Ηλεκτρικά Εξαρτήματα
Οι κινήσεις μηχανών σε αυτοματοποιημένα συστήματα χρησιμοποιούν μια ποικιλία ηλεκτρικών μεθόδων και μέσων για την παροχή και τη βοήθεια στη μετάδοση ισχύος. Τα τυπικά αυτοματοποιημένα μηχανήματα χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό ηλεκτρικών, ηλεκτρονικών και ηλεκτρομηχανικών τεχνολογιών για τη μετακίνηση φορτίων.
Αυτές οι τεχνολογίες παίζουν συγκεκριμένους ρόλους σε αυτοματοποιημένες μηχανές και αντιπροσωπεύονται από μια ποικιλία συσκευών πεδίου. Ορισμένες συσκευές έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν ηλεκτρική ή ηλεκτρομηχανική πρόωση, ενώ άλλες παρέχουν ηλεκτρονικά σήματα. Οι διαφορές μεταξύ των συσκευών είναι στο κύκλωμα και στα εσωτερικά πρόσθετα εξαρτήματα.
Ηλεκτρολογικός εξοπλισμός
Ο ηλεκτρικός εξοπλισμός έχει σχεδιαστεί για να παρέχει ενέργεια για ενέργεια και διανομή. Αυτές οι συσκευές μετατρέπουν το ηλεκτρικό ρεύμα σε φως, θερμότητα ή κίνηση. Μια συσκευή θεωρείται ηλεκτρική εάν χρησιμοποιεί αυστηρά ηλεκτρική ενέργεια για τη διανομή ενέργειας και ισχύος.
Συνήθως θα βρείτε αυτές τις συσκευές σε ντουλάπια ελέγχου μηχανών. Εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) ρέει από την κύρια παροχή ρεύματος του κτιρίου στο κουτί διανομής του μηχανήματος. Ο ηλεκτρικός εξοπλισμός έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει το ρεύμα που ρέει σε ένα μηχάνημα μέσω ενός κυκλώματος. Το κύκλωμα είναι ένας βρόχος που οδηγεί τη ροή της ενέργειας στο φορτίο και πάλι πίσω.
Το κύκλωμα έχει τέσσερα βασικά μέρη:
- Το τροφοδοτικό παρέχει ενέργεια στο φορτίο και αποτελείται από
- Δυναμικό- Παρέχει την ώθηση πίσω από τη φόρτιση. Είναι η πίεση που κινεί το φορτίο.
- Ρεύμα- Η τάση πιέζει για να παράγει ρεύμα ηλεκτρονίων. Χωρίς τάση δεν υπάρχει ρεύμα.
- Αντίσταση- Η αγωγιμότητα του υποστρώματος επηρεάζει την αντίσταση. Το μέγεθος της αντίστασης εξαρτάται από το μέγεθος και τη σύνθεση του υποστρώματος.
- Οι αγωγοί παρέχουν τη διαδρομή. Η ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται κατά μήκος των μεταλλικών συρμάτων όπως ο χαλκός και το αλουμίνιο.
- Εναλλάσσει τα κυκλώματα ελέγχου προσθέτοντας μια μέθοδο εναλλαγής μεταξύ ανοιχτού ή κλειστού (άρα ανοιχτό ή κλειστό).
- Μια συσκευή φόρτωσης είναι μέρος του βρόχου κυκλώματος. Η ηλεκτρική ενέργεια ρέει μέσω της συσκευής, ενεργοποιώντας την.
Ηλεκτρονική
Η εξαιρετικά συνεπής σχέση μεταξύ τάσης, ρεύματος και αντίστασης επιτρέπει καλύτερο έλεγχο των κυκλωμάτων και μπορεί να παράγει πιο ουσιαστικά αποτελέσματα.
