VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA U BJELOVARU Stručni studij mehatronike
PNEUMATIKA I HIDRAULIKA Predavanje 6
Predavač:
Neven Maleš, dipl. ing. Voditelj Centra za nove tehnologije - Mehatronika
[email protected]
ELEKTROPNEUMATIKA
ELEKTROPNEUMATIKA Elektropneumatika je hibridni sustav koji je izgrađen kombinacijom pneumatskih i električnih komponenti. Elertropneumatski sustav radi s dva energetska nivoa: - električni upravljački - pneumatski t ki izvršni i š i
PNEUMATSKI SUSTAV
ELEKTROPNEUMATSKI SUSTAV
ELEKTROPNEUMATSKI UPRAVLJAČKI SUSTAV Izvršni (energetski) Upravljački (informacijski)
Električne komponente
Pneumatske komponente
ELEKTROTEHNIKA STRUJNI OBLICI Istosmjerna struja
DC
Izmjenična struja
AC
OSNOVNI POJMOVI U ELEKTROTEHNICI U ((V)) Električna struja I (A) Električni napon p
Električni otpor R (Ω) Električna snaga
Magnetizam g
P (W)
Ohmov zakon izražava odnos između napona, jakosti struje i otpora. U=R·I
ELEKTRIČNO NAPAJANJE ISPRAVLJAČ 230 V
24 V
SIMBOLI ELEKTRIČNIH KOMPONENTI
ELEKTRIČNI ELEMENTI ZA DAVANJE SIGNALA Prekidači se dijele na tipkala i sklopke. Tipkalo je prekidač koji zadržava određeni sklopni
položaj samo dok je aktivirano odnosno pritisnuto. Sklopke su kontrolni prekidači mehanički izvedeni
ta o da zadržavaju tako ad a aju odab odabrani a po položaj. o aj Položaj prekidača ostaje u određenom položaju sve dok se ne izvrši novo prekidanje. p j
RADNI KONTAKT • NORMALNO OTVOREN TIPKALO
UKLJUČNI ELEMENT KONTAKT
MIRNI KONTAKT • NORMALNO ZATVOREN TIPKALO
PREKLOPNI KONTAKT TIPKALO
SKLOPKA
Zadržava trenutno stanje do novog aktiviranja!
KONTAKTI
ELEKTROPNEUMATIKA +24 V DC
230 V AC
+24 V DC
230 V AC
DC 24 V
DC 24 V
0V
17
0V
ELEKTROPNEUMATIKA NO kontakt
18
ELEKTROPNEUMATIKA NC kontakt
19
UPRAVLJANJE JEDNORADNIM CILINDROM
DIREKTNO
INDIREKTNO
UPRAVLJANJE DVORADNIM CILINDROM
MONOSTABIL
DIREKTNO
INDIREKTNO
ELEKTRIČNI ELEMENTI ZA ORADU SIGNALA Releji j su elementi kojij rade kao sklopke pokretane elektromagnetom. Uključenjem napona na svitak releja, j , stvara se polje p j elektromagneta. Elektromagnet privuče kotvu releja prema jezgri svitka.
RELEJ POVRATNO PERO
SVITAK JARAM
KOTVA JEZGRA KONTAKT
ODVAJANJE STRUJNIH KRUGOVA
RELEJ
DIREKTNO I INDIREKTNO UPRAVLJANJE
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE RELEJA Radni napon
3,6,12, 24,36, 48, 60,110,230V (AC) 3,4,6,8,12,16,24,36, 48, 60,90,135, 200 V (DC)
j aktiviranja j Vrijeme Vrijeme otpuštanja Max. broj prekapčanja
cca 8 - 22 ms cca 2 - 20 ms cca 15 u sekundi
Ispitni napon
2000 V izmjenične struje efektivno
Pogonska k snaga
( ) 1 -1,5 W (DC) 2 – 2,2 W (AC)
Temperatura radne okoline
-40°C… 80°C
Osjetljivost na prašinu
osjetljiv
Mehanički vijek trajanja
više od 108 preklopa
Max. opterećenje svitka
3 W / 3,4 V A
B oj i vrsta Broj sta kontakta
2 radna adna 2 mi mirna na ili 2 preklopna kontakta
Max. preklopna snaga
200 V (AC) / 6 A kod ohmskog opterećenja
ELEKTROMEHANIČKI SKLOPNI ELEMENTI
OZNAČAVANJE KONTAKATA
OZNAKE KOMPONENATA U RELEJNOJ SHEMI
INDREKTNO UPRAVLJANJE Tok signala u elektropneumatskoj shemi
1 .0 0
1
+24V
2 13
S1
1 .1
4
3 13
S2
4 13
K1
14
14
A1
A1
13 K2
14
14
2
Y1
Y2 5
3 1 K1
0 .1
K2
Y1
A2
A2
3
4
0V
Y2
RELEJ S KAŠNJENJEM UKAPČANJA ULAZ
IZLAZ
RELEJ S KAŠNJENJEM UKAPČANJA
RELEJ S KAŠNJENJEM ISKAPČANJA
ULAZ
IZLAZ
RAZVODNICI
2/2
4/2
3/2
5/2
3/2
5/3
ELEKTRIČNO AKTIVIRANJE RAZVODNIKA
MAGNETIZAM Magnetizam nastaje djelovanjem električne struje. K d struja Kada t j teče t č kroz k vodič dič oko k njega j se inducira i d i magnetsko t k polje. lj
Svitak sa zračnom jezgrom
Svitak sa željeznom jezgrom i zračnim otvorom
Privlačna sila se povećava sa jakošću magnetskog polja.
ELEKTRIČNO AKTIVIRANJE
MAGNETIZAM
ELEKTROMAGNET
ZAŠTITA ELEKTROMAGNETA
Slika prikazuje zaštitni strujni krug istosmjernog svitka svitka. Kada je kontakt zatvoren struja I1 teče kroz svitak i dioda je rasterećena. Kada se kontakt otvori, tok struje u glavnom strujnom krugu se prekine. Krug je sada zatvoren pomoću diode. Na taj način struja može teći kroz svitak dok se energija spremljena u elektromagnetskom l kt t k polju lj ne potroši. t ši K Kao rezultat lt t struja t j IM više iš neće ć naglo l opadati nego će kontinuirano padati kroz određeno vrijeme. Inducirani napon je znatno smanjen što osigurava svitak i kontakte od oštećenja.
ELEKTRIČNO AKTIVIRANJA RAZVODNIKA
ELEKTRIČNO AKTIVIRANJE Elektromagneti (solenoidi) imaju dva krajnja položaja on - off.
nema napajanja
neprekidno napajanja
PRIKLJUČAK ELEKTRO RAZVODNIKA (ŠPULA) Š DIN 43 650
RAZVODNIK 3/2 NORMALNO ZATVOREN PILOT VENTIL
RAZVODNIK (monostabil bistabil)
• MONOSTABIL
RAZVODNIK 5/2
• PILOT VENTIL
RAZVODNIK 5/2
• BISTABIL • PILOT VENTIL
BISTABIL (MEMORIJSKI ČLAN)
5/2 RAZVODNIK MONOSTABIL
RAZVODNIK 5/3
KARAKTERISTIKE ELEKTROMAGNETSKIH SVITAKA
VELIČINA RAZVODNIKA
D-1 D-2 D-3
ISO size 1 ISO size 2 ISO size 3
PROPORCIONALNI RAZVODNICI
GRANIČNI PREKIDAČI
MEHANIČKI GRANIČNI PREKIDAČ
GRANIČNI PREKIDAČ
GRANIČNI PREKIDAČI
SKLOPNIK
1. 2 2. 3. 4. 5. 6 6. 7.
Svitak Ž lj Željezna jjezgra ((magnet) t) Armatura Pomični kontakt Nepomični kontakt P iti Pritisna opruga Opruga za pritisak na kontakte
Sklopnik je elektromagnetska sklopka, koja pomoću male upravljačke snage može uključiti pogone koji imaju snagu od 4 do 30 kW. Koriste se za uključivanje motora, grijanja, klimatizacije, dizala itd.
