Projektowanie pneumatycznych ukladow sterowania metoda algorytmiczna.pdf

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

INSTYTUT TECHNOLOGII MASZYN

Laboratorium Napędów i Sterowań Płynowych

Ćwiczenie 3

PROJEKTOWANIE PNEUMATYCZNYCH UKŁADÓW

STEROWANIA METODĄ ALGORYTMICZNĄ

redakcja mgr inż. Grzegorz Lis

Warszawa, styczeń 2008

PROJEKTOWANIE PNEUMATYCZNYCH UKŁADÓW STEROWNIA

1.1. UWAGI OGÓLNE

Projektowanie układu pneumatycznego, którego wynikiem jest dobranie elementów i otrzymanie

schematów połączeń między nimi) można prowadzić jednym z trzech sposobowi

1) intuicyjnie - opierając się na znajomości działania elementów, dobierając ich. liczbę i połączenia

między nimi tak, aby spełnić żądane wymagania.

2) algorytmicznie - kierując się procedurą określoną algorytmem, który wskazuje, jakie elementy

należy dobrać i jak ze sobą połączyć w układ,

3) analitycznie - znajdując określone w sposób analityczny funkcje, które muszą być spełnione przez

układ i dobierając elementy realizujące te funkcje.

Pierwszy sposób projektowania ma zastosowanie do prostych układów, wymaga od projektanta

dużego doświadczenia i nie dają gwarancji uzyskania układu, optymalnego, najbardziej przydatne

w praktyce są metody algorytmiczne, nie wymagające znajomości teorii układów przełączających,

które można stosować nawet do bardzo rozbudowanych i skomplikowanych układów pracujących w

jednym cyklu roboczym a po pewnej modyfikacji wykorzystać do układów pracujących w kilku cyklach

roboczych. Wreszcie metody analityczne mają zastosowanie do układów o skomplikowanych

warunkach pracy, działających w kilku zmiennych, cyklach roboczych, w których jest rozbudowany

blok przetwarzania informacji.

W każdym okładzie przełączającym można wyróżnić trzy zasadnicze części; wejściową, centralną i

wyjściową. Z każdą z tych części związana jest odpowiednia grupa elementów pneumatycznych. Do

części wejściowej układu pneumatycznego zalicza się elementy przygotowania sprężonego powietrza

(zawór odcinający, filtr, zawór redakcyjny, smarownica) oraz elementy poboru i wprowadzania

informacji (przekaźniki położenia, przekaźniki pomiarowe, elementy ręcznego wprowadzania

informacji, elementy automatycznego wprowadzania informacji n.p. automatyczny zadajnik sygnałów).

W części centralnej układu sterowania występują elementy do przetwarzania informacji (elementy

logiczne i. elementy pamięci, bloki funkcyjne, elementy czasowe). Część wyjściową układu

przełączającego stanowią elementy do wydawania informacji bez oddziaływania nastawczego

(wskaźniki wizualne, rejestratory, liczniki) oraz elementy sterujące wykonawcze (zawory

rozdzielające, zawory dławiące) i elementy wykonawcze (siłowniki). Ponadto wyróżnia się jeszcze

elementy do przekształcania informacji (np. przetworniki, poziomów ciśnienia sygnałów, przetworniki

postaci sygnałów itp.), które można zaliczyć zarówno do części wejściowej, i wyjściowej układu

przełączającego.

1.2. PNEUMATYCZNE UKŁADY STEROWANIA WYSOKOCIŚNIENIOWE (ĆWICZENIE 3)

Do sterowania urządzeniami technologicznymi największe zastosowanie znalazły elementy

pneumatyczne dyskretne pracujące przy sygnale pneumatycznym binarnym ciśnieniowym, który może

przyjmowań jedynie dwie wartości, określone umownie przez 0i 1. W zależności od wartości ciśnienia

sygnału binarnego określonego jako 1 rozróżnia się pneumatyczne elementy dyskretne:

1) średniociśnieniowe pracujące przy standardowym sygnale 1, którego ciśnienie równa się 0,8-1

ciśnienia zasilania, przy czym ciśnienie zasilania wynosi 0,14 UFa,

2) niskociśnieniowe pracujące przy sygnale niższym od. standardowego (zazwyczaj rzędu kilku kPa

3) wysokociśnieniowe pracująca przy sygnale wyższym od. standardowego (zazwyczaj ok. 0,25-0,8

MPa).

