1

Electrische Systemen voor ED&I

ELS-1 meetprotocol-3

2017

Dit schakeltechnisch practicum

kun je in je eigen tempo

doorlopen. Per tweetallen

gebruik je 1 schakelkast.

2

1. Schakeltechnisch practicum: de relaistechniek

Doel van de proef

De student leert:

-omgaan met veel gebruikte apparatuur op het laboratorium

-opzetten van schema’s en aansluiten volgens schema

- kennis maken met handbediende- en magneetschakelaars, smeltveiligheden en

thermische beveiligingen.

Voorbereiding op de metingen

Lees aandachtig het gedeelte introductie van deze handleiding, alvorens het practicum

te volgen.

Het kan makkelijk zijn om een eigen laptop te gebruiken om op later tijdstip software

voor de PLC in de PLC te schieten. Het zipbestand is te downloaden via

www.rogierhaas.com/siemenslogo7.zip

introductie:

Dit deel gaat over het veilig in- en uitschakelen van verbruikers. Door middel van

relaistechnieken worden contactoren volgens een vooropgezet schakelplan bediend.

Begrippen maak en verbreek

In de schakeltechniek onderscheiden we schakelaars die een maak- of een

verbreekcontact hebben. In elektrische schema's wordt altijd de ruststand' oftewel de

niet-bediende toestand getekend:

Maakcontact (no) Verbreekcontact (nc) Handbediende

Handbediende

normally open normally closed niet-terugverende terugverende

drukknop drukknop

3

Elk elektrisch apparaat, -toestel ed. moet spannings- en stroomloos gemaakt kunnen

worden. Hiervoor maakt men gebruik van schakelaars. Iedere schakelaar heeft z'n

specifieke toepassing, en afmeting.

Van belang zijn:

-De stroom die de contacten nominaal kunnen voeren en kunnen schakelen.

-De stroom die in geval van kortsluiting nog geschakeld kan worden door die

-De spanning die maximaal op de schakelaar gezet kan worden.

Pushbuttonpaneel.

Op dit paneel is een drietal push-buttonschakelaars aangebracht. Elke schakelaar heeft

een Normally Open (NO) en een Normally Closed (NC) contact.

4

Magneetschakelaar

Het is ook mogelijk met behulp van een elektromagneet een stroomkring te openen of te

sluiten. Hiermee kunnen we dan een elektrisch apparaat in- of uitschakelen. Dit noemt

men een magneetschakelaar. Wanneer de spoel in de magneetschakelaar wordt

bekrachtigd, dan zal door de spoel een stroom gaan lopen. Deze stroom veroorzaakt

een elektromagnetische krachtwerking binnen de spoel. De maakcontacten (no) worden

gesloten en de verbreekcontacten (nc) worden geopend.

Het hoofdstroom-stuurstroom relais

Dit type relais is een van de belangrijkste componenten in ons circuit. De afbeelding

toont de aansluitingen van het relais zoals deze wordt gebruikt.

Van links naar rechts: de spoel, drie hoofdstroomschakelaars, twee n.o.schakelaars en

twee n.c. schakelaars.

Bij bekrachtiging van de spoel zullen alle schakelaars (zie stippellijn)

gelijktijdig omschakelen.

5

Timer relais (relais met opkomvertraging)

Dit relais zal bij bekrachtiging van de spoel, niet direct

schakelen, maar pas na een vooraf ingestelde tijd.

De spoel (links op de foto) bedient een “om”-schakelaar,

een schakelaar met één moedercontact en twee schakel

kontakten, een

n.c. contact (links) en een n.o. contact (rechts).

Beveiligingen

In het practicum worden 2 soorten beveiligingen toegepast, namelijk de

smeltveiligheden en de thermische beveiligingen.

Smeltveiligheid

Om te zorgen dat de temperatuur van leidingen en andere delen van een installatie niet

te hoog oploopt, wordt deze beveiligd. Een smeltveiligheid onderbreekt de stroom dan

bij kortsluiting. Een eigenschap is dat smeltveiligheden traag reageren op een kleine

overschrijding van de maximale stroom maar juist weer snel op grote overschrijdingen

van de stroom.

