تعریف مدار فرمان و مدار قدرت

اولین گام جهت وارد شدن به صنعت برق شناخت تجهیزات و مدارهای الکتریکی است. به صورت کلی می توان مدارهای موجود در انواع تابلو برق را به دو گروه مدار فرمان و مدار قدرت تقسیم کرد. در نظر داشته باشید که با توجه به نوع و پیچیدگی تابلو برق ممکن است مدارهای دیگری مانند مدار اندازه گیری، مدار حفاظتی و غیره نیز در آن وجود داشته باشد. مهارت شناخت مدار فرمان و مدار قدرت پایه اصلی در طراحی، مونتاژ و عیب یابی انواع تابلو برق و تاسیسات برقی است. قابل ذکر است که شناخت مدار فرمان یک پیش نیاز مهم جهت وارد شدن به دنیای PLC و تاسیسات پیچیده تر نیز می باشد.

مدار قدرت

قبل از پرداختن به کاربرد مدار فرمان بهتر است با مدار قدرت آشنا شویم. مدار قدرت شامل تجهیزاتی است که جریان برق به صورت مستقیم از آن ها عبور می کند. این تجهیزات قادر هستند جریان برق را قطع و وصل کرده و انواع بار را خاموش و روشن کنند. به عنوان مثال مدار قدرت ستاره مثلث را در نظر بگیرید. در این مدار انرژی برق وارد پلاتین های قدرت کنتاکتورها شده و در نهایت به موتور سه فاز متصل می شود. در بخش قدرت تجهیزات زیاد دیگری مانند بریکر، فیوز، کلید دستی، کنتاکتور، چنج آور و غیره وجود دارد.

مدار فرمان

روش کار تجهیزات در یک تابلو برق یا تاسیسات توسط مدار فرمان کنترل می شود. به عبارت ساده تر مدار فرمان مشخص می کند که کدام قسمت از مدار روشن و خاموش شود. برای درک بهتر موضوع مدار فرمان ستاره مثلث اتوماتیک را در نظر بگیرید. در این مدار با فشردن شستی استارت ابتدا کنتاکتور نرمال و کنتاکتور ستاره روشن می شوند. وصل همزمان این دو کنتاکتور باعث راه اندازی موتور به صورت ستاره خواهد شد.

در مقالات بعدی فرا خواهیم گرفت که در مدار فرمان ستاره مثلث یک تایمر نیز وجود دارد. پس از سپری شدن زمان مشخص شدن روی این تایمر ابتدا کنتاکتور ستاره خاموش و بعد کنتاکتور مثلث روشن می شود. این جابجایی کنتاکتورها باعث تغییر مدار قدرت از ستاره به مثلث خواهد شد. پس از فشردن شستی استارت کار کردن موتور تا هنگام فشار دادن شستی استپ، قطع برق و یا رخ دادن خطا ادامه پیدا می کند. در تصویر زیر مدار فرمان راه اندازی ستاره مثلث اتوماتیک را مشاهده می کنید. شناخت کامل تجهیزات مدار فرمان و روش طراحی این گونه مدارها در مقالات بعدی به صورت کامل شرح داده می شود.

تفاوت مدار فرمان و مدار قدرت

همانطور که مشاهده کردید مدار فرمان و مدار قدرت دو جزء به هم پیوسته ولی متفاوت هستند. مدار قدرت وظیفه ی قطع و وصل جریان های زیاد را داشته می تواند بارهای مختلف را خاموش و روشن کند. از طرفی مدار فرمان با جریان های بسیار پائین کار کرده و از شستی ها، پلاتین های فرمان، تایمر، بوبین و غیره تشکیل شده است. کاربرد مدار فرمان کنترل کلیدها و تجهیزات قدرت بوده و مشخص می کند که کدام قسمت از مدار در چه زمانی و به چه شکلی کار کند. از تفاوت های مهم در مدار قدرت و فرمان می توان به این موارد اشاره کرد:

• تجهیزات مدار قدرت دارای ولتاژ و جریان های بالا هستند ولی تجهیزات مدار فرمان با ولتاژ و جریان های پائین کار می کنند.
• کاربرد مدار فرمان در زمینه ی کنترل و مدار قدرت در زمینه ی قطع و وصل جریان های بزرگ است.
• مدار قدرت از سیم، کابل و شینه با سطح مقطع های بسیار بزرگ تشکیل شده ولی مدار فرمان دارای سیم های با سطح مقطع بسیار پائین است.
• مدار قدرت معمولا به صورت سه فاز طراحی شده ولی مدار فرمان به صورت تکفاز AC و یا به صورت DC با ولتاژهای مختلف طراحی می شود.
• مسیر های موجود در مدارهای قدرت معمولا کمتر از مسیرهای موجود در مدار فرمان است.
• عیب یابی در مدار قدرت معمولا ساده تر از عیب یابی در مدار فرمان است.
• ترسیم مدار قدرت در مقایسه با طراحی مدار فرمان ساده تر و سریع تر انجام می شود.

اجزای مدار قدرت و فرمان با توجه به نوع تاسیسات و تابلو برق مشخص خواهند شد. مدار قدرت به صورت کلی شامل بریکر، فیوز، کلیدها، کنتاکتورها و غیره بوده و جریان اصلی بار را از خود عبور می دهند. در طرف مقابل یک مدار فرمان شامل ادوات کنترلی بوده و به روش کار سیستم را تعیین می کند. در ادامه با اجزای تشکیل دهنده ی مدار فرمان بیشتر آشنا می شویم. همانطور که در ابتدای مقاله شرح داده شد جهت آشنایی با ادوات قدرت می توانید بخش های دیگر مانند مقالات راه اندازی موتورهای سه فاز و غیره را مطالعه کنید.

بخش های مدار فرمان

به صورت کلی می توان مدار فرمان را به سه بخش ورودی، پردازشگر و خروجی تقسیم کرد. این دسته بندی تنها جهت بررسی بخش کنترل بوده و می توان گفت که تاسیسات الکتریکی شامل بخش های دیگری مانند تجهیزات حفاظتی، قدرت، جمع آوری و انتقال اطلاعات، کنترل از راه دور و غیره نیز هستند. طبق تصویر زیر واحد پردازش مدار فرمان در قسمت میانی قرار گرفته و بر اساس ورودی های مختلف، خروجی ها را کنترل می کند. قابل ذکر است که بخش پردازش می تواند از کنتاکت های باز و بسته، تایمرها، رله های قابل برنامه ریزی مانند مینی پی ال سی و سیستم های پیچیده تر مانند انواع PLC و HMI تشکیل شده باشد. در این بخش با اجزای اصلی مدار فرمان آشنا شده و در بخش های بعدی نحوه نصب و سیم بندی تجهیزات کنترلی را فرا خواهیم گرفت.

ورودی مدار فرمان

اولین بخش مدار فرمان ورودی نام دارد. ورودی یا Input به معنی این است که یک مدار یا پروسه بر اساس چه شرایطی شروع به کار کرده و یا متوقف شود. در نظر داشته باشید که ورودی های یک مدار فرمان ممکن است وابسته به انسان، زمان، ماشین آلات دیگر، شرایط محیطی، تایمرها و غیره باشد. در واقع با اعمال یک ورودی به مدار فرمان اعلام می کنیم که باید تصمیم خاصی گرفته شود. به عنوان مثال طبق تصویر زیر، فرمان استارت توسط یک شستی، مشخص می کند که یک الکتروموتور باید شروع به کار کند. فرمان های بعدی در این مدار ممکن است برای متوقف کردن و یا ایجاد تغییر در آن مانند کنترل سرعت، جهت و غیره باشد. برای طراحی یک مدار فرمان مناسب، ابتدا باید تمام ورودی ها و انواع آن ها را مشخص کنیم. در مدارهای پیچیده بهتر است از حالت های گرافیکی یا فلوچارت استفاده کرده و تمام مراحل کاری را ترسیم کرد. این کار به انتخاب بهتر تجهیزات و طراحی بهتر کمک می کند. از نظر نوع نیز می توان ورودی ها را به دو بخش دیجیتال و آنالوگ تقسیم کرد.

پردازش

قسمت پردازش بین دو بخش ورودی و خروجی قرار گرفته و با توجه به نوع مدار ممکن است از قطعات بسیار متنوعی تشکیل شده باشد. به عنوان مثال تایمرها، کنتاکتورها، رله های الکترومکانیکی، رله های قابل برنامه ریزی، پی ال سی و …از جمله قطعاتی هستند که می توانند در مدارهای فرمان به عنوان پردازشگر در نظر گرفته شوند. بخش پردازش در واقع مرکز تصمیم گیری مدار فرمان بوده و با توجه به ورودی ها می تواند حالت خروجی ها را تعیین کند.

برای درک بهتر این موضوع مدار راه اندازی موتور به صورت تک ضرب را در نظر بگیرید. در این حالت با فشار دادن شستی استارت باید یک کنتاکتور روشن و پایدار شود. این کار با استفاده از پلاتین نرمال باز کنتاکتور انجام خواهد شد. بخش بعدی مرکز پردازش خاموش کردن موتور با فشردن شستی استپ، اضطراری و یا هنگام رخ دادن انواع خطا است. این روند را می توانید با سری کردن پلاتین های مختلف در ابتدای مدار فرمان مشاهده کنید.

روش فوق در مدار فرمان با اصطلاح رله تکنیک شناخته می شود. به عبارت ساده تر با سری و موازی کردن پلاتین ها می توان منطق های مختلف و در نتیجه یک بخش کنترلی طراحی کرد. همانمطور که می دانید بخش پردازش مدار با توجه به وظایف آن طراحی می شود. با افزایش مراحل و پیچیدگی مدار فرمان دیگر نمی توان از روش رله تکنیک استفاده کرد. در این گونه مدارها انواع رله های هوشمند، مینی پی ال سی و پی ال سی کار پردازش را انجام خواهند داد. در تصویر زیر یک رله ی ایمنی برند EATON را مشاهده می کنید. این رله می تواند بر اساس ورود ها و برنامه از پیش تعریف شده تصمیم گیری کند.

خروجی مدار فرمان

خروجی یا Output آخرین بخش یک مدار فرمان بوده و حاصل ورودی های پردازش شده است. این قسمت مشخص می کند که ماشین آلات یا تجهیزات باید چگونه کار کنند. به عنوان مثال خاموش و روشن شدن بوبین یک کنتاکتور قدرت توسط بخش خروجی مدار فرمان انجام می شود. دستور خروجی می تواند حاصل ترکیب چندین پلاتین باز و بسته بوده یا به صورت مستقیم از یک کنترلر مانند پی ال سی صادر شود. در مدارهای فرمان معمولی بخش خروجی به صورت دیجیتال یا صفر و یک است اما در مدارهای فرمان پیچیده تنها از خروجی های دیجیتال استفاده نمی شود. در این مدارها مدل های دیگری از خروجی تحت عنوان خروجی آنالوگ نیز وجود دارد.

انواع مدار فرمان

هنگام طراحی مدار فرمان و با توجه به نوع تجهیزات می توان ورودی و خروجی ها را به شکل دیجیتال، آنالوگ، پالس، شبکه و یا ترکیبی از این موارد در نظر گرفت. انتخاب نوع ورودی و خروجی ها در یک مدار فرمان به مهارت های طراح و تجهیزات موجود بستگی دارد. هنگام انتخاب روش پیاده سازی مدار فرمان و نوع تجهیزات همواره باید به فکر برقرار کردن تعادل میان قابلیت اطمینان و هزینه ها باشیم. قبل از بررسی تجهیزات الکتریکی باید با تعریف و تفاوت های ورودی و خروجی دیجیتال، آنالوگ، پالس و غیره بیشتر آشنا شویم. در این مقاله با روش های ذکر شده به صورت مختصر آشنا شده و در بخش های بعدی نحوه استفاده از آن ها را فرا خواهیم گرفت.

ورودی و خروجی های دیجیتال

عنوان ورودی و خروجی دیجیتال یا منطقی در تخصص های زیادی از جمله برق استفاده می شود. به صورت کلی سیستم دیجیتال را می توان دو مرحله ای یا صفر و یک تعریف کرد. در این روش یک ورودی یا خروجی تنها می تواند یکی از دو حالت حداقل و حداکثر را داشته باشد. ورودی و خروجی های دیجیتال نیازی به بخش پردازشی خاصی نداشته و می توانند در انواع مدارهای فرمان استفاده شوند. به عنوان مثال ترکیب شستی ها، پلاتین های فرمان، سنسورهای دیجیتال و غیره یک مدار فرمان رله تکنیک را تشکیل می دهند. تاکید می شود که مدارهای دیجیتال تنها برای کنترل به صورت قطع و وصل بوده و نمی توانند به عنوان یک سیستم پیوسته استفاده شوند.

طبق تصویر زیر روشن و خاموش کردن یک لامپ توسط کلید را در نظر بگیرید. با وصل کلید، تمام ولتاژ از مدار عبور کرده و باعث روشن شدن لامپ می شود. روشن شدن لامپ صرف نظر از میزان ولتاژ آن، از نظر مداری حالت یک در نظر گرفته می شود. برای خاموش کردن لامپ باید کلید را در حالت صفر قرار دهیم. این کار باعث قطع کامل جریان و خاموش شدن لامپ می شود. از نظر مداری این حالت صفر نام دارد.

نکته ی مهم این است که حالت دیجیتال فقط برای سیستم های کامپیوتری یا 5 ولت نبوده و می تواند به کلیه ی سطوح ولتاژی تعمیم داده شود. به عبارت دیگر مدارهای فرمان رله تکنیک که از انواع شستی ها، تایمرها، کنتاکتور، رله های الکترومکانیکی و غیره در آن ها استفاده می شود نیز نوعی مدار دیجیتال هستند. در مقالات بعدی به بررسی انواع ورودی های دیجیتال در مدارهای فرمان مانند شستی ها، جوی استیک ها، پدال ها و … می پردازیم.