W układach sterowania urządzeń technologicznych najszersze zastosowanie znalazły elementy

pneumatyczne wysokociśnieniowe. Zaletami tych elementów są:

- względnie mała wrażliwość na ciężkie warunki pracy (zapylanie, obecność rozpylonych olejów,

smarów, cieczy chłodzących, znaczne wahania temperatury, drgania i wstrząsy, zmienne pola

magnetyczne i elektryczne)

- względnie mała wrażliwość na niekorzystne parametry czynnika roboczego [sprężonego powietrza),

takie jak wielkość i ilość zanieczyszczeń mechanicznych, zaoliwienie, wilgotność, a takie wahania

ciśnienia zasilania w czasie pracy układu,

- możliwość bezpośredniego sterowania w układzie (bez użycia elementów wzmacniających)

pneumatycznymi elementami i urządzeniami wykonawczymi tzn. zaworami pneumatycznymi, a także

niewielkimi siłownikami.

1.3. ELEMENTY PNEUMATYCZNE STOSOWANE W ĆWICZENIU

W tablicy 2.1 zestawiono podstawowe elementy wysokociśnieniowe systemu INTEPNEDYN

Podstawowe parametry techniczne elementów tego systemu są następujące;

- zakres ciśnień pracy: 0,25-0,8 MN/m 2 ; zakres ten odnosi się do ciśnienia zasilania w elementach

czynnych i do ciśnień sygnałów wejściowych w elementach biernych.

- nominalne ciśnienie pracy; 0,6 MN/m , dla tego ciśnienia są określone inne parametry techniczne

elementów INTEPNEDYN jak np. nominalne natężenie przepływu, trwałość itp.,

- temperatura pracy - 10-50°0,

- nominalna średnica przelotu; 3 mm,

- trwałość elementów: 10 7 przełączeń,

- nominalne natężenie przepływu; 6 m 3 /h. Jest to, odniesiona do warunków normalnych, wartość

objętościowego natężenia przepływu sprężonego powietrza przez element, przy nominalnym ciśnieniu

na zasilaniu elementu i stracie ciśnienia na elemencie równej ciśnieniu nominalnemu (wypływ do

atmosfery).

Elementy systemu INTEPHEDYN bezpośrednio nogą sterować ruchem niewielkich siłowników (np.

przy sterowaniu siłownikami o średnicy do Q( 25 można uzyskiwać prędkość ok 400 mm/s).

Sterowanie większymi siłownikami powinno odbywać się za pośrednictwem zaworów rozdzielających

(np. zaworów rozdzielających sterowanych pneumatycznie wielkości 5/8", 1/2" lub 5/4").

Elementy wprowadzania informacji - Przełączniki pneumatyczne stosowane w układach

zautomatyzowanych stanowiskach technologicznych są umieszczone zazwyczaj w pulpitach

sterowniczych i różnią się między sobą rodzajem napędu. Przełączniki przyciskowe służą do

uzyskiwania krótkotrwałych sygnałów pneumatycznych, zaś pokrętne, wyposażone w blokadę, do

otrzymywania stałego sygnału. Zasadę działania przełącznika przyciskowego pokazano na rys.1.1.

Może on realizować funkcję powtórzenia (zasilania dołączone do otworu (3) rys.2.1b) bądź negacji

rys.1.1. Przełącznik przyciskowy

(zasilanie dołączone do otworu (1) ). Jego

składowymi częściami są korpus 1, popychasz 2,

tłoczek 5, sprężyna 4, napęd ręczny 5. Typ

przełącznika zależy od zastosowanego napędu,

natomiast części nie ulegają zmianie.