SENZORI Senzor jje tehnički p pretvornik,, kojij p pretvara fizičku veličinu (npr. temperaturu, udaljenost, tlak) u neku drugu veličinu, koja se lako obrađuje najčešće električki signal. U elektropneumatskom upravljanju senzori se prvenstveno upotrebljavaju u slijedećim slučajevima: Praćenje pokretanja i položaja klipa u cilindru cilindru. Praćenje prisustva i položaja obrađivanog radnog dijela
SENZORI POLOŽAJA Područja primjene senzora blizine
• automobilska industrija, • strojogradnja, • industrija pakiranja, • drvna industrija, • tiskare ti k i proizvodnja i d j papira, i • proizvodnja pića, • opekarstvo i proizvodnja keramike …
SENZORI
SENZORI BLIZINE Induktivni Signal se stvara prisustvom metala u oscilirajućem magnetskom polju. Kapacitivni p Signal se stvara prisustvom bilo kojeg materijala visoke izolatorske (dielektrične) konstante. Optički Signal se stvara kada se optička vidljivost ili kada je svjetlost reflektirana natrag na optički senzor. Red kontakti Signal se stvara kada magnetsko polje magneta zatvori ugrađene kontakte.
OPTIČKI SENZORI Optički senzori blizine imaju dva glavna dijela: izvor svjetla i prijamnik. S Senzori i rade d sa crvenim i i infracrvenim i f i svjetlom. j tl P l Poluvodičke dičk diode di d kkoje j proizvodi svjetlost (LED) su pouzdan izvor crvenog i infracrvenog svjetla. Kao prijemnici se koriste fotodiode i fototranzistori. Infracrveno ((nevidljivo) j ) svjetlo j se koristi kada jje p potreban veći domet. Blok dijagram optičkog senzora blizine
OPTIČKI SENZORI Izvor i prijamnik su ili postavljeni u isto kućište (difuzijski i zrcalni senzori) ili u odvojena kućišta (prolazni senzori – optička vrata vrata, optička brana) brana). Difuzijski senzor
Prolazni senzor
Refleksni senzor
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE ZA OPTIČKE REFLEKSNE SENZORE Radni napon
obično 10 V… 30 V DC ili 20 V… 250 V AC
Opseg rada
najviše do 10 m (najčešće podesivo)
Materijal predmeta Najveća struja ukapčanja Temperatura radne okoline
svi, problemi sa sjajnim predmetima najviše 100… 100 500 mA DC 0°C … 60°C ili -25°C… 70°C
Osjetljivost na nečistoće Radni vijek
osjetljiv dug (oko 100 000 sati)
Frekvencija j prekapčanja p p j Izvedba Klasa zaštite prema IEC 529, DIN 40 050
20 do 10000 Hz valjak, kvadar do IP 67
REED - KONTAKT • MAGNETSKO AKTIVIRANJE
• RADNI KONTAKT
PERMANENTNI MAGNET Magnetski senzori blizine reagiraju na magnetska polja trajnih i elektro magneta. Reed senzori imaju kontakte načinjene od feromagnetskih materijala (slitina željezo-nikal) utaljena u mala staklena kućišta ispunjena inertnim plinom. Kod ugradnje Reed senzora treba paziti na jakost magnetskog polja, dva reed kontakta moraju biti međusobno udaljeni najmanje 60 mm.
PRIMJER UGRADNJE REED KONTAKTA NA CILINDAR
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE REED KONTAKTA Napon
12 V… 27 V istosmjerne ili izmjenične struje
Točnost ukapčanja
±0,1 mm
Najveća snaga ukapčanja
40 W
Najveća mag. indukcija
0,16 mT
Najveća struja ukapčanja
2A
Najveća frekvencija ukapčanja
500 Hz
Vrijeme ukapčanja
≤ 2 ms
Otpor
0,1 Ω
Radni vijek kontakata
5 x 106 ciklusa prekapčanja
Klasa zaštite IEC 529, DIN 40 050
IP6
Radna temperatura
-20 … 60 °C
KAPACITIVNI SENZOR
• REAGIRA NA SVE MATERIJALE ! Djelovanje kapacitivnog senzora blizine se temelji na promjeni električkog kapaciteta kondenzatora u RC titrajnom krugu pri približavanju bilo kojeg materijala. Prikladni su za ugradnju kao krajnji prekidači pri mjerenju razine vode, cementa, šećera, brašna, granulata i drugih medija. Ukoliko predmet ili medij (metal, (metal plastika, plastika staklo, staklo drvo, drvo voda) uvedemo u područje ukapčanja mijenja se kapacitet titrajnog kruga. Udaljenost ukapčanja kapacitivnih senzora blizine funkcija ovisna o vrsti, duljini i debljini materijala koji se uočava.