ورودی و خروجی های آنالوگ

در طرف مقابل سیستم های آنالوگ وجود دارند. این سیستم ها می توانند در قسمت ورودی و خروجی های مدار فرمان به شکل های ولتاژی و جریانی استفاده شوند. در حالت آنالوگ موارد کنترلی بیشتر از حالت دیجیتال بوده و می توان آیتم های مختلفی مانند دما، سرعت، فشار و غیره را به شکل پیوسته و دقیق کنترل کرد. نکته ی مهم در پیاده سازی سیستم های آنالوگ نیازمندی به بخش پردازش ویژه است. به عبارت ساده تر شما نمی توانید یک سیگنال آنالوگ را به یک مدار دیجیتال و برعکس متصل کنید.

به منظور پیاده سازی مدارهای آنالوگ باید از تجهیزاتی استفاده شود که بتوانند این سیگنال را در ورودی یا خروجی تحلیل کنند. به عنوان مثال یک پی ال سی یا درایو می تواند ورودی و خروجی آنالوگ داشته باشد. در این حالت کنترلر می تواند سیگنال آنالوگ ورودی را تحلیل کرده و بر اساس آن تصمیم گیری کند. از طرفی سیگنال خروجی آنالوگ یک دستگاه می تواند در تجهیزات دیگر مانند درایو جهت کنترل پارامترها نظیر سرعت استفاده شود.

همانطور که شرح داده شد در سیستم دیجیتال تنها دو حالت قطع و وصل وجود داشته و هیچ کنترلی روی میزان کمیت ها به صورت پیوسته وجود ندارد. به عبارت دیگر حالت های قطع و وصل به تنهایی نمی توانند تمام نیازهای یک مدار فرمان را پوشش دهند. از نیازهای مهم در مدارهای پیچیده می توان به کنترل پیوسته ی سرعت، دما، فشار و غیره اشاره کرد. در مدارهای صنعتی مدل های مختلفی از ورودی و خروجی آنالوگ بر اساس نوع کمیت و دامنه ی تغییرات وجود دارد. برخی از این مدل ها را در جدول زیر و شکل موج آن ها را در تصویر بعدی مشاهده می کنید.

نوع کمیت	بازه	مثال
ولتاژی	0 تا 5 ولت	کنترل سرعت الکتروموتور یا روشنایی و …
ولتاژی	0 تا 10 ولت	کنترل سرعت الکتروموتور یا روشنایی و …
ولتاژی	1 تا 5 ولت	کنترل سرعت و … به همراه تشخیص عیب در مدار (در صورتی که مدار دچار قطعی شود،حداقل ولتاژ از یک به صفر کاهش پیدا کرده و سیستم متوجه اشکال می شود.)
ولتاژی	1 تا 10 ولت	کنترل سرعت و … به همراه تشخیص عیب در مدار
ولتاژی	10- تا 10+ ولت	کنترل سرعت و جهت الکتروموتور به صورت همزمان
جریانی	0 تا 20 میلی آمپر	کنترل سرعت الکتروموتور یا روشنایی و …
جریانی	4 تا 20 میلی آمپر	کنترل سرعت و … به همراه تشخیص عیب در مدار (در صورتی که مدار دچار قطعی شود، حداقل جریان از 4 میلی آمپر به صفر کاهش پیدا کرده و سیستم متوجه اشکال می شود.)

انواع شکل موج ورودی و خروجی های آنالوگ را در تصویر زیر مشاهده می کنید. این تصاویر عبارتند از 1 صفر تا پنج ولت، 2 صفر تا ده ولت، 3 یک تا پنج ولت، 4 یک تا ده ولت، 5 صفر تا بیست میلی آمپر، 6 چهار تا بیست میلی آمپر و 7 صفر تا مثبت و منفی ده ولت .

مثال

برای درک بهتر تفاوت کنترل دیجیتال و آنالوگ فرض کنید می خواهیم میزان روشنایی داخل ساختمان را بر اساس روشنایی بیرون از آن کنترل کنیم. در این مدار فرمان باید روشنایی داخل ساختمان در طول روز کم بوده و با غروب آفتاب بیشتر شود. برای اینکار می توان از دو روش دیجیتال و آنالوگ استفاده کرد. این مثال فقط جهت درک بهتر تفاوت میان کنترل به روش دیجیتال و آنالوگ بوده و یک مدار صنعتی محسوب نمی شود.

روش دیجیتال

طبق تصویر زیر می توان تعدادی لامپ مجزا در ساختمان نصب کرده و با کمتر شدن نور محیط آن ها را به ترتیب روشن کرد. این کار تا دست یابی به حداکثر روشنایی ادامه پیدا می کند. در این روش علاوه بر استفاده از تجهیزات و سیم بندی های بیشتر می توان گفت که کنترل شدت روشنایی خیلی دقیق نبوده و تغییرات آن به صورت پله ای انجام می شود. تغییرات در این مدار از صفر شروع شده و با پله های 33 درصدی افزایش پیدا می کند.