6

thermische beveiliging

Een thermische beveiliging beveiligt tegen overbelasting. De stroom wordt begrensd op

een ingestelde waarde. Het is geen beveiliging tegen kortsluiting, zoals de

smeltveiligheid.

Als in het bovenstaande geval de stroom door de motor te hoog wordt, dan worden een

maak- en een verbreekcontact van de beveiliging geschakeld. Hiermee kan een motor

in de besturing worden uitgezet.

In het practicum wordt een paneel toegepast, waarop een overbelastingsbeveiliging is

aangebracht. De linker 6 aansluitingen, aangeduid met 1 t/m 6, worden opgenomen in

de hoofdstroom. De twee schakelaars aan de rechterzijde worden in het

stuurstroomdeel van de schakeling gebruikt.

7

Spanning aansluiten

Aan de zijkant van de practicumkast is een aansluitpaneel aangebracht om een

driefasenspanning op de kast te gebruiken. De lijnspanningen bedragen 42V en de

fasenspanningen 26V. (iets meer dan 24V)

meting 1

zie onderstaande schakeling

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

Vraag je docent om de schakeling te controleren.

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

8

meting 2

uitleg

Zie de bovenstaande afbeelding: Aan de bovenzijde staat een kolomaanduiding. Een

kolom is het schemadeel rechts naast het kolomnummer. Onder aan de pagina (de

onderrechthoek) staat naast de schemanaam ook het bladnummer van het schema

aangegeven dat een rol speelt in de eerder genoemde componentbenoeming.

Linksonder in het schema zien we een relaisspoel opgenomen. De aanduiding van de

spoel (Q) wordt volledig weergegeven door allereerst het bladnummer te noemen,

vervolgens aan te duiden of het een hoofdrelais (Q) of een hulprelais (K) betreft.

Vervolgens staat als laatste de kolom weergegeven waarin de spoel is getekend. In dit

voorbeeld zijn de gegevens: hoofdrelais op blad 4 kolom 2 dus: 4Q2.

Onder de spoel staat een tabel waarin alle kontaktors van de spoel staan aangegeven

op blad en kolom zoals hier een maakkontakt (M) op blad 4, kolom 3.

De schakelaar heeft dezelfde naam als de relaisspoel, maar wordt middels de

aansluitpunten (hier 13 en 14) onderscheiden van andere schakelaars van dezelfde

relaisspoel.

Linksboven in het schema staat op faselijn L1 een smeltveiligheid (Fuse). Deze wordt in

principe op dezelfde wijze aangeduid als een relaisspoel (nu met de F) met onder de

naam (4F1) de waarde van de zekering, hier 6A.

Opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

Vraag je docent om de schakeling te controleren.

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

9

meting 3

uitleg

Door nu een maakcontact van de magneetschakelaar over de drukknop te schakelen,

houdt deze zichzelf bekrachtigd na loslaten van de drukknop. Dit is de meest

eenvoudige vorm van een geheugenelement.

Opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

Vraag je docent om de schakeling te controleren.

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

o Breid de schakeling uit met de mogelijkheid om de schakeling ook uit te kunnen

zetten. Gebruik hiervoor de verbreker van de stopknop.

10

meting 4

Zie de onderstaande schakeling:

uitleg

Dit handbediende verkeerslicht wordt gerealiseerd twee drukknoppen, die een rode- en

een groene lamp bedienen De eis is dat de situatie groen èn rood tegelijkertijd niet mag

optreden.

Door de ingebouwde elektrische vergrendeling worden de contacten K1.s3 en K2.s3 op

hetzelfde moment geopend na gelijktijdig indrukken van S1 en S2. Het is daardoor

onmogelijk dat contacten van twee verschillende magneetschakelaars precies tegelijk

schakelen. De rode óf de groene lamp zal dus aan gaan en het is niet te voorspellen

welke dat zal zijn.

Opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

Vraag je docent om de schakeling te controleren.

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

11

meting 5

Zie de onderstaande schakeling:

uitleg

Q4 is een zogenaamd timerrelais. Na inschakelen zal eerste de rode lamp branden. Na

een ingestelde tijd gaat de rode lamp uit en wordt de groene lamp geschakeld.

Opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

Vraag je docent om de schakeling te controleren.

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

12

meting 6

Zie de onderstaande schakeling:

uitleg

Een driefasenmotor wordt in ster aangesloten en bediend. Tevens wordt een extra

contact voor overstroombeveiliging in het hulpstroomcircuit opgenomen.

opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

o Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit

o Vraag dan je docent om de schakeling te controleren.

o Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

13

meting 7

Zie de onderstaande schakeling:

opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

o Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit

o Vraag dan je docent om de schakeling te controleren.

o Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

14

meting 8

Zie de onderstaande schakeling

uitleg

Een methode om deze aanloopstroom te beperken is gebruik maken van een ster-

driehoekschakeling. De aanloopstroom wordt hierdoor met een faktor 3 verkleind.

opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A).

o Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit

o Vraag dan je docent om de schakeling te controleren.

o Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

o Breid het schema uit voor de volgende werking: ster- driehoek en

linksom/rechtsom

o Bedraad eerst het hoofdstroomcircuit

o Vraag dan je docent om de schakeling te controleren.

o Bedraad vervolgens in een andere kleur het hulpstroomcircuit

o Vraag dan je docent opnieuw om de schakeling te controleren.

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

Opdracht schakeltechnisch practicum: de relaistechniek

o Teken met de hand het stuurstroomschema en het hoofdstroomschema van een

stoplichtinstallatie: eerst groen, dan oranje en dan rood. Maak hierbij gebruik van

timers, die om beurten schakelen.

o Gebruik daarbij de officiële coderingen, die in het meetprotocol zijn uitgelegd.

o Lever dit nieuwe meetprotocol als opdracht meting 5 in bij je docent ter

beoordeling.

15

5. schakelen met PLC’s I

Doel van de proef

De student leert:

-omgaan met veel gebruikte apparatuur op het laboratorium

-opzetten van schema’s en aansluiten volgens schema

- kennis maken met handbediende- en magneetschakelaars en programmainstructies

met de PLC.

Voorbereiding op de metingen

Lees aandachtig het gedeelte introductie van deze handleiding, alvorens het practicum

te volgen.

Het kan makkelijk zijn om een eigen laptop te gebruiken om op later tijdstip software

voor de PLC in de PLC te schieten. De bestanden hiervoor staan ook op het intranet van

de HVA.

introductie:

Dit deel gaat over het veilig in- en uitschakelen van verbruikers. Door middel van

relaistechnieken en PLC-programmstructuren worden contactoren volgens een

vooropgezet schakelplan bediend.

16

uitleg

De PLC bestaat uit ingangsbedrading en uitgangsbedrading. Tussen de ingangen en de

uitgangen moet het PLC-programma worden geschreven. Hierdoor wordt het

hulpstroomschema vervangen door het PLC-programma.

Het bovenstaande schema houdt in dat als de ingang I1 hoog wordt (24V), dan wordt

het relais (Q1) van de PLC geschakeld.

I1 kan bedraad worden door een schakelaar en Q1 kan een magneetcontactor

bedienen. De magneetcontactor schakelt bijvoorbeeld een zware pomp aan of uit.

Eenvoudig bedradingsschema met de PLC

De bovenstaande schakeling is een simpel voorbeeld van een pomp, die aan- en

uitgeschakeld kan worden.

Altijd wordt het starten met een maak- en het stoppen met een verbreekschakelaar

uitgevoerd. De reden is veiligheid: valt de 24V-aansluiting weg op I2, zelfs door een

draadbreuk, dan wordt alles uitgeschakeld.

