Ćwiczenie 11 str.1/1 ĆWICZENIE 11 AUTOMATYZACJA STANOWISKA DO WIERCENIA OTWORÓW W BOCZNYCH PŁASZCZYZNACH PŁYT 1. CEL ĆWICZENIA: zapoznanie się z logiką tworzenia i przesyłania sygnałów elektrycznych i pneumatycznych na przykładzie automatycznego sterowania wiertarki oraz podawania i przesuwu formatek płyt. 1.1. Opis stanowiska. Jednym z podstawowych ogniw w przemyśle meblarskim są stanowiska do wiercenia otworów w płytach wiórowych. Otwory te stanowią podstawę do łączenia na kołki różnych elementów meblowych. Wymagana bardzo duża dokładność rozstawu otworów (0,1 mm na całej długości boku o wymiarach do 2000 mm) przy dużej ilości otworów (do kilkunastu w jednym elemencie) stwarza konieczność budowy w pełni zautomatyzowanych wiertarek. Stanowisko do przeprowadzenia ćwiczenia jest w pełni zmontowane, a na przedniej płycie układu sterującego naniesiono schemat kinematyczny z wmontowanymi lampkami sygnalizującymi załączanie prądu i sprężonego powietrza do poszczególnych elementów. Na rys.1 przedstawiono elektryczny schemat układu sterowania. W skład układu wchodzą: wiertarka elektryczna z wiertłem osadzonym we wrzecionie, siłownik pneumatyczny jednostronnego działania o ruchu roboczym posuwu wiertarki i ruchu cofania energią sprężyny zamontowanej w siłowniku, siłownik pneumatyczny dwustronnego działania służący do przesuwu formatek,
Ćwiczenie 11 str.2/2 dwa zawory elektromagnetyczne dwudrożne służące do załączania, wyłączania i przełączania dopływu sprężonego powietrza (zawory działają w ten sposób, że podanie napięcia znamionowego na cewkę elektromagnesu następuje otwarcie grzybka zaworu), jeden zawór elektromagnetyczne trójdrożne służące do załączania, wyłączania i przełączania dopływu sprężonego powietrza (zawory działają w ten sposób, że podanie napięcia znamionowego na cewkę elektromagnesu następuje otwarcie grzybka zaworu), trzy wyłączniki krańcowych (kontraktony) służących do tworzenia sygnałów elektrycznych określających aktualny stan układu, dwa wyłączniki krańcowe mechaniczne sterownik LOGO realizujący funkcje logiczne dla prawidłowej pracy sterowania. 2. Elementy przełączające. 2.1 Elementy łączeniowe, albo łączniki, to ogólna nazwa urządzeń służących do łączenia, odłączania lub przełączania obwodów prądu elektrycznego, uruchamianych ręcznie lub zdalnie. Konstrukcja łącznika, czyli materiały izolacyjne, z których jest zbudowany oraz przerwa międzystykowa jest zależna od napięcia pracy urządzenia. Ważna jest wysokość natężenia prądu. Należy zwrócić uwagę na fakt, że w momencie włączania urządzeń występują duże udary prądowe przy wielu obciążeniach. Zdolność do przewodzenia prądu (wytrzymałość prądowa) zależy od kształtu powierzchni styków, rodzaju materiału oraz siły dociskającej współpracujące styki. Należy zwrócić uwagę na to, że wytrzymałość prądowa jest różna dla prądu stałego i zmiennego. Ma to bezpośredni związek z możliwością gaszenia łuku powstającego podczas przerywania prądu. Aby zgasić łuk należy rozsunąć styki na odpowiednią odległość lub zmniejszyć odpowiednio wartość prądu. W przypadku prądu zmiennego natężenie prądu zmniejsza się okresowo do zera, co ułatwia gaszenie łuku. Prąd przemienny nie powoduje przemieszczania się materiału z jednego styku na drugi. W przypadku prądu stałego niektórzy producenci zaznaczają biegunowość styków. Wtedy jeden styk jest posrebrzony, a drugi wykonany z litego srebra. Polaryzacja ustalona jest w ten sposób, aby materiał wędrował z kontaktu zrobionego z litego srebra do posrebrzanego. Na materiał izolacyjny przełącznika powinno się zwracać szczególną uwagę gdy ma być on zastosowany w obwodach wysokiej częstotliwości. Wynika to ze strat w materiałach izolacyjnych, które rosną z częstotliwością. Urządzenia stosowanie w obwodach prądu wielkiej