TEHNIČKE KARAKTERISTIKE KAPACITIVNOG SENZORA Radni napon
obično 10 V… 30 V DC ili 20 V… V 250 V AC
Nominalna udaljenost ukapčanja
obično 5…20 mm najviše 60 mm (najčešće promjenjivo, podesivo potenciometrom) t i t )
Materijal predmeta
svi materijali s dielektričkom konstantom >1
Najveća struja ukapčanja
najviše 500 mA DC
Temperatura radne okoline
-25°C… 70°C
Osjetljivost na prašinu
osjetljiv
Radni ad vijek je
veoma eo a dug
Frekvencija prekapčanja
do 300 Hz
Izvedba
valjak npr. M 18x1, M30x1, d ∅ 30 mm, do
Klasa zaštite prema IEC 529, DIN 40 050
do IP 67
PROVJERA SADRŽAJA PAKIRANJA KROZ KARTON KAPACITIVNIM SENZOROM
Uočavanje razine punjenja u čeličnom spremniku a) Kapacitivni senzor ugrađen u plastiku ili kvarcno staklo b) Uočavanje razine tekućine kroz plastičnu cijev
INDUKTIVNI SENZOR
1. OSCILATOR 1 2. PRETVARAČ SIGNALA 3. POJAČALO
UGRADNJA INDUKTIVNOG SENZORA
Indukcijskim senzorima blizine se mogu uočiti samo električki vodljivi materijali. Ovisno o vrsti kontakta (normalno otvoren ili normalno zatvoren kontakt), izlazni se sklop ukapča odnosno iskapča ako se u području djelovanja nalazi ili ne nalazi l i metalni t l i objekt. bj kt Što Š je veći svitak, veća je aktivna udaljenost ukapčanja.
• REAGIRA SAMO NA METALE !
TEHNIČKI PODATCI ZA INDUKTIVNE SENZORE BLIZINE Materijal objekta Radni napon Nominalna udaljenost ukapčanja
Metali obično 10 V… 30 V obično 0,8…10 mm
Najveća struja ukapčanja Temperatura radne okoline Vibracije
najviše 250 mm 75 mA mA… 40 mA -25°C… 70°C 10… 50 Hz
Osjetljivost na prašinu Radni vijek Frekvencija prekapčanja
amplituda 1 mm neosjetljiv veoma dug obično 10… 5000 Hz
Izvedba Veličina (primjeri)
najviše 20 kHz valjak, kvadar M8x1, M12x1, 18x1, M30x1, ∅ 4mm… ∅ 30 mm,
Klasa zaštite prema IEC 529, DIN 40 050
25 mm x 40 mm x 80 mm do IP 67
VRSTE SPOJEVA Senzori blizine su izvedeni s "normalno zatvorenim“ ((N/Z)) ili "normalno otvorenim" (N/O) kontaktima, ali postoje i izvedbe s uključene obje funkcije.
Dijagrami spajanja za dvožilnu tehnologiju V= radni napon, L = trošilo
Dijagrami spajanja za trožilnu tehnologiju
SPAJANJE SENZORA BLIZINE Senzori blizine izrađeni u četverožilnoj tehnologiji se dijele na senzore blizine s PNP izlazima (pozitivno ukapčanje,normalno otvorene ) i NPN izlazima (negativno ukapčanje, normalno zatvorene ). Funkcija Pozitivan napon napajanja (+) Negativan napon napajanja j j (-) () Izlaz Suprotan izlaz
Boja smeđa
Oznaka BN
plava
BU
crna
BK
bijela
WH
Označavanje izlaza EN 50 044 Shema spajanja u četverožilnoj tehnologiji (DC), L = trošilo
SPAJANJE SENZORA BLIZINE Serijski spoj
dvožilini senzori
trožilni senzor sa zaštitnom diodom
SPAJANJE SENZORA BLIZINE Paralelni spoj
dvožilini senzori
trožilni senzori sa zaštitnom diodom
TLAČNA SKLOPKA Tlačna sklopka se ugrađuje u elektropneumatski sustav kao upravljački uređaj ili kao uređaj za kontroliranje rada sustava (optički – signalne žarulje, akustični zvučni signal).
