Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje

7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje

1/18

PNEUMATIKA,

PNEUMATSKO UPRAVLJANJEI ELEKTROPNEUMATIKA

II dio predavanja iz

Pneumatike & hidraulike

Joko Petri

PNEUMATIKA

Uvod Fizikalne osnove

Priprema stlaenog zraka

Elementi

Pneumatsko upravljanje

Elektro-pneumatika

Uvod

Pneumatika mehanika kompresibilnih fluida.Bavi se uporabom stlaenog plina kao izvoraenergije.

Razliiti pristupi promatranja sline stvari:

pneumatika (jednodimenzionalni pristup koncentrirani parametri (lumped)

aerodinamika (viedimenzionalni pristup - parametriraspodijeljeni u prostoru)

akustika (i muzika) - prouavanje valnog gibanja irezonantnih komora

Uvod, osnovne znaajke pneumatike

Kompresibilnost najvie odreuje pneumatiku

Zrak: 0.2 % kompresije prirast p = 0.002 bar(modul stiljivosti= Vp/V = 1 bar)

Ulje: 0.2 % kompresije p = 24 bar (= 12.000bar)

elik: 0.2 % kompresije p = 4200 bar (=210104 bar)


Osnovna posljedica ove fizikalne znaajke jest da se u fiksnom

volumenu ili temperatura ili masa plina (ili oboje) trebaju

promijeniti da se promijeni tlak.

Primjer 1: otvaranjem ventila optereeni cilindar nee se pomaknutiodmah. Treba proi neko vrijeme da ue dovoljno plina da poraste tlak

dovoljan da pomakne teret. To je razliito od hidraulike, gdje tlak raste

praktiki odmah kao posljedica ak i najmanjeg otvora ventila zato je lako

realizirati pneumatske elemente sa vremenskim kanjenjem.

Krutost pneumatskog aktuatora koji dri neki promjenljivi teret je mala (da

bi se to kompenziralo trebao bi biti veliki aktuator, ili veliki servoventil).

Primjer 2: razlika pneumatskog i hidraulikog zatvaraa (priguivaa)

vrata.


Druga posljedica

kompresibilnosti je velika

mogunost pohrane energije

stlaenog plina.

Trea posljedica jest vei

potreban rad kompresora u

usporedbi sa hidraulikom

crpkom.

p

V

1

2

2V 1V

2p

1p =2

1

]J[dpVWt


2/18


Niska viskoznost plina posljedica je istjecanje (smanjenje

vol. efikasnosti); no otpori strujanja su manji (w = 10 40

m/s; Re > 2300). Takoer slabije je podmazivanje.

Porastom temperature din. viskoznost zraka raste!

Niska gustoa nema hidraulikog udara; malo

potrebno vrijeme za ubrzanje plina.


Transport (due od hidraulike), skladitenje (boce) i dostupnost

Neosjetljivost na temp. promjene, radijaciju, magn. i el. polja

S igurnost

Ekoloka prihvatljivost

Neosjetljivost na preoptereenje

Velike brzine aktuatora

Odravanje povoljno, cijene elemenata vrlo povoljne zbog

jednostavnosti

npr runi alati su manje mase i manjih vibracija od elektrinih

(Banko, Festo)


Skupoa stlaenog zraka kao izvora energije posljedica

kompresibilnosti (vei potreban rad kompresora u usporedbi sa

hidraulikom crpkom); hlaenja zbog izdvajanja kondenzata; te

istjecanja.

Stlaivost: buka pri ekspanziji, nemogunost gibanja na malim

brzinama, manja preciznost, ogranienje sila

Uvod: povijest i primjena

Katapult (prvi cilindri -bronca, Ktesibios)

17. st. Pascal, Boyle, Papin, Toricelli, ..

18. st. Diderotova Tehnika enciklopedija pneumatsko oruje i

ureaji

19. st. industrijalizacija i graevinarstvo (sjekai, buenje tunela

(CH, 13km tunela u 4 god. sa 9 builica na lokomotivi), nabijai

pijeska u ljevarstvu, lokomotive pogonjene zrakom, zrana pota za

prijenos telegrama (NY 1876.).

Primjena: automatizacija (komadna industrija!,; zadaci stezanja,

pomicanja, pozicioniranja, pritezanja, itd...). Osim toga primjena kod

radnih alata (runih!); medicinske tehnike; mobilne pneumatike

(konice, ovjesi, otvaranje vrata ili zaklopki,..); te za ostale namjene

(prenosila i dizala, zrana (u cjevovodima) pota; regulacija u

procesnoj industriji)

Poizvoai: SMC, Festo, Knorr-bremse, ..

Pneumatske konice za teka vozila

Pneumatska shema sustava koenja

A priprema i spremanje stlaenog zraka;

B sustav radne konice;

C sustav rune konice;

D sustav za spajanje prikljunog vozila;

VA prednja osovina

HA stranja osovina

Pneumatske konice za teka vozila


3/18

Uvod: veliine i izrazi

Tlak:

niski (do 1 bar, mjerna tehnika, regulacija) normalni (do 10 barabs, obino 6-10; industrijska pneumatika)

visoki (preko 10 barabs, npr. 16 bar; prihvatnice, pree)

1 bar = 10*5 Pa (hPa; mbar; ..)

1 at = 0,981 bar (tehnika at)


Volumenski protok:

ovisi o tlaku i temperaturi, stoga je potrebno definiratineko normirano stanje

fizikalno: TN= 273.15 K (0 C);pN= 1.01325 bar;

plinska konstantaRN= 287 J/kg K;

0% rel. vlanosti

VN= normirani volumen [Nm3], volumen koji zrak

zauzima pri normiranom stanju


Zakoni:

Boyle-Mariotteov (pV=konst)

Charlesov (V/T=konst)

Amontonsov (p/T=konst)

Daltonov (tlak smjese plina = sumi parc. tlakova)

Amagatov (volumen ..)

Avogadrov (broj molekula ..)

Poissonov (adijabatski proces)


Jednadba stanja idealnog plina:

Promjene stanja idealnih plinova:

Izobara (p=konst, n=0)

Izohora (v=konst, n=)

Izoterma (T=konst, n=1)

Adijabata (n=)

TmRpV =


Maseni protok kompresibilnog plina kroz prigunicu:

Gdje je koeficijent istjecanja :

TRpAm uv

2=&

=

>

=

+

cru

d

cru

d

u

d

u

d

rp

pa

rp

pa

p

p

p

p

z484.0

z1

max

12


pd Tlak iza prigunice

u Tlak ispred prigunice

Eksponent adijabate (1.4) rcr Kritini omjer tlaka (0.528)

R Plinska konstanta 287 J/kg K

Komentar: za nadzvunu brzinu protoka zraka, brzina

raste, no maseni protok ne!


4/18

Uvod: priprema zraka

M

Filter FilterKompresor Hladnjak Susac Spremnik

Potrosaci

Kompresori

KOMPRESORI

DINAMICKI ISTISKIVAJUCI

RADIJALNI AKSIJALNIKLIPNI

(CIKLICKI)ROTACIJSKI

JEDNORADNI DVORADNI MEMBRANSKI

LAME LAS TI VI JC ANI PUZ NI P RS TE NAS TI R OO TS- ov

Kompresori

Klipni koriste ulje, manje dobave

jednoradni

dvoradni

Membranski bez ulja

Rotacioni

o lamelasti

o vijani

o Root

Dinamiki (turbo-kompresori) bez ulja

radijalni

aksijalni za najvee dobave

Kompresori, klipni

jednoradnidvoradni

Kompresori, membranski Kompresori, lamelasti


5/18

Kompresori, vijani Kompresori, Root-ov

Kompresori, radijalni Kompresori, aksijalni

Kompresori,

podruja uporabeCilindri,

bez klipnjae

S rasporom

S trakom

Sa sajlom

magnetski


6/18

Cilindri, bez klipnjae s rasporom

Preciznost: 0.2 mm

Brzina do 2 m/s

Ubrzanje do 1.5 g

Cilindri, zakretni Hvataljke


7/18

Specijalni cilindri

Stezni cilindri

Pneumatski miii

RazvodniciVakumski elementi

Zaporni ventili, naizmjenino zaporni

ILI ventil

Zaporni ventili, naizmjenino zaporni

ILI ventil, shema


8/18

Zaporni ventili, uvjetno zaporni

I ventil

Zaporni ventili, uvjetno zaporni

I ventil, shema

Zaporni ventili, brzoispusni ventilZaporni ventili, brzoispusni ventil,

shema

Elementi s vremenskim zatezanjem

(kanjenjem) kanjenje pri ukljuivanju

Elementi s vremenskim zatezanjem

(kanjenjem) kanjenje pri iskljuivanju

Kanjenje pri ukljuivanju i iskljuivanju


9/18

Priguivai udara, amortizeri

ACE (shock absorbers & dampers)

PNEUMATSKO UPRAVLJANJE

Podjele upravljanja: Prema nainu aktiviranja aktuatora:

Ovisno o volji operatera

Ovisno o putu

Ovisno o vremenu (elementi sa vremenskimdjelovanjem)

Kombinirano

PNEUMATSKO UPRAVLJANJE, podjele

Prema djelovanju impulsa:

Porastom tlaka (+)

Padom tlaka (-)

Prema tijeku radnje:

Slijedno upravljanje (slijedea radnja zapoima

zavretkom prethodne veina problema)

Programsko upravljanje (prema nekom

programu)

PNEUMATSKO UPRAVLJANJE

Osnovni problem jest rjeavanje tzv. blokirajueg

signala, ili prekrivajueg signala ili mirujueg

impulsa.

To je trajni impuls, koji se pojavljuje sa jedne

strane glavnog razvodnika, a traje i u momentu

kada se sa pojavljuje impuls i sa druge strane, te se

razvodnik ne moe postaviti u novi poloaj.

Dakle, takav signal treba eliminirati.

To je problem kojim se bave metode pneumatskog

(ali i elektrinog) upravljanja.

PNEUMATSKO UPRAVLJANJE,

Eliminacija blokirajueg signala vri se:

Potiskivanjem blokirajueg signala jaim

(razvodnici sa razliitim upravljakim povrinama;

dodatavanjem regulatora tlaka)

Ponitavanjem blokirajueg signala

Koritenjem posebnih elemenata (sa kratkim izlaznimsignalom (VDMA metoda (Verein Deutscher Maschinenbau Anstalten(Udruganjemakih strojograevnih organizacija) ); vremenskih elemenata saskraenjem signala)

Koritenjem posebnih veza meu elementima(kaskadne metode; metode korak po korak ili taktnemetode, ..)

PNEUMATSKO UPRAVLJANJE, Primjer

Zadatak gibanja 2 cilindara dan je dijagramomput-korak(slian je

dijagramput-vrijeme, koji se isto moe koristiti)

1 2 3 4 5

1

1

0

0

1.0

2.0

2.2

2.3

1.3

1.2S


10/18

1.0 2.0

1.1

1.2 1.3

2.0

2.2 2.3

1.2 2.2 1.3 2.3

P R

AB

R R RR

R

A

AAAA

PPPP

P

B

Start

R

A

P

1.0 2.0

1.1

1.2 1.3

2.0

2.2 2.3

1.2 2.2 1.3 2.3

P R

AB

R R RR

R

A

AAAA

PPPP

P

B

Start

R

A

P

1 2 3 4 5

1

1

0

0

1.0

2.0

2.2

2.3

1.3

1.2S

1.2

1.3

2.2

2.31

1

1

1

0

0

0

0


Potiskivanje blokirajueg signala jaim

Asimetrine upravljake povrine razvodnika

Koritenje regulatora tlaka


Ponitavanje blokirajueg signala

koritenjem posebnih elementa: VDMA metodakoristi razvodnike sa zglobnim ticalom sa kotaiem.

Takve razvodnike aktivira klipnjaa (ili neki drugi pokretni

predmet) u jednom smjeru gibanja, dok u drugom smjeru

kotai preskoi, tj. ne moe se aktivirati. Postoje i

druge vrste ticala sa preskokom.



Vremenski elementi sa skraenjem signala




11/18

Start

R

A

P

1.0 2.0

1.1

1.2 1.3

2.0

2.2 2.3

1.2 2.2 1.3 2.3

P R

AB

R R RR

R

A

AAAA

PPPP

P

B

Kaskadna metoda upravljanja

Ideja je skinuti sa napajanja one razvodnike(granine prekidae) gdje se pojavljuje blokirajui

signal.

Koriste se kaskade, odnosno kaskadno napajanje

razvodnika

Vie vrsta ove metode

Kaskadna metoda upravljanja, postupak:

1. Ispisuje se redoslijed odvijanja programa (+ izvlaenje

klipnjae, uvlaenje)

2. Redoslijed se upisuje u krugu u smjeru kazaljke sata.

Krug se razdijeli na isjeke u kojima se jedan cilindar

smije pojavljivati samo jednom. Sveki isjeak predstavlja

jednu kaskadu. Iznad oznake cilindra upisuje se oznaka

razvodnika kojeg taj cilindar aktivira.

3. Svaka kaskada upravlja se pomou impulsno upravljanog

(bistabil) razvodnika 4/2. Kaskadni razvodnici povezani

su tako da je samo jedna kaskada moe biti aktivna (pod

tlakom). Broj kaskadnih razvodnika za jedan je manji od

broja kaskada.