Ćwiczenie 11 str.3/3 częstotliwości wymagają używania materiałów ceramicznych lub PTFE. Dla bardzo wysokich częstotliwości, powinny być również odpowiednio kształtowane drogi przewodzenia prądu, a także muszą być dopasowywane i dostrajane impedancje obwodów, aby straty i odbicia sygnałów były jak najmniejsze. Ze względu na konstrukcję mechaniczną rozróżniamy następujące typy przełączników: Przełączniki przechylne (dźwigienkowe) Wymagają zwykle znacznej siły do przełączania oraz odznaczają się dużym skokiem, ale za to położenia i szybkość przełączania są jednoznacznie określone. Przełączniki suwakowe Nie mają równie jednoznacznych położeń. Używa się ich w obwodach niskonapięciowych i niskoprądowych, np. jako miniaturowe przełączniki w obudowach DIL. Mikroprzełączniki Są idealnym rozwiązaniem w sytuacjach, gdy wymagana jest mała siła przełączenia przy niewielkim skoku. Dzięki oryginalnej konstrukcji, droga przemieszczenia styków jest wielokrotnie większa niż odcinek przebyty przez dźwignię wywołującą ten ruch. Istota konstrukcji polega na zastosowaniu płytki sprężystej dołączonej do styku ruchomego, która może przyjmować tylko dwa położenia skrajne, przemieszczając wraz ze sobą styk. Każde położenie pośrednie jest niestabilne. Dzięki temu uzyskuje się dokładne i jednoznaczne położenia robocze styku, a przy tym czas przełączenia jest bardzo krótki. Kontaktrony Są hermetycznymi przełącznikami czułymi na pole magnetyczne. W rurce szklanej zatopione są styki wykonane z materiału magnetycznego, które pod wpływem przykładanego zewnętrznego pola magnetycznego zwierają się lub rozwierają. Kontaktrony występują jako samodzielne elementy lub w formie przekaźników kontaktronowych. Przy stosowaniu kontaktronów należy zwrócić uwagę na następujące sytuacje: - skracanie lub zaginanie wyprowadzeń kontaktronu powoduje zmniejszenie jego czułości, - zaginanie i przeginanie wyprowadzeń może spowodować pęknięcie lub wykruszenie rurki szklanej, w której zatopione są wyprowadzenia. Przy tego typu manipulacjach należy zachować szczególną ostrożność i umieszczać szczypce od strony szkła, tego problemu nie ma w kontaktronach z płaską obudową i płaskimi wyprowadzeniami.
Ćwiczenie 11 str.4/4 OPIS FUNKCJI SP (Single Pole) - jednobiegunowy. DP (double pole) - 2-biegunowy. ST (Single Throw) - dwustanowy, z wyjściem tylko w jednej pozycji, tj. zwierny lub rozwierny DT (Double Throw), CO (Change Over) - dwupozycyjny przełączny Forma A: styk zwierny. Forma B: styk rozwierny. Forma C: styk przełączny, break-before-make. Forma D: styk przełączny, make-before-break. Ewentualna cyfra przy oznaczeniu podaje liczbę styków. Zwierający (make before break): Kiedy przełącznik zmienia położenia, najpierw następuje zwarcie z nową pozycją, potem rozłączenie z poprzednią. Oznacza to chwilowe zwarcie ze sobą obu pozycji. Nie zwierający (break before make): Kiedy przełącznik zmieniając pozycję najpierw rozwiera poprzednią, potem zwiera nową. Nie ma wówczas zwarcia między dwoma wyjściami. W wielu zastosowaniach istotne jest, który z wariantów zostanie wybrany: Astabilny, chwilowy, samo powracający, normalnie zwarty (ang. NC), normalnie rozwarty (ang. NO). Zwierny, rozwierny - określenia używane dla styków, które mają pewne ustalone położenie wyjściowe i do niego powracają po zwolnieniu przycisku sterującego. Terminu "samo powracający" trzeba używać ostrożnie, gdyż może on również oznaczać, że do położenia wyjściowego powraca sam przycisk, a nie styki. Oznaczenia (wf.) i (wyt.) stosuje się do styków powracających samoczynnie z pozycji roboczej wf. lub wyt. Terminy "zwierny" i "rozwierny" informują, jak zmienia się pozycja styku w stosunku do wyjściowej. Termin "bistabilny" (latching action): oznacza, że przy pierwszym naciśnięciu następuje zmiana położenia styków, które powracają do położenia wyjściowego dopiero po drugim naciśnięciu. Przełączniki współzależne (działanie grupowe): oznacza to, że kilka przełączników połączonych jest w grupę w taki sposób, że po wciśnięciu któregokolwiek z nich, inne powracają do położenia wyjściowego.