TLAČNA SKLOPKA Pneumatski simbol
Električni simbol
TLAČNA SKLOPKA
LOGIČKE FUNKCIJE I LOGIČKI SKLOPOVI
U logičkim funkcijama javljaju se binarne
varijable j ((imaju j dva stanja) j ) Logički g sklop pp pretvara ulazne informacije j u
izlazne informacije drugačijeg značaja
BOOLOVA ALGEBRA Razvio ju je Georg Bool sredinom 19.
stoljeća, a bazirana je na premisi da u logici postoje samo dvije mogućnosti: stanje je ili točno ili krivo. Boolova algebra pretpostavlja da ako je stanje točno (on) simbol je 1, za krivo stanje ((off)) simbol jje 0.
OSNOVNI LOGIČKI ELEMENTI Postoje P t j funkcije f k ij AND (I) i OR (ILI), (ILI) te t njihove jih inverzije i ij NOT AND (NAND) i NOT OR (NOR).
UKLJUČITI
A
LOGIČKI IZLAZ S
UKLJUČITI
B
ELEMENT
Različite kombinacije ulaza i izlaza mogu se prikazati u tablici istinitosti (TRUTH TABLE).
Logička funkcije indentiteta kombinacijski sklopovi
- stanje t j na iizlazu l odgovara ulaznoj kombinaciji slijedni sklopovi - imaju spremnike informacija
NE (funkcija) sklop
NEGACIJA
I sklop
I – FUNKCIJA (SERIJSKI SPOJ)
ILI sklop
ILI – FUNKCIJA (PARALELNI SPOJ)
KRUGOVI SAMODRŽANJA DOMINIRA UKLJUČENJE
DOMINIRA ISKLJUČENJE
Krug samodržanja - dominira uključenje
Krug samodržanja - dominira uključenje
Krug samodržanja - dominira isključenje
KRUG SAMODRŽANJA
JEDNORADNI CILINDAR
DVORADNI CILINDAR
DOMINIRA ISKLJUČENJE
DETALJAN PRIKAZ SHEME SPAJANJA (TABLIČNI PRIKAZ)
SPOJNICA PLASTIČNA MASA IZOLATOR
ŽICA 1
ŽICA 2
MONTAŽNA ŠINA
FUNKCIJSKI PLAN
RELEJNO UPRAVLJANJE
PLC – PROGRAMIBILNI LOGIČKI KONTROLER
ULAZI
IZLAZI
RELEJNA SHEMA PLC
ZAKRETANJEM RELEJNE SHEME ZA 90 STUPNJEVA DOBIJEMO ALGORITAM PO KOJEM MOŽEMO NAPISATI PROGRAM ZA PLC U LEDDER DIJAGRAMU (KOP)
SIMBOLI RELEJNA SHEMA
PLC – LEDER DIJAGRAM RADNI KONTAKT (NO)
MIRNI KONTAKT (NC)
MEMORIJSKI ČLAN IZLAZI IZ PLC-a
LOGIČKE FUNKCIJE RELEJNA SHEMA
PLC – LEDER DIJAGRAM
I – FUNKCIJA SERIJSKI SPOJ
ILI – FUNKCIJA PARALELNI SPOJ
STRUKTURNA SHEMA PLC a PLC-a
ULAZI IZLAZ MOŽE POSTATI ULAZ
CPU
IZLAZI
Programiranje PLC – a u Ladder dijagramu Rotiramo relejnu shemu za 90
o
Povezivanje relejne sheme s PLC PLC-om om
Relejna shema
Ladder dijagram
NAČIN POVEZIVANJA ELEMENATA
PROJEKTIRANJE ELEKTROPNEUMATSKIH SUSTAVA
POVEZIVANJE ELEKTROPNEUMATSKIH KOMPONENTI
1
+24V
13
I to jje, je, to! to!
1 A1
2
1 A2
13 K1
14
14
1V A1 K1 0V
2
Hvala na pozornosti !! !!!
2
1Y 1Y
A2
4
5
3 1