Elementy poboru informacji -Pneumatyczne

przekaźniki drogowa (przekaźniki położenia) służą

do zamiany sygnału przesunięcia na binarny sygnał

pneumatyczny. Na rysunku 1.2 przedstawiono

przekaźnik drogowy dwukierunkowy, w którym

określenie położenia części ruchomej następuje

Tablica 1

Rys.1.2. Przekaźnik drogowy dwukierunkowy produkcji MEBA-PIAP

a) rozwiązanie konstrukcyjne, b) c) symbole funkcjonalne przekaźnika

w trakcie ruchu w obu kierunkach. W przekaźniku jest

umieszczona sprężyna 1 zabezpieczająca elementy sterujące

przed, przeciążeniem przy zbyt dużym przemieszczeniu „s”

elementu sterującego. Inne rozwiązanie przekaźnika

drogowego o podobnych parametrach technicznych pokazano

na rys.1.3 (producent; ZM Radom). Gdy popychacz 4 zostanie

naciśnięty przez dźwignię 5 z rolką 6, wtedy zostanie otwarty

przepływ sprężonego powietrza z otworu (1) do otworu (2)

i równocześnie zamknięty odpływ powietrza z otworu (2)

do otworu (5) (do atmosfery), jak pokazano na rys.1.3b.

Rys.1.3. Przekaźnik drogowy dwukierunkowy produkcji ZM Radom; a)

rozwiązania konstrukcyjne, b) symbol funkcjonalny przekaźnika

Elementy przetwarzania informacji. Elementy

przetwarzania informacji dobiera się przy realizacji części

centralnej układu starowania, biorąc pod uwagę spełniane

przez nie funkcje logiczne, najczęściej spotykanymi

pneumatycznymi logicznymi wysokociśnieniowymi są

elementy: powtórzenia, negacji, alternatywy i koniunkcji.

Przy ich użyciu buduje się układy realizujące inne funkcje

logiczne.

Rys.1.4. Element wielofunkcyjny: a) rozwiązanie konstrukcyjne, b) widok

elementu od strony wyprowadzeń, c) symbole.

W systemie INTEPNEDYN podstawowym elementem

logicznym jest element wielofunkcyjny. Element ten razem

z płytą łączeniową, w której osadzone są końcówki służące

do przyłączania przewodów elastycznych, pokazano na

rys.1.4.'W korpusie 1 umieszczony jest suwak sterujący 2,

który ma trzy różne powierzchnie robocze: f 1 , f 2 , f 3 . W

zależności od sposobu podłączenia elementu może on

realizować następujące funkcje logiczne jedno- i

dwuargumentowe; powtórzenia, negacji, koniunkcji,

negacji implikacji (zakazu), alternatywy.

Na rysunkach 1.5 i 1.6 przedstawiono elementy bierne

realizujące funkcje alternatywy i koniunkcji. W elemencie

alternatywy z rys.1.5 ruchoma uszczelka 2 przemieszcza

się między stożkowymi gniazdami wykonanymi w korpusie

1 i wkładce 5 w zależności od wielkości ciśnień sygnałów

wejściowych doprowadzonych do końcówki (1) i (3).

Sygnał jedynkowy na wyjściu (2) pojawia się z wejścia, w

którym istnieje większe ciśnienie. W korpusie 1 elementu

koniunkcji z rys.1.6 umieszczony jest grzybek 2 mający

duże jednakowe powierzchnie sterująca. Grzybek 2

umożliwia połączenie jednego z wejść (3) lub (1), w

którym panuje niższe ciśnienie, z wyjściem (2) .

W układach sekwencyjnych często zachodzi konieczność

zapamiętania sygnału. W systemie INTEPNEDYN funkcję

tę realizują przerzutniki. Przerzutnik z rys.2.7 jest

elementem pamięci dwuwejściowej. W korpus 1

przerzutnika wciśnięte są dwie pokrywy 4, w których

przemieszcza się suwak sterujący 2. Suwak 2 sterowany

jest sygnałami podawanymi do wejść (5) i (6) i powoduje

łączenie na przemian wyjść (1)

i(3) z zasilaniem (4) lub odpowietrzaniem (2) . Możliwe

jest ręczne sterowanie suwakiem za pomocą popychaczy 5

umieszczonych w pokrywach 4.

Rys.1.5. Element alternatywy: a) rozwiązanie konstrukcyjne, b) widok

elementu od strony połączeń, c) symbol funkcjonalny.

Niekiedy w układach występuje potrzeba odpowiedniego formowania sygnału w czasie, np. w celu

usunięcia szkodliwego zjawiska "wyścigu" sygnałów w układzie, budowy generatorów sygnałów

pneumatycznych, realizacji określonych czasów postojów elementów pneumatycznych itp. Do

formowania sygnałów pneumatycznych wykorzystuje się oporniki pneumatyczne (rys.1.8) i przekaźniki

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: