INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ ĆWICZENIE NR P-18 BUDOWA PNEUMATYCZNEGO STEROWNIKA Koncepcja i opracowanie: dr inż. Michał Krępski Łódź, 2011 r.
2 Temat ćwiczenia: BUDOWA PNEUMATYCZNEGO STEROWNIKA Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie z budową elementów bloku taktowego oraz ze sterowaniem układu siłowników pneumatycznych za pomocą sterownika pneumatycznego. Program ćwiczenia: Ćwiczenie obejmuje: 1. Zapoznanie z budową elementów bloku taktowego. 2. Zaprojektowanie sterownika pneumatycznego dla realizacji zadanego diagramu ruchu układu siłowników. 3. Zmontowanie układu pneumatycznego ze sterownikiem pneumatycznym. Literatura: 1. Compain J.: - Le mecanicien en cirkuis pneumatiques et oleopneumatiques. Paris 1977r. 2. Pietrzkiewicz T. i inni: - Napędy i sterowanie pneumatyczne. WNT W-wa, 1965r. 3. Stawiarski D. : - Urządzenia pneumatyczne w obrabiarkach i przyrządach. WNT W- wa, 1975r. 4. Szenajch W.: - Przyrządy i uchwyty pneumatyczne. WNT W-wa, 1975r. 5. Szenajch W.: - Pneumatyka i hydraulika maszyn technologicznych. Skrypt Politechniki Warszawskiej, W-wa, 1983r. 6. Katalog elementów pneumatycznych firmy PARKER. 7. Polska Norma PN-ISO 1219-1: grudzień 1994. Napędy i sterowania hydrauliczne i pneumatyczne. Symbole graficzne i schematy układów.
3 1. Wprowadzenie Pojęciem sterownik określa się układ sterowania o zunifikowanej budowie, oparty w znacznym stopniu na standardowych zespołach, przeznaczony do sterowania sekwencyjnego maszynami i urządzeniami technologicznymi. W sterowniku pneumatycznym sygnały wejściowe i wyjściowe są sygnałami pneumatycznymi. Sterownik pneumatyczny znajduje zastosowanie szczególnie tam, gdzie jako urządzenia wykonawcze stosowane są siłowniki pneumatyczne, a jako elementy poboru informacji pneumatyczne przetworniki pomiarowe (np. przekaźniki położenia, przekaźniki ciśnienia itp.). 2. Blok taktowy Główną częścią sterownika jest tzw. blok taktowy. Idea sterowania z wykorzystaniem bloku taktowego polega na tym, że pracę układu wykonawczego rozbija się na kolejne takty (kroki) odpowiadające praktycznie rzecz biorąc kolejnym stanom urządzeń napędowych. Każdemu taktowi (krokowi) jest przypisany określony element pamięci. Włączenie i-tej pamięci jest możliwe w momencie, gdy jest stwierdzone istnienie sygnału na wyjściu z taktu poprzedniego oraz gdy zaistniał sygnał zewnętrzny wymuszający przejście do taktu i-tego. Zerowanie i-tej pamięci następuje w chwili zjawienia się sygnału na wyjściu (i+1)-tej pamięci. Łatwość projektowania układów sterowania z zastosowaniem pamięci taktowych wynika stąd, że projektant nie musi analizować stanu pamięci w układzie przed przejściem do następnego taktu, a jedynie określić sygnały wyzwalające następny takt i wymagane blokady. Schemat pneumatyczny bloku taktowego firmy Telemecanique 1 przedstawiono na rys. 1. Elementy bloku taktowego są zasilane sprężonym powietrzem - sygnał P. Sygnały wejściowe a1, a2... an pochodzą np. z zaworów pilotów, przekaźników ciśnienia itp., natomiast sygnały wyjściowe S1, S2... Sn sterują zaworami rozdzielającymi lub bezpośrednio siłownikami. 1 - aktualnie część pneumatyczną francuskiej firmy TELEMECANIQUE wykupiła amerykańska firma PARKER
4 Rys.11.1. Schemat pneumatyczny bloku taktowego firmy TELEMECHANIQUE [1] P zasilanie sprężonym powietrzem, STOP sygnał zerujący elementy bloku, a 1, a 2,... a n sygnały wejściowe (sterujące), S 1, S 2,... S n sygnały wyjściowe (robocze), x o sygnał kasujący poprzedni element pamięci, x 1 sygnał przełączający następny element pamięci taktowej.
5 Każdy element bloku taktowego składa się z trzydrogowego, dwupołożeniowego zaworu rozdzielającego sterowanego pneumatycznie oraz z dwóch zaworów logicznych: sumy i iloczynu. Dzięki odpowiedniemu doprowadzeniu sygnałów - sygnał wejściowy np. a2 wprowadzony na element iloczynu spowoduje przesterowanie zaworu 3/2 w lewo w takcie trzecim, co spowoduje powstanie sygnału S3, który zostanie podany do układu wykonawczego oraz jednocześnie na wejście elementu logicznego sumy w drugim elemencie bloku. Zawór 3/2 w drugim takcie zostanie przesterowany w prawo, skutkiem czego zaniknie sygnał S2. Przykład realizacji sterowania układem pneumatycznym składającym się z trzech siłowników A, B, C zamieszczono na rys. 2. Są one zasilane sprężonym powietrzem przez zawory rozdzielające R1, R2, R3. Sygnały sterujące A0, A1, B0, B1, C0, C1 dochodzą do zaworów z bloku taktowego. Sygnały zwrotne a0, a1, b0, b1, c0, c1 pochodzące z zaworów pilotów wchodzą na odpowiednie wejścia w bloku taktowym. Dzięki odpowiedniemu podłączeniu do bloku taktowego sygnałów wejściowych i odprowadzeniu do zaworów rozdzielających R1, R2, R3 sygnałów wyjściowych możliwe jest zrealizowanie żądanego diagramu ruchu siłowników.
6 a) b) c) Rys. 2. Realizacja cyklu pracy siłowników za pomocą pneumatycznego sterownika a) schemat układu pneumatycznego, b) diagram ruchu, c) podłączenie sygnałów wejściowych i wyjściowych do bloku taktowego
7 3. Element bloku taktowego Budowa elementu bloku taktowego zostanie omówiona na przykładzie elementu firmy Telemecanique. Element składa się z podstawki i nabudowanego na niej zaworu. W podstawce mieszczą się miniaturowe zawory logiczne: sumy i iloczynu, których zadaniem jest sterowanie zasadniczą częścią elementu zaworem trzydrogowym, dwupołożeniowym. Rys. 3 przedstawia budowę zaworu znajdującego się w każdym elemencie bloku taktowego firmy Telemecanique. W skład zaworu wchodzą: metalowa płytka zaworu - 1, magnesy - 2 i 3, przycisk ruchomy - 4, membrany - 5 i 6, przyciski do ręcznego sterowania umożliwiające przesterowanie: - w pozycję pracy - 7, - w pozycję spoczynku - 8 oraz wskaźnik kontroli pozycji pracy - 9. Membrany 5 i 6 zapewniają niezależność sygnałów sterowania x0 i x1 od układu zasilania bloku taktowego. Powierzchnia tych membran pozwala na stosowanie niskiego ciśnienia sterowania - 1-2 bar. Metalowa płytka 1 zamykająca drogę przepływu powietrza przez zawór może przesuwać się między dwoma stałymi magnesami 2 i 3, które zabezpieczają mu dwa stabilne położenia. W ten sposób jest realizowana funkcja pamięci. W przypadku zaniku ciśnienia w przewodzie P, stan pamięci zostaje zachowany. Na rys. 3a. element znajduje się w stanie spoczynku (stan "0" ). Doprowadzenie sprężonego powietrza P jest odcięte przez płytkę 1 utrzymywaną w tej pozycji przez magnes 2. Pozycja ta jest uzyskiwana gdy sygnał pilotujący x0 działający na membranę 6 spowoduje przesunięcie płytki 1 od magnesu 3 do magnesu 2. W stanie spoczynku wylot powietrza S jest połączony z kanałem R (odpowietrzenie). Na rys. 3b. element znajduje się w stanie pracy (stan "1" ). Sygnał sterujący x1 działa na zawór 1 przesuwając go od magnesu 2 (za pomocą przycisku ruchomego 4 ) do magnesu 3. Kanał P (doprowadzenie sprężonego powietrza) jest połączony z kanałem S (wyjście sygnału z bloku taktowego) a wylot powietrza do atmosfery (kanał R) jest odcięty.
8 a) b) Rys. 3. Budowa zaworu bloku taktowego firmy TELEMECHANIQUE: a stan spoczynku (stan 0 ), b stan pracy (stan 1 ) [3] 1 płytka metalowa, 2,3 magnes, 4 przycisk ruchomy, 5,6 membrana, 7,8 przycisk ręcznego sterowania, 9 wskaźnik pozycji pracy. Oznaczenia kanałów: P doprowadzenie sprężonego powietrza, R odpowietrzenie, S sygnał roboczy, x o, x 1 sygnały sterujące
9 4. Przebieg ćwiczenia Zadanie 18.1. Budowa elementu bloku taktowego. W czasie ćwiczenia należy: w oparciu o schemat pneumatyczny bloku taktowego (rys. 2.) i budowę zaworu w elemencie bloku taktowego (rys. 3.) oraz zamieszczony opis prześledzić na zdemontowanym elemencie bloku taktowego drogi przepływu poszczególnych sygnałów pneumatycznych, na rysunkach zamieszczonych w karcie pomiaru opisać przepływ sygnałów pneumatycznych. Zadanie 18.2. Projekt układu sterowania. W czasie ćwiczenia należy: dla zadanego diagramu ruchu zaprojektować układ sterowania w oparciu o blok taktowy, zmontować zaprojektowany układ sterowania i prześledzić jego działanie, podać wnioski nasuwające się podczas realizacji ćwiczenia.
10 ĆWICZENIE P-18 BUDOWA PNEUMATYCZNEGO STEROWNIKA Laboratorium INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN Imię i nazwisko Nr alb. Grupa Data wykonania ćwiczenia Zaliczenie Uwagi prowadzącego ćwiczenie ZADANIE 18.1. Budowa i działanie elementu bloku taktowego. ZADANIE 18.2. Projekt układu sterowania.
11