Ćwiczenie 11 str.5/5 Przekaźniki i styczniki Są to urządzenia łączeniowe sterowane zdalnie zwykle za pomocą przepływu prądu przez cewkę, która siłą elektromagnetyczną powoduje przemieszczenie styków. Przekaźniki i styczniki dzieli się głównie ze względu na funkcje styków i parametry techniczne cewek. Funkcja stykowa Styki mogą być: - zwierne (typ A), - rozwierne (typ B) - przełączne (typ C). Konstrukcja mechaniczna styków zależy od mocy maksymalnej, która ma być przenoszona. Moc ta zależy od siły docisku styków, wielkości powierzchni stykowych oraz rodzaju materiału z którego są wykonane. Pełne dane obejmują dopuszczalne wartości napięcia, prądu i mocy przenoszonej. Dane techniczne cewek Przekaźniki i styczniki mogą mieć cewki aktywujące, przystosowane do pracy z prądem stałym lub zmiennym. Napięcia zasilające są zwykle z zakresu 5-220 V. Przy doborze przekaźnika, ważnym parametrem jest własny pobór mocy przez cewkę przekaźnika. Przy prądzie stałym bezpośrednio zależy to od rezystancji uzwojenia: im jest ona wyższa tym mniejszy będzie pobór mocy. W katalogu podane są wartości napięcia zasilającego (U) i rezystancje cewek (R). Moc własną cewki można wyliczyć ze wzoru: P =U 2 /R PRZEKAŹNIKI SPECJALNE Przekaźniki blstabilne Są to przekaźniki, które mają dwa położenia spoczynkowe i pozostają w każdym z nich do momentu przyłożenia impulsu o przeciwnej polaryzacji. W przekaźnikach dwucewkowych jedna z cewek służy do przełączania w jedną stronę, np. do łączenia obwodu, a druga cewka do rozłączania. Przełączniki półprzewodnikowe składają się najczęściej z części sterującej i części wykonawczej. Zazwyczaj między tymi stopniami stosuje się element izolujący np. transoptor (dioda świecąca - fototranzystor) lub kontaktron. W zależności od rodzaju i wielkości prądu, wyjściowy stopień mocy jest zrealizowany na tranzystorze, triaku albo na dwóch przeciwnie skierowanych tyrystorach. Przekaźniki kontaktronowe Zbudowane są z opisanego wcześniej kontaktronu i cewki elektromagnetycznej.
Ćwiczenie 11 str.6/6 2.2 Wybrane symbole elementów elektrycznych Tab. 1. Lp. Nazwa Symbol 1. Zestyk łącznika a) zwierny (normalnie otwarty) b) rozwierny (normalnie zamknięty) c) przełączny d) zwierny o napędzie ręcznym e) rozwierny o napędzie ręcznym f) zwierny o napędzie ręcznym z samoczynnym powrotem (przycisk) g) rozwierny o napędzie ręcznym z samoczynnym powrotem (przycisk) 2. Zestyk przekaźnika o opóźnionym działaniu (zwłoczny) a) zwierny ze zwłoką przy zamykaniu b) zwierny ze zwłoką przy otwieraniu c) zwierny ze zwłoką przy otwieraniu i zamykaniu d) rozwierny ze zwłoką przy zamykaniu e) rozwierny ze zwłoką przy otwieraniu f) rozwierny ze zwłoką przy otwieraniu i zamykaniu 3. Zestyk rozwierny przekaźnika cieplnego 4. Łącznik trójbiegunowy 5. Cewka przekaźnika, stycznika a) symbol ogólny (cewka stycznika narysowana jest grubszą linia niż cewka przekaźnika) b) cewka prądu przemiennego c) cewka prądowa d) cewka napięciowa e) cewka przekaźnika nadprądowego