N

L1 = 230V

pump

24V

Q1

I2 I1

24V

0V

K1 K1:1

start stop

PLC

17

Meting 1

Het schakelbord voorbereiden op de PLC: de I/O-test.

uitleg

Met deze schakeling test je of de relais’ goed reageren op de drukknoppen. Uiteraard

moet je nog wel het juist programma in de PLC programmeren en schieten.

opdracht

o Bouw bovenstaand schema op het schakelbord, geheel in dezelfde en eigen

draadkleur

o Programmeer mbv de Siemens software (intranet) zodanig, dat de ingangen

worden gekoppeld aan de uitgangen

o Test de schakeling op de juiste werking

o Laat deze fysieke bedrading zo staan. Breek deze niet af, voordat je alle

volgende opdrachten hebt gerealiseerd

.

18

meting 2

De maak- en verbreker bedraden in de PLC

uitleg

Omdat de stopschakelaar altijd als verbreekcontact wordt bedraad, zou deze als

maakcontact in het PLC-programma moeten worden geprogrammeerd.

Dit levert veelal onduidelijkheid op.

Daarom wordt eerst via een merker M1 gewerkt. In het programma zorgt M1 voor het

verbreken van de schakeling. (Er wordt eigenlijk 3x een verbreekcontact gerealiseerd,

zodat er weer een verbreekcontact ontstaat)

opdracht

o Realiseer de bovenstaande schakeling met de pc of eigen laptop. Het

programma van deze Siemens-plc is te installeren vanaf het intranet.

o Laat de I/O-bedrading staan: BREEK DEZE NIET AF!

o Test het PLC-programma door deze te simuleren. (vraag je docent voor de

eerste aanzet, anders loop je vast)

o Bouw tevens het hoofdstroomcircuit op, (naast het al eerder opgezette I/O-

gedeelte dat in een aparte kleur staat) : het aanzetten een lamp dmv contactor

K1.

o Laat deze controleren.

o Test de schakeling op de juiste werking

opdracht

o Het plc-programma voldoet nog niet.. je docent geeft verdere uitleg.

o Pas het programma aan op de volgende wens: eerst moet een rode lamp

branden en na 5 seconden moet contactor K1 pas inschakelen om de lamp aan

te zetten.

o De rode lamp moet dan uitgaan en de groene lamp moet aangaan.

o Verander dat in het programma en schiet dit in de PLC

o Simuleer de schakeling op de juiste werking

o Vervang de lamp voor een motor, die in ster staan aangesloten

o Simuleer de schakeling op de juiste werking

o Print de schakeling uit en lever deze als hardcopy in. (LAAT HET I/O-

GEDEELTE INTACT)

19

meting 3

motoren linksom/rechtsom met de plc:

opdracht

o Neem in serie met L1, L2, en L3 zekeringen op in je meetopstelling.(gebruik het

3-fasen-zekeringskastje met automaten van 6A). LET OP: 24VOLT

o Bedraad allen het linkerdeel van het hoofdstroomcircuit in een andere kleur dan

de I/O-schakeling. (het rechter deel wordt vervangen door jouw PLC-

programma).

o Programmeer zelf het PLC-programma

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

o Maak een print van het PLC-programma en lever deze in.

opdracht

o Breid het PLC-programma uit voor de overstroombeveiliging

o Bedraad de overstroombeveiliging mee in de schakeling

o Bouw de bovenstaande schakelingen en test de werking.

opdracht

o Wanneer de motor wordt gestopt, dan draait deze altijd even door

o Pas het PLC-programma aan, dat na het stoppen van de motor het 5 seconden

duurt voordat deze weer kan worden aangezet.

o Schiet het programma in de PLC en test de werking.

