
sẽ gây ra một dòng truyền qua các chân. Yếu điểm của điều này là thế - nếu có một
chỗ rò, không chạy/đi qua/đi tới.
Hình 31.8 chỉ ra một hệ nối đất với một bảo vệ kim loại. Bên trái bảo vệ này có
một máy biến áp, và bảo vệ này được nối trực tiếp tới đất. Các dây này vào và ra bảo
vệ này qua các giảm nhẹ sức căng được cách ly để chúng không tiếp xúc với bảo vệ.
Bộ bảo vệ thứ hai bao gồm một tải, và được kết nối trong một cách tương tự như với
bộ bảo vệ thứ nhất. Trong sự kiện có một lỗi lớn, một trong số các dây dẫn điện
“sống” (“live”) này có thể mất và tiếp xúc với bộ bảo vệ kim loại này. Nếu bộ bảo vệ
này đã không được nối đất, bất cứ ai tiếp xúc với bộ bảo vệ này sẽ nhận một sốc
điện. Khi bộ bảo vệ này được nối đất, đường đi của điện trở giữa các khung (case) và
đất sẽ là rất nhỏ (khoảng 1 ohm). Nhưng, điện trở của đường này qua người sẽ là cao
hơn nhiều (hàng ngàn ohms hay hơn). Vì thế nếu có một chỗ rò, dòng này sẽ chuyển
qua đất có thể “nổ” (“blow”) một cầu chì. Nếu một công nhân tiếp xúc khung này
điện trở của họ sẽ thấp đến nỗi họ có thể không thậm chí nhận ra rò rỉ này.
(Ghi chú của người gõ: Dòng có thể chuyển hai cách, nhưng hầu hết sẽ theo sau
đường của điện trở thấp hơn, nối đất tốt sẽ giữ công nhân an toàn tương đối trong
trường hợp của rò rỉ)
Figure 31.8 Grounding for Safety – Nối đất cho an toàn
Ghi chú: Luôn nối đất các hệ đầu tiên trước khi cung cấp nguồn. Tại lần đầu một
hệ được kích hoạt nó sẽ có một cơ hội lỗi cao hơn.
Khi nối đất không đúng một hệ có thể ứng xử một cách thất thường hay bị phá
hủy. Các mạch nối đất được gây ra khi quá nhiều các kết nối đơn lẻ tới đất được làm
tạo ra các mạch điện của dây. Hình 31.9 chỉ ra các dây nối đất bởi các đường tối hơn.
Một mạch nối đất được gây ra vì một dây nối đất thêm đã được kết nối giữa thiết bị
A và đất. Kết nối cuối cùng tạo ra một mạch. Nếu một dòng được gây ra, mạch này có
thể có các điện thế khác nhau tại các điểm khác nhau. Kết nối này bên phải là thích
hợp hơn, bằng cách sử dụng một cấu hình cây. Các dây nối đất cho các thiết bị A và B
được kết nối ngược lại tới nguồn cấp điện, và sau đó là đất.
Figure 31.9 Eliminating Ground Loops – Tránh các nhiều mạch nối đất
Các vấn đề thường xuất hiện trong các cơ sở rộng vì chúng có thể có nhiều điểm
nối đất tại đầu mút khác nhau của các tòa nhà lớn, hay trong các tòa nhà khác nhau.
Điều này có thể gây ra dòng di chuyển qua các dây nối đất này. Khi dòng di chuyển nó
sẽ tạo ra các điện thế khác nhau tại các điểm khác nhau dọc theo dây. Vấn đề này có
thể được loại trừ bằng cách sử dụng các hệ cô lập điện, như là các khoang móc nối.
Khi thiết kế và xây dựng các hệ điều khiển điện, các điểm sau phải chứng minh
là hữu ích:
Tránh làm nhiều mạch nối đất:
- Kết nối bảo vệ cho buýt nối đất
- Mỗi thành phần PLC phải được nối đất ngược lại tới sát xi (khung) PLC
chính. Khung PLC này phải được nối đất tới mặt bảo vệ phía sau.
- Dây nối đất phải được tách ra từ dây nguồn bên trong các bộ bảo vệ .