روش آنالوگ

برای رفع این مشکل می توان از حالت آنالوگ استفاده کرد. به عنوان مثال طبق تصویر زیر یک لامپ در داخل ساختمان نصب کرده ولی میزان شدت روشنایی آن را با تغییر ولتاژ کنترل کنیم. در این حالت شدت روشنایی با دقت بهتری کنترل شده و تغییرات به نرمی و پیوستگی صورت می گیرد.

در مدار فرمان پیچیده ممکن است چندین ورودی و خروجی به صورت دیجیتال و آنالوگ وجود داشته باشد. همانطور که می دانید ورودی و خروجی های دیجیتال جهت کنترل گسسته مانند قطع و وصل یک کنتاکتور بوده و نمی توانند در کمیت ها تغییری ایجاد کنند. به عنوان مثال قطع و وصل های مکرر بوبین کنتاکتور به منظور کنترل دور یک الکتروموتور اصلا منطقی نیست. به منظور کنترل پیوسته و دقیق کمیت ها می توانیم از ورودی و خروجی های آنالوگ استفاده کنیم. این ورودی و خروجی ها در سیستم های پیچیده مانند سنسور آنالوگ، پی ال سی، درایو، سافت استارتر و غیره وجود دارند. ورودی و خروجی آنالوگ می تواند نیازمندی های یک کنترل پیوسته و دقیق را برآورده کند.

ورودی و خروجی پالس

در برخی از تجهیزات ورودی و خروجی های پالس نیز وجود دارد. در این روش از پالس های دیجیتال با سرعت بسیار بالا جهت کنترل موقعیت، سرعت و دیگر آیتم ها استفاده می شود. سیگنال های پالس می توانند توسط دستگاه های مختلف مانند سنسور، انکودر، درایو، پی ال سی و غیره تولید شوند. این پالس ها توسط دستگاه های دیگر به عنوان ورودی دریافت شده و براساس سرعت و جهت آن تغییراتی ایجاد می شود.

شبکه های صنعتی

نسل بعدی سیستم های کنترلی مبتنی بر شبکه های صنعتی است. در این روش کنترلرها و دستگاه های پیچیده مانند پی ال سی و درایوها دیگر از طریق ورودی و خروجی های دیجیتال و آنالوگ به یکدیگر متصل نمی شوند. به عبارت دیگر روش ارتباطی در این سیستم ها بر اساس شبکه های صنعتی پیاده سازی خواهد شد. از طریق شبکه های صنعتی می توان دستگاه های بسیار زیادی را به یکدیگر متصل کرده و آن ها را با سرعت و دقت بسیار بالا کنترل کرد.

تجهیزات پر کاربرد در مدار فرمان

نوع مدار فرمان بر اساس تجهیزات موجود در تابلو برق تعیین شده و می تواند به صورت رله تکنیک، کنترل آنالوگ، کنترل با پالس، شبکه های صنعتی و یا ترکیبی از این موارد باشد. در واقع شما به عنوان یک متخصص برق باید قطعات مناسب را انتخاب کرده و به بهترین شکل به یکدیگر متصل کنید. در این بخش تجهیزات پر کاربرد در مدار فرمان را معرفی می کنیم. در نظر داشته باشید که روش نصب و سیم بندی این تجهیزات در مقالات جداگانه به صورت کامل شرح داده شده است.

شستی

در هر قسمتی که نیاز به صادر کردن فرمان توسط انسان باشد از شستی یا Push Button استفاده می کنیم. به عنوان مثال روشن و یا خاموش کردن ماشین آلات را در نظر بگیرید. این کار توسط انواع شستی های استارت، استپ، اضطراری و غیره انجام می شود. شستی ها در مدل های بسیار متنوعی ساخته و می توانند یک یا چند پلاتین نرمال باز N.O و نرمال بسته N.C داشته باشند. با استفاده از این پلاتین ها می توان مدارهای فرمان مختلفی طراحی کرد. نکته مهم در شستی ها عملکرد لحظه ای آن ها است. به عبارت دیگر با فشار دادن شستی پلاتین های آن تغییر کرده و پس از برداشتن دست به حالت اول باز می گردند. در تصویر زیر چند نمونه از شستی ها را مشاهده می کنید.