20

meting 4

Het schema voor de ster-driehoekschakeling.

uitleg

Je hebt ooit eerder de ster-driehoekschakeling gebouwd en getest. Nu doe je hetzelfde

met de PLC.

opdracht

o Er wordt opnieuw een drietal contactors gebruikt: 1Q5, 1Q8 en 1Q9

o Met een maakcontact als startknop wordt de motor in ster geschakeld

o Pas dan worden de twee contactoren 1Q5 en 1Q8 voor de sterschakeling

ingeschakeld.

o Na 5 seconden (gebruik hiervoor een timer) valt 1Q8 af en wordt 1Q9

ingeschakeld.

o Als de motor in ster staat, brandt er een rode lamp

o Als de motor in driehoek staat, brandt er een groene lamp

o De motor staat dan in driehoek geschakeld.

o Met een verbreekcontact moeten alle contactoren spanningsloos worden

geschakeld.

o Simuleer de schakeling op de juiste werking. Laat de simulatie controleren!

o Bouw de schakeling en test deze.

opdracht

Helaas is je schema niet helemaal perfect. Uit de simulatie blijkt dat er geen tijdverschil

is tussen het omschakelen van ster naar driehoek tussen beide relais’ 1Q8 en 1Q9.

Door de massatraagheid van de contactoren zal er in de praktijk waarschijnlijk niets

misgaan, maar elegant is het niet.

o Pas het programma aan door tussen het afvallen van 1Q8 en inschakelen van

1Q9 0,2 seconde tijdvertraging in te bouwen

opdracht

In het plc-programma ontbreekt het overstroombeveiligingsdeel. Dit contact moet als

een aparte ingang op de plc worden aangesloten en in het plc-programma worden

verwerkt.

21

6. schakelen met PLC’s II

meting 1

ster-driehoek-links-rechts

Programmeer zelf het schema van het PLC-programma voor de ster-

driehoekschakeling en linksom- rechtsom.

uitleg

de overstroombeveiliging past niet goed in het overzicht. Deze valt bovenin het schema

deels weg.

opdracht

o Bouw eerst de I/O-bedrading

o Test de I/O-schakeling

o Simuleer de PLC-schakeling op de juiste werking.

o Bedraad het hoofdstroomschema, gebaseerd op ster, driehoek, links en rechts

o Test eerst manueel het hoofdstroomschema op de juiste werking.

o Zet de PLC in de RUN-modus en controleer de schakeling op de juiste werking.

opdracht

o De zojuist gebouwde PLC-schakeling is nogal omslachtig en kan eenvoudiger

worden opgezet.

Programmeer een eigen programma voor ster-driehoek-links-rechts en simuleer

deze.

o Schiet deze in de plc en test de schakeling in combinatie met de hardware.

22

Meting 2 (optioneel)

schakelen met Crouzet- of Siemens-PLC’s

Gebruik bij deze opdracht het Siemens-plc-programma of het programmeerprogramma

van de Millenium-controller. Beide zijn te vinden op het intranet.

Een voordeel van de Millenium-controller is dat deze te programmeren is in

Sequentional Function Charts (SFC’s)

Voor beide programma’s geldt ‘wysiwyg’: WhatYouSeeIsWhatYouGet’

opdracht

o Maak opnieuw een stoplichtinstallatie voor een gelijkwaardige kruising van

alleen gemotoriseerd verkeer. Er moet gewerkt worden met herhalende

stappen.

opdracht

o Tussen het rood van de ene en het groen van de andere verkeersdeelnemers

moet een tijdvertraging zitten.

o Het moet een zogenaamde tijdloze schakeling zijn, dus continu herhalend.

opdracht

o Het stoplicht moet kunnen worden uitgezet, zodat alleen de oranje lichten blijven

knipperen.

o Print de uitwerking van het programma uit en lever deze in.

opdracht

o Na het uitzetten van het stoplicht moeten alle stoplichten naar rood worden

geprogrammeerd.

Vervolgens valt de regeling weg en knipperen alleen nog de oranje lichten

o Print de uitwerking uit en lever deze in.

Geen enkel programma is gelijk aan elkaar. Een kopie valt direct op.

‘je doet het voor jezelf’

23

Bijlagen

24

25

26