- Kết nối tiếp đất máy tới tiếp đất bộ bảo vệ.
Chắc chắn rằng kết nối điện tốt:
- Dùng các vòng đệm hình sao để chắc chắn kết nối điện tốt.
- Gắn các dây nối đất trên kim loại trần, loại bỏ sơn nếu cần.
- Dùng dây đồng nhiều sợi 12AWG cho các thiết bị nối đất PLC và dây đồng
nhiều sợi 8AWG để bảo vệ các nối đất mặt phía sau.
- Kết nối đất phải có ít điện trở (<0,1 ohms là tốt).
31.2.3 Dây
Khi số lượng của dòng được mang bởi một dây nào đó tăng lên, nó là quan
trọng để dùng một dây với một tiết diện ngang lớn hơn. Một tiết diện ngang lớn hơn
gây ra một điện trở thấp hơn, và ít làm nóng dây hơn. Các thiết bị đo dây chuẩn được
liệt kê trong hình 31.10.
AW G # Dia. (mil)
Res. 25C (ohm/1000 ft)
Rated Current (A)
khoảng cách (dặm) điện trở tại 25oC (ohm/1000 ft) Dòng tiêu thụ Ampe
4
6
8
204
162
128
102
81
64
51
40
32
0,25
0,40
0,64
1,0
1,6
2,6
4,1
6,5
10
10
12
14
16
18
20
22
24
25
20
17
26
Figure 31.10 American Wire Gage (AWG) Copper Wire Sizes
Các cỡ dây đồng bộ đo dây Mỹ (AWG)
31.2.4 Bộ triệt
Phần lớn chúng ta đã thấy một máy phát điện Vandegraaf, hay một vài thiết bị
cảm ứng khác mà chúng có thể sinh ra các tia lửa bằng cách dùng các cuộn cảm.
Trong sản xuất có một vài tải cảm ứng lớn mà chúng làm điều này như một vấn đề
thiết kế đáng kể. Điều này bao gồm các thiết bị như là các động cơ lớn và các lò cảm
ứng. Cội rễ của vấn đề là các cuộn dây này hoạt động như các cuộn cảm và khi dòng
được cấp chúng gây ra các từ trường, yêu cầu năng lượng. Khi điện thế cấp được loại
bỏ và các trường này tan rã năng lượng này được kết xuất ngược ra vào trong hệ
điện này. Kết quả là, khi một tải cảm ứng được bật nó hút một lượng dòng dư thừa
(và các ánh sáng mờ), và khi nó được tắt có một độ tăng điện nguồn. Trong thực
hành điều này có nghĩa là các tải cảm ứng lớn sẽ tạo ra các tăng giảm điện áp mà
chúng sẽ phá hủy thiết bị của ta.
Các bộ triệt cho tràn có thể được dùng để bảo vệ thiết bị khỏi các tăng giảm
điện thế được gây ra bởi các tải cảm ứng. Hình 31.11 chỉ ra giản đồ tương ứng với
một tải cảm ứng không bù đắp. Để điều này làm việc tin cậy ta sẽ cần thiết kế hệ
thống trên kể cả các tải tiêu thụ. Giản đồ thứ hai chỉ ra một kỹ thuật cho bù đắp một
tải cảm ứng xoay chiều bằng cách dùng một cặp điện trở tụ điện. Nó làm việc một
cách hiệu quả như một bộ lọc truyền cao mà nó cho phép một tăng giảm điện thế
tần số cao được trở thành mạch ngắn. Bộ triệt cho tràn là thông dụng cho các tải một
chiều. Đi ốt (lưỡng cực) này cho phép dòng từ âm sang dương. Nếu một tăng giảm
điện thế âm được gặp phải nó sẽ đoản mạch qua đi ốt lưỡng cực này.
R = Vs*(0,5 tới 1) ohms
C = (0,5 tới 1)/Adc (microfarads)
Vcapacitor = 2(Vswitching) + (200 to 300) V
trong đó: Adc là dòng tiêu thụ của tải
Vs là điện thế của tải/nguồn điện
Vswitching có thể lên tới 10*Vs
Figure 31.11 Surge Suppressors – Các bộ triệt cho tràn
31.2.5 Bảo vệ PLC
Các PLC được xây dựng tốt và tốt, nhưng chúng vẫn tương đối dễ bị phá hủy
trong khi làm việc. Kết quả là, các bộ bảo vệ thường được dùng để bảo vệ chúng khỏi
môi trường địa phương. Một vài yếu tố quan trọng nhất được liệt kê dưới với các giải
thích ngắn gọn.
Bụi - Bụi và bụi bẩn có thể vào PLC qua các ống thông khí. Khi bụi bịt các
mạch bên trong, và bên ngoài, nó có thể ảnh hưởng đến làm việc. Một
phòng chứa như là Nema 4 hay 12 có thể giúp bảo vệ PLC này.
Độ ẩm – độ ẩm không là một vấn đề với nhiều chất liệu hiện đại. Nhưng, nếu
độ ẩm ngưng tụ, nước này có thể gây ra ăn mòn, dẫn điện, v.v...
Ngưng tụ phải được tránh bằng bất cứ giá nào.
Nhiệt độ - Các chíp bán dẫn trong PLC có các phạm vi làm việc ở đó chúng là
sẵn sàng làm việc. Khi nhiệt độ được di chuyển ra khỏi khoảng này,
chúng sẽ không thực hiện đúng, và PLC này sẽ tắt. Nhiệt độ xung
quanh được sinh ra trong PLC sẽ giúp giữ PLC sẵn sàng làm việc tại các
nhiệt độ thấp hơn (thường là tới 0oC). Mức cao hơn cho các thiết bị
này là khoảng 60oC, nó nói chung là đầy đủ cho các phòng kín, nhưng
các nhiệt độ ấm, hay các nguồn nhiệt khác (ví dụ: sự chiếu xạ trực tiếp
từ mặt trời) có thể làm tăng nhiệt độ trên các giới hạn được chấp
nhận. Trong các điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, hay các đơn vị làm
mát có thể được yêu cầu. (Điều này bao gồm “cold-start” (bắt đầu làm
mát) cho các PLC trước khi các bán dẫn của chúng được làm nóng).
Sốc và rung – Sự tự nhiên của hầu hết các thiết bị công nghiệp là cấp điện để
thay đổi các đối tượng sản xuất. Khi năng lượng được cấp, các sốc và
rung thường được sinh ra. Cả hai sẽ đi qua các chất liệu rắn dễ dàng.
Trong khi các PLC được thiết kế để chịu được một lượng lớn của sốc và
rung, các chất đàn hồi/lò xo đặc biệt hay thiết bị gắn khác có thể được
yêu cầu. Cũng nhớ rằng các xem xét cẩn thận của rung cũng được yêu
cầu khi đi dây.
Sự giao thoa – Các trường điện từ từ các nguồn khác nhau có thể ảnh hưởng
đến các dòng.
Năng lượng - Năng lượng sẽ thay đổi trong nhà máy khi thiết bị lớn được
bật và tắt. Để tránh điều này, các tùy chọn khác nhau là có sẵn. Dùng
một máy biến thế cô lập. Một UPS (Uninterruptable Power Supply)
cũng được trở nên một lựa chọn không đắt, và có sẵn một cách rộng
rãi cho các máy tính cá nhân.
Một tập của các bộ bảo vệ đã được phát triển bởi NEMA (National Electric
Manufacturers Association). Các bộ bảo vệ này được dự định cho các tiêu thụ điện
áp dưới 1000Vac. Hình 31.12 chỉ ra một vài bộ được đánh giá. Các bộ loại 12 là một
lựa chọn thông dụng cho các ứng dụng sản xuất.