Ćwiczenie 11 str.7/7 f) cewka przekaźnika podnapięciowego 6. Cewka przekaźnika zwłocznego a) ze zwłoką przy wzbudzaniu b) ze zwłoką przy odwzbudzaniu c) ze zwłoką przy wzbudzaniu i odwzbudzaniu 7. Cewka przekaźnika spolaryzowanego (biegunowego) 8. Organ napędowy przekaźnika cieplnego 9. Zabezpieczenie nadprądowo-cieplne 10. Bezpiecznik topikowy 11. Dzwonek 12. Lampka sygnalizacyjna a) symbol ogólny b) z regulowanym strumieniem świetlnym c) neonówka 13. Rezystor stały 14. Rezystor nastawny 15. Silnik a) symbol ogólny b) na prąd przemienny c) asynchroniczny trójfazowy o wirniku zwartym d) asynchroniczny trójfazowy o wirniku pierścieniowym
Ćwiczenie 11 str.8/8 2.3 Przykładowa budowa stycznika Styczniki są to łączniki wykonywane z napędem elektromagnesowym, przy czym zestyki główne tak długo są zwarte, jak długo płynie prąd przez cewkę elektromagnesu stycznika. Styczniki budowane są na prądy do 400A. Dla większych prądów wykonywane są łączniki zapadkowe. Symbol graficzny (a) oraz schematyczne przedstawienie budowy (b) stycznika o trzech zestykach zwiernych Z1, Z2, Z3 w obwodzie głównym i po jednym zestyku zwiernym z1 i rozwiernym z2 w obwodzie pomocniczym. 3 PRZEBIEG ĆWICZENIA 3.1 Włączyć zasilanie energii elektrycznej i sprężonego powietrza. 3.2 Zaprogramować sterownik LOGO zgodnie ze schematem rys. 1. - uruchomić sterownik i dokładnie obserwować czynności wykonywane i sygnalizowane przez układ - jaka jest przyczyna powstawania suwu tłoka siłownika do przodu? - jaka jest przyczyna powstawania suwu tłoka siłownika do tyłu? - jaką funkcję pełni blok B02? 3.3 Zaprogramować sterownik LOGO zgodnie ze schematem rys. 2. - uruchomić sterownik i dokładnie obserwować czynności wykonywane i sygnalizowane przez układ - jaką funkcję pełni blok B03 i B04? - dlaczego wykorzystano przycisk I6? 3.4 Zaprogramować sterownik LOGO zgodnie ze schematem rys. 2.
Ćwiczenie 11 str.9/9 - uruchomić sterownik i dokładnie obserwować czynności wykonywane i sygnalizowane przez układ - jaką funkcję pełni blok B03 i B04? - dlaczego wykorzystano przycisk I6? 3.5 Zaprogramować sterownik LOGO zgodnie ze schematem rys. 3. - uruchomić sterownik i dokładnie obserwować czynności wykonywane i sygnalizowane przez układ - podać przyczynę ruchu siłownika wiertarki do przodu - jak powstaje sygnał zakończenia wiercenia otworów i powrotu siłownika do pozycji wyjściowej? - jaką funkcję pełni blok B06? 3.6 Zaprogramować sterownik LOGO zgodnie ze schematem rys. 4. - uruchomić sterownik i dokładnie obserwować czynności wykonywane i sygnalizowane przez układ - jaki sygnał powoduje włączenie wiertarki? - gdzie i kiedy jest formowany sygnał do zatrzymania obrotów wiertarki? 3.7 Zaprogramować sterownik LOGO zgodnie ze schematem rys. 5. - uruchomić sterownik i dokładnie obserwować czynności wykonywane i sygnalizowane przez układ - wyjaśnij rolę krańcówki I4 - dlaczego następuje zatrzymanie tłoka siłownika w pozycji środkowej? - jaki element odpowiada za blokadę równoczesnego ruchu tłoków siłowników? - gdzie i kiedy jest formowany sygnał dla wysunięcia formatki? - dlaczego przy powrocie tłoka siłownika wiertarka ponownie wierci otwór? 3.8 Zmodernizować schemat z rys. 6 tak aby nie następowało wiercenie otworów przy powrocie siłownika 1.
Ćwiczenie 11 str.10/10 3.8 Schematy: Rys.1. Praca siłownika posuwu formatki w obu kierunkach. Rys.2. Praca siłownika posuwu formatki z zatrzymaniem.
Ćwiczenie 11 str.11/11 Rys. 3. Praca siłownika posuwu wiertarki. Rys. 4. Praca siłownika posuwu wiertarki z włączaniem obrotów.
Ćwiczenie 11 str.12/12 Rys. 5. Praca obu siłowników.