Kaskadna metoda upravljanja, postupak:

4. Svaki cilindar (osim onih koji rade istovremeno) aktivira

po dva 3/2 razvodnika sa ticalom ili kotaiem.

5. Posljednji razvodnik 3/2 ukaskadi ne daje impuls za

gibanje slijedeem cilindru, ve aktivira slijedeu

kaskadu. Prethodna kaskada se iskljuuje.

6. Prvo aktiviranje gibanja cilindra u kaskadi vri se

direktno kaskadnim razvodnikom.

7. Razvodnici 3/2 koje aktiviraju cilindri napajani su sa

kaskada, a ne direktno sa napajanja. Napajanjem kaskada

upravljaju kaskadni razvodnici.

Kaskadna metoda upravljanja,

veza izmeu kaskadnih razvodnika

z zz yyy

P P PRRR

AA ABBB

1. k.2. k.3. k.n-tak.

Impuls posljednjegrazvodnika 2.

kaskade

Impuls posljednjegrazvodnika 1.

kaskade

Impuls posljednjegrazvodnika n-te

kaskade

Impulsposljednjeg

razvodnika(n-1)

kaskade

Metoda korak po korak (taktna metoda)

Ideja metode jest dovesti napajanje samo na one

razvodnike koji u tom trenutku rade, odnosno

dozvoliti pojavu signala samo kada je on potreban.

Koriste se impulsni (bistabilni) razvodnici,odnosno memorije, te logiki elementi.

Svaki izlaz iz memorije postavlja (set) jedan uvjet

za ukljuivanje narednog koraka, dok drugi uvjet

dolazi od graninog prekidaa (3/2 razvodnika).

Oba uvjeta idu preko I logikog elementa, te

pokreu slijedei korak. Ujedno izlaz iz memorije

brie (reset) prethodnu memoriju


12/18


Dakle, svakim novim upravljakim signalom (koji dolazi od graninih prekidaa,

tj. razvodnika 3/2) uspostavlja se novi izlaz, a taj izlaz upravlja kretanjem cilindra

(ili vie njih ako rade istovremeno) u jednom koraku. I logiki element uvjetuje

slijedei korak postojanjem prethodnog, a novopostavljeni izlaz iskljuuje

prethodni.

Q

QSET

CLR

S

R Q

QSET

CLR

S

RQ

QSET

CLR

S

R Q

QSET

CLR

S

R

1. g.p. 4. g.p.3. g.p.2. g.p.

1. k. 4. k.3. k.2. k.


Metoda je jednostavna, i temelji se na elementima (taktnim

modulima) izraenim upravo za to. Jedan modul slui za

jedan korak, a sastoji se od impulsnog razvodnika kao

memorije i logikog elementa (ili vie njih).


A+ B+ B - A -

A Ba1 a2 b1 b2

a2 b2 b1 a1

Metoda korak po korak (taktna metoda),

primjer



13/18

ELEKTROPNEUMATIKA

Elektriki i elektropneumatski osnovni elementi

Elektriki elementi za davanje signala

Kontaktni

kontakti:

radni mirni preklopni

tipkala sa radnim kontaktom runo aktivirana:

opi simbol pritiskom povlaenjem zakretanjem

mehaniki aktivirani krajnji (granini) prekidai

krajnji prekida aktiviran ticalom s

kotaiem

Bezkontaktni

Bezkontaktni senzori su pogodni kada nema na raspolaganju mehani kog kontakta ili sile za

aktiviranje, ako su tei okolni uvjeti, poput vibracija i udaraca, ako je potrebna vea frekvencija

preklapanja, te ako treba dui vijek trajanja.

Bezkontaktni prekida prema Reed principu (Reed-relej)

Induktivni prekida (senzor ili osjetnik)

samo za metale

Kapacitivni senzor

za metale i nemetale

Spoj u istosmj. krugu

K#

SIme prip.

cil.#

Optiki senzori

Predajnik prijemnik u odvojenim kuitima

Predajnik i prijemnik u jednom kuitu + reflektor

Predajnik i prijemnik u jednom kuitu (predmet je reflektor)


14/18

Elektriki elementi za obradu signala

R el ejiReleji (potprega) su elektromehaniki elementi koji se prekapaju i upravljaju uzmali utroak energije. Moe se smatrati elektromagnetski pogonjenim prekida emza odreenu preklopnu snagu. Koristi se u upravljakim i regulacijskim namjenamakod postrojenja i strojeva. Prednosti su mu to ima dugi vijek trajanja, nezahtjevnoodravanje, ima kratka vremena prekapanja, te moe prekapati vrlo male, ali ivelike struje i napone.

