Sterowanie urządzeniami 3-punktowymi z wykorzystaniem przekaźnika

[d.baczek]

W układach automatyki często ma miejsce sytuacja, gdy urządzeniem wykonawczym jest tak zwane "urządzenie 3-punktowe", zaś użytkownik posiada 2-punktowe urządzenie sterujące. Klasycznym przykładem jest sterowanie kulowego zaworu trójdrogowego za pomocą termostatu elektronicznego. Przykład jest przedstawiony na poniższym rysunku:



Termostat mierzy temperaturę wody w zasobniku CWU i gdy temperatura ta spadnie poniżej nastawionej wartości, zawór ma zostać przełączony na przepływ w kierunku AB-B. W przeciwnym wypadku zawór ma być przełączony na przepływ w kierunku AB-A.
Zawór trójdrogowy ma 3 punktu pracy:

1. Faza zasilania podawana jest na przewód czerwony - zawór przełącza się na przepływ w kierunku AB-A (zasilanie centralnego ogrzewania).
   
2. Faza zasilania podawana jest na przewód żółty - zawór przełącza się na przepływ w kierunku AB-B (ładowanie zasobnika ciepłej wody użytkowej).
   
3. Faza nie jest podawana na żaden przewód - pozycja kuli zaworu nie zmienia się.
   

Sterownik natomiast jest urządzeniem 2-punktowym, czyli posiada 2 punkty pracy:

• Temperatura wody w zasobniku jest poniżej zadanej wartości - sterownik podaje fazę na swoje wyjście;
  
• Temperatura wody w zasobniku jest odpowiednia (powyżej zadanej wartości) - sterownik nie podaje fazy na swoje wyjście;
  

Nie da się bezpośrednio podłączyć zaworu do wyjścia sterownika, gdyż co prawda zawór mógłby zostać przełączony na przepływ w kierunku AB-B, ale powrót do przepływu w kierunku AB-A byłby już niemożliwy (ponieważ gdy sterownik nie podaje napięcia na wyjście, kula się nie porusza). Aby umożliwić współpracę zaworu i sterownika, należy zastosować dodatkowy przekaźnik przełączny, według poniższego schematu:



Przekaźnik taki poda fazę zasilania na przewód żółty gdy temperatura wody w zasobniku CWU będzie poniżej zadanej wartości - zawór przełączy się na przepływ w kierunku AB-B. W przeciwnym wypadku faza zasilania podawana będzie na przewód czerwony, który przełączy zawór na przepływ w kierunku AB-A.

UWAGA! Ten rodzaj sterowania można zastosować jedynie dla zaworów posiadających wyłączniki krańcowe, gdyż przez cały czas faza podawana jest na któryś przewód zasilający zawór. Gdyby zawór nie posiadał wyłączników krańcowych, kula obracałaby się wokoło.

Zawory z wyłącznikami krańcowymi mogą być bezpośrednio sterowane przez regulatory 2-punktowe, posiadające dwa zaciski wyjściowe (faza zasilania podawana jest zawsze na jedno z tych wyjść).
Jeżeli sterownik 2-punktowy ma pojedyncze wyjście (faza albo jest podawana na to wyjście, albo nie, jak w powyższym przykładzie), to dodatkowy przekaźnik jest wykorzystywany właśnie do przełączania fazy. Wyjście sterownika wciąż jest 2-punktowe, jednak zmienia się jego specyfika (zamiast obecności lub braku napięcia na wyjściu uzyskuje się przełączanie napięcia pomiędzy dwoma wyjściami).

Oczywiście ten sposób regulacji można zastosować również do innych urządzeń, na przykład przepustnic powietrznych.

Budowa przekaźnika
Przekaźnik składa się z cewki i styków roboczych:

Cewka przystosowana jest do zasilania określonym napięciem, np. 230V AC, 12V DC itp. Podanie napięcia na cewkę przekaźnika powoduje przełączenie jego styków:


Gdy napięcie zostanie odłączone, styki powracają do pozycji spoczynkowej (w zdecydowanej większości przekaźników):


Na schematach elektrycznych rysowane są położenia styków w pozycji spoczynkowej, czyli gdy na cewkę przekaźnika nie jest podawane napięcie.

UWAGA! Podanie zbyt dużego napięcia na cewkę może spowodować jej spalenie. Podanie zbyt małego napięcia na cewkę może nie spowodować przełączenia styków. Również styki posiadają znamionowe napięcie i prąd obciążenia. Przekroczenie tych wartości spowoduje przyspieszone wypalanie styków.

Rodzaje styków roboczych ze względu na typ przełączeń:

• Normalnie rozwarte:
  
  Przekaźnik taki jest często stosowany, gdy termostat z wyjściem napięciowym (termostat podaje na wyjście napięcie lub nie) ma współpracować z kotłem gazowym, dla którego sygnałem elektrycznym jest zwarcie odpowiedniego wejścia:
  
  
  Gdy termostat zgłasza żądanie grzania (podaje napięcie), styk przekaźnika jest zwierany, co powoduje załączenie kotła.
  

• Normalnie zwarte:
  
  

• Przełączne:
  
  Przekaźniki te są stosowane najczęściej. Jeden z przykładów wykorzystania przedstawiono na początku artykułu. Przekaźniki te są również często stosowane, gdy klasyczny termostat pokojowy (którego wyjściem jest styk zwierny) ma sterować na przykład wspomnianym wcześniej zaworem trójdrogowym:
  
  
  Gdy termostat zgłasza żądanie grzania, zwierane jest jego wyjście. Cewka przekaźnika jest zasilana zewnętrznym napięciem właśnie przez to wyjście. Styki przekaźnika przełączają napięcie zasilające zawór, powodując zmianę kierunku przepływu.
  Cewka przekaźnika nie musi być załączana przez termostat. Jeżeli nie jest potrzebne sterowanie w oparciu o temperaturę, termostat można zastąpić zwykłym przełącznikiem elektrycznym. Wówczas gdy przełącznik będzie włączony, przepływ przez zawór będzie odbywał się w jednym kierunku, a gdy przełącznik będzie wyłączony - w drugim.
  

Jeden przekaźnik może posiadać w swojej strukturze różne kombinacje styków, przykładowo:


Schematy wyprowadzeń.
Poniżej przedstawiono kilka najpopularniejszych standardów wyprowadzeń (widok od strony nóżek przekaźnika):
1)


2)

Sprzedawany przez firmę INSBUD przekaźnik ma właśnie taki rozkład wyprowadzeń.
Do obydwu powyższych typów przekaźników (nr 1 i nr 2) pasują sprzedawane przez firmę INSBUD podstawki:

3)

4)

5)

6) Popularny przekaźnik samochodowy 30A: