Cursus Elektrisch Schakelen

De cursus Elektrisch Schakelen wordt door verschillende opleidingsinstituten op het middelbaar beroepsonderwijs gegeven en is specifiek ontwikkeld voor werknemers die meer vakkennis willen of moeten krijgen op het gebied van industriële elektrotechniek.

Wat leer je tijdens de cursus Elektrisch Schakelen?
Tijdens de cursus Elektrisch Schakelen leert de deelnemer elektrische componenten, te installeren, te vervangen en te repareren. Daarnaast leert een deelnemer storingen zoeken en verhelpen. Het lezen van elektrische schema’s behoort ook tot het opleidingsprogramma. In een tekening kunnen de elektrische bedrading, de elektrische schakelingen overige componenten schematisch worden weergegeven. Het is belangrijk dat een monteur deze tekeningen en schema’s goed kan lezen.

Verder wordt er in de cursus elektrisch schakelen ook aandacht besteed aan meetapparatuur en de manieren waarop men metingen moet verrichten aan elektrische systemen. Ook relais, schakelkasten, draaistroommotoren, draaistroommotorschakelingen, frequentieregelaars, softstarters en alle beveiligingssystemen die bij deze voorgenoemde systemen behoren komen aan de orde in de cursus Elektrisch Schakelen. Toch verschilt de cursusinhoud voor Elektrisch Schakelen per opleidingsinstituut. Daarom is het belangrijk om van te voren goed na te vragen wat de precieze cursusinhoud is als je Elektrisch Schakelen wil gaan volgen bij een bepaald opleidingsinstituut.

Voorkennis en vooropleiding
Voor de cursus Elektrisch Schakelen is een mbo-3 werk- of denkniveau gewenst. Ook is het belangrijk dat iemand die deelneemt aan deze cursus affiniteit heeft met de techniek of in de techniek werkzaam (is gewenst). Vooropleidingen in de elektrotechniek en/ of werktuigbouwkunde zorgen er voor dat de cursus elektrisch schakelen effectiever kan worden opgepakt. Iemand met deze opleidingsachtergrond zal namelijk bepaalde informatie uit de opleiding Elektrisch Schakelen herkennen.

Doelgroep voor Elektrisch Schakelen
De cursus elektrisch schakelen is ontwikkeld voor mensen die werkzaam zijn in de machinebouw of machineonderhoud. Onderhoudsmonteurs, installatiemonteurs, servicemonteurs en andere werknemers die werken in het assembleren of repareren en onderhouden van machines kunnen voordeel hebben met de opleiding Elektrisch Schakelen. De cursus vormt een goede aanvulling voor technici die alleen maar kennis hebben van de mechanische componenten van machines en installaties.

Geen volledige elektrotechnische opleiding
Elektrisch Schakelen is echter geen volledige opleiding in de elektrotechniek. Als iemand een elektrotechnisch onderhoudsmonteur wil worden dan zijn aanvullende opleidingen op het gebied van mechatronica, elektronica en elektrotechniek gewenst en noodzakelijk. Ook veiligheidstrainingen in de vorm van VCA of NEN 3140 vormen een belangrijke aanvulling voor mensen die een opleiding Elektrisch Schakelen hebben gevolgd.

Wat is een teleruptor?

Teleruptor is een benaming voor een bistabiel relais die op afstand bediend kan worden. Een teleruptor wordt ook wel impulsrelais of afstandschakelaar genoemd waarbij één of meer schakelcontacten van stand veranderen bij elke stroompuls. De stand waarin het schakelcontact is veranderd blijft in stand totdat er een volgende puls heeft plaats gevonden. Teleruptors worden veel in de telektrotechniek gebruikt en onder andere toegepast in verlichtingsinstallaties in woningen en domotica.

Werking van een teleruptor
Net als andere elektromagnetische relais werkt ook de teleruptor volgens een elektromagnetisch principe. Het mechanisme is zo gemaakt dat het schakelcontact van stand veranderd door elke korte stroompuls die door de schakelaar plaatsvind door de ingebouwde spoel. De stand van het relais blijft gehandhaafd totdat er een nieuwe puls plaatsvind. Dit vasthouden kan bijvoorbeeld op mechanische weg geregeld zijn. Men kan hierbij denken aan de schakelaar van verlichting. Men drukt de schakelaar is waardoor een lamp aan gaat. Wanneer ben de knop nogmaals indrukt kan de verlichting uit gaan.  Eén of meer drukknoppen kunnen parallel de teleruptor in de praktijk bedienen. Een teleruptor wordt in de praktijk veelvuldig toegepast en kan onder andere onderdeel vormen van een domotica installatie.

Wat is een Intelligent relais?