A relay is an electrically operated switch.An electrically controlled mechanicaldevice that opens and closes electrical contacts when a voltage (or current) isapplied to a coil. A relay provides isolation of control signals from switchedsignals.An electromagnetic switching device.An electrical component used to open and clo se a circuit.

K1

A1

A2

13

14 24

31 4123

32 42

Postoji velik broj izvedbi. Neke od njih su:

Impulsni relej: daljinski upravljani, nakon prestanka upravljakog impulsa

zadravaju zauzeti sklopni poloaj pomou mehanikog zabravljivanja.

Remanentni relej (ili permanentni):sa visokim remanentnim magnetizmom, pa

kotva zadrava poloaj i nakon prestanka upravljakog signala, kaoi nakon

ispada napona. To je relej sa magnetskim samodranjem. Iskljuuje ga

negativni impuls.

Vremenski relej: nakon nekog vremena, koje je podesivo spaja, odnosno

odspaja kontakte.

K1C1

R1

R2

D1

S11 6 1 8

15

tt

0

1

0

1

ULAZ S1

IZLAZ 15-18

Elektropneumatski ventili i pretvornici

2/2 elektromagnetski razvodnik sa runim pomonim aktiviranjem

3/2 elektromagnetski razvodnik sa runim pomonim aktiviranjem


15/18

3/2 elektromagnetski razvodnik sa posrednim upravljanjem 4/2 elektromagnetski razvodnik obostrano impulsno upravljan

Pneumatsko-elektriki pretvornicisignala

Osnovni spojevi

Y1

Y1

1

2

3

A

Y1

S1

+ +

S1 K1

K1

13

14

A1

A2

Y1

Y1

1

2

3

A

Y1

S1

+ +

S1 K1

K1

13

14

A1

A2

5

4

Upravljanje dvoradnim cilindrom bistabilnim razvodnikom

Y1

Y1

1

2

3

A

Y1

S1

+ +

S1 K2

K1

13

14

A1

A2

5

4

Y2

S2

Y2

K113

14

Y2

S2

K2A1

A2


16/18

Y1

Y1

1

2

3

A

Y1

S1

+ +

S1 K2

K1

13

14

A1

A2

5

4

Y2

S2

Y2

K113

14

Y2

S2

K2A1

A2

S2

Automatsko vraanje cilindra

Serijski i paralelni spoj (logike funkcije)

x1

+

K1

x2

(Y)

x1 x2

(Y)K1 (Y)K1

I ILI NE

x1

Pneumatska realizacija jestsa uvjetno zapornim (I a to moe bitii serijski spoj dvaju

3/2 ventila), te naizmjenino zapornim (ILI)ventilima, te dva3/2 ventila koje tvore

negaciju.

Y

x1 x2

Y

x1 x2

1

2

3

x1

Y

2

1 3

Spoj samodranja

UKLJ.

+

K1A1

A2

K114

13

ISKLJ. ISKLJ.

UKLJ.

K1A1

A2

K114

13

DominirajuceUKLJUCENO

DominirajuceISKLJUCENO

Primjer upravljanja dvoradnog cilindra sa monostabilnim 5/2 razvodnikom pomou spoja

samodranja.

Y1

Y1

1

2

3

A

+

S1

5

4

K1A1

A2

K114

13

S2

K123

24

Sloeni spojevi

Metoda korak po korak

Aktualni korak uspostavlja uvjet (set) za slijedei, a ukida prethodni (reset).

Koristi se spoj samodranja. Dodatni signal dolazi od krajnjeg (grani nog)prekidaa, ili nekog drugog elementa, preko serijskog spoja (I logika).


17/18

Yn

+

G.P.1

Kn

Kn

Kn+1

Kn-1

KnKn+1

Kn+1

Kn

G.P.2

Kn+2

Yn+1

Kn+1

Postavi

Posta

vi

Postavi

Brii

Brii

Brii

n. korak n+1. korak

I I

Primjer 1: ureaj za zakivanje

Primjer 1: ureaj za zakivanje

Rjeenje pomouelektrine kaskadnemetode

Primjer 2: ureaj za savijanje

Primjer 2: ureaj za savijanje

Rjeenjepomouelektrinetaktne metode

Primjer 3: ureaj za rezanje vrpce

Elektrina taktna metoda(monostabilni razvodnici)


18/18

Primjer 3: ureaj za

rezanje vrpce

Kontakt plan (ladder): oblik programiranja PLC-apomou univerzalnih simbola kontakata.Kontaktni plan identian je relejnoj shemi taktnemetode.

Documents

Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje