Zautomatyzowane Systemy Produkcyjne

Zautomatyzowane Systemy Produkcyjne
Politechnika Pozna«ska
Katedra Sterowania i In»ynierii Systemów
Podstawy pneumatyki
Celem ¢wiczenia jest poznanie elementów pneumatycznych stosowanych w budowie ukªadów i sterowaniu pneumatycznym.
1
Wprowadzenie
W wielu gaª¦ziach przemysªu obecnie spotyka si¦ urz¡dzenia i instalacje spr¦»onego powietrza. Urz¡dzenia pneumatyczne wyst¦puj¡, jako elementy maszyn lub stanowi¡ samodzielne mechanizmy. Zastosowanie spr¦»onego
powietrza do nap¦du i sterowania urz¡dze« wi¡»e si¦ z wprowadzeniem automatyzacji procesów wytwarzania.
Zalety stosowania urz¡dze« pneumatycznych wynikaj¡ z wªa±ciwo±ci spr¦»onego powietrza, które s¡ nast¦puj¡ce:
• powietrze (czynnik roboczy) jest dost¦pny w ka»dym miejscu;
• latwo±¢ magazynowania i transportowania spr¦»onego powietrza na du»e odlegªo±ci;
• wypªywaj¡ce powietrze jest ekologiczne (nie zanieczyszcza ±rodowiska); jest niepalne i nie wybucha;
• spr¦»one powietrze pozwala osi¡gn¡¢ du»e pr¦dko±ci i przy±pieszenia;
• pr¦dko±¢ i siªa mog¡ by¢ regulowane bezstopniowo (pr¦dko±¢ zmiana nat¦»enia przepªywu; siªa siªa regulacja ci±nienia);
• zb¦dna instalacja odprowadzaj¡ca czynnik;
• du»a niezawodno±¢ pracy urz¡dze« pneumatycznych w szerokim zakresie temperatur i w ró»nych ±rodowiskach;
• urz¡dzenia mog¡ by¢ obci¡»ane a» do zatrzymania (nie wra»liwe na przeci¡»enia).
Gªówn¡ wad¡ spr¦»onego powietrza jest konieczno±¢ starannego, wst¦pnego przygotowania.
2
Schemat ukªadu sprz¦»onego powietrza
Podstawowy ukªad pneumatyczny przedstawiony na Rys. 1 skªada si¦ z dwóch obwodów:
• Wytwarzanie, przygotowanie i dystrybucja spr¦»onego powietrza,
• Odbiór i zu»ycie powietrza.
Na rysunku zastosowano nast¦puj¡ce oznaczenia:
1. spr¦»arka - przeksztaªcaj¡ca mechaniczn¡ energi¦ silnika elektrycznego w energi¦ spr¦»onego powietrza;
1
Zautomatyzowane Systemy Produkcyjne PLC
2
Rysunek 1: Schemat ukªadu pneumatycznego.
2. silnik elektryczny;
3. przeka¹nik ci±nienia - steruj¡cy prac¡ spr¦»arki przez kontrol¦ ci±nienia w zbiorniku;
4. zawór zwrotny - zamykaj¡cy wypªyw powietrza ze zbiornika do spr¦»arki;
5. zbiornik spr¦»onego powietrza - magazynuj¡cy powietrze w celu wyrównania wahania ci±nienia i umo»liwiaj¡cy wytr¡cenie oraz usuni¦cie kondensatu;
6. manometr;
7. spust kondensatu;
8. zawór bezpiecze«stwa - zabezpieczaj¡cy ukªad przed przekroczeniem maksymalnej ustalonej warto±ci ci±nienia;
9. osuszacz powietrza;
10. ltr gªównej linii;
11. odgaª¦zienie od gªównego ruroci¡gu;
12. spust kondensatu;
13. zestaw przygotowania spr¦»onego powietrza;
14. zawór steruj¡cy kierunkiem przepªywu;
15. nap¦d pneumatyczny (odbiornik);
16. zawory dªawi¡ce.
Zautomatyzowane Systemy Produkcyjne PLC
3
Rysunek 2: Zestaw przygotowania spr¦»onego powietrza.
W wyniku spr¦»ania powietrze si¦ nagrzewa a po ochªodzeniu w ruroci¡gu wykrapla si¦ woda w postaci kondensatu. Aby zmniejszy¢ ilo±¢ kondensatu za spr¦»ark¡ instaluje si¦ chªodnice, które separuj¡ do 70% wilgoci
zawartej w spr¦»onym powietrzu i osuszacze wi¡»¡ce wod¦ w reakcji chemicznej. Za zbiornikiem, w gªównej
linii zasilaj¡cej sie¢ instaluje si¦ ltr zapewniaj¡cy du»y przepªyw spr¦»onego powietrza, którego zadaniem jest
usuni¦cie wi¦kszych zanieczyszcze« mechanicznych, oleju ze spr¦»arki i skroplon¡ wod¦.
3
3.1
Podziaª elementów pneumatycznych
Elementy przygotowuj¡ce spr¦»one powietrze
Wst¦pne osuszenie i ltrowanie nie gwarantuje poprawnego funkcjonowania elementów pneumatycznych. Dlatego
jest konieczne dokªadne oczyszczenie i osuszenie spr¦»onego powietrza jak najbli»ej urz¡dzenia odbiorczego,
wyregulowanie jego ci±nienia a tak»e smarowanie. Obecnie standardowym rozwi¡zaniem s¡ moduªowe zestawy
skªadaj¡ce si¦ z ltra, regulatora ci±nienia i smarownicy (Rys. 2).
3.2
Elementy pneumatyczne steruj¡ce energi¡
Elementy nale»¡ce do tej grupy nosz¡ nazw¦ zaworów. Sªu»¡ do sterowania kierunkiem strumienia powietrza,
ci±nieniem powietrza, wielko±ci¡ przepªywu powietrza oraz do odcinania przepªywu powietrza.
3.3
Elementy przetwarzaj¡ce energi¦ czynnika na energi¦ mechaniczn¡
Mo»na tu wyró»ni¢ mi¦dzy innymi siªowniki tªoczyskowe i beztªoczyskowe. Przykªadowy siªownik tªoczyskowy
zostaª przedstawiony na Rys. 3.
W siªownikach jednostronnego dziaªania siªa spr¦»onego powietrza wywierana na powierzchni¦ tªoka dziaªa
tylko w jednym kierunku. Stosowane s¡ do mocowania, podawania, wypychania ró»nego rodzaju elementów.
Wykazuj¡ mniejsze zu»ycie powietrza.
Siªowniki dwustronnego dziaªania s¡ stosowane, gdy siªownik musi wykona¢ prac¦ równie» w ruchu powrotnym. Siªa dziaªania w ruchu powrotnym jest mniejsza, poniewa» powierzchnia tªoka jest mniejsza. W siªownikach
z tªoczyskami obustronnymi siªy s¡ równe.
Przykªadowy siªownik beztªoczyskowy zostaª przedstawiony na Rys. 4.
Zautomatyzowane Systemy Produkcyjne PLC
4
Rysunek 3: Przykªadowy siªownik tªoczyskowy.
Rysunek 4: Przykªadowy siªownik beztªoczyskowy.
Coraz wi¦ksze zastosowanie szczególnie w budowie manipulatorów obsªuguj¡cych zautomatyzowane procesy
technologiczne maj¡ siªowniki beztªoczyskowe. Budowane s¡ w wariantach: ze sprz¦»eniem magnetycznym i
sprz¦»eniem mechanicznym. Wózek siªownika jest mechanicznie zwi¡zany z tªokiem poprzez szczelin¦ w prolu
korpusu siªownika. Szczelina jest zamkni¦ta elastyczn¡ ta±m¡ uszczelniaj¡c¡. Siªownik posiada system amortyzacji i okre±lania poªo»enia tªoka.
3.4
Elementy inne
Oprócz wy»ej omówionych elementów pneumatycznych, dla kontroli pracy i poprawnego funkcjonowania ukªadów
nap¦dzanych spr¦»onym powietrzem, konieczne jest stosowanie wielu dodatkowych elementów, m. in:
• manometrów mechanicznych lub cyfrowych;
• tªumików d¹wi¦ku wypªywu powietrza;
• zª¡czek i przewodów.