Wendemaschine mit Zwischenstopp
(Relais-Steuerung)
Die Steuerung für eine Wendemaschine führen wir in dem Versuch mithilfe von Relais aus. Grundsätzlich ist die Aufgabe nicht kompliziert. Mit einem
Schalter wird die Drehrichtung der Wendemaschine vorgegeben. Mit einem Taster kann dann die Bewegung eingeleitet werden. Die Bewegung erfolgt nur, solange der Taster
betätigt wird. Zwei Endschalter markieren die Endpositionen links und rechts. Die eigentliche Arbeit erledigt dann z.B. ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb.
Das sind die Grundkomponenten und Funktionen einer Wendemaschine.
Bei Sonderausführungen von Wendemaschinen werden gelegentlich kundenspezifische Zusatzfunktionen
benötigt. Eine solche Funktion bauen wir in unsere Steuerung ein. An der Maschine wird ein weiterer Signalgeber angebracht, der eine Zwischenposition der Wendemaschine
markiert. Beim Wenden von links nach rechts oder umgekehrt, soll die Wendemaschine, sobald der Sensor erreicht wird, stehen bleiben. In der Position muss der Bediener
den Start Knopf loslassen. Erst dann, nachdem er mit dem Richtungsschalter entschieden hat, ob die Wendebewegung jetzt rückwärts oder fortgesetzt werden soll, kann er
mit dem Start Knopf die Maschine wieder in Bewegung setzen.
Position-Endschalter
Mit zwei Position-Endschaltern werden die Endpositionen links und rechts des Kippers abgefragt. Diese Mikroschalter können bei 125 V einen Strom von 1A
schalten. Sie stellen jeweils einen Wechsler-Kontakt zur Verfügung. In der Schaltung werden die Öffner der beiden Endschalter verwendet. Der Vorteil der Lösung ist, dass
gleichzeitig die Verbindungen auf Kabelbruch überwacht werden. Sobald eine Leitung beschädigt wird, wird die Bewegung in der entsprechenden
Richtung unterbrochen.
Position-Mitte
Die mittlere Position der Wendemaschine wird mit einem induktiven Sensor überwacht. Der Sensor reagiert dann, wenn in seinem Erfassungsbereich ein
Metallgegenstand auftaucht. Bei dem Sensor handelt es sich um ein Produkt der Firma IFM. Der Sensor (Bezeichnung IE5338) arbeitet im Bereich 10 bis 30 VDC, kann
mit 100 mA belastet werden und hat einen Schaltabstand von 3 mm.
Zeitrelais
Zu einem bestimmten Moment wird in der Schaltung ein kurzer Impuls benötigt. Und zwar dann, wenn die Wendemaschine den Sensor Position Mitte anfährt.
Mit dem Impuls wird die in der Schaltung aufgebaute Selbsthaltung gelöst und damit die Bewegung unterbrochen. Diese Aufgabe übernimmt das Multifunktion-Zeitrelais
YF-4. Das Zeitrelais kann in diversen Modi arbeiten und ist für diverse Testaufgaben äußerst praktisch. Mehrere
Infos zu dem Zeitrelais:
Für die Bewegung sorgt ein Gleichstrommotor, der nominal mit 24 VDC arbeitet. Trotz der eingebauten Getriebe wäre der Motor für die provisorisch
aufgebaute Testschaltung viel zu schnell. Seine Geschwindigkeit wird daher mit einem PWM-Motortreiber runtergesetzt. Die Drehrichtungsumkehr erreicht man,
indem der Pluspol mit Minuspol vertauscht wird.
Motortreiber
Der Antriebsmotor wird mithilfe eines Motortreibers gesteuert. Dank des Motortreibers kann die Drehzahl des Motors passend eingestellt werden. Zu diesem
Zweck ist der Treiber mit einem Potentiometer ausgestattet. Die Spannungsteuerung erfolgt mithilfe von PWM. Auf dem Schaltplan trägt der Treiber die Bezeichnung A1.
Relais RM84
Die ersten vier Steuerrelais K1 bis K4 gehören zu der Serie RM84 von Relpol. Die Relais arbeiten mit 24 VDC. Sie stellen zwei Wechsler-Kontakte zur
Verfügung, die mit einem Strom von 8 A belastet werden können. Die Relais können auf einen Sockel aufgesteckt oder als Printrelais
eingesetzt werden.
Relais Finder
Für die Ansteuerung des Motors werden in der Schaltung Finder Relais 55.34.9.024.0040 verwendet. Auch diese Relais arbeiten mit 24 VDC. Sie sind mit
vier Wechsler-Kontakten ausgestattet. Zwei Kontakte als Schließer verwenden wir in der Schaltung, um den Motor einzuspeisen. Ein weiterer Kontakt, der als Öffner zum
Einsatz kommt, dient zur
Verriegelung, die verhindern soll, dass zwei Relais (K5 und K6) gleichzeitig anziehen. In dem Fall käme es zu einem Kurzschluss, der die Relais
beschädigen könnte.
Der Spannungsregler L78S12CV regelt die Versorgungsspannung von 24 VDC auf 12VDC herunter. Das ist notwendig, da das Zeitrelais mit maximal 12 VDC
arbeiten kann. In dem Fall, wo man über ein 24V-Zeitrelais verfüget, erübrigt sich diese Komponente. Außer Spannungsanpassung hat der Spannungsregler darüber
hinaus keine weiteren Funktionen. Auf dem Schaltplan ist der Spannungsregler als A3 gekennzeichnet.
Die Grundfunktionalität einer Wendemaschine ist simpel. Wir nehmen zunächst an, dass das Relais K3 nicht existiert und sein Schließer-Kontakt K3(21-24)
ebenfalls nicht. Man stellt mit dem rastenden Schalter S2 die gewünschte Drehrichtung des Motors ein, betätigt den Startknopf S1 und schon geht es los. Der Kipper wendet. Die
Bewegung dauert solange an, bis der entsprechende Endschalter S3 oder S4 angefahren wird. Dabei wird der Motor mit den Relais K5 oder K6 mit Strom versorgt. Bei
angefahrenem Endschalter fällt das Relais (K5 oder K6) ab und der Motor kommt zum Stillstand. Nachdem der Schalter S2 umgestellt wurde, kann der Vorgang in anderer
Richtung wiederholt werden.
Die Schwierigkeit in der Schaltung besteht darin, die zusätzlich geforderte Funktion „Zwischenstopp“ zu realisieren. Für den „kleinen“ Zusatz werden vier Relais
und ein Zeitrelais benötigt. Anzumerken ist, dass die Anzahl der Komponenten immer davon abhängt, welche Geräte zur Verfügung stehen. In dem Beispiel könnte man, wenn
das Zeitrelais über einen Wechsler-Kontakt verfügt hätte, auf das Relais K2 verzichten. Wäre der Taster S1 mit einem Schließer- und Öffner-Kontakt ausgestattet, könnte
man auf das Relais K4 verzichten.
Damit eine Bewegung überhaupt möglich ist, muss das Relais K3 an sein. Sein Schließer-Kontakt K3(21-24) versorgt den Schalter S2 mit Spannung. In Ruhezustand
bleibt K3 wie gewünscht an. Die Öffner-Kontakte K2(11-12) und K4(11-12) sind geschlossen. Zusätzlich hält sich K3 über seinen Schließer K3(11-14) selbst. Wenn man
jetzt den Startknopf S1 betätigt, geht das Relais K4 an, folglich öffnet sein Öffner-Kontakt K4(11-12). Das Relais K3 bleibt trotzdem dank der Selbsthaltung an. Eine
Bewegung erfolgt. Sobald beim Weiterdrehen der Sensor „Position Mitte“ angefahren wird, zieht das Relais K1 an und aktiviert mit dem Schließer K1(11-14) das Zeitrelais A2.
Für die Dauer des eingestellten Impulses geht das interne Kontakt des Zeitrelais an, was zur Folge hat, dass K2 ebenfalls anzieht. Sein Öffner-Kontakt K2(11-12) öffnet
und unterbricht die Spulenspannung von K3. Die Selbsthaltung von K3 wird gelöst, das Relais fällt ab, sein Schließer-Kontakt K3(21-24) öffnet und der Motor kommt zum
Stillstand. Nach Ablauf der Zeit fällt K2 zwar wieder ab, aber K3 kann nicht mehr anziehen, da der Startknopf immer noch festgehalten wird. Erst wenn man ihn loslässt,
fällt das Relais K4 ab und K3 kann erneut anziehen.
Damit ist die Zusatzfunktion erfolgreich in die Grundschaltung integriert. Wird während einer Bewegung die „Position Mitte“ erreicht, bleibt die Maschine
unweigerlich stehen.