Intelligent relais is een schakelaar die werkt doormiddel van een elektromagneet en is voorzien van geïntegreerde functies. Een gewoon relais is schakelaar die eveneens doormiddel van een elektromagneet functioneert echter bevat een gewoon relais geen geïntegreerde functies. Een Intelligent Relais zou je kunnen beschouwen als een schakelaar die voorzien is van een sterk vereenvoudigde PLC. De afkorting PLC staat voor: ‘programmable logic controller’. Dit maakt duidelijk dat in dit verband de Intelligent Relais kan worden voorzien van een aantal programmeerbare taken/ schakelingen. In feite heeft deze relais daardoor PLC eigenschappen. Intelligente Relais worden ook wel smart relays genoemd.

Waar worden Intelligent Relais voor gebruikt?
Tegenwoordig worden steeds meer machines en processen geautomatiseerd. Dat zorgt er voor dat het aantal componenten dat men gebruikt in de automatisering is uitgebreid. De PLC is een bekend voorbeeld hiervan maar is in sommige gevallen veel te uitgebreid om kleine machines of kleine installaties te automatiseren. Denk hierbij aan Domotica en sommige toepassingen in de industrie. Domotica is overigens het automatiseren van woninginstallaties. Het automatiseren van verwarmingssystemen, beveiliging, verlichting, apparaten en overige installaties in woningen valt onder Domotica maar heeft ook zeker raakvlakken met Internet of Things.

De term Internet of Things is in feite het tot stand komen van communicatie tussen apparaten en installaties doormiddel van internet. Een term die hierbij ook veel gebruikt wordt is embedded software. Hierbij is de software in feite ingebed in een apparaat zoals een wasmachine, droger of koffiezetapparaat. Embedded software is voorgeprogrammeerd zodat een gebruiker alleen maar op de knoppen van een apparaat hoeft te drukken en het apparaat ‘weet’ dan al wat het moet doen. Dit gebeurd bijvoorbeeld doormiddel van een interface. Een interface zit meestal aan een apparaat vast en zorgt er voor dat mens en apparaat met elkaar kunnen communiceren.

De Intelligente Relais worden ook gebruikt in gebouwbeheersystemen. Dit zijn in feite de systemen die worden toegepast in de utiliteit en industrie en hebben veel raakvlakken met Domotica alleen zijn gebouwbeheersystemen vaak omvangrijker. Zo kunnen Intelligente Relais worden toegepast in rolluiken en zonneschermen in combinatie met sensoren die het zonlicht waarnemen. Ook kunnen ze worden gebruikt voor het besturen van verlichting. Verder worden ze ook veel toegepast in ventilatiesystemen en verwarmingssystemen. Ook worden Intelligente Relais toegepast in schakelkasten.

De basis van intelligente relais of smart relays
Een Intelligent Relais bevat een aantal ingangen. Daarnaast zijn er een aantal geïntegreerde functies en een aantal uitgangen aanwezig. Een Intelligente Relais is een soort vereenvoudigde PLC. Deze relais werden in het verleden vooral voor de industrie ontwikkeld. Nu de automatisering van processen zich tegenwoordig niet alleen tot de industrie heeft beperkt maar ook Domotica steeds meer in opkomst is worden Intelligente Relais ook meer door Domotica installaties gebruikt.

In de module van de Intelligente Relais is een microprocessor geplaatst. Deze maakt het mogelijk om doormiddel van een pc of rechtstreeks doormiddel van een aantal toetsen (klavier) de Intelligente Relais een aantal opdrachten te geven.  Men kan dus een Intelligente Relais programmeren. Zo kan men timers programmeren of weekroosters. Ook logische functies en alles-uit bediening is mogelijk. Zo kan de relais worden gebruik om bij het verlaten van een woning met één druk op een knop alle verlichting worden uitgeschakeld. Een dergelijk systeem wordt gebruikt om energie te besparen en kan een onderdeel vormen van een complete domotica installatie. Het installeren van een intelligent relais is analoog aan een installatie met teleruptoren. Hierbij veranderen schakelcontacten bij elke stroompuls van stand. De ingeschakelde stand blijft dan behouden totdat er een volgende puls wordt gegeven. Een telerupotor werkt volgens het elektromagnetisch principe. Op basis van dit principe werkt ook de Intelligent Relais.

Wat is PLC en waarvoor wordt PLC-techniek gebruikt?

In de machinebouw en het onderhoud van machines kom je regelmatig de term PLC tegen. Deze term wordt zo algemeen gebruikt dat veel mensen niet weten waar deze afkorting precies voor staat. Omdat het gebruik van PLC’s in de techniek toeneemt is het van belang om hierover de basiskennis te leren. Er zijn verschillende opleidingsinstituten waar je deze kennis jezelf eigen kunt maken. Daarvoor moet je dan wel opleidingskosten betalen. Voordat je overweegt om een opleiding in PLC-techniek te doen is het verstandig om jezelf eerst te oriënteren in deze bijzondere tak van de machinebouw en machineonderhoud. Hieronder wordt een algemene uitleg gegeven wat een PLC is en waarvoor deze wordt gebruikt.

Waar staat PLC voor?
PLC is een afkorting die staat voor de Engelse term: ‘programmable logic controller’. Vertaald in het Nederlands staat PLC voor: programmeerbare logische eenheid. Een PLC is een elektronisch apparaat in de vorm van een digitale computer. In deze computer is een microprocessor aanwezig die op basis van informatie, die hij via zijn ingangen ontvangt, een aantal uitgangen aanstuurt. Een PLC is bestand tegen trillingen en elektrische geluiden. Dit moet ook wel want een PLC wordt op verschillende gebieden toegepast waarbij het systeem moet functioneren onder voortdurende inwerking van  geluid en trillingen. Ook zijn PLC-systemen vaak beschermd tegen vocht, stof, warmte en kou. In de volgende alinea wordt uitgelegd waarom PLC-systemen hier tegen bestand moeten zijn.

Waarvoor wordt een PLC gebruikt?
PLC-systemen worden onder andere gebruikt voor het automatiseren van machines of productielijnen van fabrieken, grote drukkerijen, grote melkveehouderijen, grote bakkerijen enz. Daarnaast kunnen PLC-systemen ook gebruikt worden voor pretparken waar gebruikt wordt gemaakt van bepaalde attracties die geautomatiseerd zijn. PLC-systemen worden gebruikt in verschillende industrieën en machines. De besturing van een machine komt tot stand doordat een PLC geprogrammeerd is. In een PLC-systeem wordt aangegeven wat een machine moet doen. Het vormt daarmee het brein van de machine. Wanneer een PLC-systeem niet goed werkt of uitgeschakeld is heeft dat gevolgen voor de machine waaraan het PLC-systeem verbonden is. Daarom worden PLC-systemen dusdanig ontwikkelt dat ze bestand zijn tegen schadelijke invloeden van buitenaf zoals: vocht, trillingen, geluid, stof enz. Dit is slechts één belangrijk verschil tussen een PLC-systeem en een gewone computer.

Hoe werkt een PLC-systeem?
In een PLC-systeem wordt de werking van een machine geregeld. Een PLC-systeem krijgt informatie via verschillende ingangen en stuurt uitgangen aan. De informatie die een PLC ontvangt wordt door het PLC-systeem gelezen. De manier waarop het PLC-systeem de input lees is afhankelijk van de interfacekaarten die zijn geïnstalleerd. Ook de veldbusnetwerken zijn hierbij van belang. Via veldbusnetwerken wisselen apparaten gegevens met elkaar uit.

Een PLC is verbonden aan een machine en stuurt een door een elektromagneet bediende schakelaars aan. Dit type schakelaars worden ook wel relais genoemd.  Er zijn maak relais en verbreek relais. Doormiddel van een ladderdiagram worden de logische schakelingen aangestuurd. In een PLC wordt dus doormiddel van een ladderdiagram bepaald welke relais aan of uitgeschakeld moeten worden. Hierdoor krijgen bepaalde delen van een machine wel of geen stroom. Een ladderdiagram bevat een schema van AND en OR schakelingen. Hiermee wordt gefilterd welke schakelingen logisch zijn.

Voorbeeld van de werking van een PLC
De werking van een PLC kan misschien het beste uitgelegd worden aan de hand van een voorbeeld. Stel een machine moet een stempel op een blikje slaan. Hierbij is van belang dat het blikje op de juiste plaats onder het stempel staat en dat er door het personeel veilig met de machine wordt omgegaan. Daarom heeft men in de machine een kleine camera gebouwd waarmee de machine kan ‘zien’ of het blikje op de juiste plaats staat. Wanneer een blikje voor de camera verschijnt slaat de machine er een stempel op. Een veiligheidslijn die gemaakt is van een laser zorgt er voor dat de machine uit gaat wanneer de laserlijn wordt doorbroken. Dit lijkt een eenvoudig systeem maar het PLC zorgt er voor dat het proces goed en veilig wordt aangestuurd.

Wat gebeurd er achter de schermen? Zodra een blikje voor de camera verschijnt geeft de camera een elektronisch signaal aan het PLC-systeem dat er een blikje aanwezig is onder de stempelmachine. Het PLC werkt een ladderdiagram razendsnel af. Hierbij kunnen verschillende aspecten een rol spelen. Wanneer er verder geen veiligheidsaspecten of verschillende formaten blikjes aanwezig kunnen zijn (die van verschillende stempels moeten worden voorzien), is het proces eenvoudig en wordt er een stempel op het blikje geslagen.