Ο νόμος του Ohm δηλώνει [V (τάση)=I (ρεύμα) x R (αντίσταση)
Ελέγχουμε οποιαδήποτε από αυτές τις μεταβλητές ελέγχοντας τις άλλες δύο. Αυτό μας φέρνει στα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα είναι τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο αυτών των μεταβλητών και κατά συνέπεια τον έλεγχο του κυκλώματος. Προσθέτοντας ενεργά και παθητικά ηλεκτρονικά στοιχεία σε ένα τυπικό κύκλωμα, μπορούμε να χειριστούμε τα ηλεκτρικά ρεύματα για να παράγουμε σήματα που επικοινωνούν μεταξύ των ηλεκτρονικών συσκευών μηχανών. Ανάλογα με το ηλεκτρονικό εξάρτημα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν λειτουργίες ενίσχυσης σήματος, υπολογισμού και μετάδοσης δεδομένων.
Ένα βασικό συστατικό στο σχεδιασμό ηλεκτρονικών κυκλωμάτων:
- Πυκνωτής- Ένα στοιχείο δύο ακροδεκτών που αποθηκεύει ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο με ηλεκτροστατικό τρόπο.
- Αντίσταση- Ένα παθητικό στοιχείο δύο ακροδεκτών που παρέχει αντίσταση σε ένα κύκλωμα. Μειώνει την τάση και το ρεύμα.
- Δίοδος- Μια συσκευή δύο ακροδεκτών που περιορίζει το ρεύμα προς μία κατεύθυνση, όπως μια βαλβίδα αντεπιστροφής. Κάποτε αποτελούνταν κυρίως από σωλήνες κενού αερίου, αλλά τώρα αντικαθίσταται σχεδόν εξ ολοκλήρου από ημιαγωγούς και θεωρείται συστατικό στερεάς κατάστασης.
- Τρανζίστορ- Μια συσκευή τριών ακροδεκτών που εκτελεί δύο λειτουργίες. Είναι κατασκευασμένο από υλικό ημιαγωγών και λειτουργεί ως διακόπτης ή ενισχυτής για ηλεκτρονικά σήματα, ελέγχοντας τη ροή της τάσης και του ρεύματος. Θεωρείται συστατικό στερεάς κατάστασης.
- Μετατροπέας- Ο μετατροπέας είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ενέργεια από τη μια μορφή στην άλλη. Ένας ενεργοποιητής είναι μια μορφή μετατροπέα. Οι μορφοτροπείς λειτουργούν ως αισθητήρες επειδή λαμβάνουν και ανταποκρίνονται στα σήματα του συστήματος, όπως ακριβώς κάνουν όταν χρησιμοποιούνται ως θερμοστοιχεία.
Στον σημερινό αυτοματισμό, οι ηλεκτρονικές συσκευές περιέχουν ολοκληρωμένα κυκλώματα που σχηματίζουν συστήματα κυκλωμάτων για συγκεκριμένες εργασίες. Τα κυκλώματα διασκορπίζονται σε υλικό γκοφρέτας ημιαγωγών και εγκλωβίζονται σε ένα τσιπ. Τα υλικά ημιαγωγών δεν είναι αγωγοί ή μονωτές. Οι ημιαγωγοί βρίσκονται κάπου στη μέση. Αυτή η τεχνολογία είναι δημοφιλής επειδή οι φορείς φορτίου της (ηλεκτρόνια και οπές) χειρίζονται εύκολα από εσωτερικούς (ντόπινγκ βορίου ή φωσφόρου) και εξωτερικούς (θερμοκρασία, φως κ.λπ.) παράγοντες.
Οι συσκευές που βασίζονται αποκλειστικά σε εξαρτήματα ημιαγωγών θεωρούνται στερεάς κατάστασης. Τα σύγχρονα τρανζίστορ και οι δίοδοι, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) και οι οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCD) είναι όλα εξαρτήματα στερεάς κατάστασης. Δύο παραδείγματα συσκευών στερεάς κατάστασης που διατίθενται στην αγορά για αυτοματισμό περιλαμβάνουν ρελέ και αισθητήρες. Αυτές οι συσκευές ήταν αρχικά και εξακολουθούν να πωλούνται σε ηλεκτρομηχανικές εκδόσεις. Οι συσκευές στερεάς κατάστασης παρέχουν την ίδια λειτουργικότητα με τις αντίστοιχες ηλεκτρομηχανικές τους συσκευές, αλλά δεν περιλαμβάνουν κινούμενα μέρη.