Type 1 – Mục đích thông thường – trong nhà
Type 2 – Chống bụi và nước – trong nhà
Type 3 – Chống lấp bụi và mưa và hơi tuyết (đá-băng) – ngoài trời
Type 3R – Không thấm nước và chống hơi tuyết (băng) – ngoài trời
Type 3S - Không thấm nước và chống hơi tuyết (băng) – ngoài trời
Type 4 – Chống bụi và nước lấp – trong nhà và ngoài trời
Type 4X - Chống bụi và nước lấp – trong nhà và ngoài trời
Type 5 – Chống bụi lấp và bụi bẩn – trong nhà
Type 6 – Không thấm nước – trong nhà và ngoài trời
Type 6P – Không thấm nước chìm được - trong nhà và ngoài trời
Type 7 - Các vị trí nguy hiểm – lớp I
Type 8 - Các vị trí nguy hiểm – lớp I
Type 9 - Các vị trí nguy hiểm – lớp II
Type 10 - Các vị trí nguy hiểm – lớp II
Type 11 – Lấp khí, nước, dầu – trong nhà
Type 12 – Lấp bụi và chống rò rỉ – trong nhà
Type 13 – Lấp dầu và bụi – trong nhà
Yếu tố
1 2 3 3R 3S 4 4X 5 6 6P 11 12 12K 13
Prevent human contact
Chống tiếp xúc với người
falling dirt
x x x
x
x x
x
x x
x
x
x
x
x
x x x
x
x x
x
x x
x
x
x
x
x
bụi rơi
liquid drop/light splash
giọt chất lỏng/vệt sáng
airborne dust/particles
bụi/bụi hạt không khí
wind blown dust
x
x
x
x
x
x
x
x
x x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x x
x
bụi gió thổi
liquid heavy stream/splash
dòng/vệt nặng chất lỏng
oil/coolant seepage
dầu/nước làm mát rò rỉ
oil/coolant spray/splash
dầu/nước làm mát phun/vệt
corrosive environment
môi trường ăn mòn
temporarily submerged
ngập tạm thời
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
prolonged submersion
ngập kéo dài
Figure 31.12 NEMA Enclosures – Các bộ bảo vệ NEMA
31.2.6 Nhóm hóa cáp và dây điện
Trong các phòng điều khiển các dây dẫn được truyền qua các kênh hay các bó.
Khi các dây dẫn không giống nhau được chạy cạnh nhau các vấn đề có thể phát sinh.
Các loại cơ bản của các dây dẫn được chỉ trong hình 31.12. Nói chung các dây loại 1
phải không được nhóm với các loại dây dẫn khác. Chăm sóc phải được làm khi chạy
các dây loại 2 và 3 cùng nhau.
(Ghi chú của người gõ: loại 1, các dây nguồn xoay chiều, điện áp vào ra cao xoay
chiều/một chiều. loại 2, các tín hiệu vào ra tương tự, vào ra xoay chiều/một chiều
điện áp thấp, giao tiếp từ xa. loại 3 nguồn một chiều điện thế thấp, truyền thông địa
phương)
Figure 31.13 Wire and Cable Categories – Các loại dây và cáp khác nhau
Các loại đường dây – các kênh – các máng/khay – cáp điện
Các loại dây vào và ra phòng điều khiển một cách độc lập
Khi các dây phải ở gần các loại không tương thích, chúng phải đi qua tại các
góc độ đúng.
31.3 THIẾT KẾ DỰ PHÒNG
Mọi hệ cuối cùng sẽ lỗi. Một thiết kế dự phòng sẽ tối thiểu nguy cơ cho người
và thiết bị. Xem xét sự lựa chọn các kết nối điện. Nếu các dây bị cắt hay các kết nối
lỗi, thiết bị này phải vẫn là an toàn. Ví dụ, nếu một nút stop thường đóng được dùng,
và bộ kết nối bị hỏng, nó sẽ làm cho máy này dừng như nếu nút stop này đã được
bấm.
NO (Normally open – thường mở) – Khi các chuyển mạch hay các cảm biến đã
nối dây mà chúng bắt đầu các hành động, dùng các chuyển mạch thường mở để nếu
có một vấn đề quá trình này sẽ không bắt đầu.
NC (Normally Closed) – Khi các chuyển mạch đã nối dây mà chúng dừng các quá
trình dùng các chuyển mạch thường đóng để nếu chúng lỗi quá trình này sẽ dừng.
Các e-stop (dừng điện tử) phải luôn là NC, và chúng phải cắt điện nguồn chính, không
chỉ là đầu ra khác nào đó tới PLC.
Phần cứng:
Dùng dư thừa các phần cứng
Kết nối trực tiếp các dừng khẩn cấp tới PLC, hay tới nguồn điện chính.
Dùng các thủ tục khởi động được điều khiển tốt mà nó kiểm tra các
vấn đề.
Các nút dừng phải được truy cập một cách dễ dàng từ mọi điểm xung
quanh máy này.
31.4 TÓM TẮT QUY TẮC AN TOÀN
Một tập hợp của các luật an toàn đã được phát triển bởi Jim Rowell
of Me"). Chúng được tóm lược như sau:
Nối đất và các cầu chì:
Luôn nối đất các nguồn cấp điện và các máy biến thế.
Nối đất các bộ bảo vệ kim loại, các vỏ bọc, v.v...
Tất cả các nối đất phải được làm bởi các dây dành riêng mà chúng được
phơi bày để hiện diện của chúng là rõ ràng.
Dùng các cầu chì cho tất cả các dây nguồn xoay chiều, nhưng không
trên các dây trung hòa hay các dây nối đất.
Nếu các ngắt lỗi nối đất được dùng chúng phải trả lời nhanh hơn hệ
điều khiển.
Nóng và dây trung hòa:
Dùng các sơ đồ dây PNP cho các hệ, đặc biệt cho các đầu vào mà nó có
thể khởi tạo các hành động.
Các tải phải được nối dây để dây nối đất/trung hòa là luôn được kết
nối, và nguồn này được chuyển mạch.
Sourcing và sinking thường bị nhầm lẫn, vì thế kiểm tra các sơ đồ hay
tìm kiếm cho các dấu PNP/NPN.
Xoay chiều/một chiều:
Dùng các điện thế thấp hơn khi có thể được, tốt là dưới 50V.
Các chuyển mạch xa và các cảm biến xa dùng nguồn một chiều.
Các thiết bị:
Dùng hợp lệ các máy biến thế cô lập được xếp hạng và các nguồn điện
cho điều khiển các hệ. Hãy coi chừng các máy biến áp tự động.
Dùng các rơ le tích cực hay Force-Guided và các công tắc có thể lỗi một
cách an toàn và chống lại thao tác trong sự kiện của một lỗi nào đó.
Một vài thiết bị ‘thay thế rơ le’ (’relay replacement’) không cô lập đầy
đủ các đầu vào và đầu ra và phải không được dùng trong các ứng dụng
quan trọng an toàn.
Bắt đầu:
Dùng các nút NO và dây cho các đầu vào mà nó bắt đầu các quá trình.
Lựa chọn các nút cọ, và các phần cứng khởi động khác một cách cẩn
thận để chắc rằng chúng là được đánh giá an toàn và sẽ chắc rằng một
người điều khiển là rõ ràng của máy này.
Khi các nút bắt đầu hai tay được dùng, dùng cả các đầu ra NO và NC
cho mỗi nút. Logic bậc thang này sau đó sẽ theo dõi cả hai cho một sự
truyền động được hoàn thành.
Dừng:
Các nút e-stop phải hoàn toàn dừng tất cả các phần của một máy mà
nó không cần cho an toàn.
Các nút e-stop phải được kiểm soát bằng mạch điện tử để loại trừ dòng
tới các hệ truyền động bằng điện.
Dùng nhiều các nút e-stop đầu nấm đỏ mà chúng là dễ dàng đạt đến.
Dùng nhiều các nút e-stop đầu không nấm đỏ cho các dừng hợp lệ.
Một trình tự khởi động lại phải được yêu cầu sau khi một nút stop
được nhả ra.
Các nút e-stop phải giải phóng áp lực trong các máy để cho phép dễ
dàng ‘thoát’ (‘escape’).
Một ‘thủ tục lấy ra’ (’extraction procedure’) phải được phát triển để các
công nhân bị mắc kẹt có thể được làm cho tự do.
Nếu có các thiết bị lưu trữ bất cứ nguồn điện nào (như là một bộ lưu tụ
điện) chắc chắn rằng chúng được vô hiệu hóa bằng các nút e-stop.
Dùng các nút NC và dây cho các đầu vào mà nó dừng các quá trình này.
Dùng các bảo vệ mà chúng chống lại hành động khi không an toàn, như
là máy phát hiện cửa mở.
Nếu lỗi của một đầu vào dừng có thể gây ra một lỗi nghiêm trọng, thêm
một dự phòng
Xây dựng:
Đi dây để điện đi vào đỉnh của một thiết bị.
Làm sự chăm sóc đặc biệt để đánh giá các quy định khi làm việc với các
máy mà nó như là các máy ép hay các phanh.
Kiểm tra bộ phanh dùng cho các trường hợp quá tải và bảo vệ bổ sung.
Một ngắt điện phải được đặt trên hay trong một phòng điều khiển.
Các dây phải được nhóm lại bằng các tiêu thụ điện/điện thế. Chạy các
cáp điện hay các ống luồn dây cho các điện thế khác nhau.
Cô lập dây phải được đánh giá cho điện thế cao nhất trong phòng này.
Dùng các đèn màu để chỉ thị các trạng thái thực hiện. Màu xanh lá chỉ
ra đang thực hiện một cách an toàn, đỏ chỉ ra có vấn đề.
Xây dựng các phòng để tránh ô nhiễm từ các chất liệu như là các dầu.
Các cáp điện phải được làm kín với các hợp chất có thể loại trừ được
nếu chúng dẫn tới các khoảng trống tại các nhiệt độ và các mức độ ẩm
khác nhau.
Các dải đầu cuối vị trí và các thành phần khác trên 18 ing cho các lý do
hiệu quả.
Các phòng này phải được bảo vệ với các cầu chì được đánh giá một
cách phù hợp.
Các đối tượng cỡ ngón tay phải không có khả năng đạt đến bất cứ điện
thế đang chạy (sống - live) nào trong một phòng được hoàn tất, tuy
nhiên các đầu dò DMM phải có thể có khả năng đo các điện thế.
31.5 THAM KHẢO
31.6 TÓM TẮT
Các giản đồ được dùng để bố trí và đi dây các phòng điều khiển.
Các ký hiệu dây JIC có thể được dùng cho mô tả các thành phần điện.
Nối đất và bảo vệ có thể giữ cho một hệ an toàn và chạy một cách tin cậy.
Các thiết kế dự phòng chắc chắn rằng một bộ điều khiển sẽ gây ra thiệt hại tối
thiểu trong sự kiện có một lỗi nào đó.
Bộ bảo vệ PLC được lựa chọn để bảo vệ một PLC khỏi môi trường của nó.
31.7 BÀI TẬP THỰC HÀNH
1. Các bước nào được yêu cầu để thay thế một PLC kém hiệu quả?
31.8 GIẢI PHÁP CHO BÀI TẬP THỰC HÀNH
1. Trong một khung mà thẻ kém hiệu quả này được loại trừ và được thay thế. Nếu
thẻ này có các đầu cuối đi dây chúng được loại trừ đầu tiên, và được kết nối tới thẻ
thay thế.
31.9 GIAO BÀI TẬP
1. Chỗ tốt nhất cho một bộ bảo vệ PLC là ở đâu?
2. Một khoảng nhiệt độ và độ ẩm điển hình cho một PLC là gì?
3. Vẽ giản đồ điện và bố cục khung cho logic rơ le sau. Hệ này sẽ được kết nối tới
nguồn 3 pha. Chắc rằng để bao gồm một bộ ngắt kết nối nguồn điện chính.
4. Tại sao các nút và các dây được gán nhãn trên một giản đồ, và trong buồng điều
khiển?
5. Định vị trí của tối thiểu 10 ký tự JIC cho các cảm biến và các bộ truyền động trong
các chương trước.
6. Bảo vệ và nối đất giống nhau như thế nào? Chúng có thể được nối với nhau
không?
7. Các vấn đề nối đất đáng kể là gì?
8 . Tại sao các dây nối đất được kết nối theo một cấu hình cây.
17 trang
23861
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs - Phần 31: Thiết kế và xây dựng điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_he_thong_san_xuat_tu_dong_hoa_voi_plcs_phan_31_th.pdf