Het kan echter zijn dat mensen met hun hand in de buurt van het blikje kunnen komen en zich kunnen verwonden. In dat geval wordt er in de praktijk vaak gebruik gemaakt van een extra camera of laser. Wanneer een bepaalde veiligheidslijn die gemaakt is met een laser wordt doorbroken gaat er een signaal af naar het PLC dat de machine op stop moet worden gezet. De PLC zorgt er voor dat een relaisschakeling wordt verbroken. Hierdoor krijgt de machine of een deel daarvan geen stroom meer en slaat hij uit. Wanneer de veiligheidslijn is gecontroleerd door een machineoperator of een onderhoudsmonteur kan de machine weer aangezet worden met een speciale resetknop. Hierdoor ‘weet’ het PLC systeem dat de situatie is hersteld en gaat hij de ladderdiagram weer opnieuw af. Wanneer de veiligheidslijn in tact is en er een blikje voor de camera staat geeft het PLC aan een relais het signaal en wordt het relais ingeschakeld. Door het inschakelen van het relais krijgt de stempelmachine stroom en zorgt deze er voor dat er een stempel op het blikje geslagen wordt.

Doormiddel van een PLC-systeem wordt dus gekeken naar een aantal voorwaarden om een bewerking uit te voeren. Wanneer doormiddel van het doorlopen van een ladderdiagram de conclusie wordt getrokken dat de juiste combinatie tussen de voorwaarden optimaal aanwezig is, zorgt het PLC er voor dat er een bewerking kan worden uitgevoerd door een relais wel of niet in te schakelen. Zo komen logische schakelingen tot stand.

Voor wie is PLC-techniek belangrijk?
Niet iedereen werkt in de praktijk met PLC-techniek. Ook in een fabriek zijn er maar een paar mensen aanwezig die op de hoogte zijn van PLC. Een PLC mag niet door een leek worden geprogrammeerd of worden aangepast. Dit is werk van specialisten omdat door fouten in een PLC-systeem een machine ontregeld kan worden. Vaak worden PLC’s ingeregeld, geprogrammeerd of aangepast door onderhoudsmonteurs. Het bedenken van PLC’s of het ontwikkelen van aanpassingen op PLC’s wordt gedaan door software engineers. Deze software engineers zijn specialisten die nieuwe systemen moeten kunnen bedenken om bepaalde bewerkingen te kunnen uitvoeren.  Software engineers zijn in dienst van grote machinebouwers of engineeringsbureaus waarbij compleet nieuwe machines worden bedacht en ontwikkeld.

De meeste productiebedrijven hebben geen software engineer. Zij gebruiken de PLC-systemen nadat deze zijn ontwikkeld en ingeregeld op de machines. Het is wel belangrijk dat een aantal onderhoudsmonteurs (elektrotechnisch) het PLC-systeem kunnen hanteren bij het zoeken naar storingen. Een PLC-systeem is zeer geschikt voor het vinden of lokaliseren van storingen. Er wordt daarbij gekeken naar welke schakelingen niet tot stand komen en wat daar de reden van is. In de situatie die in de vorige alinea is beschreven zou de machine bijvoorbeeld niet meer kunnen functioneren doordat de laser van de veiligheidslijn per ongeluk is verplaatst doordat iemand er tegenaan is gestoten. Hierdoor kan de veiligheidslijn voortdurend doorbroken zijn zonder dat je dat zelf in de gaten hebt. Doormiddel van een PLC-systeem kan de storing worden gelokaliseerd en kan er worden gekeken naar softwarematige, mechanische en elektrotechnische oplossingen.

Verschillende PLC-merken
Er zijn verschillende PLC-merken op de markt aanwezig. Voor elk merk is bijna wel een aparte opleiding nodig. Wanneer nieuwe PLC systemen in een bedrijf worden geïntroduceerd krijgt het bedrijf vaak de mogelijkheid om een deel van haar personeel een cursus of training te laten volgen om de kenmerken van het nieuwe PLC-systeem aan te leren. Daarnaast krijgen bedrijven in de meeste gevallen telefoonnummers van de producten van de PLC-systemen. Deze telefoonnummers kunnen worden gebeld wanneer er een storing in de hardware of software van een PLC ontstaat die niet door eigen personeel kan worden opgelost. Een aantal voorbeelden van PLC-merken zijn:  Mitsubishi, Siemens (Step 5 en Step 7), Allen Bradley, Schneider, Hitachi en Honeywell.