مدار فرمان چیست؟

تصور کنید که پس از کلی صرف زمان از طراحی مدارات کنترل برای یک سیستم الکتریکی و یا یک ماشین صنعتی ، پس از راه‌اندازی یا در حین تست ، به شما خبر دهند که به دلیل طراحی ناصحیح در یکی از بخش‌های مدارات کنترل ، یک نفر جانش را از دست داد یا صدمه جدی خورد یا در محلی آتش‌سوزی بوجود آمد.

این در حالی بوده که شما به طراحی خود کاملاً مطمئن بوده‌اید ولی این اتفاق افتاده ولی دلیل چیست؟‌

یکی از بخش‌های مهم و جدا‌نشدنی تابلوهای برق و سیستم‌های الکتریکی ، مدارات کنترل و فرمان آنها می‌باشد و طراحان تابلو‌های برق و سیستم‌های الکتریکی لازم است به طراحی آنها مسلط باشند چون مدارات فرمان و کنترل مغز سیستم‌های الکتریکی به شمار می‌ٰروند و در صورتی که یک مغز فرمان اشتباهی به بخش‌های مختلف سیستم بدهد یا در شرایط بحرانی تصمیم سریع نگیرد ، بروز فاجعه‌های مختلف ، اجتناب‌ناپذیر است.

مدار فرمان چیست؟

سیم بندی های تک فازی که بعد از گذشت از المان های حفاظتی و کنتاکت های NO و NC (نرمالی اپن و نرمالی کلوز) فرمان مورد نظر برای نحوه ی کارکرد مدار ما را صدور می کند مدار فرمان نامیده می شود. مدار فرمان بسته به نوع راه اندازی و المان های حفاظتی که باید در مدار مورد استفاده قرار دهیم طراحی می شود و این مدار فرمان است که مدار قدرت را وارد مدار می کند و هر گونه اشتباه در طراحی مدار فرمان امکان بوجود آمدن حادثه هایی همچون اتصال کوتاه در سیم پیچی های الکترو موتور که باعث آتش سوزی و از بین رفتن الکترو موتور می شود, اتفاق می افتد.

تعریف مدارات فرمان و کنترل

مدارات فرمان و کنترل به منظور قطع و وصل و کنترل و حفاظت بخش‌های مختلف ماشین‌آلات صنعتی و تابلوهای قدرت بکار می‌روند.

مدارات فرمان و کنترل در بخش حفاظت سیستم‌ها نیز نقش مهمی دارند مانند مدارات قطع و وصل کلید‌های قدرت و ارتباط آنها با رله‌های حفاظتی

کاربرد مدارات فرمان و کنترل :

1. کنترل ماشین‌آلات صنعتی (شامل راه‌انداز‌های موتور و ….. )

2. مدارات حفاظتی کلیدهای قدرت در رده‌های فشارضعیف ، فشارمتوسط و فشارقوی در سیستم‌های قدرت

3. مدارات اینترلاک و قفل‌های الکتریکی در سیستم‌های قدرت

4. تبادل سیگنال‌ها بین بخش‌های مختلف سیستم و …     

اهمیت طراحی مدارات فرمان و کنترل ماشین‌آلات صنعتی

در بسیاری از سیستم‌ها و تابلوها ، مدارات فرمان و کنترل با جان و سلامتی بهره‌برداران و همچنین امنیت سیستم‌ها و محافظت از سرمایه‌های هنگفت در ارتباط هستند و این موارد همگی باعث می‌گردد که به دیده ساده‌انگارانه به مدارات کنترل و فرمان سیستم‌ها نگریسته نشود و طراحان چنین سیستم‌هایی لازم است تخصص‌های لازم را در این خصوص داشته باشند و سپس به طراحی آنها بپردازند.

هنگامی که بحث طراحی مدارات فرمان برای ماشین‌آلات و فرآیند‌های صنعتی در میان است ، لازم است به موارد زیر هنگام طراحی مدارات کنترل توجه نمود:

1. ایمنی حفاظت اشخاصی که با ماشین‌آلات و تابلوها کار می‌کنند .

2. سادگی عملکرد و عدم پیچیدگی برای بهره‌بردار

3. پرهیز از سردرگمی بهره‌برداران با دادن بازخورد‌های مختلف به آنها

4. جلوگیری از خطاهای انسانی ایجاد شده توسط بهره‌بردار

5. اطمینان از صحت سیگنال‌های تبادل شده

6. اطمینان از صحت عملکرد مدارات کنترل در شرایط مختلف

7. وضعیت بهره‌برداران در شرایط اضطراری و سهولت اقدامات لازم

برخی نتایج طراحی اشتباه مدارات فرمان در ماشین‌آلات صنعتی

1. ایجاد جراحات و صدمات جدی و معلولیت‌ها برای بهر‌ه‌برداران از ماشین‌آلات صنعتی

2. پایین بودن بهره‌وری ماشین‌آلات و افزایش ضایعات و کاهش کیفیت محصولات

3. پایین رفتن عمر مفید ماشین‌آلات و کاهش زمان‌های بین تعمیرات و نگهداری آنها و افزایش زمان‌های خارج از سرویس بودن ماشین‌آلات

برخی نتایج طراحی اشتباه مدارات فرمان در تابلوهای قدرت

1. ایجاد صدمات برای بهره‌برداران مانند برق‌گرفتگی و سوختگی به علت عدم محدود‌کردن دسترسی‌ها و عملکرد‌های غیر مجاز

2. ایجاد حوادثی نظیر اتصال‌کوتاه ، قوس‌الکتریکی و ….. که صدمه‌خوردن پرسنل ، تجهیزات و تأسیسات الکتریکی را شامل خواهدشد.

3. عدم عملکرد به موقع کلید‌های قدرت به دلیل فرامین حفاظتی و بالارفتن زمان‌های ماندگاری خطا و شدید‌شدن تبعات خطا

4. ایجاد خاموشی‌های نامرتبط و ناخواسته که خسارات زیادی را به همراه دارد .

مدار فرمان :

برای راه اندازی موتورهای با قدرت بالا که جریان زیادی به یک باره از شبکه می کشند (3 تا 5 برابر جریان نامی موتور). در راه اندازی به روش ستاره مثلث، موتور ابتدا به صورت ستاره وارد مدار شده و با جریان و ولتاژ و گشتاور کمی شروع به دور گرفتن می کند. پس از مدتی موتور به وسیله ی مدار فرمان از اتصال  در آمده و در حالت ولتاژ و جریان و گشتاور نامی خود به کارش ادامه می دهد. این راه اندازی دو مرحله ای از تنش های جریانی و ولتاژ در الکترو موتور و شبکه جلوگیری خواهد کرد. 

نکته : به یاد داشته باشید که این راه اندازی مخصوص الکترو موتورهای القایی آسنکرون قفسه سنجابی می باشد. برای راه اندازی به روش ستاره مثلث به سه کنتاکتور نیاز داریم یکی از این کنتاکتورها اصلی می باشد, دیگر کنتاکتور  می باشد.

 برای این مدل راه اندازی ما نیاز به یک تایمر احتیاج داریم. این مدل راه اندازی به دلیل تعداد زیاد المان ها معمولاً احتیاج به یک تابلو برق صنعتی می باشد (ابعاد با توجه به اندازه های کنتاکتورها و سفارش کارفرما بسیار متغیر است.)

المان هایی که در این مدار قرار می گیرند عبارتند از : کنتاکتورها، فیوز مینیاتوری، کلید حفاظت موتوری MPCB، کنترل فاز، بی متال ( اگر از MPCB استفاده می کنید نیازی به این مورد نیست )، شستی های استپ و استارت و تایمر  و ... مدار فرمان  را در شکل زیر مشاهده می کنید.

وسایلی که در مدارهای فرمان به کار می روند عبارتند از:

1_کنتاکتور (کلید مغناطیسی)

2_شستی استاپ استارت

3_رله الکتریکی

4_رله مغناطیسی

5_لامپ های سیگنال

 6-فیوزها

 7_لیمیت سوئیچ

8_کلیدهای تابع فشار

 9_کلیدهای شناور

10_چشم های الکتریکی(سنسورها)

11_تایمر و انواع آن

12_ترموستات

13_کلیدهای تابع دور

بهره برداری مطمئن و بی وقفه از تأسیسات الکتریکی و مراکز تولید نیرو و تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات برقی کارخانه جات صنعتی و مراکز اقتصادی تا حدود زیادی به خصوصیات و ویژگی ها و طرز عمل کلیدها و وسایل کنترل مدارها بستگی دارد.

در مدارهای الکتریکی وسایل مختلفی به کار برده می شود که از مهمترین آنها کنتاکتور یا کلید مغناطیسی است. استفاده از این کنتاکتور در مدارهای کنترل تنوع طراحی های مختلف را به وجود می آورد.برای طراحی مدارهای کنترل و کار با آنها باید وسایل تشکیل دهنده آن را به طور کامل شناخت و به اصول ساختمان و مورد استفاده این وسایل آشنا شد. در ادامه برخی از این وسایل را توضیح می دهیم.

ساختمان کنتاکتور :

این کلید از دو هسته به شکل E یا U که یکی ثابت و دیگری متحرک است و در میان هسته ثابت یک بوبین یا سیم پیچ قرار دارد، تشکیل شده است. وقتی بوبین به برق وصل می شود با استفاده از خاصیت مغناطیسی، نیروی کششی فنر را خنثی می کند و هسته فوقانی را به هسته تحتانی متصل کرده باعث می شود که تعدادی کنتاکت عایق شده از یکدیگر به ترمینال‌های ورودی و خروجی کلید متصل می شود و باعث باز شدن کنتاکت‌های بسته کنتاکتور یا بسته شدن کنتاکت های باز کنتاکتور می گردد.در صورتی که مدار تغذیه بوبین کنتاکتور قطع شود، در اثر نیروی فنری که داخل کلید قرار دارد هسته متحرک دوباره به حالت اول باز می گردد.

شستی استاپ استارت و سلکتور سوئیچ های فرمان :

شستی ها از جمله وسایل فرمان هستند که تحریک آنها به وسیله دست انجام می گیرد و در انواع مختلف و برای کاربردهای متفاوت طراحی می شوند.شستی که پس از تحریک، دو کنتاکت وصل را قطع می کنند استاپ (قطع) و شستی هایی که پس از تحریک دو کنتاکت، قطع را وصل می کنند شستی استارت (وصل) نامیده می شوند. شستی هایی که هر دو عمل را در یک زمان انجام می دهند،به شستی استارت استاپ یا دوبل معروف هستنند یعنی با فشار کلید دو کنتاکت باز بسته و دو کنتاکت بسته باز می شود.
 

رله اضافه بار (حرارتی یا بیمتال) :

دستگاه‌های الکتریکی را باید در مقابل خطرات و خطاهای احتمالی حفاظت کرد. یکی از راه‌های حفاظت موتورهای الکتریکی، استفاده از رله حرارتی و رله مغناطیسی است. رله حرارتی موتور را در برابر اضافه بار حفاظت می کند. رله اضافه بار جهت کنترل جریان موتورهای الکتریکی بکار می رود و یک نوع رله حفاظتی است.

 این رله از دو فلز مختلف الجنس که ضرایب انبساط طولی مختلفی دارند تشکیل شده است. به اطراف این دو فلز به هم چسبیده، یک رشته سیم حامل جریان الکتریکی پیچیده شده طوری تنظیم شده است که در اثر افزایش کم جریان، دستگاه مربوطه بدون دلیل و به سرعت قطع نشود. با استفاده از این منحنی‌ها همچنین می‌توان آن را طوری تنظیم کرد که زمان قطع زیاد شده و عبور جریان اضافی موجب صدمه به دستگاه نشود. شرایط کار این رله ها از (۲۰ -) درجه تا (۶۰ +) درجه سانتی گراد متغیر است.

رله مغناطیسی :

رله مغناطیسی نیز برای کنترل جریان به کار می رود. اصول کار این رله بر اساس پدیده مغناطیس پایه گذاری شده است.از این رله برای قطع جریان های اتصال کوتاه استفاده می شود. می دانیم که یک اتصال کوتاه باید سریع قطع شود بنابراین در چنین موقعیتی نمی توان از رله اضافه باری (حرارتی) استفاده نمود چون گرم شدن بیمتال رله به یک زمان نسبتاً طولانی نیاز دارد.

این رله از یک هسته مغناطیسی که اطراف آن چند دور سیم پیچیده شده تشکیل گردیده است. عبور جریان اتصال کوتاه باعث مغناطیس شدن و جذب اهرم قطع می شود. این رله را به طور مجزا به ندرت مورد استفاده قرار می دهند و در کلیدهای اتوماتیک از آنها به همراه رله های حرارتی بهره می گیرند.

لامپ‌های سیگنال :

لامپ‌های علامت دهنده یا لامپ‌های سیگنال در کلیه دستگاه‌های صنعتی و تابلو‌های توزیع و تابلو فرمان به کار می روند. نوع استفاده از این لامپ متفاوت است. این لامپ به عنوان لامپ خبر استفاده می‌شود و می تواند روشن بودن، خاموش بودن و یا عیب دستگاه و… را نشان دهد. چراغ‌های مورد استفاده در مدار فرمان، یک چراغ کم قدرت (۲ / ۱ تا ۵ وات) است که با ولتاژهای مختلف از ۲۴ تا ۲۲۰ ولت کار می کند.

 این چراغ‌ها معمولاً در سه رنگ استاندارد قرمز، سبز و نارنجی ساخته می‌شوند. برای مثال در کارخانه‌ای که تعداد زیادی موتور در آن واحد مشغول به کار بوده و فواصل آن‌ها تا تابلوی کنترل نسبتاً زیاد باشد از چراغ قرمزی که توسط کنتاکت بازی از کنتاکتور اصلی موتور روشن می‌شود استفاده می‌کنند. با استفاده از کنتاکت های باز کنتاکتور می‌توان چراغ سبزی را که نمایشگر حالت خاموشی مدار است روشن نمود. در نقشه‌ها برای نمایش چراغ سیگنال از حرف h استفاده می‌شود.

کلیدهای محدود کننده :

کلید محدود کننده (LIMIT SWITCH) که گاهی میکروسوئیچ نیز نامیده می شوند، کلیدی است که برای قطع و وصل یک حرکت خطی یا دورانی و یا تعویض جهت دوران یک متحرک به کار می رود.این کلید اهرمی دارد که وقتی دسته متحرک به آن برخورد می کند کنتاکتی را قطع می نماید.

کنتاکت مذبور خود عامل فرمانی است برای ماشینی که هدف کنترل آنست. چنانچه از اسم این کلید بر می آید کلید یاد شده برای محدود کردن حرکت متحرک ها به کار می رود. مثلاً در یک چرثقیل سقفی که در چند جهت حرکت می کند وقتی متحرک به انتهای هر قسمت از مسیر خود می رسد، یک کلید محدود کننده مدار رفت را از کار انداخته و مدار برگشت را مهیا می سازد.

کلید تابع فشار (کلید‌های گازی)

این کلید‌ها برای کنترل سطح گاز داخل مخازن و کمپرسورها، تنظیم فشار آب داخل لوله‌ها و روشن و خاموش کردن اتوماتیک این دستگاه‌ها مورد استفاده قرار می گیرند. عامل فرمان این کلید، فشار گاز یا مایع داخل مخزن است.عامل قطع و وصل این کلید گاز است. اصول کار آن به این صورت است که فشار گاز مؤثر بر هر صفحه نیرویی معادل F=P.A ایجاد می‌نماید (P فشار و A سطح مقطع صفحه است).

 در رله‌ها F باعث جابه جایی صفحه می‌شود. این جابه جایی از طریق یک اهرم منتقل شده و کنتاکتی را قطع و وصل می‌نماید. نیروی برگردان را فنر زیر صفحه ایجاد می‌کند. پس با انتخاب فنر‌های مختلف می‌توان فشار‌های کم یا زیاد را بر روی صفحه اثر داده و قطع و وصل کنتاکت را بطور دلخواه تنظیم نمود.