کلید فرمان

کلیدهای فرمان را می توان از نظر دسته ی قطع و وصل، روش کار و تعداد وضعیت دسته بندی کرد. دسته ی قطع و وصل در کلیدهای فرمان می تواند به صورت معمولی، قفل شو، چراغ دار و غیره انتخاب شود. این کار باید بر اساس نوع و حساسیت مدار انجام شود. کلیدهای فرمان از نظر روش کار نیز متفاوت بوده و در دو گروه کلی برگشت پذیر و دائم ساخته می شوند. کلیدهای برگشت پذیر مانند شستی ها بوده و پس از برداشتن نیروی دست به حالت اول باز می گردند. از کلیدهای دائم می توان به منظور روشن و خاموش کردن تجهیزات و یا ایجاد تغییر در مدار استفاده کرد. تعداد وضعیت کلید فرمان در واقع مشخص کننده ی نقش آن در مدار فرمان است. به عنوان مثال از کلید فرمان صفر و یک می توان به منظور روشن و خاموش کردن یک کنتاکتور استفاده کرد. نقش کلید سه حالته 2-0-1 متفاوت بوده و می تواند برای انتخاب حالت های دستی، خاموش و اتوماتیک در مدار قرار داده شود.

جوی استیک

در مدارهای مربوط به جرثقیل و بالابرها می توان از تعداد زیادی شستی به صورت یک شستی استپ، یک شستی جهت راست، یک شستی جهت چپ، یک شستی بالا، یک شستی پلائین و غیره استفاده کرد. این کار باعث افزایش حجم سیم بندی و ابعاد تابلو برق شده و کنترل سیستم را بسیار پیچیده می کند. برای رفع مشکلات فوق می توان از انواع جوی استیک در مدارهای جابجایی استفاده کرد. جوی استیک ها در مدل های دیجیتال و آنالوگ ساخته شده و می توانند جهت های زیادی را کنترل کنند.

کنتاکتور

کنتاکتور یک کلید مغناطیسی بوده و در مدل های بسیار متنوعی مانند کنتاکتور قدرت، کنتاکتور خازنی و کنتاکتور فرمان ساخته می شود. کنتاکتورهای قدرت در اغلب تابلو برق ها وجود داشته و به منظور روشن و خاموش کردن بارهای بزرگ مانند الکتروموتورها استفاده می شوند. از نظر الکتریکی می توان بخش های کنتاکتور یا پلاتین های آن را در دو گروه قدرت و فرمان دسته بندی کرد. پلاتین های قدرت در مسیر اصلی جریان قرار گرفته ولی پلاتین های فرمان در مدار کنترلی استفاده می شوند. با طراحی مدارهای فرمان می توان بوبین کنتاکتورها را روشن و خاموش کرده و از پلاتین های قدرت آن ها استفاده کرد.

برخی از کنتاکتورها تنها دارای پلاتین فرمان بوده و نمی توانند در مدار قدرت قرار بگیریند. این کلیدها با عنوان کنتاکتور فرمان شناخته شده و اغلب در مدارهای رله تکنیک استفاده می شوند. از کاربردهای کنتاکتور فرمان می توان به افزایش تعداد پلاتین های نرمال باز و نرمال بسته اشاره کرد.

رله فرمان

رله فرمان از نظر ساختار همانند کنتاکتور فرمان بوده و به صورت مغناطیسی عمل می کند. این تجهیز در شکل های قابل نصب روی برد، قابل نصب روی سوکت و به شکل رله برد در مدارهای فرمان دیده می شود. رله ی فرمان از نظر ابعاد، لوازم جانبی، تعداد پلاتین ها و مشخصه های الکتریکی با کنتاکتور فرمان متفاوت بوده و با عنوان رله ی الکترومکانیکی نیز شناخته می شود. در صورت نیاز به تعداد محدودی پلاتین فرمان و یا ایزوله کردن بخش های مختلف مدار مانند خروجی PLC ها می توان از رله فرمان استفاده کرد.

رله حالت جامد یا SSR

کلیدهای مغناطیسی مانند کنتاکتور قدرت، فرمان، خازنی، رله فرمان و غیره به صورت مکانیکی عمل می کنند. در این کلیدها میدان مغناطیسی بوبین باعث جابجایی هسته و تعدادی پلاتین خواهد شد. از معایب این کلیدهای الکترومغناطیسی می توان به ایجاد صدا، نویز، جرقه و غیره اشاره کرد. برای رفع این مشکلات می توان از رله حالت جامد یا SSR در مدار استفاده کرد. رله ی حالت جامد در مدل های فرمان، قدرت تکفاز و قدرت سه فاز ساخته شده و می توانند بجای کنتاکتورها نصب شوند. SSR کاملا به صورت الکترونیک بوده و هیچ قطعه محرکی ندارد. در تصویر زیر و بخش a رله حالت جامد قابل نصب روی برد، b قابل نصب روی سوکت و c قابل نصب روی صفحه داخلی تابلو برق را مشاهده می کنید.

 

 

سیستم های اخباری

از آنجایی که رخ دادن بسیاری از شرایط در مدارهای الکتریکی قابل دیدن نیست می توانیم از انواع چراغ سیگنال و آژیر ها استفاده کنیم. این تجهیزات تغییرات الکتریکی را به حالت های نورانی و صوتی تبدیل کرده و اپراتور را مطلع می کنند. از پرکاربرد ترین سیستم های اخباری می توان به چراغ سیگنال، برج سیگنال، پنجره آلارم، آژیر و غیره اشاره کرد. این تجهیزات به کنتاکت های فرمان متصل شده و می توانند برای مشاهده ی روند تغییرات در مدار و یا اطلاع از رخ دادن خطاها استفاده شوند.

میکروسوئیچ

به منظور مشخص کردن موقعیت اجسام و ساخت مدارهای خودکار می توان از میکروسوئیچ استفاده کرد. میکروسوئیچ در واقع یک کلید فرمان مکانیکی با تعدادی پلاتین باز و بسته بوده که در مسیر جابجایی اجسام نصب می شود. برخورد اجسام با این کلید باعث تغییر وضعیت پلاتین های آن در مدار فرمان می شود. از میکروسوئیچ در بالابر، آسانسور، درب ها و غیره استفاده می شود. میکروسوئیچ ها از نظر ظاهر در مدل های متنوعی تولید شده و می توانند به صورت سیم دار یا بدون سیم باشند. در تصویر زیر فرستنده و گیرنده ی یک میکروسوئیچ بدون سیم را مشاهده می کند.

سنسور

سنسورها به منظور تشخیص موقعیت و وضعیت مواد مختلف مانند اجسام جامد، مایعات، گازها و غیره استفاده می شوند. این تجهیزات اغلب فاقد قسمت های مکانیکی بوده و دارای دقت و حساسی بسیار بالایی هستند. سنسورهای صنعتی در مدل های دیجیتال و آنالوگ تولید شده و می توان از نظر ساختار به شکل های القایی، خازنی، نورانی، مقاومتی، ویژن و غیره تقسیم شوند. از سنسورها می توان به منظور تشخیص موقعیت و وضعیت، اندازه گیری وزن، سرعت، فشار، دما، فلو و غیره استفاده کرد.

تایمر

در برخی از مدارهای فرمان پس از سپری شدن زمان مشخصی باید یک تغییر انجام شود. به عنوان مثال در مدار ستاره مثلث پس از گذشت چند ثانیه باید کنتاکتور ستاره خاموش و کنتاتور مثلث روشن شود. برای سنجش زمان و ایجاد تغییر در مدار فرمان می توان از انواع تایمر استفاده کرد. تایمرها از نظر تغذیه، محدوده زمان سنجی، نوع عملکرد، قابلیت تنظیم و غیره بسیار متنوع بوده و می توانند یک یا چند پلاتین فرمان داشته باشند. از تایمرهای پرکاربرد می توان به مدل های تاخیر در قطع، تاخیر در وصل، تاخیر در وصل و قطع، فلاشر، ستاره مثلث و انواع تایمرهای پالس اشاره کرد. در تصویر زیر دیاگرام الکتریکی و نحوه عملکرد تایمر تاخیر در وصل را مشاهده می کنید.

ساعت

به منظور روشن و خاموش کردن یک تجهیز در بازه های روزانه، هفتگی و سالانه می توان از انواع ساعت استفاده کرد. ساعت ها به صورت آنالوگ و دیجیتال ساخته شده و تعدادی پلاتین فرمان دارند. بازه های قابل تنظیم در این ساعت ها با توجه به مدل و برند متفاوت بوده و می تواند از چند دقیقه تا یک دقیقه باشد. قابل ذکر است که از ساعت های نجومی در مدارهای روشنایی معابر نیز استفاده می شود. این ساعت ها بر اساس موقعیت جغرافیایی عمل کرده و چراغ ها در غروب آفتاب روشن و هنگام طلوع آفتاب خاموش می کنند.

کانتر و ساعت کار

به منظور شمارش تعداد و یا اندازه گیری زمان کار تجهیزات می توان از انواع کانتر و ساعت کار استفاده کرد. این تجهیزات در مدل های کانتر مکانیکی، الکترومکانیکی و کانتر دیجیتال ساخته شده و در برخی موارد دارای تعدادی پلاتین فرمان هستند. در تصویر زیر یک کانتر الکترومکانیکی جهت سنجش زمان کار و تعداد را مشاهده می کنید. به عنوان مثال از این تجهیز می توان به منظور اندازه گیری تعداد استارت و مجموع ساعت کار یک دیزل ژنراتور استفاده کرد.

فلوتر

به منظور کنترل سطح مایعات در انواع مخزن، استخر چاه و غیره می توان از انواع فلوتر استفاده کرد. فلوترها در مدل های مختلفی مانند ساچمه ای، مغناطیسی و الکترونیک ساخته شده و دارای تعدادی پلاتین فرمان هستند. از پلاتین های فرمان فلوتر می توان در مدارهای مختلفی مانند روشن و خاموش کردن پمپ ها یا باز و بسته کردن شیرها استفاده کرد. در نظر داشته باشید که در مدارهای حساس و پیچیده بهتر است از سنسورهای آنالوگ در تشخیص سطح داخل مخزن استفاده کرد. کنترل سطح تنها مربوط به مایعات نبوده و در بخش های دیگر مانند سیلوهای گندم، مخزن های آرد، پودر و غیره نیز استفاده می شود. در این شرایط امکان استفاده از فلوترها نبوده و باید از انواع سنسور استفاده کنیم. در تصویر زیر تعدادی از فلوترها و سنسورهای کنترل سطح را مشاهده می کنید.

رله های کنترل رطوبت و دما

در بسیاری از شرایط نیاز است تا رطوبت یا دمای محیط را کنترل کنیم. یکی از ساده ترین روش ها به منظور کنترل دما و رطوبت استفاده از رطوبت سنج ها و ترموستات ها است. این تجهیزات می توانند به صورت تکی و یا ترکیب شده در انواع تابلو برق نصب شوند. رطوبت سنج و ترموستات دارای سنسورهای خاصی بوده که در محیط مورد نظر نصب می شوند. سنسور یا دو یا چند رشته سیم به کنترلر متصل شده و اطلاعات را به آن منتقل می کند. کنترل در ادامه کنترلر طبق تنظیمات قبلی میزان رطوبت و دما را کاهش یا افزایش می دهد. اطلاعات کامل تر در خصوص این تجهیزات را می توانید در مقالات کنترلر رطوبت چیست و ترموستات چیست مطالعه کنید. در نظر داشته باشید که خروجی رله های کنترلی می تواند به صورت رله، SSR و یا آنالوگ باشد.

PLC

با پیچیده تر شدن مدارها دیگر نمی توان از روش رله تکنیک در کنترل تاسیسات استفاده کرد. تصور کنید در یک مدار چندین سنسور دیجیتال، سنسور آنالوگ، تایمر، ساعت، کانتر و غیره وجود داشته باشد. اتصال این تجهیزات به یکدیگر و ساخت مدار فرمان خودکار بسیار پیچیده و پر هزینه خواهد بود. از طرفی هرگونه تغییر و تعمیرات در این مدار نیاز به صرف زمان بسیار زیادی دارد. برای رفع مشکلات فوق می توان از رله های قابل برنامه ریزی به صورت مینی پی ال سی و پی ال سی استفاده کرد. این رله ها دارای تعدادی ورودی و خروجی بوده و می توانند توسط کامپیوتر برنامه ریزی شوند.

سافت استارتر و درایو

از تجهیزات مهم دیگر در تابلو برق می توان به سافت استارترها و درایوها اشاره کرد. این تجهیزات به منظور راه اندازی و کنترل الکتروموتورها استفاده شده و دارای دو بخش قدرت و فرمان هستند. بخش قدرت این تجهیزات از عناصر الکترونیک تشکیل شده و در مسیر سه فاز قرار می گیرند. بخش فرمان سافت استارترها و درایو ها کمی پیچیده بوده و می تواند به صورت دیجیتال، آنالوگ، پالس و شبکه کنترل شود. البته روش های آنالوگ و پالس مربوط به کنترل سرعت و آیتم های دیگر در درایو یا اینورتر است. به عنوان مثال در تصویر زیر بخش فرمان یک سافت استارتر را مشاهده می کنید.

جمع بندی

در این بخش با تعریف مدار فرمان و اجزای تشکیل دهنده ی آن به صورت کلی آشنا شدیم. همانطور که شرح داده شد یک مدار فرمان دارای سه بخش ورودی، خروجی و پردازش است. روش ارتباط بخش های یک مدار فرمان با توجه به پیچیدگی آن تعیین شده و می تواند به صورت دیجیتال، آنالوگ، پالس، شبکه های صنعتی و یا ترکیبی از این موارد باشد. در بخش آموزش مدار فرمان ابتدا با ادوات موجود در مدارهای فرمان آشنا شده و در ادامه کار با سنسورها، ساعت ها، کنترلرهای مجزا و غیره را فرا می گیریم. در نظر داشته باشید که اطلاعات مربوط به پی ال سی، سافت استارتر و درایو در بخش جداگانه ای از مقالات فنی وجود دارند.

محتوای این مقالات برگرفته از کتاب تجهیزات سوئیچ و کنترل تالیف مثلث زرد با مجوز از وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی است. هر گونه کپی و نسخه برداری و انتشار مجدد از این محتوا غیرمجاز بوده و پیگرد قانونی دارد.