Viša Tehnička Škola Subotica
Némedi Imre dipl. maš. ing.
Skripta iz predmeta Fluidna tehnika
PNEUMATIKA (vežbe)
Subotica 2002.
Sadržaj skripte
0. Uvod......................................................................................................... 3 1. Uvod u pneumatiku................................................................................ 4 1.1. Pneumatski prenos snage.......................................................... 6 2. Proizvodnja i raspodela sabijenog vazduha ........................................ 8 2.1. Komponente industrijske pneumatike ...................................... 8 2.2. Raspodela sabijenog vazduha................................................. 10 2.3. Dimenzionisanje elemenata pneumatskog sistema ................ 14 2.3.1. Dimenzionisanje potrošača...................................... 14 2.3.2. Dimenzionisanje magistralnog cevovoda................ 19 3. Elementi pneumatske logike ............................................................... 29 3.1. Osnovni pojmovi i elementi ................................................... 29 3.2. Osnovne logičke funkcije ....................................................... 41 3.3. Memorijsko kolo .................................................................... 49 3.4. Vremenski releji (elementi kašnjenja).................................... 54 4. Upravljanje cilindrima ........................................................................ 64 5. Sinteza pneumatskih automata........................................................... 72 5.1. Sinteza pneumatskih kombinacionih automata ...................... 72 5.2. Sinteza pneumatskih sekvencijalnih automata ....................... 96 6. Neki konkretni primeri iz prakse ..................................................... 104 6.1. Uređaj za čišćenje, odmašćivanje ili farbanje delova........... 104 6.2. Sistem upravljanja autobuskim vratima ............................... 106 6.3. Uređaj za bimanuelno upravljanje........................................ 107 7. Završne napomene ............................................................................. 108
-2-
0. UVOD Vi u ruci držite skriptu iz predmeta Fluidna tehnika, i to deo koji u sebi sadrži materijal vežbi. Ovaj predmet se sastoji iz dva dela: -
prvi deo: pneumatika (tehnika komprimovanog – sabijenog – vazduha) drugi deo: hidraulika (tehnika prenosa snage pomoću ulja pod pritiskom).
Važno je istaći da u ovom predmetu izučavamo “samo” tehniku korišćenja fluida pod pritiskom, a ne mehaniku fluida. Normalno, da ovo ne znači da nije uopšte potrebno poznavati osnovne zakonitosti fizike, koji se odnose na ovo poglavlje nauke, ali mi u ovom kursu nećemo ulaziti u te teorijske dubine, kao u mehanici fluida, već ćemo istaći samo ono što je neophodno za savladavanje gradiva. Cilj ovog predmeta je da osposobi budućeg inženjera da se snađe u praksi prilikom razmišljanja o rešavanju konkretnih praktičnih problema u vezi nekih potrebnih linearnih ili obrtnih kretanja obradnih, transportnih i drugih sistema. Naime u tim slučajevima je od velikog značaja poznavanje mogućnosti pretvaranja energije u mehanički rad, kako električnim tako i hidro-pneumatskim putem. Zašto? Odgovor je vrlo jednostavan i važi za celu našu nauku, odnosno za mašinstvo. Rešenje nekog – bilo kakvog – problema je dobro samo ako je tehnoekonomski opravdano. To znači sa jedne strane mora rešenje da bude tehnologično – da zadovoljava svim zahtevima koji se postavljaju sa strane korisnika, proizvođača itd., a sa druge strane to rešenje mora da bude i ekonomično tj. mora da bude najjeftinije od svih mogućih rešenja. Pogon elektromotorima je poznat. Ima svoje prednosti i nedostatke, kao i bilo koje rešenje problema. Naš je cilj da ukažemo na one oblasti gde elektrika probleme rešava na prilično skup način i gde do izražaja dolaze mogućnosti pneumatike i hidraulike. Tačnije rečeno, to ćete Vi, poštovani kolega ili koleginice, učiniti kad naučite sve o fluidnoj tehnici. Čitajući ovu skriptu (za vežbanje) primetićete da se ovde ne radi o klasičnoj zbirci rešenih ili nerešenih zadataka, kako bi se to očekivalo od jedne skripte za vežbanje, već je reč maltene o jednom udžbeniku iz ovog predmeta. Udžbenik je napisao profesor Dr. Njerš Jožef gde je opisao sve teorijske osnove potrebne za shvatanje problematike i rešenja. Smatram međutim da ću Vam umnogome pojednostaviti rad prilikom učenja ako zadatke potkrepim malim teorijskim osvrtom na osnove. Pri tome za konkretne zadatke ću kad-tad reći i takve stvari koji decidirano nisu izneti u udžbeniku profesora jer je jednostavno nemoguće u jednoj knjizi opisati svaki detalj. Molim Vas znači da ovu skriptu shvatite kao substituciju – dodatak na predavanja i na udžbenik profesora Njerša. U okviru ove skripte ćemo krenuti od najširih osnova gradnje jednog pneumatskog sistema, pa ćemo tako sužavati oblast razmatranja, do najosnovnijih elemenata. Upoznaćemo se sa gradnjom pneumatskog voda, sa mestom i ulogom kompresorske stanice (i njenim delovima) u sistemu, kao i sa upravljanjem jednim pneumatskim sistemom na čisto pneumatskoj bazi. Želim Vam puno uspeha u savladavanju materije ovog kursa, kao i puno uživanja u učenju. Pa da krenemo od početaka, a to je:
-3-
1. Uvod u pneumatiku Ere u razvoju industrijske proizvodnje u osnovi se sastoji od dva osnovna dela: 1. Era mehanizacije 2. Era automatizacije Kao što je poznato, za proizvodnju je potrebno da se obezbedi tri najvažnija elementa: -
sirovina za obradu ili preradu energija za vršenje obrade informacije o obradi.
z M E I
z
z
obradni sistem
M E I
povratna sprega Slika 1. Šematski prikaz obradnog sistema sa ulazima, izlazima i povratnom spregom Sirovine nam stoje na raspolaganju, i biće još određeno vreme, što normalno ne znači da je stalno razmišljanje o mogućim uštedama i recikliranja materijala nepotrebno. Energija: Što se tiče energije za obradu, ti resursi su i sami prošli ceo razvojni put od snage mišića ljudi i životinja, pa preko snage vode i vetra do početka prvog ozbiljnog koraka u eri mehanizacije: -
Denis Papin (Denis Papen) - prva ideja parne mašine (1690) James Watt (Džems Vat) - prva ozbiljna varijanta parne mašine (1765) Robert Fulton - parobrod (1807) George Stephenson (Džordž Stivenzon) - parnjača (parna lokomotiva) (1814)
-4-
Sve do druge polovine XIX veka parne mašine preovladavaju na planu energetskih mašina, pa tek krajem pretprošlog stoleća se javljaju i nemci, kao predstavnici druge veoma bitne nacije u razvoju tehnike u Evropi, i to: -
Carl Benz (Karl Benc) - konstruktor prvog motora sa unutrašnjim sagorevanjem (1885) - inače, po njegovom imenu je nazvano do dana današnjeg najpoznatije gorivo, benzin Rudolf Diesel (Rudolf Dizel) - konstruktor, po njemu nazvanog dizel motora (1897)
Takođe u drugoj polovini XIX veka dolazi i do razvoja motora na električni pogon, čime se najviše ponose južni sloveni, naime pronalazač je Nikola Tesla. Navedeni veliki razvoj mehanizacije za sobom povlači i ubrzani razvoj niskogradnje (izgradnju puteva i tunela). Tako, prilikom probijanja tunela u masivima Alpa prvi se put koristi komprimovani vazduh. Pneumatika se u industrijske svrhe prvi put koristi u Parizu u drugoj polovini XIX veka. Sabijeni vazduh se proizvodilo u centralnoj kompresorskoj stanici, snage oko 17000 kW ili oko 24000 KS, a raspodela se vršila preko cevovoda prečnika od 300 mm. Dužina instalacije je iznosila oko 7 km. Takav način korišćenja komprimovanog vazduha se danas više ne koristi, zbog prevelikih gubitaka energije u prenosu u cevovodima. Eto, tu se i završava (kraj XIX veka) era mehanizacije, što znači da i dan danas koristimo iste energetske mašine, normalno snabdevene sa najsavremenijim uređajima za vođenje i regulisanje, radi ekonomičnijeg rada, ali je princip ostao isti. Tako smo zakoračili u eru automatizacije, koja traje do dana današnjeg i koja je svoj strahoviti zamah uzela baš zadnjih pola stoleća, sa razvojem računarske tehnike. Ali i pre elektronskih računara su ljudi uspešno rešavali jednostavnije, pa čak i ne tako jednostavne zadatke vođenja i regulacije obradnih i transportnih sistema. Jedan od glavnih ciljeva ovog našeg kursa iz pneumatike biće baš sagledavanje sposobnosti pneumatskog sistema za regulisanje i upravljanje. Pri tome dolazi do razvoja takvih tehničkih rešenja (pneumatski i hidraulični elementi) koji su kadri da izvrše najbitnije radnje, koje su u vezi sa regulacijom. To su: -
detekcija (primećivanje) diskriminacija (razlikovanje) memorisanje (pamćenje) logička obrada informacija (»razmišljanje«)
U današnje vreme ove osobine su veoma uspešno rešene i ugrađene u raznorazne računarske softvere, pa se baš zato pneumatika kao takva u velikoj meri istisnula sa plana regulacije, ali logika upravljanja je ostala ista, zato ćemo se i baviti stim i mi u ovom kursu.
-5-
Najsavremenije tendencije razvoja sklopa energetskih i upravljačkih sistema je baš ta, da sistem sastavimo od sledećih elemenata: -
mozak - računar davači i “živci” - pneumatski (jeftiniji su i teže se kvare) izvršni organi - hidraulični i električni. 1.1. Pneumatski prenos snage
U pneumatici se najčešće koristi vazduh pod pritiskom i to sa normalnim pritiskom do 6 bari ili sa manjim pritiscima za sisteme regulacije i upravljanja. Veći pritisci se koriste najčešće u građevinarstvu (pneumatski čekići i sl.) Inače sam princip pneumatike se zasniva na Paskalovom zakonu, po kojem će u zatvorenom sudu pod pritiskom fluida taj pritisak da se širi i da opterećuje sve zidove suda istom silom. Ako je pak jedan od tih zidova pokretan, doći će do pretvaranja energije pritiska u energiju kretanja. Ovo je inače i jedan od najbitnijih zadataka pneumatskih sistema koje su: -
savladavanje neke spoljne sile ili otpora i na taj način vršenje rada (obrada) stvaranje statičke sile (za stezanje radnog predmeta)
Moguća kretanja kod pneumatskih elemenata: - obrtno kretanje Tu se može postaviti jedna analogija i to uporedna sa rešenjima i karakteristikama elektromotora. Karakteristike, koje govore u prilog pneumatici -
visoka gustina energije, što rezultira sa i za 20 puta manjim motorom iste snage od odgovarajućeg elektromotora, nema opasnosti od strujnog udara i varničenja, pa ni od požara (veoma bitna karakteristika pri radu u sredini punoj zapaljivih isparenja – rudnici, itd), prilikom preopterećenja nema opasnosti od havarije (motor jednostavno stane i ne pokreće se do trenutka smanjenja opterećenja, a pri tome ništa se neće slomiti, pregrejati se ili pak pregoriti), moguće brzine znatno veće od električnog pogona i to n= 10000ob/min – normalno, a specijalno čak može da se postignu i brojevi obrtaja od n=30000 ob/min! – (ova mogućnost nam obezbeđuje tzv. »bezbolno« bušenje zuba. Inače u današnje vreme se najčešće u ove svrhe se koriste rotacioni pneumatski motori.)
Karakteristika, koja govori protiv pneumatskog rešenja
-6-
- postoji samo jedna mana pneumatskog rešenja pogona, a to je mali stepen korisnog dejstva, koja iznosi η = 0,1 ÷ 0,3 - linearno kretanje Najbitniju prednost pneumatski i hidraulički sistemi imaju upravo u odnosu na elektromotorni pogon kod linearnih kretanja. Naime, ovu vrstu kretanja oni izvode direktno pomoću pneumatskih ili hidrauličnih cilindara. Zato se ti elementi (izvršni organi) i nazivaju linearnim motorima. Radni pritisak kod ovih izvršnih organa je 6 bara, što znači da je normalni napon u daN m njima oko 6 , i brzina translacije iznosi oko 2 . Ovi podaci su isti kao što su i 2 s cm mogućnosti ljudskih mišića, pa nije ni čudno što se u industriji pneumatski cilindri nazivaju mišićima industrije. U vezi pneumatskih linearnih motora (cilindara), pored malog stepena korisnosti postoji još jedan značajan nedostatak, što potiče usled stišljivosti radnog medijuma. Može doći do veoma nezgodne pojave STICK – SLIP-a kod malih (puzajućih) brzina kretanja. To je ustvari takozvano skakutajuće kretanje. No ta elastičnost pneumatskog sistema se kad – tad može smatrati i kao povoljnost, primera radi kod stezanja radnih predmeta.
-7-
2. Proizvodnja i raspodela sabijenog vazduha 2.1. Komponente industrijske pneumatike Kompresori Sabijeni vazduh se proizvodi pomoću kompresora. Zadatak im je da usisani vazduh pod atmosferskim pritiskom komprimuju (sabiju) na potreban radni pritisak. Tipovi kompresora su: -
klipni višećelijski rotacioni zavojni aksijalni rotacioni radijalni rotacioni (turbokompresori)
U praksi se najčešće koriste klipni kompresori i to u: -
jednodvo- i više-stepenoj izvedbi.
Jednostepeni kompresori: • •
proizvode sabijeni vazduh do 10 bara pritiska, maksimalna temperatura izlaznog vazduha iznosi 140 – 220 o C .
Dvostepeni kompresori: • •
maksimalni pritisak do 30 bara, maksimalna temperatura izlaznog vazduha 120 o C .
Višestepeni kompresori: •
koriste se do pritiska od 300 pa i više bara.
Kompresori rade sa tzv. intermitencijom. To znači da se pomoću »tlačnog prekidača« (druk – šaltera) namesti minimalni i maksimalni pritisak u instalaciji (pritisci uključivanja i isključivanja kompresora). Kada pritisak opadne ispod minimalnog, kompresor se uključuje i sabija vazduh do maksimalnog pritiska, gde se pomoću prekidača za isključivanje isključuje. Kod manjih kompresora se ovo izvodi uključivanjem i isključivanjem elektromotora, dok se kod kompresora velike snage vrši umesto isključivanja tzv. odspajanje (kratko spajanje usisnog i potisnog voda), dok elektromotor i dalje ostaje u
-8-
pogonu. Na taj način se izbegavaju strujni udari pri uključivanju motora velike snage i štedi se instalacija. U procesu komprimovanja vazduha proizvodi se i znatna količina toplote, koja je neželjena posledica procesa sabijanja. Ta toplota nepotrebno zagreva sve elemente instalacije i dakako glavni je krivac za drastično smanjenje stepena korisnosti. Protiv te fizičke pojave ne možemo ništa uraditi, jedino smo kadri da smanjimo efekat zagrevanja sistema i to odvođenjem toplote. Načini odvođenja toplote mogu biti: -
m3 ) min vodenim hlađenjem (kod kompresora velike snage). vazdušnim hlađenjem (do kapaciteta 30
Kod dvo i višestepenih kompresora se među tim stepenima postave i tzv. međuhladnjaci, koji rade na istom principu kao i pomenuti. Rezervoar kompresora Rezervoar kompresora ima sledeće zadatke: -
prima od kompresora vazdušne udare i amortizuje ih, ugrađenim tlačnim prekidačima učestvuje u regulaciji rada kompresora, služi kao akumulator sabijenog vazduha i tako omogućava intermitentni rad, igra ulogu dodatnog hladnjaka i odvajača vlage (kondenzata).
m3 Ako je Q kapacitet potrebne dobave vazduha, po pravilu rezervoar treba da min bude veličine: Vr = (0,5 ÷ 0,9) ⋅ Q m 3
[ ]
Sklop kompresora i rezervoara sa odgovarajućim ostalim elementima se naziva kompresorskom stanicom, čiji je šematski prikaz dat na slici 2.
-9-
13
12 1 7
4
2
6
9 10
M
14
11
8 5 15
3
Slika 2. Šematski prikaz kompresorske stanice Na slici 2. su pozicije sledeće: 1. dvostepeni kompresor 2. pogonski elektromotor 3. usisni filter 4. prvi stepen sabijanja 5. međuhladnjak 6. drugi stepen sabijanja 7. hladnjak vazduha 8. automatski odvajač kondenzata 9. odvajač vlage sa automatskim pražnjenjem 10. i 14. ventili za zatvaranje 11. rezervoar sabijenog vazduha 12. manometar 13. ventil za ograničenje pritiska 15. ventil za ispuštanje kondenzata Kao što se vidi na slici simboli pneumatskih elemenata slikovito prikazuju sam princip i cilj rada istih. Ovaj simbolizam je međunarodno prihvaćen i standardizovan po odluci CETOP-a (Evropski komitet za uljno-hidrauličnu i pneumatsku transmisiju). U domaćem standardu je označen sa JUS L.N1. 2.2. Raspodela sabijenog vazduha Raspodela komprimovanog vazduha se vrši čeličnim, gumenim i plastičnim cevima u zavisnosti od pritiska. Pošto je u rezervoaru i ispred njega izvršeno hlađenje vazduha, velika količina vlage je već odvojena, no ipak se mora računati sa još preostalom količinom. Da ne bi došlo do začepljenja cevovoda usled prisutnosti vlage, razvod se vrši kaskadno, sa padom na svakih 40 do 60 m za 2 % i to u smeru kretanja fluida.
- 10 -
Slika br 3. prikazuje šematski izgled jednog magistralnog cevovoda sa kaskadnom gradnjom i ostalim priključnim elementima, neophodnim za funkcionisanje jednog pneumatskog razvodnog sistema. Ova slika se može shvatiti kao nadogradnja na sliku 2.
2%
16 17
20
19
21
18
21 Slika 3. Raspodela sabijenog vazduha Pošto je slika 3. produžetak slike 2. u legendi ćemo koristiti brojeve kao produžetak onih sa prethodne slike. 16. odvajač vlage 17. pripremna grupa 18. odvajač vlage i filter 19. regulator pritiska 20. zauljivač 21. ventil za zatvaranje. U nekoliko reči da analiziramo ono što smo videli na slici 2. i što vidimo na slici 3: Krenuvši od samog usisnog grla na kompresoru, vidimo da se usisani vazduh prvo filtrira (čisti se) od mehaničkih nečistoća (prašine itd.) a potom se uvodi u prvi stepen sabijanja. Kompresor je najlakše shvatljiv kao klipni, što će reći vazduh ulazi u jedan cilindar gde se sabija pomoću klipa do određenog pritiska (pritiska prvog stepena). Potom izlazi iz cilindra a pre nego što će ući u drugi, mora da se hladi jer će u drugom stepenu pored dodatne količine energije pritiska primiti i dalje količine toplote. Temperatura se baš zbog toga mora smanjiti, a to se postiše tzv. međuhladnjakom. Nakon drugog stepena sabijanja postignut je pritisak koji se tražio od kompresora, no temperatura vazduha je visoka, pun je vlage, znači uopšte ne zadovoljava zahtevima vezanim za radni medijum u jednom pneumatskom sistemu. Prelazimo znači na pripremanje vazduha za lagerovanje i uopšte za primenu. Ovo je već zadatak odvajača vlage odnosno kondenzata (kondenzatori). Koliko-toliko ohlađen i isušen vazduh se zatim uvodi u rezervoar, drugi veoma bitan element kompresorske stanice. Rezervoar smo već podrobno razmotrili, jedino što tu
- 11 -
moramo istaći je da se na rezervoaru nalaze, pored manometra (instrumenta za merenje pritiska), i davači za pritisak i to: • • •
druk-šalteri (nisu docrtani na slici) ventil za ograničenje pritiska (shvatljivije rečeno pneumatski osigurač) – pozicija 13. olovni osigurač - za slučaj apsolutne sigurnosti, ukoliko svi prethodno pomenuti davači otkažu, što je malo verovatno ukoliko se remont kompresorske stanice redovno vrši. Ni ovo nije ucrtano na slici.
Po izlasku iz rezervoara (gleda se slika 3.) našli smo se u magistralnom delu cevovoda. U kakvom je stanju naš sabijeni vazduh? Da li je spreman na primenu? Šta se još može učiniti da bi se uslovi prenosa kroz magistralni vod poboljšali i da bi vazduh bez problema mogao uvesti u izvršni deo pneumatskog sistema radi vršenja mehaničkog rada, što nam je konačni cilj? Da vidimo redom. Što se tiče stanja vazduha u toplotnom smislu smo već sve učinili. Rezervoar kao dodatni hladnjak je učinio sve na hlađenju vazduha i tako nema više bojazni od pregrevanja cevovoda. No stanje sa vlagom nije ni sad, nakon kondenzovanja u odvajačima pa i u rezervoaru, na tom nivou da se možemo smiriti i predati se uživanjima primene komprimovanog vazduha. Vlaga je još i sada prisutna, dakako u veoma malim količinama u odnosu na usisani vazduh, ali i sada može da prouzrokuje začepljenje cevi (ređe se dešava) i korodiranje metalnih elemenata magistralnog voda i samih izvršnih organa i davača. Moramo znači i dalje da se borimo sa vlagom. To radimo na kraju svake kaskade (pozicija 16) i na samom ulazu u izvršne delove sistema (u potrošače). Na ulazu u potrošač, uvek se susrećemo sa celom jednom grupom elemenata pomoću kojih pripremamo vazduh po potrebi potrošača. Zbog toga se ove grupe elemenata i nazivaju pripremnom grupom. Pripremna grupa (pozicija 17) se sastoji od jednog filtera (pozicija 18 - za zadnje prečišćavanje vazduha pre primene), manometra sa regulatorom pritiska (pozicija 19 – za nameštanje, odnosno smanjenje pritiska do potrebnog nivoa u potrošaču) i zauljivača (pozicija 20 – čija je uloga da »podmaže« vazduh, koji će tako noseći sa sobom mazivno sredstvo isto učiniti sa pokretnim delovima izvršnih organa ili pak vršiti podmazivanje i konzervaciju nekih spoljnih delova, van samog pneumatskog sistema. Jednostavnije rečeno, to je prskanje stola mašine za obradu, zauljenim vazduhom radi čišćenja, podmazivanja i zaštite protiv korodiranja.) U vezi magistralnog cevovoda se mora reći i to da se ti vodovi mogu graditi na dva načina, tačnije rečeno na dva principa: • •
zrakasto (male i srednje instalacije) – slika 4. kružno ili prstenasto (srednje i velike – sa velikim brojem potrošača – instalacije) – slika 5.
- 12 -
potrošaci
Slika 4. Gradnja magistralnog cevovoda po zrakastom principu
potrošaci
Slika 5. Gradnja magistralnog cevovoda po kružnom principu Posmatranjem slika gradnje magistralnog cevovoda i logičnim razmišljanjem možemo lako odgovoriti na pitanje: kad je bolje koristiti jednu ili drugu varijantu? Svakako za to je potrebno poznavanje prednosti i mane svake od njih. Tako se kao povoljnost zrakaste gradnje može navesti manja dužina cevovoda od druge varijante, dok se kod kružnog principa mora ugraditi skoro dva puta više cevi. A da bi objasnili prednost kružnog principa, moramo zamisliti slučaj havarisanja cevovoda, kada je nužno zatvoriti
- 13 -
deonicu sa greškom za vreme popravke. U tom slučaju bi morali isključiti sve potrošače u dotičnoj grani, iza mesta popravke, kod zrakastog cevovoda pošto je dovod komprimovanog vazduha moguć samo sa jedne strane. Kod kružne gradnje je to rešeno tako što je dovod vazduha moguć sa dve strane pa se isključivanjem jedne deonice ne moraju zatvoriti potrošači, čak ni za vreme popravke instalacije. Suvišno je objašnjavati šta može značiti za jedan obradni ili transportni sistem ako se mora jedan deo, pa makar i jedan element isključiti. To može da stvori usko grlo pa čak i zastoj u celom sistemu. Ako je taj sistem snabdeven sa malim brojem, međusobno prilično autonomnim elementima i delovima (primer je recimo i naša ustanova) logično je rešenje zrakasta gradnja, dok u većim i velikim pogonima za obradu, gde su na magistralnom vodu priključeni međusobno tehnološki povezani elementi (mašine) kao i transportni uređaji, jedino je moguće razmišljanje – kružni princip. Evo, nakon upoznavanja izgleda i elemenata jednog pneumatskog cevovoda možemo krenuti i sa proračunom potrebnih dimenzija. 2.3. Dimenzionisanje elemenata pneumatskog sistema Da bi valjano mogli uraditi posao dimenzionisanja elemenata pneumatskog sistema moramo krenuti od kraja, tj. od samih potrošača da bi znali potreban kapacitet kompresora i da bi mogli definisati moć prenosa radnog medijuma kroz magistralni cevovod. Krenimo znači redom: 2.3.1. Dimenzionisanje potrošača Pod pojmom potrošača u pneumatici podrazumevamo one elemente sistema koji prilikom eksploatacije troše komprimovani vazduh. U glavnim crtama su oni već prikazani u dosadašnjem delu, no da rezimiramo još jednom. To su: pneumatski rotacioni motori, pneumatski linearni motori (cilindri) i prskalice. Zbog napomenutih nedostataka, rotacioni motori su u veoma malo rasprostranjeni. Suprotno tome su cilindri u veoma širokoj primeni, što je objašnjivo njihovom jednostavnom konstrukcijom a samim tim i niskom cenom koštanja u odnosu na odgovarajuća rešenja na električni pogon. Dakako, linearno kretanje se može proizvesti i električnim putem: na malim dužinama elektromagnetima, a na duže putanje elektromotorom i pretvaračem rotacionog u linearno kretanje (nazubljena letva, kinematski par vijak matica itd.), ali su ta rešenja em skuplja em glomaznija i manje pouzdana nego cilindar. Zato je i pneumatika danas ostala u primeni skoro samo u obliku regulacionih i upravljačkih sistema za jednostavnije sisteme i kao izvršni organi u obliku cilindara. Pokazaćemo znači proračun jednog cilindra. Koji su podaci potrebni za proračun jednog cilindra? Svakako moramo znati kolika će biti sila opterećenja na kraju klipnjače F [N ] i koliki je pritisak na raspolaganju u sistemu p[Pa ] = p[bar ]⋅ 10 . 5
Na osnovu ova dva podatka i uz poznavanje potrebne dužine izvlačenja klipnjače (potrebna dužina linearnog hoda) možemo pristupiti proračunu. Za izbor potrebnog cilindra iz kataloga potrebna su tri podatka: 1. unutrašnji prečnik cilindra; 2. prečnik
- 14 -
klipnjače; 3. dužina cilindra (hoda klipnjače). Eto, treći podatak već imamo na osnovu pretpostavljenog zadatka koju će cilindar rešavati. Za određivanje unutrašnjeg prečnika cilindra je potrebno znati koju će silu morati da pobedi klipnjača pri kretanju. Na tu silu F se još mora dodati i sila otpora trenja u unutrašnjim površinama cilindra R (u današnje vreme ova vrednost opada sa uvođenjem sve novijim materijala, npr. keramike u upotrebu). Vrednost R se uzima kao 10% od proizvedene snage na površini klipa:
ØD
R
Ød
p
F
2
Dπ −R 4 2 Dπ R ≈ 0 ,1 ⋅ p ⋅ 4 2 Dπ F = 0 ,9 ⋅ p ⋅ 4 F = p⋅
D=
gde je znači pa se može reći jednostavnije odnosno odavde izvedeno naš traženi podatak je: 4⋅F - unutrašnji prečnik cilindra 0 ,9 ⋅ p ⋅ π
Inače nije naodmet znati ni to da su standardni prečnici : 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 160, 200, 250 i 320 mm što ne znači da se ne mogu nabaviti i drugi prečnici, ali kao specijalne izvedbe što normalno drastično se odražava na ceni koštanja. Možemo sad da se malo pozabavimo i klipnjačom, tačnije njenim prečnikom. Da bi razumeli princip na osnovu kojeg ćemo odrediti taj podatak moramo istaći da je radni hod (pri kojem će klipnjača pobediti silu opterećenja) uvek onaj pri izvlačenju iz cilindra. To znači da će klipnjača biti opterećena na izvijanje i to najviše u trenutku dostizanja krajnje izvučene pozicije. Najgora varijanta je ako je kraj klipnjače slobodan dok je u klipu uklješten, jer je tada redukovana dužina jednaka dvostrukoj vrednosti realne dužine hoda lr = 2 ⋅ h . Iz otpornosti materijala znamo da je kritična sila izvijanja:
- 15 -
2
π E⋅I gde je υ stepen sigurnosti protiv izvijanja. Za čelik je ta 2 lr ⋅ υ vrednost υ = 5 . Ako iz prethodne formule izrazimo aksijalni moment inercije, koji je , podsetimo se iz otpornosti materijala, za kružni presek (presek klipnjače je krug) 4 d π dobijamo: I= 64 FKR =
2
I=
F ⋅ lr ⋅ υ 2
π E
4
d π pa odavde izražavanjem prečnika klipnjače 64
= 2
d=
4
64 ⋅ F ⋅ lr ⋅ υ 3
π E
2
=
4
256 ⋅ F ⋅ h ⋅ υ 3 π E
ili uvrštavanjem svih poznatih za
čelik: 2
d = 4⋅4
F ⋅h ⋅5 3 11 π ⋅ 2 ,1 ⋅ 10
prečnik klipnjače
Imamo znači sve podatke za izbor potrebnog cilindra. Možemo pristupiti daljim proračunima, kao što je na primer potrošnja posmatranog potrošača.
q c
q -q c k
Pod potrošnjom cilindra se podrazumeva količina vazduha pod pritiskom za jedno izvlačenje i jedno uvlačenje klipnjače. To znači moramo odrediti količinu vazduha koja će jednom ispuniti cilindričnu zapreminu - qc (prostor u cilindru ispred klipa, koja se puni pri radnom hodu) i jednom prstenastu zapreminu – qp (zapremina cilindra sa strane klipnjače). Znači da vidimo, za jedno punjenje cilindrične zapremine vazduhom pritiska p je potrebna količina vazduha: 2
qc =
[ ]
Dπ 3 ⋅h⋅ p m 4
no da bi ovaj podatak dobili u navedenoj jedinici prečnik D i hod h se moraju uvrstiti u m, dok se pritisak p unosi u barima.
- 16 -
Da vidimo sada povratni hod i njegove potrebe. Prstenastu zapreminu cilindra možemo shvatiti i kao zapreminu istu kao i qc ali umanjenu za »zapreminu« klipnjače, daj da to obeležimo sa qk, pa je u stvari: q p = qc − q k gde je : 2
d π qk = ⋅ h ⋅ p sa istom napomenom kao i malopre. 4 Može se reći znači kraće da je: q = q c + ( qc − q k ) = 2 ⋅ qc − q k S tim da se ova vrednost povećava za 5 ÷ 20 % zbog zapremine cevovoda. Primer: Dimenzionisati pneumatski sistem sastavljen od dva potrošača (cilindri A i B) po zahtevu da je potreban pritisak na potrošačima 5,8 bara, a kompresor daje 6 bari, ciklus traje 12 s a potom se bez pauze ponavlja, sa podacima za silu otpora i dužinu kretanja po datom ciklogramu. l = 40 m FA=1000N
400 mm T
L l =6 m
6 bar
L
L
300 mm
FB=2000N 4 sec
2s 2s
4 sec
12 sec L A
B
Dimenzionisanje cilindra A: Po zahtevanoj sili i raspoloživom pritisku imamo potreban prečnik cilindra:
- 17 -
4⋅F = 0 ,9 ⋅ p ⋅ π
D1 =
4 ⋅ 1000 = 0 ,0493 m ≈ 50 mm 5 0 ,9 ⋅ 5 ,8 ⋅ 10 ⋅ π
dok je prečnik klipnjače: 2
2
F ⋅ h ⋅υ 1000 ⋅ 0 ,4 ⋅ 5 d1 = 4 ⋅ = 4⋅4 3 = 13,3 mm 3 11 π ⋅E π ⋅ 2 ,1 ⋅ 10 4
pa usvajam d1=20 mm Tako je usvojeni cilindar A, koja se mora izabrati iz kataloga: A: φ 50 / 20 × 400 Potrošnja istog cilindra će biti: 2
qc1 =
2
Dπ 0 ,05 π 3 ⋅ h1 ⋅ p = ⋅ 0 ,4 ⋅ 5 ,8 = 0 ,0045 m = 4 ,5 l 4 4
dok je: 2
2
d π 0 ,02 ⋅ π 3 q k1 = ⋅ h1 ⋅ p = ⋅ 0 ,4 ⋅ 5 ,8 = 0 ,0007 m = 0 ,7 l 4 4 pa je: q1 = 2 ⋅ qc1 − qk1 = 2 ⋅ 4 ,5 − 0 ,7 = 8 ,3 l / ciklus broj ciklusa je pri tome: 60 s = 5 ciklus min 12 s Znači minutna potrošnja potrošača A je: n=
Q1 = q1 ⋅ n = 8 ,3 ⋅ 5 = 41,5 l
min
Dimenzionisanje potrošača B: D2 =
4 ⋅ 2000 = 0 ,0698 m ≈ 70 mm 5 0 ,9 ⋅ 5 ,8 ⋅ 10 π
- 18 -
pa se usvaja
D2=80 mm 2
2000 ⋅ 0 ,3 ⋅ 5 d2 = 4 ⋅ 4 3 = 0 ,0137 m = 13 ,7 mm 11 π ⋅ 2 ,1 ⋅ 10 pa da usvojimo d 2 = 24 mm Znači potrošač B je : B : φ 80 / 24 × 300 Potrošnja je: 2
q c2 =
0 ,08 π 3 ⋅ 0 ,3 ⋅ 5 ,8 = 0 ,0087 m = 8 ,7 l 4
dok je: 2
0 ,024 ⋅ π 3 qk2 = ⋅ 0 ,3 ⋅ 5 ,8 = 0 ,0007 m = 0 ,7 l 4 pa je: q2 = 2 ⋅ qc2 − qk2 = 2 ⋅ 8 ,7 − 0 ,7 = 16 ,7 l / ciklus Znači minutna potrošnja potrošača B je: Q2 = q2 ⋅ n = 16 ,7 ⋅ 5 = 83 ,5 l
min
Ukupna potrošnja sistema će znači biti: Qu = ( 41,5 + 83 ,5 ) ⋅ 1,1 = 137 ,5 l
-
min pri tome povećanje realne potrošnje za 10% smo uradili da bi u obzir uzeli i volumen cevovoda kao i gubitke u njemu. 2.3.2. Dimenzionisanje magistralnog cevovoda
Možemo sad da pređemo na dimenzionisanje samog magistralnog cevovoda. Pre nego što to učinimo, moramo da se osvrnemo na neke teškoće. Naime pri dimenzionisanju cevovoda nam je smernica za izbor prečnika dozvoljeni pad pritiska. U ovom zadatku to iznosi 0,2 bara. Pravolinijska deonica cevi ima određeni otpor, koji raste sa smanjenjem prečnika pa mi u stvari moramo izabrati onaj najmanji prečnik koji će nam dati dozvoljeni pad pritiska. Na isplati se pri tome izabrati mnogo veći prečnik od zahtevanog, jer nam to poskupljuje sistem kad-tad čak više puta. To bi bilo čak i jednostavno izvodljivo, ali kako uzeti u obzir dejstvo tzv. fazonskih komada, kao što su: nornalne krivine (kolena), Tkomadi (račve), zasuni (ventili) itd.
- 19 -
Ovi elementi isto tako imaju svoj otpor kretanju fluida u njima, koji se da izraziti u obliku otpora odgovarajuće dužine pravolinijske cevi istog prečnika. To se naziva ekvivalentnom dužinom i data je dijagramski na slici 6.
- 20 -
Slika 6. Ekvivalentne dužine fazonskih komada cevovoda
- 21 -
Slika 7. Dijagram za određivanje padova pritisaka Prvi korak u rešavanju zadatka je da se usvoji određeni prečnik za cevovod. To je na žalost zadatak koji se rešava metodom udarca na stomak, ali posle određenog broja rešenih zadataka ovog tipa će čovek steći iskustvo u tome pa neće biti više pogađanja. Sad da pretpostavimo da smo apsolutni početnici (što i jeste istina što se Vas tiče, no bez uvrede) pa da ubodemo u prečnik od 30 mm. Znači: dc=30 mm. Prvo da analiziramo deonicu cevi od magistralnog voda do cilindra A, koja je dužine 6 m. Da vidimo koliko fazonskih komada možemo naći na toj deonici. Našli smo jedno koleno jer se račva uzima u obzir kod druge grane. Ekvivalentna dužina za 30 mm iznosi 0,25 m (slika 6.), pa je ukupna dužina: Lu = L + LE = 6 + 0 ,25 = 6 ,25 m Količina vazduha koja prolazi kroz ovu deonicu iznosi: Q1 = 41,5 ⋅ 1,1 = 45 ,65 l
min
= 0 ,0456 m
3
min
Da vidimo sada sledeću sliku, sliku br 7. na kojoj je dat sledeći dijagram sa koje se može očitati odgovarajući pad pritiska. Krenemo od donje desne strane dijagrama po kosoj liniji koja odgovara prečniku cevi 30 mm i penjemo se do horizontalne linije koja 3 odgovara našem protoku od 0,045 m . Iz tačke gde se ove linije seku ideno naviše i min ulazimo u drugi (nadograđeni ) dijagram sa vezom dužine cevi i pada pritiska. Vidimo odmah da nam je dužina cevi toliko mala da nije ni naneta na dijagram, pa stižući do horizontale za 10 m cevi nećemo krenuti ukoso desno do visine sa dužinom cevi, jer se već tamo nalazimo, već idemo direktno gore da bi očitali pad pritiska. Ako smo sve dobro uradili očitaćemo pad od ∆p = 0 ,001 bar . E sad šta da se kaže? Da je posao uspešno urađen? E nije, pa ipak možda i jeste. Zanimljivo. Da bi ovo razumeli da vidimo sve jedan po jedan. Zadatak nije dobro rešen jer je stvarni pad pritiska 20 puta manji od traženog, što ne bi bio problem, ali to ujedno znači da je cevovod jako predimenzionisano, što se pak odražava na ceni koštanja. A sa druge strane pak možda je sve u redu pošto je u obzir uzeta samo jedna kratka deonica. Da vidimo sada šta bi se desilo da smo uzeli u obzir sve deonice, bez obzira na njihov broj. Tako je onda opet usvojeni prečnik cevi: dc=30 mm. Ostali podaci su: 3 Ukupni protok: Qu = 137 ,5 l = 0 ,137 m min min Ekvivalentne dužine: ¾ 4 kolena: ¾ 1 račva:
Lk = 4 ⋅ 0 ,25 = 1 m Lr = 2 ,5 m
Ukupna dužina:
- 22 -
Lu = L + Lk + Lr = ( 40 + 6 ) + 1 + 2 ,5 = 49 ,5 m ≈ 50 m Sa tim podacimo ćemo sada ući u dijagram na slici 7 i očitati pad pritiska od ∆p = 0 ,05 bar što je već bolji rezultat ali je još manji, i to 4 puta od tražene. Da smanjimo sada prečnik na dc=20 mm. Tako će ostali podaci biti: Ekvivalentne dužine: ¾ 4 kolena: ¾ 1 račva:
Lk = 4 ⋅ 0 ,22 = 0 ,88 m Lr = 1,5 m
Ukupna dužina: Lu = L + Lk + Lr = ( 40 + 6 ) + 0 ,88 + 1,5 = 48 ,4 m ≈ 50 m Očitavanje pada pritiska rezultuje ovako: ∆p ≅ 0 ,2 bar . To se i tražio pa kao zaključak još na kraju dimenzionisanja možemo dodati da je prečnik potrebnog cevovoda: d C = 20 mm Na osnovu ovog kratkog primera smo pokazali korišćenje upoznatih dijagrama i smisao načina dimenzionisanja. A sad da uradimo jedan malu složeniji zadatak koji već liči na stvarne prilike u jednom pogonu. Primer: Proračunati cevovod i odrediti kacacitet kompresora za sledeće podatke: POTROŠAČI: 1. 3 kom cilindra φ 25 sa n1 = 38 1 2. 3 kom φ 100
; n2 = 20 1
3. 1 kom φ 200
; n3 = 15 1
min
ciklusa u minuti i S 1 = 200 mm hoda min ; S 2 = 300 mm
; S 3 = 320 mm min 4. Ostali potrošači (npr. pištolji za prskanje) troše još Q′ = 30 l OSTALI PODACI:
L= 660 m p= 6,1 bar ∆p ≤ 0 ,3 bar µ = 1,35
-
dužina cevovoda pogonski pritisak dozvoljeni pad pritiska koeficijent povećanja potrošnje.
NAPOMENE:
- 23 -
min
vazduha
Raspored potrošača uzeti proizvoljno (u praksi je ovo strogo definisano sa fizičkim rasporedom potrošača u pogonu) Gubitke u cevovodu (QC) uzeti kao 10 % od ukupne stvarne potrošnje QH Ostale gubitke (QM) koje su posledica curenja cevovoda na spojevima u zaptivačima na potrošačima, itd zanemariti. REŠENJE: Za rešenje ovog zadatka ćemo koristiti još jednu tabelu, sa slike 8. na slici su date dve tabele. Prva daje vezu između pogonskog pritiska, prečnika cilindra i proizvedene sile, dok u drugoj tabeli u funkciji istih podataka možemo naći potrošnju vazduha u litrima po 1 cm hoda. Na osnovu prve tabele možemo izabrati cilindar ako znamo pogonski pritisak i silu otpora, a na osnovu druge ćemo naći potrebnu količinu vazduha za pogon sistema.
- 24 -
Slika 8. Tabele za proračun proizvedene sile i potrošnje Na samom početku rešavanja zadatka da primetimo da su nam potrošači u potpunosti definisani, pa možemo odmah da krenemo sa proračunom njihove potrošnje i sa određivanjem potrebnih svojstava kompresora. U ove svrhe ćemo lako iskoristiti tabelu 2 sa slike 8. U ovoj tabeli su date potrebne količine vazduha da bi se pri datom pogonskom pritisku izabrani cilindar, odnosno njegova klipnjača načinila pokret u dužini od jednog centimetra. Moramo pri tome imati na umu i to da je jedan ciklus (jedan pun pokret) sačinjen od jednog izvlačenja i jednog uvlačenja. To znači puna dužina hoda je dvostruka veličina navedene dužine Si. Da krenemo redom: Ukupna potrošnja će biti: 3
Q = ∑ QH i + ∑ QC + ∑ QM 1
3
pri tome je
∑Q 1
Hi
∑Q
u stvari ukupan stvarni protok u potrošačima, 3
cevovodu i po postavci zadatka iznosi 10% od
∑Q 1
Hi
, dok je
C
∑Q
M
su gubici u
(ostali gubici)
zanemarljiva veličina. Od ovih podataka možemo izračunati samo stvarne protoke preko potrošača: 3
∑Q 1
Hi
= ∑ Q H 1 + ∑ Q H 2 + ∑ Q H 3 + Q ′ = 3 ⋅ Q H 1 + 3 ⋅ QH 2 + 1 ⋅ Q H 3 + Q ′
Da vidimo sve jedan po jedan. QH1 = 2 ⋅ S1 ⋅ n1 ⋅ q1 Gde je 2 ⋅ S 1 već objašnjeno. Sa n1 (broj ciklusa u minuti) se dobija sve u minuti a q1 je potrošnja za 1 cm hoda, što se vadi iz tabele 2. (slika 8). Sve je znači pri ruci, sem q1 . Da vidimo znači pomenutu tabelu! Eto prvog problema. Naš pogonski pritisak je 6,1 bar, dok u tabeli figuriše ili 6 ili 7 bara. Koji izabrati? Nijedan. U ovakvim slučajevima nam na raspolaganju stoji linearna interpolacija a pri tome moramo držati palčeve da je promena varijable u stvarnosti bar blizu linearnom. Tako pomoću linearne (tablične) interpolacije: q1 = 0 ,033 + -
1 ( 0 ,038 − 0 ,033 ) = 0 ,0335 l cm 10
gde je 0,033 vrednost za 6 bara, dok je 0,038 za 7 bara. Njihova razlika se deli na 10 jednakih delova i dodaje se manjoj vrednosti. To je u stvari zbog onog 0,1 bari više od 6 bari. Ostale jedinične potrošnje su:
- 25 -
q2 = 0 ,535 +
1 ( 0 ,611 − 0 ,535 ) = 0 ,5426 l cm 10
q3 = 2 ,139 +
1 ( 2 ,443 − 2 ,139 ) = 2 ,1694 l cm 10
pa su stvarne potrošnje: QH1 = 2 ⋅ 20 cm ⋅ 38 1
min
QH 2 = 2 ⋅ 30cm ⋅ 20 1
min
QH 3 = 2 ⋅ 32cm ⋅ 15 1
min
⋅ 0 ,0335 l ⋅ 0 ,5426 l ⋅ 2 ,1694 l
cm
cm
cm
= 50 ,92 l
min
= 651,12 l
min
= 2082 ,62 l
min
l min
⇒
QH1 = 50 ,92
⇒
QH 2 = 651,12
l min
⇒ QH 3 = 2082 ,62
l min
Znači da je ukupna stvarna potrošnja svih potrošača: 3
∑Q 1
Hi
= ∑ QH1 + ∑ QH 2 + ∑ QH 3 + Q′ = 3 ⋅ 50 ,92 + 3 ⋅ 651,12 + 1 ⋅ 2082 ,62 +
+ 30 = 4218 ,74 l
min
Znači da će gubici u cevovodu iznositi: 3
∑ QC = 0 ,1 ⋅ ∑ QHi = 0 ,1 ⋅ 4218 ,74 = 421,874 l 1
min
Ukupna potrošnja je tako: 3
Q = ∑ QH i + ∑ QC + ∑ QM = 4218 ,74 + 421,874 + 0 = 4640 ,614 l 1
min
Izračunajmo sada i snagu potrebnu za (pogonski) elektromotor kompresora: PEM = Q ⋅ p ⋅ µ gde se javlja i koeficijent povećanja potrošnje, što potiče iz našeg inženjerskog pristupa problemima s čim se sad ne bi bavio. Pogonski motor mora znači u sebi da ima ugrađenu snagu bar: −3
PEM
3
10 m 5 = 4640 ,614 ⋅ ⋅ 6 ,1 ⋅ 10 Pa ⋅ 1,35 = 63692 ,43 W ≈ 63 ,7 kW 60 s
- 26 -
Evo potrebne snage pogonskog motora. Može neko da nam kaže da tu nešto ne štima, jer je ova snaga ogromna znači nerealna. Jeste, ova snaga je veoma velika, čak smešno velika. Ovakav motor možda ne bi se ni isplatio nabaviti, ali ako malo pogledamo ulazne podatke – brojeve hodova u minuti i prečnike cilindara sa dužinama hodova – u krajnjoj liniji i potrebnu količinu vazduha za pogon (više od 4,5 kubika u minuti) biće nam jasno da je ova snaga realno potrebna, a ovaj primer možemo smatrati školskim primerom. Možemo preći na definisanje cevovoda. Nisam slučajno koristio izraz »definisanje«, pošto ćemo porvo definisati izgled magistralnog voda, pa raspored svih potrošača sa potrebnim fazonskim komadima, koji su sve potrebni pri dimenzionisanju. Prirodno, raspored potrošača u realnom zadatku je strogo definisan fizičkim rasporedom potrošača u pogonu, a mi ćemo ovde izabrati jedan bilo kakav raspored koji nam omogućava prikaz toka rešavanja. Recimo da su potrošači raspoređeni ovako: Od kompresora
11 kaskada Q'
Q
3
Q2 Q2 Q2 Q 1 Q1 Q1
Slika 9. Izgled pneumatskog sistema sa rasporedom potrošača na magistralnom cevovodu Prvi korak je izbor potrebnog prečnika cevovoda. Kao što smo to rekli u prethodnom uvodnom primeru, ovo iziskuje određeno iskustvo, a pošto to još nemamo, preostaje nam da koristimo metod udarca na stomak. Izabraćemo prečnik od 80 mm-a. Sledi grafik sa slike 6. gde ćemo naći ekvivalentne dužine za fazonske komade kojih je : ¾ T-komadi (račve) ¾ normalne krivine (kolena) ¾ zasuni (ventili)
- 13 komada - 5 komada - 5 komada
Ekvivalentne dužine su: '
LT = 13 ⋅ 9 m = 117 m
- 27 -
'
LL = 5 ⋅ 0 ,95 m = 4 ,75m '
LV = 5 ⋅ 1,4 m = 7 m '
'
'
'
LU = LT + LL + LV = 117 + 4 ,75 + 7 = 128 ,75 m
što ukupno znači: Dužina cevovoda je:
∑L = L+ L
' U
= 660 + 128 ,75 = 788 ,75 ≈ 800 m
Imajući ukupnu teorijsku dužinu cevovoda, još nam je potreban ukupni protok pa možemo pristupiti kontroli izabranog prečnika. Protok je: 3 QU = Q ⋅ µ = 4640 ,614 l ≅ 4 ,64 m min min Sledi korišćenje grafikona sa slike 7. Na osnovu ulaznih veličina: 3 d c = 80 mm; ∑ L = 800 m; QU = 4 ,64 m , a uz proceduru očitavanja koja je opisana min u prethodnom primeru, za pad pritiska dobijamo:
∆p = 0 ,035 bar 〈〈 0 ,3 bar Ova veličina je za red veličine manja od dozvoljene, znači da smo preterali u prečniku cevovoda. Rešenje znači odgovara ali je suvišno skuplja od traženog. Idemo još jednom sa usvajanjem prečnika cevovoda i sa samim proračunom: Da se usvoji sada prečnik d C = 60 mm. Ekvivalentne dužine su dakle: '
LT = 13 ⋅ 6 ,5m = 84 ,5 m '
LL = 5 ⋅ 0 ,7 m = 3 ,5 m '
LV = 5 ⋅ 0 ,95m = 4 ,75m '
'
'
a
'
LU = LT + LL + LV = 84 ,5 + 3,5 + 4 ,75 = 92 ,75 m ≅ 90 m Potrošnja je ostala ista, pa su sada ulazni podaci: d c = 60 mm;
∑ L = 750m;
QU = 4 ,64 m
3
min pad pritiska sa ovim podacima pak iznosi: ∆p = 0 ,18 bar 〈0 ,3 bar mada je i ova veličina manja, skoro za polovinu od dozvoljene, ali već liči na nešto. Po pravilu trebalo bi da idemo još jednom u usvajanje recimo 55 mm za prečnik, no to ostavljam Vama poštovani kolega.
- 28 -
3. Elementi pneumatske logike U dosadašnjim razmatranjima smo se bavili gradnjom jednog pneumatskog sistema od kompresora do potrošača. Sam potrošač još nismo ni upoznali samo smo rekli da su to neki cilindri itd., u daljim razmatranjima ćemo se podrobno baviti potrošačima, tačnije delom sistema koja koristi komprimovani vazduh. To nisu samo cilindri već i svi oni elementi koji koriste vazduh za svoje funkcionisanje. Njihov rad možda uopšte nema karakter kretanja već karakter prenosa, obrade ili korišćenja informacija i služi za regulisanje rada drugih delova sistema kao i za upravljanje njima. Sada smo stigli do bitne tačke. Iz malopre rečenog (što se možda na prvi pogled čini nerazumnim) da se uočiti činjenica da se jedan pneumatski sistem sastoji iz dva osnovna dela i to iz energetskog i iz logičkog. U energetski deo se uvrštavaju svi oni delovi koje smo dosad prikazali sa tzv. izvršnim elementima (tu su cilindri i svi oni elementi koji vrše pretvaranje energije pritiska fluida u mehanički rad). Logički deo je pak sastavljen od sasvim drugih tipova elemenata, koji su prikazani na predavanjima profesora ili se mogu upoznati iz njegovog udžbenika. To su razvodnici raznoraznih konstrukcija itd. 3.1. Osnovni pojmovi i elementi Pre nego što krenemo sa upoznavanjem gradnje logičkog dela pneumatskog sistema, moramo da se osvrnemo na najosnovnije pojmove i da prikažemo osnovne pneumatske elemente (uređaje) pomoću kojih ćemo raditi. Sve ove stvari mnogo podrobnije možete naći u profesorovom udžbeniku a ja Vam ovo dajem samo s ciljem da olakšam posao u daljim razmatranjima. a) Formiranje i pojam signala Najjednostavnijim rečima rečeno, formiranje signala na jednom mestu (izvodu, elementu ili priključku) znači dovođenje pritiska. Da bude jasno – prolazak sabijenog vazduha kroz cevovod znači prolazak signala – ima signala – (obeležava se sa 1) - (koja u sebi nosi određenu informaciju u funkciji svog nastanka), dok slučaj kada nema vazduha, nama ne znači ništa, odnosno zvanično je to stanje kada nema signala – obeležavanje sa 0. b) Razvodnici i osnovne logičke funkcije Postoje 2 ; 3 ; 4 ; 5 itd. razvodnici, gde iz bruja u brojiocu vidimo broj 2 2 2 2 ulazno-izlaznih priključaka na razvodnik, dok broj u imeniocu nam ukazuje na broj mogućih pozicija razvodnika. Razvodnici mogu biti mono- i bi-stabilni. Razlika je u broju ravnotežnih stanja. Ukoliko se razvodnik vraća u svoju početnu poziciju po deaktiviranju (deaktiviranje oprugom) naziva se monostabilnim a ako je za deaktiviranje potreban poseban signal, znači i aktivirano stanje može biti stabilno do pojavljivanja signala za deaktiviranje, naziva se bistabilnim. Razvodnici se mogu aktivirati rukom (tasterom ili polugom), nogom (pedalom), mehanički (točkićem), električno (elektromagnetom) i pneumatski (pritiskom sabijenog vazduha). Evo nekih primera:
- 29 -
monostabilni, rucno aktivirani
bistabilni, pritisno aktivirani
monostabilni, aktivirani tockicem
monostabilni, el.magnetno aktivirani
Slika 10. Primeri aktiviranja mono i bistabilnih razvodnika Da vidimo sada razvodnike jedan po jedan. I tu se mora istaći da se simbolizam zasniva na odluci CETOP-a, znači ovi simboli se koriste u celom svetu i na osnovu analiziranja simbola da se razumeti i samo funkcionisanje elementa. Razvodnik tipa 2 : 2
Ovaj razvodnik ima 2 priključka i dva položaja. Koristi se retko i to uglavnom samo za jednostavno prekidanje voda bez mogućnosti ozračivanja. (kasnije će biti reči i o ovom pojmu. To je ukratko rečeno, mogućnost ispuštanja vazduha iz isključene grane u atmosferu). Zbog svoje jednostavnosti podrobnije se nećemo baviti analizom ovog elementa. Razvodnik tipa 3 : 2
U pneumatici najčešće korišćeni razvodnik. Ima znači tri priključka – po pravilu dva ulazna i jedan izlazni – i dva moguća položaja (uključenu i isključeno). Da bi mogli odrediti njegovu logičku funkciju moramo prvo dati funkcionalnu šemu elementa. To je dato na slici 11.
- 30 -
X
P
A
R
Slika 11. Funkcionalna šema razvodnika 3 : 2 Za određivanje logičkog izraza izlazne funkcije A, moramo menjati ulazne veličine X, P i R po binarnom rasporedu. Na osnovu toga formiramo tablicu istinitosti te onda određujemo logički izraz A. Pri tome, menjanje po binarnom rasporedu znači dodavanje vrednosti 1 (ima signala (na priključcima P i R kao i na izlazu A) ili razvodnik aktiviran (kod promenljive X)) odnosno vrednosti 0 (druga varijanta – nema signala ili razvodnik deaktiviran). Tako je tablica istinitosti oblika:
R.br. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
X 0 0 0 0 1 1 1 1
ULAZ P 0 0 1 1 0 0 1 1
R 0 1 0 1 0 1 0 1
IZLAZ A 0 1 0 1 0 0 1 1
Način na koji ćemo naći logički izraz, tu ne bi posebno objašnjavao, pošto ste te osnove već učili iz drugih predmena u okviru kursa iz Bul-ove algebre. Jedino što bi napomenuo, da ćemo aktivno (uključeno stanje ili postojanje signala) obeležavati odgovarajućom slovnom oznakom, dok ćemo ono obrnuto, prikazati nadvučeno. Primera radi: X i X , gde X znači razvodnik aktiviran, dok je X oznaka za deaktivirano
- 31 -
(isključeno) stanje razvodnika. Što se tiče signala P i P , P znači ima pritiska (signala) na priključku P, a P da toga nema. Logički izraz A je znači: A = X PR + X PR + XP R + XPR
odnosno grupisanjem prva dva i druga
dva člana A = X R( P + P ) + XP( R + R ) = X R + XP pošto je ( P + P ) siguran događaj sa logičkom vrednošću 1, znači izraz je: A= P⋅ X + R⋅ X Vidimo znači da za »proizvodnju« izlaznog signala A, moramo imati pritisak na priključku P (P) i razvodnik mora biti aktiviran (X), ili uz deaktiviran razvodnik ( X ) moramo još imati i vazduh pod pritiskom na priključku R (R). Poštovani kolega je svakako primetio veznike i i ili u prethodnoj rečenici. Nisam ih slučajno istakao, pa Vas molim da prethodnu rečenicu pročitate još jednom, uz stalno praćenje zaokruženog logičkog izraza. Jasno je znači da je veznik i isto što i logičko množenje, dok je ili oznaka logičkog sabiranja. No da idemo redom. Pomoću izvedenog logičkog izraza mogu se formirati mnoge logičke funkcije: 1) Identitet (logičko »DA« funkcija):
X
X A=X
1
A
Za ulaz P=1 i R=0 dobija se izlaz A=X. Pri tome počeli smo koristiti i logičke simbole (vidimo simbol množenja). Jednostavnim rečima rečeno, postavimo li pitanje: da li je razvodnik aktiviran? Izlazni signal A će nam dati odgovor – DA razvodnik je uključen. Primetimo sada ono što smo rekli na početku ovog poglavlja, što se tiče postojanja signala: ako ne bi imali pritisak na izlazu A, to ne bi jednoznačno značilo da
- 32 -
razvodnik nije aktivirano – možda se desilo to što vazduha nema na ulaznom priključku P – pa se to ne može smatrati nikakvim signalom X . 2) Negacija (logičko »NE« funkcija): Za rešavanje malopre opisanog problema, kada nam je potreban (jednoznačni) signal za stanje neaktiviranog razvodnika X koristimo negaciju: da li je razvodnik aktiviran? NE nije aktiviran. Za ulaz P=0 i R=1, dobijamo izlaz A= X . Logička i strukturna šema je sledeća:
X
X A=X
1
A
Ove dve logičke funkcije su osnovne, izvodljive pomoću jednog razvodnika. Za ostale funkcije moramo koristiti dva i više razvodnika. 3) Konjukcija (logičko »i« funkcija – logičko množenje):
X1
X2
X1
X1X2
- 33 -
X1 X2
X1X2
Za množenje dva signala, normalno moramo imati dva signala, pa ćemo prvo formirati te signale - X 1 i X 2 pa ih pomnožiti. Ulaz: P= X 1 i R=0 (gleda se desni razvodnik) i X = X 1 , daje izlaz A = X 1 ⋅ X 2 . Prvo i tu da postavimo pitanje: Da li je i jedan i drugi razvodnik aktiviran? DA, i jedan i drugi razvodnik je aktiviran. Ovo je znači množenje, koje se u praktičnim zadacima rešava na nešto drugačiji način, no o tome ćemo kasnije, kod dotičnih zadataka. Ako bismo želeli dati neku analogiju sa rešenjima postavljanja prekidača u električnim kolima, ovo bi bila redna veza prekidača. 4) Inhibicija (zabrana): Ova logička funkcija je slična množenju, s tom razlikom što se ovde jedan od ulaznih signala X 1 ili X 2 negira i time se u izlaznom proizvodu takoreći »zabranjuje«. Ulaz je: P=0; R= X 1 , znači tu se izvržilo prekopčavanje, pa X = X 2 , a izlaz će tako biti A = X 1 ⋅ X 2 .
X2
X1
X1 X1
A= X1 X2
X2
&
A
Posmatrajući datu funkcionalnu šemu da napravimo i tablicu istinitosti radi vežbanja:
R.br. 1. 2. 3. 4.
X1 0 0 1 1
ULAZ IZLAZ X2 A 0 0 1 0 0 1 1 0
- 34 -
2
Ove dve funkcije mogu imati četiri različite kombinacije ( 2 = 4 ), a od njih je samo jedan odgovarajući i to onaj koji je opisan u proizvodu. To je realizovano jednoznačno datim sastavom i povezivanjem elemenata. Jednoznačnost znači da je nemoguće dobiti izlazni signal na drugačiji način sem traženog. 5) Disjunkcija (logičko »ili« funkcija – logičko sabiranje): Druga logička funkcija, pored množenja, koja je u široj primeni je logičko sabiranje odnosno logičko ili funkcija. Ovo znači da se izlazni signal mora dobiti pri prisustvu ili jednog ili drugog ili pak oba signala. Slično je ovo paralelnoj vezi prekidača u električnom kolu. No, da vidimo ovo malo podrobnije:
X2
X1
X1 X1
A= X1 +X2
X2
>1 =
Stanje na ulazu je znači sledeće: P=1; R= X 1 i X = X 2 , pa će izlaz biti:
R.br. 1. 2. 3. 4.
X1 0 0 1 1
ULAZ IZLAZ X2 A 0 0 1 1 0 1 1 1
A = X1 ⋅ X2 + X1 ⋅ X2 + X1 ⋅ X2 pa grupisanjem prva dva člana i izjednačavanjem sigurnog događaja sa 1 : A = X2 ⋅( X1 + X1 ) + X1 ⋅ X2 = X2 + X1 ⋅ X2
- 35 -
A
da bi mogli ići dalje, moramo vratiti član X 1 ⋅ X 2 , što je matematički eliminisan, ali ako uzmemo u obzir da je svejedno da li gledamo uključenost X 1 ako je prekidač 2 aktiviran, možemo napisati A = X 2 ⋅(1 + X 1 ) + X 1 ⋅ X 2 = X 2 + X 1 ⋅ X 2 + X 1 ⋅ X 2
pa ponovnim izvlačenjem zajedničkog elementa pred zagradu i izjednačavanjem sigurnog događaja sa 1 : A = X 2 + X1 ⋅( X 2 + X 2 ) = X1 + X 2 Evo znači izlaznog signala koja se može interpretirati pitanjem: Da li je prekidač 1 ili 2 uključen, možda su oba aktivirana? Dok je odgovor oblika: DA prekidač 1 je uključen ili je prekidač 2 uključen a možda su oba uključena. Reč možda pokazuje određenu nedefinisanost. To je tačno tako, no ako uzmemo u obzir da nas uopšte ne zanima koji je prekidač aktiviran, prvi ili drugi, važno nam je da bude bar jedan uključen, sledi da sa naše strane mogu biti aktivirani obojica. Ako pak tačno želimo da ne dođe do aktiviranja oba prekidača, samo prvog ili drugog, to moramo posebno definisati. To su već specijalne funkcije o kojima ćemo kasnije govoriti, no Vi poštovani kolega ili koleginice za razmišljanje možete i tu da se pozabavite rešenjem ovakvog postavljanja problema, a rešenje pogledati kasnije. 6) Implikacija:
X2
X1
X1 X1
A=X1 +X2
X2
>1 =
A
A ova funkcija je već pomalo i specijalna, a u sebi nosi specifičnosti identiteta, negacije i disjunkcije u jedno. Tako će za ulaz: P= X 1 ; R=1 i X = X 2 , izlaz biti:
- 36 -
R.br. 1. 2. 3. 4.
X1 0 0 1 1
ULAZ IZLAZ X2 A 0 1 1 0 0 1 1 1
A = X1 ⋅ X2 + X1 ⋅ X2 + X1 ⋅ X2 pa isto kao i malopre A = X 2 ⋅ ( X 1 + X 1 ) + X 1 ⋅ X 2 = X 2 + X 1 ⋅ X 2 = X 2 ⋅ (1 + X 1 ) + X 1 ⋅ X 2 = = X 2 + X1 X 2 + X1 ⋅ X 2 A = X 2 + X 1( X 2 + X 2 ) = X 1 + X 2 Idemo sada dalje sa elementima, pa stižemo do razvodnika tipa 4
koji se mnogo 2 češće, čak može se reći isključivo koristi u hidraulici, pa ćemo dati samo njegov simbol, a bez objašnjavanja:
Razvodnik tipa 5 : 2
X
R
A
P
B
S
Slika 12. Funkcionalna šema razvodnika 5
- 37 -
2
Znači element ima 5 priključaka i 2 položaja. Od tih pet priključaka tri će biti ulazna (P, R i S) i dva izlazna (A i B). Ovaj tip razvodnika se najčešće koristi za upravljanje radom i za napajanje vazduhom cilindara i tako omogućavanja kretanja klipnjače u željenom smeru. Da vidimo tablicu istinitosti za ovaj razvodnik:
R.br. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
U X 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
L R 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
A P 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
Z S 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
IZLAZ IZLAZ A B 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1
- 38 -
Krenimo sada sa analizom. Imamo znači tri ulaza (R, P i S) i dva izlaza (A i B). Ti ulazi će biti: A = X R P S + X R PS + X RP S + X RPS + X RP S + X RPS + XRP S + XRPS sada ćemo grupisati članove u dve grupe sa odgovarajućim zajedničkim članovima i tako dobiti: A = X R ⋅ ( P S + PS + P S + PS ) + PX ⋅ ( R S + RS + R S + RS ) pa sada grupišemo članove u zagradama i nakon eliminisanja sigurnih događaja, i to dva puta, imamo: A = X R ⋅ ( P ⋅ ( S + S ) + P ⋅ ( S + S )) + PX ⋅ ( R ⋅ ( S + S ) + R ⋅ ( S + S )) A = X R ⋅ ( P + P ) + PX ⋅ ( R + R ) = X R + PX
znači da je izlaz A oblika: A= P⋅ X + X ⋅R zanimljivo, jeli! Isti ovaj izlaz smo već videli prilikom analize funkcionisanja razvodnika 3 . No, pre nego što donesemo zaključke o svemu ovom, da vidimo i drugi 2 izlaz. B = X RP S + X RPS + X RP S + X RPS + X R PS + X RPS + XR PS + XRPS B = P X ⋅ ( R S + RS + R S + RS ) + SX ⋅ ( R P + RP + R P + RP ) B = P X ⋅ ( R ⋅ ( S + S ) + R ⋅ ( S + S )) + SX ⋅ ( R ⋅ ( P + P ) + R ⋅ ( P + P )) B = P X ⋅ ( R + R ) + SX ⋅ ( R + R ) = SX + P X izlaz je znači: B = S ⋅ X + P⋅ X Da vidimo šta smo dobili: izlaz A je znači istog oblika kao i kod razvodnika 3 , što 2 ukazuje na srodstvo ova dva pneumatska elementa. Ako malo bolje proanaliziramo oba elementa, primetićemo da se isti zadatak što se može rešiti s jednim razvodnikom 5 da 2 rešiti i sa dva razvodnika 3 . Ovo pak znači da je razvodnik 5 u stvari dva razvodnika 2 2
- 39 -
3
ugrađeno u jedan element. To je baš i tražena prednost, pošto se ovo ogleda u ceni 2 koštanja. Druga ogromna prednost razvodnika 5 se ogleda u sledećem: pogledajmo samo oba 2 izlaza i uvrstimo sledeći ulaz: R=0, P=1 i S=0.
X
X X
Za izlaz ćemo dobiti: A=X i B= X . Ovo je znači jednostavno preusmeravanje vazduha, i to jednostavno u funkciji položaja razvodnika. Pri aktiviranom stanju imamo izlaz na A, a pri deaktiviranom na izlazu B. Za sve to vreme ulazi R i S su slobodni, znači na njih nikad ne treba dovesti vazduh, pa ih možemo iskoristiti u druge svrhe (recimo za regulaciju brzine kretanja klipnjače, i to različito pri radnom i pri povratnom hodu). Eto, sad smo već i napomenuli mesto gde se ovi razvodnici najšire koriste. Naime za napajanje cilindara (baš zbog toga se i ovi razvodnici često nazivaju upravljačkim razvodnicima cilindara). Pre nego što se upoznamo sa osnovnim logičkim funkcijama, da vidimo još jedan element, koji se često koristi u praksi, a čije funkcionisanje smo već videli, samo na nešto drugačiji način. Radi se naime o tzv. pneumatskom sabiraču, čija je funkcionalna šema data sledećom skicom:
X1
X2
A =X1+ X2
- 40 -
X1
X1
X2
1
2
5
4
X1+ X2
3
X2
Slika 13. Funkcionisanje sabirača Da bi dokazali valjanost funkcionisanja ovog elementa, moramo formirati signale X1 i X2 pomoću dva razvodnika 3 , pa ih dovesti u treći razvodnik 3 sa sabiračem na 2 2 ulazu.(Vidi prethodnu skicu) Da vidimo tablicu istinitosti za ovaj slučaj:
R.br. 1. 2. 3. 4.
X1 0 0 1 1
ULAZ X2 0 1 0 1
IZLAZ X1+X2 0 1 1 1
Može se primetiti da je ova tablica već viđena baš kod disjunkcije (logičkog sabiranja), što je dokaz da je naš sabirač isti kao i kod sabiranja signala razvodnicima. Konačno još da napomenemo i to da je obeležavanje priključaka kod raznih proizvođača različito. Neki koriste baš ove korišćene slovne oznake (R, P, S, A i B), dok neki to obeležavanje vrše brojevima (1, 2, 3, 4 i 5). No simboli su jednoznačni (CETOP sistem) pa Vam neće zadavati problem prepoznavanja elemenata i dotičnih priključaka.
- 41 -
3.2. Osnovne logičke funkcije Najosnovnije logičke elemente smo prikazali. Tu se misli najviše na “i” i “ili”, odnosno na množenje i sabiranje. Pomoću njih smo sada kadri da izvedemo i ostale logičke funkcije, a to su: “NI” funkcija Ova funkcija se koristi tada kada nam je potreban signal, koji je direktna suprotnost rezultata množenja dva signala. PAŽNJA: Tu se ne misli na proizvod dva negirana signala, već na negaciju proizvoda dva identiteta! Napisano to znači: A = X1 ⋅ X2 ≠ X1 ⋅ X2 Definisanje ove tvrdnje ostavljam Vama poštovani kolega/koleginice/. Kako da shvatimo ovu funkciju? Najjednostavnije je da se razmišlja na sledeći način: pošto nam je potrebna negacija proizvoda, prvo ćemo pomnožiti dva signala X 1 i X2 , pa ćemo dobijeni rezultat negirati. Logičkim simbolima napisano to znači:
&
& y= x1 x2
1
y= x1 x2
Što bi se reklo: “NI” = “NE” od “I”. Ovo bi u funkcionalnom smislu izgledao ovako:
- 42 -
X1
X2
X1
X1X2
X1X2
Zanimljivo! Sa funkcionalne šeme se jasno vidi da će biti vazduha na izlazu ako množenje “ne uspe”, a to pak znači od moguća četiri slučaja (pogledajte bilo koju tablicu istinitosti kod množenja ili sabiranja) u obzir dolaze ona tri, kada je množenje nezadovoljeno. Ali kod sabiranja je baš bilo tri zadovoljavajuća slučaja, pa bi vredelo malo razmisliti o tome. Jednostavno sabrati signale X 1 i X2 nema logiku jer je to čista disjunkcija. Negirati zbir takođe nema smisla jer je to nešto drugo (budite strpljivi – sad ćemo i do toga stići). Pa onda nam ništa drugo ne preostaje, već da saberemo negacije ulaznih signala X 1 i X 2 .
- 43 -
X1
X1
X2 X1+X2
X2
Po logičkoj šemi je ovo:
1
> =1
1
y= x1 + x2 A sad da uporedimo odgovarajuće tablice istinitosti:
- 44 -
Za A = X 1 X 2
R. br. 1. 2. 3. 4.
X1
ULAZ X2
0 0 1 1
0 1 0 1
Za A = X 1 + X 2 ULAZ
IZLAZ
R.b r. 1. 2. 3. 4.
X1 ⋅ X2 1 1 1 0
IZLAZ
X1
X2
X1 + X2
0 0 1 1
0 1 0 1
1 1 1 0
Više objašnjenja je suvišno, meni se čini. Ipak se postavlja još jedno pitanje u vezi ovog: Koji način postavljanja funkcije je bolji? Odgovor je logičan: s obzirom da su za obe varijante potrebni isti elementi, eventualno kod negacije proizvoda jedan sabirač manje (suvišan je), možemo koristiti bilo koji. No ipak, ako je u postavljenom pneumatskom sistemu negde već napravljen signal X 1 i (ili) X 2 , logično sledi da ćemo primeniti ovu drugu varijantu, u protivnom, ako nemamo ništa, eventualno izbor može da padne na prvu varijantu. Ovo će se još više iskristalisati ako se upoznamo sa primenom “pneumatskog množača”. Konačno, možemo i da zaokružimo zaključak: X1 ⋅ X2 = X1 + X2 “NILI” funkcija Ova funkcija je pak negacija zbira, koja se može dobiti i na drugi način, slično “NI” funkciji. “NILI” znači “NE” od “ILI”, pa se može definisati logičkom šemom:
>1 =
>1 =
y= x1 + x2
1
y= x1 + x2
ili funkcionalnom šemom:
- 45 -
1
2
X1
X1+X2
X1+X2
No, ako se bolje razmisli ili se pak napravi tablica istinitosti za ovaj slučaj (to sad već ostavljam Vama), da se primetiti da je rezultat sličan onom koji se dobije prilikom množenja. Signal na izlazu iz razvodnika 3 sa sabiračem (negator) se javlja samo ako je 2 i prvi i drugi razvodnik za formiranje ulaznog signala (X1 i X2 ) deaktiviran. U svim ostalim slučajevima, kada na sabirač ne stiže nikakav signal, rezultat je izlazni signal iz negatora. Celokupno razmatranje viđeno kod prethodne funkcije važi i tu, pa se time ne bi ni bavio podrobnije, već bi dao samo ono drugo rešenje. Logička šema je znači:
1
&
1 y= x1 x2
- 46 -
A funkcionalna šema:
X1
X1
X1X2
Da napišemo i ovu istinu: X1 + X 2 = X1 ⋅ X 2 Sve je, nadam se, jasno sa ovih skica pa nekog posebnog objašnjenja i ne iziskuje ovaj trenutak. Ipak, treba nešto primetiti, što sam već napominjao u prethodnom podnaslovu. Naime ako se bolje pogleda funkcionalna šema za rešenje X 1 ⋅ X 2 primećujemo neko odstupanje od viđenog rešenja kod množenja (konjukcije). Znači, krenemo sa formiranjem dva signala X1 i X2 i automatskom negacijom istih, ponaosob. Dobijene negacije X 1 i X 2 moramo samo pomnožiti. Izlaz pri množenju se javlja samo u prisutnosti oba signala u proizvodu, u ostalim slučajevima ne. Pogledajmo sada kako je to rešeno ovde. Razvodnik 3 sa sabiračem prima jedan (bilo koji) signal iz proizvoda kao 2 signal za pneumatsko aktiviranje, a onaj drugi signal iz proizvoda se prevodi preko razvodnika u redovnoj formi. Eto, ovo je način množenja, koji se najčešće koristi u praksi, a element (razvodnik 3 ) koji ovo izvršava se naziva množačem. 2 Da ne bi bilo zabune, moramo malo podrobnije pojasniti logiku množenja.
- 47 -
X1
X2 X1X2
Slika 16. Funkcionalna šema množenja sa posebnim množačem Sa slike 16. se jasno vidi da do izlaza stiže onaj pritisak koji stiže na ulaz množača, dok se drugi “gubi” na aktiviranje množača, pa fizički uopšte ne stiže na izlaz. Ipak, na izlazu dobijamo proizvod dva signala. Kolega/Koleginice, tu Vas molim da dobro prodiskutujte ovo u sebi, jer će Vam umnogome pomoći u shvatanju logike svega što dolazi u nastavku. Znači, na signale X1 i X2 ne gledamo više kao na fizičku pojavu strujanja radnog medijuma (sad je to vazduh, no biće to kasnije i ulje), već posmatramo tok informacije koji se njime prenosi. Drugim rečima rečeno, izlazni signal iz množača se ne posmatra više kao vazduh koji stiže iz ovog ili onog razvodnika ili iz izvora, već se gleda šta njegovo prisustvo znači. Ako imamo izlazni signal iz množača, to mora da znači da postoji signal X1, inače ne bi množač bio aktiviran, pa ništa ne bi mogao da prođe kroz njega. A sa druge strane i signal X2 je tu, inače zabadava bi bio tu signal aktiviranja kad ne bi bilo signala koji prolazi i fizički igra ulogu (u obliku vazdušnog mlaza) proizvoda. I konačno, ako smo redovno svarili ovu logiku, shvatljivo je i to da je sasvim svejedno koji se signal koristi za aktiviranje množača i koji za provođenje. Zadnje pitanje, koje se postavlja: zašto je ovaj način množenja bolji i pored potrebe za još jednim razvodnikom. Odgovor je veoma jednostavan: prilikom množenja sa direktnom primenom razvodnika za formiranje ulaznih signala proizvoda, gubimo ulazne signale ponaosob pa ih više ne možemo koristiti u slučaju da su oni potrebni na nekim drugim mestima. Sa množačem to nije slučaj, ulazni signali su autonomni i mogu se bilo gde i bilo kad koristiti i pored množenja. No, ovo ne znači da je ovo uvek bolji način množenja, jer bi onda direktno ovo prikazali kod konjukcije. U onim slučajevima, kada su ulazni signali potrebni za vreme izvršavanja celokupnog zadatka upravljanja celim sistemom samo u obliku njihovog proizvoda, suvišno bi bilo koristiti poseban element za množenje.
- 48 -
“XOR” funkcija Evo i zadnje osnovne logičke funkcije. Engleska reč OR znači ILI, a uopšteno gledano ovde reč ILI znači da se na izlazu traži pojavljivanje ili jednog ili drugog ulaznog signala, ali sam bez drugog. Ovo nije čisto sabiranje, jer se kod disjunkcije tolerisalo i pojavljivanje oba signala. Moramo znači zabraniti pojavljivanje jednog ulaznog signala prilikom pojavljivanja drugog i obrnuto, pa ih sabrati. Jednačinom napisano to znači: IZLAZ = X 1 ⊕ X 2 = X 1 ⋅ X 2 + X 1 ⋅ X 2 Logičkom šemom dato:
1
&
=1 1 y= x1 + x2
&
>1 =
y= x1 x2 + x1 x2
Može se reći da je ovo disjunkcija dve inhibicije, odnosno zbir dve zabrane. Postavlja se pitanje, kako formirati signal a ujedno i njegovu negaciju? E, pa za ove slučajeve je izmišljen razvodnik 5 i to sa onim ulazom, koji smo razmotrili kao specijalan slučaj 2 (R=0, P=1 i S=0). U ovom slučaju je ujedno formiran i jedan i drugi signal s istim elementom. Na funkcionalnoj šemi se mogu uočiti svi do sada pomenuti osnovni logički elementi. Imamo identitet u obliku signala X1 i X2, negaciju – signali X 1 i X 2 , inhibiciju i konjukciju u obliku proizvoda X 1 ⋅ X 2 i X 1 ⋅ X 2 , i konačno i disjunkciju u obliku zbira dve inhibicije ( X 1 ⋅ X 2 + X 1 ⋅ X 2 ). Funkcionalna šema rešenja je:
- 49 -
1
>1 =
1
y= x1 + x2
Slika 17. Funkcionalna šema za XOR funkciju 3.3. Memorijsko kolo Stigli smo do jednog veoma bitnog, ali zato i prilično teško shvatljivog elementa. Teškoća u shvatanju potiče iz nepoznavanja konkretnih problema u upravljačkim zadacima jednog pneumatskog sistema u ovoj fazi poznavanja materije. To znači da će poštovanom kolegi/koleginici sve biti kristalno jasno kada budemo u praktičnom zadatku primenili memorijski element. Za sada samo da se upoznamo sa gradnjom memorijskog kola, a bez podrobnijeg objašnjavanja uloge. Osnovna logička funkcija memorijskog kola je: Z = S +C⋅Z dok je logička i funkcionalna šema data na slikama 18 i 19.
S C
>1 =
&
Z
Slika 18. Logička šema memorijskog kola
- 50 -
S
C
>1 =
&
S C
Z
1 0
Slika 19. Funkcionalna šema memorijskog kola U jednostavnijem obliku se ugradnja memorijskog elementa daje u obliku:
S E1 E2
A1 A2
z z
C
Pa bi strukturu memorijskog kola mogli dati u obliku kao na slici 20., gde se vidi da je memorijski element u stvari jedan razvodnik 5 . 2
- 51 -
S E1 V
C
A1
z z
A2
E2
Slika 20. Struktura gradnje memorijskog kola Kao što se vidi sam memorijski element je, znači razvodnik 5
sa opisanim 2 specijalnim sistemom priključivanja ulaza, što rezultuje dva izlaza, koji su direktne funkcije stanja razvodnika. U jednom slučaju je izlaz Z (kada je memorija aktivirana, uključena – Set), a drugi je Z (kada je memorija deaktivirana, isključena, brisana – Clear). Ovo znači da memorija služi za slanje signala na dva različita »mesta«, u zavisnosti od potrebe. A koje su te potrebe, biće jasno definisano u kasnijem delu, u zadacima. Da vidimo sada jedan primer neke logičke funkcije. Bez zadavanja opšte uloge ovakve funkcije da je realizujemo. Blok dijagram (logička šema) funkcije neka bude:
x1 x2 x3
>1 =
x1 +x2
& & >1 =
x1 x3 x2 +x3
- 52 -
>1 =
Y
Kao prvo, moramo formirati signale X 1 , X 2 i X 3 . To ćemo učiniti pomoću tri identiteta (razvodnicima 3 ). Sledeći korak je sabiranje signala X 1 i X 2 (sabirač br. 4 2 na slici 21), kao i signala X 2 i X 3 (sabirač br.1). Za pripremu moramo još pomnožiti i signale X 1 i X 3 (množač br. 2), pa izlazni proizvod se još negira (negator br. 3). U sledećem koraku ćemo morati pomnožiti izlaz iz 4 i 3 pa taj proizvod sabrati sa izlazom iz 1. Konačno, dobijenu vrednost moramo negirati. Ovo zadnje sabiranje i negaciju vršimo sa sabiračem br.5 i negatorom ispod njega. 1
x1 5
x2 x2
1 Y
2 x2 + x3
x3
x1 x3
x3
3
4 x1 + x2 x1 x3 (x1 + x2 ) x1 x3
Slika 21. Strukturna šema logičke funkcije Izlaz smo obeležili sa Y, ali još ne znamo šta je taj izlaz. Da bi i to saznali, moramo dati tablicu istinitosti za ovu funkciju i odrediti traženu izlaznu funkciju. 3
Tablica istinitosti će imati znači tri ulazne i jednu izlaznu kolonu kao i 2 = 8 vrsta. Tablica je sledećeg izgleda:
- 53 -
R.br. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
X1 0 0 0 0 1 1 1 1
ULAZ X2 0 0 1 1 0 0 1 1
IZLAZ Y 1 0 0 0 0 0 0 0
X3 0 1 0 1 0 1 0 1
Ispunjavanje tablice istinitosti sad već zahteva malo više vremena i strpljenja, pa Vam savetujem da ovo rešenje ne uzimajte zdravo za gotovo, već uradite i Vi sami. Na taj način smo došli do zanimljivog rezultata, naime da se gore data funkcija može napisati u veoma jednostavnom obliku: Y = X1 ⋅ X2 ⋅ X3 Na ovaj način smo pojednostavili zadatak, može se reći da smo isti zadatak rešili sa mnogo manjim brojem potrebnih elemenata. Ovo se naziva minimizacijom pneumatskog sistema. Logička šema minimiziranog rešenja je znači:
x1 x2 x3
1
x1
&
x1 x2
&
- 54 -
x1 x2 x3
Dok će strukturna šema viti realizovana sa pomoću samo tri razvodnika 3
2
na
sledeći način:
x3
x2
x1 x1
x1 x2
x1 x2 x3
Znači, umesto osam razvodnika koristimo samo tri, da o nepotrebnim sabiračima i ne govorimo. 3.4. Vremenski releji (elementi kašnjenja) Postoje slučajevi, kada je potrebno rešiti sledeći zadatak: treba formirati neki signal, ali pojavljivanje tog signala je potrebno vremenski odložiti u određenoj meri. Jednostavnije rečeno, signal koji smo napravili mora da se javi u sistemu nakon određenog vremena. Tu se mora istaći nešto bitno. Prenos signala u pneumatskom sistemu nije baš identično sa prenosom u električnim kolima. Tu je naime potrebno određeno vreme dok signal, u vidu pritiska potrebne veličine za aktiviranje nekog elementa, stigne do svog odredišta. Jasnije rečeno, u cevovodu koji spaja mesto formiranja signala sa mestom gde se taj signal koristi za aktiviranje razvodnika koji koristi taj signal, vlada određeni (mali, atmosferski) pritisak. Pojavljivanje signala znači povećanje pritiska, zbog ulazećeg vazdušnog mlaza na mestu formiranja. Taj povećani pritisak se širi po cevovodu sve dotle dok ne stigne do svog odredišta. Kada stigne do razvodnika, što će aktivirati pneumatski, mora da se poveća do veličine koja je potrebna za sam akt aktiviranja. Jasno je znači, da za prenos signala mora da se »čeka« određeno vreme. Dužina tog vremenskog intervala prvenstveno zavisi od veličine volumena cevovoda između dva pomenuta mesta (izvor signala – odredište). Normalno, može se desiti da prilikom prenosa signala naiđemo na neku prepreku, recimo prigušni ventil, koji će dodatno kočiti prenos pa će vreme stizanja signala na odredište biti još duže. No, ne treba ovde misliti na neke dugačke vremenske intervale, pošto su dužine cevovoda relativno male (maksimalno su metri u pitanju) pa se signali prenose za nekoliko stotih do nekoliko desetih delova sekunde. Međutim, kao osnov za razmišljanje, prilikom stvaranja elemenata za »vremensko kašnjenje« ili vremenskih releja, nije naodmet da se sve ovo zna. Znači, ako bi se cevovod produžio recimo na nekoliko desetine metara, prenos signala bi potrajao možda i nekoliko sekundi. Za veće dužine – veće kašnjenje, za manje dužine – manje kašnjenje signala. Ako bi se ubacio još i neki prigušni ventil, mogli bi čak i regulisati vremensko trajanje kašnjenja. E, o tome se i radi: cilj nam je da budemo u prilici da variramo vreme kašnjenja u funkciji naših želja i potreba. To se radi pomoću ova dva principa:
- 55 -
¾ povećanjem zapremine za ispunu i ¾ prigušivanjem (kočenjem) prenosa. Povećanje zapremine se ne radi na način koji sam naveo (primer je služio samo za objašnjavanje principa), već se koriste posebni mali rezervoarčići, koji se ugrađuju u pneumatski vod. Suština je ista – povećanje zapremine koja se mora ispuniti. Pa da vidimo sada vrste kašnjenja. Postoje dva tipa kašnjenja i to: kašnjenje pri pojavljivanju (uključivanju), kašnjenje pri gašenju (isključivanju) i kombinovano kašnjenje. a) kašnjenje pri pojavljivanju ( t KP ) Dat je zadatak da se ulazni signal zakoči i da se isti javi kao signal aktiviranja posle određenog vremena. Ovaj slučaj smo malopre detaljno opisali. Pomoću vremenskog dijagrama bismo ovo mogli dati na sledeći način:
ULAZ t1 IZLAZ
Vidimo znači da u trenutku pojavljivanja signala ulaza (stvaranja signala aktiviranja) se ništa ne dešava u vremenskom intervalu t1 . Po isteku tog vremena će se javiti izlazni signal u obliku signala aktiviranja. Sve ovo rečeno je mnogo jasnije ako se proanalizira sledeća slika br. 22. Formira se signal pomoću razvodnika 3 pa se uvodi u vremenski relej. Element 2 se sastoji od jedne prigušnice i paralelno vezanog jednog nepovratnog ventila, sa dodatom dopunskom zapreminom u obliku rezervoarčića. Na kraju kola se postavlja recimo razvodnik 5 koji će primiti izlazni signal iz releja (po isteku vremena t1 ) i nakon 2 aktiviranja propustiti kroz sebe izlazni signal iz kola.
- 56 -
ulaznog signala
Prigušnica
Zapremina
Nepovratni ventil Razvodnik izlaznog signala
Slika 22. Funkcionalna šema elementa kašnjenja pri pojavljivanju Ulogu razvodnika 5
mogli bi dati i jednom jednostavnijem razvodniku 3 . Na 2 2 ovom razvodniku se i da razumeti potreba za određenom veličinom pritiska. Naime, da bi se pobedila sila u opruzi (monostabilni razvodnik 5 ), itekako je potreban određeni 2 pritisak. Inače simbol za ovakvu vrstu kašnjenja je sledeća:
ULAZ
t 0
IZLAZ
IZLAZ= (ULAZ)KP Uloga prigušnice i dodatne zapremine je sad već obješnjena, ostaje da se objasni uloga nepovratnog ventila. Ako se bolje pogleda vremenski dijagram uključenja, primećuje se potreba za istovremenim gašenjem izlaznog signala sa ulaznim. Drugim rečima, kada se taster ulaza otpusti, trenutačno mora i razvodnik 5 da se isključi. To 2 možemo postići samo na taj način ako vazduhu u delu cevovoda između prigušnice i razvodnika 5 damo mogućnost ozračivanja (izlaska u atmosferu) velikom brzinom. Ako 2 znači vazduh mora i pri povratku da prođe kroz prigušnicu, opet će morati da prođe određeno vreme do smanjenja pritiska i isključenja razvodnika 5 . Ako pak postavimo 2 nepovratni ventil paralelno sa prigušnicom, problem smo rešili. Nepovratni ventil će pri
- 57 -
uključenju uterati vazduh u prigušnicu, a pri isključenju će vazdušni mlaz moći bez otpora da izađe iz sistema (ozračivanje na ulaznom tasteru). b) kašnjenje pri gašenju ( t KG ) Nakon malopređašnjeg podrobnog objašnjavanja, čini mi se da je suvišno posebno definisati princip gradnje vremenskog releja za kašnjenje pri gašenju. Samo da damo vremenski dijagram zadatka, funkcionalnu šemu i simbol elementa. Vremenski dijagram je:
ULAZ t2 IZLAZ Funkcionalna šema je:
ULAZ
IZLAZ Slika 23. Funkcionalna šema elementa kašnjenja pri gašenju A simbol:
ULAZ
0 t
IZLAZ
IZLAZ= (ULAZ)KG - 58 -
Ništa novo, znači okrenuli smo samo nepovratni ventil i samim tim okrenuli i logiku razmišljanja. Ono što je malopre važilo za ulaz, sada važi za izlaz vazdušnog mlaza, i obratno. c) kombinovano kašnjenje Konačno se postavlja zadatak, gde je potrebno uvesti kašnjenje i pri pojavljivanju i pri gašenju ulaznog signala. Vremenski dijagram koji prikazuje ovaj slučaj je dat na sledećoj skici:
ULAZ t1
t2
IZLAZ Mogu se postaviti dva različita zahteva: 1) kašnjenje pri pojavljivanju (t1) i kašnjenje pri gašenju (t2) su različiti. U ovom slučaju ćemo koristiti dva vremenska releja, i to redno vezano kao što se vidi na slici 24.
ULAZ
IZLAZ
Slika 24. Funkcionalna šema vremenskog releja kombinovanog kašnjenja sa različitim vremenima
- 59 -
Tu se prvi element koristi za kašnjenje pri pojavljivanju dok je drugi u funkciji kašnjenja pri gašenju. A ako se traži vremenski istovetno kašnjenje, dovoljno je izbaciti nepovratne ventile i jedan prigušnik i problem je rešen.
ULAZ
IZLAZ
Slika 25. Funkcionalna šema vremenskog releja kombinovanog kašnjenja sa jednakim vremenima Ovo drugo rešenje sa t1 = t 2 se čini jednostavnijim, što je i tačno, međutim ako se uvede ovakav tip kombinovanog kašnjenja to je i konačno rešenje. Kasnije se ne može ništa promeniti, sem vremena kašnjenja. Ako se pak koriste posebni elementi za razna kašnjenja, pomoću kojih se isto mogu postići vremenski istovetna kašnjenja, bilo kad se može promeniti bilo koji od njih, ako se javi potreba za tim. Primenu vremenskih releja ćemo kasnije videti kod primera sastavljanja upravljačkih kola sistema izvršnih organa, sada ćemo dati samo jedan primer, koji se koristi takođe prilično često u slučaju kada se traži tzv. skok na početku. Dijagram takve funkcije je dat na sledećoj skici:
ULAZ t1 IZLAZ IZLAZ= SKOK (P)
- 60 -
ili simbolom:
ULAZ
IZLAZ
,
Zanimljiv zadatak, jel da? Za rešenje ćemo prvo podrobnije pogledati vremenski dijagram. Što se tiče pojavljivanja izlaza, čini se da nema nikakvih problema. Izlaz nek se javi bez kašnjenja, zajedno sa ulaznim signalom. Ali kako da se reši isključenje, uz aktivni ulaz, posle izvesnog vremena, koja može da bude i veoma kratka, a uopšteno mora da bude regulabilna. Rešenje ćemo prvo pokazati, odnosno izvesti pomoću vremenskih dijagrama:
ULAZ
(ULAZ)KP
(ULAZ)KP ULAZ (ULAZ)KP
1 0
t1
1 0 1 0
t1
1 0
I
II
Znači, na osnovu ulaznog signala napravimo izlazni signal sa kašnjenjem na pojavljivanju. Ovaj izlazni signal invertujemo, znači negiramo i pomnožimo sa samim ulaznim signalom. Rezultat proizvoda ulaza i negacije izlaza sa kašnjenjem će dati traženi skok na početku. Kraće bismo ovo mogli napisati kao: SKOK P = ULAZ ⋅ ( ULAZ )KP Ako se uključeno stanje obeleži sa 1, a isključeno sa 0, onda će proizvod stanja levo od vremenskog trenutka I biti 0 ⋅ 1 = 0 . U intervalu vremena I – II proizvod je 1 ⋅ 1 = 1 , a nakon toga sledi 1 ⋅ 0 = 0 . Znači, izlazni signal je »uključen« samo u intervalu I – II. Dužinu tog vremenskog intervala možemo varirati pomoću elementa kašnjenja. Ono što smo rečima opisali da nacrtamo pomoću logičke šeme:
- 61 -
ULAZ
& t
0
SKOK(P)
1
Slika 26. pokazuje strukturu rešenja: ULAZ
&
SKOK (P)
Slika 26. Struktura rešenja zadatka Ili, mogli bi koristiti i kraći postupak, gde bi ulazni signal direktno preveli preko negatora a signalom iz releja bi aktivirali taj negator nakon traženog vremena t1. Ovakvo rešenje se prilično često koristi u praksi za »merenje kratkih vremenskih intervala«, a jedan konkretan primer ćemo dati na samom kraju ove skripte. Ovo rešenje bi izgledalo ovako:
SKOK (P) ULAZ
- 62 -
Čiji je simbol:
Za vežbanje skokovitih funkcija da rešimo sada i sledeći zadatak:
ULAZ
IZLAZ
1 0
1
t
0
Traži se znači skok u trenutku isključenja ulaznog signala (otpuštanja tastera ulaza), a za sve vreme postojanja ulaznog signala ne sme ništa da se desi. Ovo je možda još zanimljivije. Rešenje neću tako podrobno definisati, samo ću dati dijagramski, logičkom šemom i funkcionalnom šemom. Dijagram redosleda razmišljanja bi bila:
ULAZ
ULAZ
1 0
1 0
(ULAZ)KG 1
0
(ULAZ)KG 1 0
SKOK (G) 1
t
0
- 63 -
Formula rešenja je, znači: SKOK G = ULAZ ⋅ ( ULAZ )KG Logička šema će biti: ULAZ
1 & t
0
SKOK (G)
1
to jest:
1 Funkcionalna šema je znači veoma jednostavna:
ULAZ
SKOK (G)
- 64 -
4. Upravljanje cilindrima Cilindri su pneumatski linearni motori, koji se u sistemima koriste kao izvršni organi. Njihova je jedina uloga, da pretvore energiju pritiska komprimovanog vazduha u kretanje klipa i nadovezane klipnjače, i tako izvrše fizički rad. Po konstrukciji, postoji dva tipa cilindra: jednosmerni i dvosmerni. Jednosmerni cilindar Jednosmerni se aktiviraju dejstvom pritiska samo sa jedne strane (sa strane cilindrične zapremine), dok se povratno kretanje obavlja pod dejstvom ugrađene opruge ili jednostavno, dejstvom spoljnje sile (recimo, kod cilindara za dizanje tereta, prilikom ispuštanja vazduha iz cilindrične zapremine, teret i sopstvena težina klipa sa klpinjačom vrše istiskivanje vazduha i vraćanje klipa u zadnju poziciju).Za upravljanje jednosmernim cilindrom se koriste razvodnici tipa 3 , koji mogu biti normalno otvoreni »NO« i 2 normalno zatvoreni »NZ«. Funkciju normalno otvorenog razvodnik tipa 3 obavlja 2 logički element »DA«, dok kod normalno zatvorenog imamo element »NE« (videti sliku 27.)
Jednosmerni "NZ"
Jednosmerni "NO"
Slika 27. Jednosmerni cilindar »NO« i »NZ« tipa Na slici 27. je prikazano ručno aktiviranje cilindra. Oni se mogu aktivirati i pomoću pritiska (tzv. indirektnim upravljanjem). To pokazuje sledeća slika.
- 65 -
Jednosmerni "NZ"
1 2
3
3 2
1
1
Jednosmerni "NO"
3
&
2 1
2
Slika 28. Indirektno aktiviranje cilindra pomoću pritiska Na slici su dati i simbolo za skrećeno obeležavanje. Ovakvo indirektno aktiviranje daje mogućnost korišćenja raznih pritisaka za upravljanje i za pogon cilindra. To je veoma povoljna okolnost, pošto je za upravljanje dovoljan i veoma niski pritisak, pa će elementi trajati mnogo duže uz male gabarite (jeftiniji su), a za sam pogon možemo koristiti i veoma visoke pritiske, bez obzira na upravljački sistem. U tom slučaju razvodnik cilindra ima zasebni izvor, a ne kao na slici. Brzina kretanja cilindra se može podešavati ugradnjom jednog elementa, koji liči na element kašnjenja, a uloga mu je prigušivanje, a samim tim i podešavanje brzine pri izvlačenju ili pri uvlačenju. Slika 29. pokazuje ove dve mogućnosti.
- 66 -
+ 2 bar
t1
t2
t3
6 bar U izvlacenju
+ 2 bar
t1
t2 t3
6 bar Pri uvlacenju Slika 29. Regulacija brzine kretanja klipnjače cilindra Prilikom uvlačenja može da se desi, da protekne određeno vreme od izdavanja naredbe za uvlačenje, do trenutka počinjanja tog kretanja. U tom slučaju se uvodi tzv. brzo ozračivanje. Princip je jednostavan i dat na slici 30. Na slici se možemo upoznati sa novim elementom, koji se zove prigušnik. Nemojmo mešati ovaj element sa prigušnicom, jer nemaju ništa zajedničko. Radi se o akustičkom prigušniku, koji radi na principu smanjenja kinetičke energije izlazeće vazdušne struje, tako smanjujući buku (šištanje). To je veoma bitan pneumatski element, ako se zna da u jednom pogonu mogu da budu prisutni na desetine ovakvih priključaka za ozračivanje. Radni uslovi jednog pogona zavise umnogome i od prisutne buke. A za visoke pritiske važi pravilo: ozračivanje se mora vršiti preko prigušivača, inače bi buka bila prevelika.
- 67 -
Bez brzog ozracivaca
2 bara
6 bara
Brzi ozracivac
2 bara
6 bara
Sa brzim ozracivanjem
Slika 30. Primena »brzog ozračivanja«
Dvosmerni cilindar Za razliku od jednosmernog, kod dvosmernih cilindara se posebno mora izdati nalog za uvlačenje klipnjače. Upravljanje se obavlja isključivo razvodnicima tipa 4 ili 2 5 . Na dva izlaza A i B razvodnika 4 ili 5 su uvek suprotni signali: ako je jedan 2 2 2 spojen sa izvorom, drugi je spojen sa atmosferom. Stoga se ovi razvodnici mogu smatrati kombinacijom jednog »NO« i jednog »NZ« razvodnika tipa 3 . 2 Sledeće dve slike pokazuju upravljanje cilindrom dvosmernog dejstva pomoću monostabilnog i bistabilnog razvodnika.
- 68 -
A B x 6 bara Slika 31. Upravljanje monostabilnim razvodnikom 4
2
Da bi cilindar bio izvučen, potrebno je celo vreme držati ručicu »X« pritisnutu, a čim se ona pusti cilindar se uvlači, bez obzira u kom se položaju nalazi klipnjača (da li se skroz izvukla, ili se baš izvlači).
A B A+
6 bara
A-
2 bara
2 bara
Slika 32. Upravljanje bistabilnim razvodnikom 4
2
Kod bistabilnih razvodnika nije potrebno stalno vreme pritiskati dugme, dovoljan je i samo jedan kratkotrajni pritisak, pa će se klipnjača izvući i ostati u tom položaju sve dok se ne da naredba za suprotno kretanje. I kod ovog načina upravljanja postoji mogućnost trenutnog prekida aktuelnog, i aktiviranje suprotnosmernog kretanja. Napajanje cilindra se može rešiti i razvodnicima tipa 5 . Princip rada je apsolutno 2 isti kao i kod razvodnika 4 , sa malom razlikom u mogućnostima upravljanja. 2
- 69 -
MONOSTABILNI
A izvlacenje
BISTABILNI
A+ izvlacenje A-
uvlacenje
Slika 33. Napajanje cilindara preko razvodnika 5
Zašto se razvodnici 5
2
koriste češće u pneumatici, za napajanje cilindara? 2 Odgovor je sledeći: Na ovom razvodniku imamo dva posebna izvoda (ozračivača), koji su vezani jedan za cilindričnu a jedan za prstenastu zapreminu (pogledajte sliku 34.). Na te izvodne priključke se postavi po jedna podešljiva prigušnica, pomoću koje se može regulisati brzina izlazne vazdušne struje, a samim tim i brzina kretanja klipa u cilindru. Sa razvodnikom 4 takođe smo imali tu mogućnost prigušivanja izlazne struje, 2 ali je i pri izvlačenju i pri uvlačenju uvek isti priključak služio za ozračivanje. To nam nije omogućavao regulisanje posebnih brzina za razne hodove (radni i povratni), pa se može smatrati manje fleksibilnim rešenjem.
- 70 -
izvlacenje
uvlacenje
A+
6 bara
A-
2 bara 2 bara
brzina uvlacenja
brzina izvlacenja
Slika 34. Upravljanje dvobrzinskim cilindrom A ako smo već kod brzina kretanja klipnjače, da pokažemo još jedno, u praksi veoma široko primenjivano, rešenje regulacije brzine. Zamislimo sada jednu mašinu za bušenje sa pneumatskim pogonom. Tu se misli na pogon pomoćnog kretanja, znači na translaciju vrha burgije. Glava se postavi na kraj klipnjače, dok će pogon glavnog kretanja biti rešeno električno. Kako izgleda tok jednog bušenja? Kretanje alata se izvodi u tri faze: 1) brzo primicanje radnom predmetu; 2) sporo kretanje pri obradi otvora (posmak); 3) odmicanje alata od zone obrade (najveća brzina). To bi mogli prikazati sledećim dijagramom:
a a
sporo
, brzo
a Mesta, obeležena sa a i a su krajnji položaji, dok je a′ položaj gde se mora uključiti posmak za obradu. Na tim mestima se postave tzv. krajnji razvodnici tipa 3 i 2 još dva razvodnika 5 , kako je to dato na slici 35. 2
- 71 -
a 6
8
4
a
,
a
1
7 5 3 5 8 START
1 6
a sporo
4
a
,
a
brzo
Slika 35. Šema upravljanja trobrzinskim cilindrom Sa funkcionalne šeme se da shvatiti da je uloga razvodnika 5 , odmah pored 2 cilindra, ona klasična, znači napajanje, dok druga igra ulogu »menjača brzine«. Menjač se uključuje u prvu brzinu (primicanje alata predmetu) pomoću signala iz START tastera, a preko krajnjeg prekidača stanja a , dok se u drugu (brzinu posmaka pri bušenju) prebacuje razvodnikom stanja a′ . Krajnji prekidač a nam služi samo za vađenje burgije iz izrađenog otvora, i vraćanje u početnu poziciju. A pri tome se ozračivanje vrši preko upravljačkog razvodnika cilindra sa trećom brzinom, koja nam rezultuje brzinom odmicanja – treća brzina. Ovaj zadatak je već, u neku ruku, praktični primer, no za sada još nismo toliko naučili da bi se mogli baviti nekim složenijim problemima, pa da se vratimo izučavanju osnove. Nadgradnju, u obliku konkretnih primera rešenja svakodnevnih problema ćemo videti na kraju ovog kursa.
- 72 -
5. Sinteza pneumatskih automata Pošto smo se upoznali sa svim osnovnim elementima i logičkim funkcijama, došlo je vreme da se pozabavimo njihovim korišćenjem. Sastavićemo ih u jedan sistem koji će samostalno izvršavati predviđene zadatke, može se reći automatski, pa će se oni nazivati automatima. A sastavljanje se kaže još i sinteza, pa je sad značenje naslova u potpunosti razjašnjeno. U osnovi postoje dve vrste pneumatskih automata: ¾ kombinacioni i ¾ sekvencijalni. Šta je razlika među njima, biće jasno na kraju ovog poglavlja. Krenimo redom i upoznajmo se sa gradnjom kombinacionih automata. 5.1. Sinteza pneumatskih kombinacionih automata Kao što je poznato, konačnim automatom se u teoriji smatra uređaj, koji ima konačan broj ulaznih veličina, odn. promenljivih i svakoj kombinaciji ulaznih promenljivih odgovara jedan izlaz. Ako jednoj istoj kombinaciji ulaznih signala odgovara uvek isti izlaz, kaže se da postoji jednoznačno preslikavanje ulaza na izlaz. Takav se automat naziva kombinacionim automatom ili automatom bez memorije. Određena kombinacija ulaznih odnosno izlaznih signala daje ulazna slova X i izlazna slova Y, gde je: X i = ( x1 , x2 , x3 ...................xn ) Y j = ( y1 , y2 , y3 ................... yn )
Preslikavanje ulaznih slova u izlazne se može prikazati slikom 36. Kombinacioni automat se realizuje pomoću logičkih kola tj. logičkih mreža, koje su u opštem slučaju tipa (n, m) tj. imaju n ulaznih i m izlaznih kanala, pri čemu je, saglasno sa slikom 36, svaki izlaz funkcionalno vezan za sve
x1 x2 x3 xn
y1 y2 ym Slika 36. Preslikavanje ulaza u izlaze
- 73 -
ulaze, pa se može napisati: Y1 = f 1 ( x1 , x2 , x3 ...................xn ) Y2 = f 2 ( x1 , x2 , x3 ...................xn ) ................................................... Ym = f m ( x1 , x2 , x3 ...................xn ) Kao što smo i u dosadašnjim razmatranjima koristili, ulaz će u našem slučaju većinom biti signal od ručnog tastera ili krajnjih prekidača, koje klipna poluga aktivira u svom »plus« položaju (izvučeno stanje) odnosno »minus« položaju (uvučeno stanje) – (biće razjašnjeno kod zadatka). Izlaz, koji je posledica ovog ulaza, jeste u pneumatici mahom kretanje nekog cilindra. Sinteza logičkog automata kombinacionog tipa nalaže rešavanje logičkih funkcija tipa (n, m). Rezultat su analitički izrazi, koji daju uslove, da bi se dati sistem kretao na željeni način. Drugim rečima, potrebno je, na osnovu poznavanja kombinacije ulaznih promenljivih dobiti izlaz u funkciji ulaza, dakle izvršiti genezu funkcije. Da bi se dobila ova funkcija, treba da se raspolaže tablicom istinitosti (tablicom stanja), koja u slučaju »n« ulaznih promenljivih ima 2n vrsta, jer je toliki i broj mogućih kombinacija. Tablica stanja se dobija na osnovu zahteva konkretne tehničke problematike. Ovde će se često desiti, da se izvesne ulazne kombinacije uopšte ne pojavljuju, što se u Bulovoj algebri tretira kao nepotpuna logička funkcija. Kod ovih se funkcija razlikuju tri stanja: obavezna su ona, gde izlaz ima vrednost 1, zabranjena su ona, gde izlaz ima vrednost 0, dok su neodređena ona stanja za koje izlaz može biti bilo 0, bilo 1. Neodređena stanja nastaju i usled toga, što je (predpostavljajući samo po jedno plus – minus kretanje svakog cilindra unutar jednog ciklusa), broj faza 2 ⋅ n a broj mogućih kombinacija 2n . Što je n veći, biće veća i razlika 2n-2n ,kao što se vidi iz sledećeg pregleda: n 2 3 4 5 6 ......... 9 10
2n 2n razlika 4 4 0 8 6 2 16 8 8 32 10 22 64 12 52 ........... ........... ........... 512 18 494 1024 20 1004
Postupak geneze koji najbrže dovodi do rezultata je tzv. Veitch-Karnaugh-ova karta ili mapa, pa će se ona najviše koristiti pri sistematskom rešavanju zadataka sinteze. Da vidimo jedan jednostavan primer. Pneumatski sistem se sastoji od dva cilindra, čiji redosled kretanja u jednom ciklusu je dat sledećim ciklogramom (kinematskim dijagramom):
- 74 -
a a b c c
&
A++(m) B+ C+
&
ABC-
Samo u nekoliko reči da definišemo svojstva ovog ciklograma. Ciklogram se sastoji od onoliko dijagrama kretanja koliko je cilindara u sistemu. Vodoravno na dijagramu imamo dva moguća položaja, npr. a i a . To su položaji cilindra A u isključenom (uvučenom) stanju i u uključenom (izvučenom) stanju. Sama linija ciklograma pokazuje kretanje između tih stanja. Kosa linija znači kretanje, dok u slučaju vodoravnosti linije kretanja nema. Dijagrami su podeljeni uspravnim linijama na faze (taktove), počev od 1 pa do zadnje (u ovom primeru 5) koja je uvek ista kao i prva, pošto na kraju ciklusa svi elementi sistema se moraju naći u početnom položaju ciklusa. Ova podela na faze ima određeni vremenski karakter, ali ne u onom smislu u kojem smo navikli da je shvatamo, već u smislu vremenskog rasporeda pokreta. To znači, dužina jednog takta ili faze se ne može očitati sa ciklograma, samo to šta se dešava u konkretnoj fazi i kako slede faze jedna za drugom. Baš zbog toga nema ni smisla crtati faze različitih dužina, pa su faze po dužini jednaka na ciklogramima. Za konkretan zadatak se može sastaviti tabela sa ulaznim stanjima i sa izlazima. Faza slovima 1 2 3 4
ab ab ab ab
Ulazni signal brojčano dec. ekv. 00 0 10 2 11 3 01 1
Inicir. signal
Izlaz
b a b
A + B− A
a
B
+
−
Tabela pokazuje u pojedinim fazama kombinacije ulaznih signala u vidu kombinacija slova ili brojeva. Pri tome se po dogovoru negacija obeležava nulom dok afirmaciju obeležavamo jedinicom. Decimalni ekvivalent (»vrednost«) kombinacije ulaznog signala je takođe data u tabeli. Kao što se vidi, svaka faza ima drugi decimalni ekvivalent za ulazni signal, tj. signali svih faza se razlikuju međusobno. Decimalni
- 75 -
ekvivalent se dobija kao zbir vrednosti ulaznih promenljivih, sa sledećim vrednostima: a = b = 0 ; b=1; a=2 . Traženi izlaz se vidi u poslednjoj koloni tabele. Kako nema ponavljanja kombinacija ulaznih signala, to će jednoj te istoj kombinaciji ovih signala odgovarati uvek isti izlaz, pa se radi znači o kombinacionom sistemu. Za njega je dovoljno, da se npr. konjuktivno vežu ulazni signali a i b , pa da se proizvod dovede na onu stranu klipnog razvodnika, koji inicira + kretanje A . Na isti način bi se suprotni signal u vidu proizvoda » a ⋅ b « doveo na suprotnu stranu klipnog razvodnika, itd. Prema tome, trebalo bi izraze formirati na osnovu sledeće kombinacije ulaznih signala: Faza 1. 2. 3. 4.
Izlaz A+ B+ AB-
Ulaz a ⋅b a ⋅b a ⋅b a ⋅b
Postavlja se međutim pitanje, da li se naprimer izlaz B+ mora ostvariti jedino kombinacijom a ⋅ b , ili bi se taj izraz mogao uprostiti. Radi dobijanja odgovora na ovo fundamentalno pitanje dovoljno je posmatrati sam ciklogram. Kretanje B+ pod uticajem signala a ⋅ b =1 0 formira se u 2. fazi. Tada taj signal mora da bude prisutan. On se vodi do razvodnika cilindra B i prebacuje klip razvodnika u položaj, koji uslovljava distribuciju vazduha ka cilindru B radi njegovog »plus« kretanja (radnog hoda izvlačenja klipnjače). Postavlja se međutim pitanje, da li bi ovaj isti signal smeo da deluje i u sledećoj, trećoj fazi. Posmatrajući dijagram vidimo, da u trećoj fazi cilindar B ostaje u plusu. Prema tome, signal a ⋅ b , koji je cilindar doveo u plus, može da se ukloni tj. isčezne pošto će bistabilni klipni razvodnik ionako ostati u svojoj poziciji (ovo se zove memorijskim karakterom razvodnika). Klip razvodnika, znači neće ni po prestanku dejstva signala a ⋅ b da se vrati u svoj raniji položaj. Dovoljan je dakle samo jedan kratkotrajni signal a ⋅ b . Međutim, nema nikakve prepreke, da taj signal deluje i dalje (za ovo se kaže može ali ne mora). U pogledu razvodnika, prisustvo signala npr. još i u 3. fazi nije ni korisno ni štetno. Taj signal može da ostane prisutan sve do nailaska 4. faze, kada treba cilindar B vratiti. Stoga na suprotno čelo klipa deluje signal a ⋅ b , koji uslovljava kretanje B-. Da bi međutim ovaj signal mogao neometano da deluje, potrebno je, da se ukloni njemu suprotan signal a ⋅ b , koji je iniciran još u 2. fazi, ali je smeo biti prisutan i u 3. fazi. Ukratko, neki signal za iniciranje nekog kretanja mora biti prisutan u onoj fazi, u kojoj se to kretanje inicira, a može ali ne mora biti prisutan u svim ostalim fazama sve dotle, dok se ne pojavi potreba za iniciranjem suprotnog kretanja. U duhu ovog razmatranja da sastavimo jednu tabelu, radi celovitog pregleda svih mogućih signala i potreba za njima u raznim taktovima (fazama). Na osnovu ovog pregleda sačiniće se za svaki izlaz ponaosob po jedna V-K mapa, gde će se faza u kojoj je signal obavezno prisutan obeležiti sa 1, faza u kojoj ne sme prisustvovati sa 0, dok u fazi ili fazama gde može ali ne mora biti prisutan, znači u neodređenim fazama se obeležava sa φ ili sa povlakom tj. crticom (» - «). Mi ćemo koristiti ovo drugo – crticu.
- 76 -
Faza
Izlaz
Ulaz
1. 2. 3. 4.
A+ B+ AB-
a ⋅b a ⋅b a ⋅b a ⋅b
Prisutnost signala obavezan »1« 1. 2. 3. 4.
Signal može ali ne mora biti prisutan 2. 3. 4. 1.
Signal ne sme biti prisutan »0« 3. i 4. 4. i 1. 1. i 2. 2. i 3.
+
Kao što se vidi, signal za A deluje u 1. fazi obavezno, a u drugoj povolji. Prvoj fazi odgovara kombinacija ulaznih signala a ⋅ b , dok je signal u drugoj fazi a ⋅ b . Stoga je: +
A = a ⋅b + a ⋅b = b ⋅( a + a ) = b analogno važi +
B = a ⋅ b + a ⋅ b = a ⋅( b + b ) = a −
A = a ⋅b + a ⋅ b = b ⋅( a + a ) = b −
B = a ⋅ b + a ⋅ b = a ⋅( b + b ) = a Eto, tu su dobijeni inicirajući signali, koji su navedeni u prvoj tablici za ovaj zadatak. Sada upravo izlazi na videlo smisao ranijeg pitanja: dokle sme signal da deluje? Što god se naime veći broj susednih polja obuhvati u jednoj V-K mapi, dobija se izraz sa manje varijabli, dakle prostiji izraz. U našem slučaju smo pored obaveznog polja za svaki izlaz obuhvatili i polje sa neodređenim stanjem. U složenijim slučajevima, kada broj polja sa neodređenim stanjem postane velik, neće se ona sva morati uzeti u obzir (obuhvatiti), već samo onoliko njih, koliko ide u prilog uprošćavanja izraza.. Pri tome broj obuhvaćenih polja može biti uvek neki stepen od broja 2, ili drugačije 2k, dakle 1, 2, 4, 8, 16, itd. Očigledno je npr. u slučaju sistema sa 10 cilindara, da će V-K mapa imati 210 =1024 polja, od kojih je samo njih 20 zauzeto (predpostavka: svaki cilindar izvodi samo jednom svoje kretanje unutar ciklusa). Tada bi se imalo 1024- 20=1004 slobodnih polja. Ona se ne moraju sva koristiti, ako se time izraz ne uprošćava. Moramo znači primetiti, da postoje dve vrste polja sa neodređenim stanjem. Jedna grupa njih su polja, koja uopšte nisu zauzeta (to je u našem primeru 1004 polja). U njima svaki izlaz (i to baš svaki) sme da bude po volji 1 ili 0, jer se te kombinacije nikada ne javljaju. Druga grupa su polja, koja su zauzeta, ali u kojima izlaz ipak može biti po volji 1 ili 0. Tu ulaze sva zauzeta polja odmah iza onoga, u kome se inicirao neki izlaz, pa sve do onog polja, u kome se inicira suprotan izlaz. Ako se npr. A+ inicira u prvom polju, a u ostalima redom ostala kretanja, npr.:
- 77 -
Polje 1 2 3 4 5 6
Kretanja A+ B+ BC+ CA-
Signal A+ obavezno mora biti A+=1 u 1. polju, dok u poljima 2., 3., 4., 5. može biti bilo 1 bilo 0. Koja će se vrednost uzeti, zavisi od mogućnosti uključivanja tog polja u skup od više susednih polja. Razume se, u polju 6. ne sme biti A+=1 jer tamo već deluje suprotan izlaz A-. Zaključak: pri vrednovanju V-K mape radi dobijanja izraza za izlaz u funkciji ulaznih varijabli, teži se da se kombinacija ulaznih varijabli uprosti smanjivanjem broja promenljivih, koje ulaze u taj izraz. Pri dobijanju ovog izraza se u V-K mapi mora obuhvatiti ono polje, u kojem se to kretanje inicira (gde stoji jedinica), ne sme se obuhvatiti skup polja u kojima stoji nula, a po volji se obuhvata potreban broj polja sa neodređenim stanjem. Ta polja moraju biti susedna onom polju sa jedinicom, jer samo tako dobijamo prostiji izraz. Pa da vidimo konkretne V-K mape za naš slučaj sa dva cilindra. One znači imaju ukupno 22=4 polja:
a b 1
a -
a b 0
a 1
b 0
0
b 0
-
A+=ab+ab=b
B+=ab+ab=a
a b 0
a 0
a b -
a 0
b -
1
b 1
0
A-=ab+ab=b
B-=ab+ab=a
Slika 37. V-K mape za određivanje Inicirajućih Signala (IS) Pri prelazu iz polja u polje kretali smo se iz faze u fazu. Ova polja su međusobno susedna a i faze su susedne (i njih je četiri, kao i polja), tj. razlikuju se međusobno samo u pogledu stanja jedne promenljive.Ona promenljiva, koja menja svoje stanje u odnosu na kombinaciju signala ranije faze, zove se inicirajućim signalom, koji ćemo obeležavati sa IS. Kao što se vrednovanjem naših V-K mapa vidi, izrazi za izlaz u pojedinim fazama upravo su identični sa IS. U složenijim slučajevima se takođe u svakom izrazu za izlaz mora naći IS, ali ne samo on, već mahom u konjukciji sa nekim drugim ulaznim varijablama. No to je već malo teži problem, što ćemo odmah prikazati na jednom primeru sa tri cilidra. Pre toga da vidimo samo kako smo se kretali po V-K mapi prilikom šetnje iz
- 78 -
faze u fazu. Nije naodmet da se »maršruta« te šetnje uvek nacrta pre početka vrednovanja i određivanja IS.
a
b b
a
1
2
A+ 4
B+ 3
B-
A-
Slika 38. V-K mapa sa redosledom polja po fazama Na osnovu dosad dobijenih podataka možemo pristupiti realizaciji rezultata rada, što znači izradu logičke i strukturne šeme sistema upravljanja sa izvršnim organima. Logička šema nam služi i sada za pojednostavljenje izrade strukturne šeme, pa ćemo početi s njom. Prvo je pitanje: koji izrazi su potrebni za formiranje IS-ova? Odgovor je: b za A+; a za B+; b za A- i a za B-. Znači, oni moraju svi figurisati i u logičkoj šemi.
a b a b A++(m) B+ ABSlika 39. Logička šema sistema upravljanja U logičkoj šemi, znači figuriše sve što je relevantno za sastavljanje strukturne šeme. Vidi se tačno koji se izraz, u obliku IS mora odvesti na klipni razvodnik kojeg cilindra i na koju stranu, kao i to gde treba da se postavi taster za pokretanje ciklusa. To mesto je, normalno ono gde se ciklus počinje. U našem slučaju je to pokret A+, koji se inicira izrazom b , pa ćemo taj vod preseći pomoću razvodnika 2 i obeležiti ga slovom 2 (m).
- 79 -
Izgled strukturne šeme će biti:
Cilindar A a A+
a
Aa
izvor cilindara (pritisak izv. organa)
Cilindar B
m b
B+
a
b
Bb
b
izvor log. kola (pritisak upravljanja)
Slika 40. Strukturna šema pneumatskog sistema Strukturnu šemu je najlakše sastaviti na sledeći način: Prvo se nacrtaju cilindri (A i B), sa propratnim klipnim razvodnicima tipa 5 . 2 Zatim slede razvodnici tipa 3 za određivanje položaja klipnjače (razvodnici krajnjih 2 položaja), koji daju signale a i a , itd. Oni se mogu nacrtati u stvarnim svojim pozicijama gde će se moraju naći u stvarnoj izvedbi sistema, znači razvodnik uvučenog položaja npr. a će biti odmah iza cilindra A, dok će razvodnik položaja a (izvučeno stanje cilindra A) biti na onom mestu gde će kraj ljipnjače dospeti u trenutku krajnjeg izvučenog stanja. Na slici 31. je baš taj princip korišćen za predstavljanje sistema upravljanja, no može se videti da je crtež prilično pretrpan, možda i nejasan eventualno nepregledan. Da bi izbegli ove probleme često se koristi crtanje krajnjih prekidača (razvodnika) na delu crteža gde imamo više mesta pa se fino ti razvodnici obeleže svojim izlaznim signalima i sve je jasno. Postoji jedno nepisano pravilo po kojem se cilindar crta u međupoložaju, tj. u položaju sredine hoda između dva krajnja stanja. Istina, na osnovu toga nećemo moći odrediti, da li se radi o toku izvlačenja ili uvlačenja, ali to nije ni bitno. Ionako se ove šeme gledaju kinematskim pristupom, što znači mi moramo u mislima pomerati elemente i
- 80 -
posmatrati tok radnog medija. Tako ćemo i sve postojeće razvodnike crtati u rasterećenom stanju opruge, ako se radi o monostabilnim razvodnicima, dok kod bistabilnih je položaj proizvoljan. Recimo to važi i za klipne razvodnike za upravljanje cilindrima. Kada su svi elementi, potrebni za pneumatski sistem navedeni na crtežu (cilindri i razvodnici), prelazimo na njihovo povezivanje. Linije, koje ćemo sada nacrtati, u stvarnosti znače cevi. Pri crtanju moramo da se trudimo da nam crtež ostane pregledan, lako shvatljiv i jednoznačan. Baš zbog te jednoznačnosti se koriste mala premošćavanja u slučaju kada se dve cevi prekrštavaju na šemi, a u stvarnosti nemaju nikakvu vezu. Ako se pak neka cev račva ili se i u stvarnosti prekrštavaju više cevi, obavezno moramo koristiti zacrnjeni kružić na mestu račvanja ili prekrštavanja, tako ističući da se radi o stvarnom, fizičkom spoju tih grana. Posmatrajući dalje našu šemu na slici 31. možemo primetiti i jednu značajnu činjenicu. Naime, imamo dva izvora. Logično je da će se cilindri snabdevati komprimovanim vazduhom iz jednog izvora, koji je na pritisku potrebnom za rad cilindara (pritisak u izvršnom organu), dok će za funkcionisanje logičkog (upravljačkog) dela sistema biti dovoljan i mnogo manji pritisak (pritisak upravljanja). E sad, da ne bi preopterećivali crtež sa mnoštvom linija od ova dva izvora do svojih odredišta na cilindrima ili krajnjim razvodnicima, praktikuje se višestruko korišćenje simbola izvora. Znači, svaki cilindar će dobiti »svoj« izvor, kao i svaki razvodnik krajnjih položaja isto. To normalno ne znači da će u stvarnosti biti toliko izvora, samo ćemo izbeći crtanje cevi od jednog izvora, određenog pritiska do svih elemenata posebno. Nakon crtanja cevi (povezivanja elemenata) sledi postavljanje prekidača (m) za aktiviranje sistema za jedan ciklus. Bez toga bi sistem funkcionisao besprekorno i po datom ciklogramu, ali ne bi stao na kraju jednog ciklusa, već bi produžio dalje u sledeći ciklus. Iz ovoga sledi, da je potrebno postaviti prekidač na onu granu cevi kroz koji protiče inicirajući signal za prvi pokret u ciklusu. U našem konkretnom zadatku je to naredba A+ koja se dobija signalom b . Kakav razvodnik koristiti za prekidač? Ako bi koristili razvodnik tipa 2 , imali bi jedno dobro rešenje iz aspekta aktiviranja. Problem bi nastao 2 kasnije, kada će inicirajući signal za A- stići do druge strane klipnog razvodnika cilindra A, jer vod od prekidača do A+ strane nije ozračen (izluftiran), pa je zatečeni vazduh u tom delu cevovoda ostao pod pritiskom. Taj pritisak neće dopustiti dejstvo inicirajućeg signala A- , pa će doći do zastoja. Da do toga ne bi došlo, moramo »izvetriti« cevovod preko prekidača, pa je najjednostavnije rešenje primena razvodnika 3 u te svrhe. Mogli bi 2 postaviti pitanje: zašto je ozračivanje preko samog krajnjeg razvodnika signala b nemoguć? Pa, što se toga tiče, i to bi bilo moguće da se prekidač ostavi u aktiviranom položaju sve do pojavljivanja A- naredbe, ali to iziskuje od rukovaoca (korisnika) sistema da prekidač drži ručno pritisnuto sve do tog trenutka. To se ne može od njega očekivati, jer se tada više ne radi o automatskom sistemu, već o nekom poluautomatu sa automatskoručnim upravljanjem. Kada smo već kod ovog pojma, dejstva signala, da kažemo nešto i o tome. Signali deluju veoma kratko, svega nekoliko desetih delova sekunde. Za to vreme se logički elementi mogu prebaciti u drugi položaj. To mora da važi i za rukovanje prekidačem. Korisnik, znači mora samo jednom, kratko da pritisne na prekidač i on je svoje završio. Ovo je i shvatljivo, ako se ima na umu, da su ovakvi pneumatski sistemi uglavnom delovi nekih pomoćnih pribora na nekoj mašini za obradu i sl., pa je radnik zadužen za praćenje toka procesa obrade a ne za posmatranje rada pribora.
- 81 -
Konačno, na slici 40. može se uočiti i jedna zanimljiva »sitnica« , koja i nije mala stvar, već daje rešenje za problem koji smo napomenuli u prethodnim poglavljima. Radi se, naime o brzini kretanja klipa pri radnom i povratnom hodu. Te brzine, po pravilu i u najviše slučajeva, su različite. Kako rešiti punjenje cilindrične i prstenaste zapremine jednog cilindra različitim brzinama. Direktno nikako. Imamo samo jedan kompresor, sa određenim kapacitetom dobave vazduha, pa bi bilo prilično nelogično od tog uređaja zahtevati da radi sa »dve brzine«. Rešenje leži u ozračivanju cilindara. Postavi se prigušnica na jedan i na drugi priključak ozračivanja na klipnim razvodnicima cilindara i koči se izduvni vazduh. Na taj način se usporava i kretanje klipa. Sa dve prigušnice znači imamo širok spektar mogućih brzina radnih i povratnih hodova. Primera radi, samo jedna praktična izvedba: sigurno ste primetili da je brzina otvaranja i zatvaranja autobuskih vrata različita. Dabome, iz praktičnih razloga, otvaranje može da se izvrši mnogo brže od zatvaranja. No, o tome ćemo kasnije još govoriti. Sad da vidimo još jedan primer, ali sa većim brojem izvršnih organa. Sistem će se sastojati od tri cilindra, a ciklogram koji se mora zadovoljiti neka je sledećeg izgleda:
A B C
a a b b c c
1
2
3
4
5
6
7=1
Na osnovu ciklograma da napravimo sada tzv. ulazno – izlaznu tablicu: Faza slovima 1 2 3 4 5 6
ab c ab c ab c abc
7=1
ab c
abc abc
Ulazni signal brojčano dec. ekv. 000 0 100 4 110 6 111 7 101 5 001 1 000
0
Izlaz +
A + B + C − B − A − C A
+
Pogledajmo sada kolonu decimalnih ekvivalenata. Vrednosti na osnovu kojih su oni dobijeni: a = b = c = 0 ; a=4; b=2; c=1. Pa je recimo ulaz abc dobio svoj decimalni ekvivalent ovako: 4+0+0=4, a ulaz abc ima decimalni ekvivalent 4+0+1=5. Posmatranjem dobijenih decimalnih ekvivalenata primećujemo da nemamo dva puta istu vrednost, što znači za određenu strukturu ulaza odgovara uvek isti izlaz, pa nema nikakvih problema, memorija nije potrebna – radi se, znači o kombinacionom sistemu.
- 82 -
Da pređemo sada na određivanje inicirajućih signala. U tu svrhu prvo moramo dopuniti malopređašnju tablicu na sledeći način: Faza
Ulazni signal slovima
1 2 3 4 5 6
ab c ab c ab c abc abc abc
brojčano 000 100 110 111 101 001
7=1
ab c
000
Izlaz dec. ekv. 0 4 6 7 5 1
A + B + C − B − A − C
0
A
+
+
A + 1 0 0
0 0 0 0 1 isto
B + 0 1 0 0 0 kao
0 0 1 i
C + 0 0 1 0
0 0 0 1
faza 1
Ponavljanje prethodno date ulazno – izlazne tablice ima samo edukativni cilj, što će reći, u konkretnim zadacima ćemo dati ove dve tabele (ulazno – izlaznu i tabelu za IS) u ovom poslednjem obliku. A sada da se proanalizira tablica, odnosno sadržaj ove dodatne tablice. Kao što se vidi imamo tri grupe kolona, gde u jednoj grupi postoje dve kolone – jedna se odnosi na radni hod (+ pokret izvršnog organa – izvlačenje klipnjače) i jedna na povratni hod (- pokret izvršnog organa – uvlačenje klipnjače). Punjenje ove tablice će se vršiti po fazama, znači vodoravno, i to sledećim razmišljanjem: Primera radi, da krenemo odmah od početka, od prve faze. Pogledajmo ciklogram. Šta mora da se desi u prvoj fazi? Pa, klipnjača cilindra A mora da načini radni hod, znači mora da se na njegov klipni razvodnik dovede IS za A+ pokret. Zato je u dotičnom polju upisan broj 1. Pri tome, iz razumljivog razloga, na suprotnu A- stranu klipnog razvodnika ne sme doći nikakav inicirajući signal. To bi naime dovelo do nedefinisanosti i zastoja u funkcionisanju upravljačkog sistema. Da do toga ne dođe, u polje za A – za prvu fazu se daje 0. Da se podsetimo, broj 1 bi se mogao zameniti rečju mora, broj 0 rečima ne sme a ako ćemo staviti znak recke (-) to znači može ali ne mora. U prvoj fazi da vidimo sada polja B+ i B-. Cilindar B u prvoj fazi mora ostati u početnom, uvučenom stanju i ne sme ni slučajno da se javi signal naredbe za B+ pokret. Zato je u dotično polje stavljen broj za ne sme, odnosno broj 0. A što se tiče naredbe za uvlačenje (klipnjača je ionako uvučena) ona može da dođe, ali nije potrebna. To se obeležava reckom, znači stavi se znak -. Za cilindar C važi isto što i za cilindar B, pa se u polje C+ u prvoj fazi stavlja 0, a u polje C- recka -. Ovo je prilično jednostavno, zar ne? A od ove tablice, koju ćemo ovako popuniti, ćemo imati i te kako veliku korist. Pojednostaviće nam rad. Za vežbu da objasnimo i ispunu, recimo petog reda, koji se odnosi na petu fazu, gde je jedini pokret uvlačenje klipnjače cilindra A. Pri tome cilindar B mora da ostane u uvučenom, a cilindar C u izvučenom stanju (pogledajte ciklogram). Potrebni su, znači sledeći znaci: Za A+ ne sme da se javi signal – 0; za A- mora da se javi – 1; B mora ostati uvučen, znači ne sme da se izvuče B+ - 0, a može da se da naredba za uvlačenje, ali je nepotrebno jer je već u tom stanju, znači recka za B-. Konačno, C+ ide sa reckom, jer je
- 83 -
zahtevano stanje ono izvučeno, gde se već i nalazi cilindar C, dok se ne sme dopustiti uvlačenje, znači C- dobija svoju nulu – 0. Sada, kako smo uspešno obavili ovaj deo posla, da prežemo na crtanje V-K mapa, 2 za svaki IS. Imamo tri cilindra, znači broj polja u mapi je 2 = 8 . Tih 8 polja možemo nacrtati na više načina, no postoji jedan opšte prihvanjen način, koji je dat na slici 32.
00 0 1
01
11
1
b
10 2
3 C+ B- 4
A+ 6
B+ 5 A-
C-
Slika 41. V-K mapa sa redosledom faza Šta u sebi sadrži i koje informacije daje ova mapa? Pa, pod jedan, svako polje ima svoje obeležje ulaznog stanja. To obeležje je na ovoj slici dato na oba moguća načina: 1) numerički sa 1 i 0; 2) pomoću linija i slova a, b, c. Očitavanje obeležavanja na prvi način je sledeće: za dotično polje se prvo očitaju brojevi (u ovom slučaju dva broja) na vrhu kolone u kojoj se ono nalazi, pa se njima priključi kao treći, broj koji se nalazi na početku vrste koja sadržava posmatrano polje. Primera radi, recimo treće polje u drugoj vrsti, na vrhu kolone nosi oznaku 11, a na početku vrste 1. To će reći ulazno stanje je 111, odnosno abc. Ne moram istaći, da je redosled oznaka u ovoj trojci shvaćen po abecednom redu. Drugi način obeležavanja ulaznog stanja je po meni jednostavniji i pregledniji, pa se možda i zato mnogo češće korišćen. Naime, tu se povlače vodoravne linije iznad onih kolona gde se nalaze identiteti a i b, odnosno sa leve strane uspravna linija pored vrste sa identitetom c. Iz ovoga sledi, da će negacije biti u onim kolonama i vrstama gde nema crte za posmatrano ulazno stanje. Primer: drugo polje druge vrste sleva. Numerička oznaka je 011 , znači abc ulazno stanje. A po linijama, normalno isto, jer iznad kolone nema crta za a, ima crte za b, i ima crte pored vrste za c. Konačno, u ovu V-K mapu ćemo uneti i dotične faze sa redosledom njihovih pojavljivanja, pa eventualno i izlaze na krajevima njihovim. Tako smo dobili jednu mapu kuju ćemo stalno koristiti prilikom određivanja IS-a. Pri tome ovo numeričko označavanje, sa vašom dozvolom, neću više koristiti.
- 84 -
a
b
1
-
-
-
0
0
0
-
0
-
1
-
c
c
A+ = c
B- = c
a
b
a
b
0
-
1
0
0
0
0
0
0
-
0
1
c
c
B+ = a c
A- = b c
a
b
c
a
b
a
b
0
1
0
-
0
-
0
-
-
1
0
0
c
C+ = b
C- = a
Slika 42. V-K mape sa određivanjem inicirajućih signala Eto, šest izlaza – šest IS-a. Puno se ne moramo zadržavati na objašnjavanju ispunjavanja mapa, jer smo maltene sve rekli malopre. Znači, recimo za A+ izlaz redom uzimamo oznake iz ulazno izlazne tablice i unosimo u odgovarajuća polja, po fazama, čiji smo redosled i obeležili strelama na slici 32. tako se dobije V-K mapa za određivanje inicirajućeg signala (signala naredbe) za izlaz A+ odnosno za naredbu izvlačenja klipnjače cilindra A. Kako očitati taj signal? U prethodnome zadatku, sa dva cilindra, smo već to objasnili. Bolje reći, objasnili smo logiku toka očitavanja, ali je tu nešto komplikovanija situacija, zbog većeg broja polja. Da ne govorimo o složenosti očitavanja kod zadataka sa, 10 recimo deset cilindara (V-K mapa sa 2 = 1024 polja). Moramo, znači naći jednu »proceduru« ili »pravilo« očitavanja, koja će da važi za sve zadatke i biće jednostavna za primenu. Pretpostavljate i sami, da su ta pravila već poznata, pa nećemo ih mi izmišljati. A ta pravila su sledeća: 1.
nakon ispunjavanja V-K mape za dotični IS (posmatrajmo recimo za izlaz A+) , moramo zaokružiti što je moguće veći broj polja.
- 85 -
2.
3.
4. 5.
broj polja koji se zaokružuju mora da bude neki od stepena broja 2 (znači 0 1 2 3 može biti 2 = 1 ; 2 = 2 ; 2 = 4 ; 2 = 8 , itd.). U našem slučaju, sa 8 polja ovo bi bio maksimalan broj zaokruženih polja ako ne bi bilo tu i sledećeg pravila. prilikom zaokruživanja broj (brojevi) 1 se mora zaokružiti. Brojevi 0 se ne smeju zaokružiti, dok se recke mogu ali ne moraju zaokružiti. Inače, isto važi i za nepopunjena polja. Tako je već broj maksimalno zaokruživih polja u našem primeru opao na 4. zaokruživanje mora biti konveksno, što će reći, ne smemo praviti nikakva »udubljenja« u skupu zaokruženih polja. jedna zanimljiva pretpostavka: V-K mapa se gleda ravanski, ali se shvata prostorno. Kao da smo razvili prostorni oblik u ravan, pa je leva ivica mape u stvarnosti granična sa desnom, i gornja sa donjom. E to se ogleda kod zaokruživanja za inicirajući signal kod izlaza A-, gde su stanja abc i abc susedna, pa se mogu zaokružiti kao takvi.
Konačno sledi očitavanje IS. I to je pojednostavljeno na sledeći način: Inicirajući signal će biti ono ulazno stanje, koje se ne menja (ostaje isti) u svim zaokruženim poljima. To će reći (ponovo da se vratimo na V-K mape), za A+ je zaokružena gornja vodoravna četvorka polja, i u svima figuriše stanje c , pa će to biti IS za izvlačenje klipnjače iz cilindra A. Za B+ pokret smo uspeli zaokružiti samo dva polja, gore desno. U njima se ne manja ni stanje a, pa ni stanje c . To znači, oni su potrebni zajedno, pa ćemo ih pomnožiti i tako dobiti IS. Znači, za pokret B+ koristi se inicirajući signal a ⋅ c . Pa da ne gnjavimo dalje, čini mi se da je jasno kako smo dobili i sve ostale inicirajuće signale. Da primetimo ponovo jednu bitnu činjenicu: što smo uspeli veći broj polja zaokružiti, tim je manji broj signala stanja potreban za formiranje inicirajućih signala. Da vidimo šta to znači u našem konkretnom slučaju. Za formiranje svih inicirajućih signala su potrebni sledeći ulazni signali: a, a , b , c i c Primećujemo, da nemamo potrebu za formiranjem ulaznog signala b. Šta to znači? To znači, ne moramo postaviti razvodnik za detekciju uvučenog stanja klipnjače cilindra B. Osećate i vi, da je to na neki način ušteda i elemenata pneumatskog sistema, pa i truda, jer nije ni tako lako postaviti jedan krajnji prekidač ako je raspoloživi prostor za to popriličnu skučeno. Na ovaj način mi, ustvari vršimo minimizaciju sistema pneumatskih elemenata. Možete mi sada reći: pa, ništa nismo uštedeli, jer sa izbacivanjem jednog krajnjeg prekidača stvorili smo potrebu za uvođenjem čak dva množača (dva razvodnika 3 . Čini 2 se da smo čak gore prošli, jer imamo element više u ovom minimiziranom rešenju. Imate pravo, a i nemate. U ovom konkretnom primeru je stvarno potreban veći broj elemenata u minimiziranom rešenju, ali je mnogo jednostavnije (iz aspekta gradnje sistema) koristiti množač od krajnjeg prekidača (naime, množač mogu bilo gde postaviti, komotno, pa će i održavanje biti lakše. Time element radi dalje. Najbrže se kvare krajnji prekidači, zbog stalnog mehaničkog opterećivanja i zbog teškoća, eventualno i nemogućnosti njihovog redovnog održavanja). Pored svega toga, može se postaviti i takav zadatak, gde će i
- 86 -
brojčano biti manja potreba za elementima u minimiziranoj formi. No, mi da privršimo ovaj naš zadatak. Da damo logičku i funkcionalnu šemu rešenja.
a a b c c
&
A++(m) B+ C+
&
ABC-
Slika 43. Logička šema
- 87 -
m
Cilindar A a A+
A-
a a
a
Cilindar B b B+
b
B-
Cilindar C c C+
C-
c c
c
Slika 44. Funkcionalna šema U funkcionalnoj šemi nismo crtali krajnje prekidače u svoje stvarne položaje, da bi šema bila preglednija. Sada, kada smo već verovatno ušli u »štos« sa izradom zadataka, da se oprobamo i na nešto konkretnijem zadatku, čije fizičko rešenje možete pogledati i u našoj laboratoriji za fluidnu tehniku. Struktura jednog manipulatora za premeštanje radnih predmeta je data na sledećoj slici.
- 88 -
Cilindar A
c
Cilindar C
Ca
A+
V1
A-
a
V3
c
C+
Ciklus B+ CA+ C+ BCAC+
Cilindar B
b
B+
V2
B-
b
Slika 45. Manipulator za prenos komada dizanjem i spuštanjem Da bi u potpunosti shvatili proces prenosa, dat ćemo sledeći opis: Zahtev je, da se predmeti zahvate u položaju I (levi položaj), te da se prenesu u položaj II (desni položaj). Dopunski zahtev je, da se pri tome premosti prostor između ove dve pozicije, jer je on, zpecifične tehnologije, zauzet. Zadatak se rešava korišćenjem tri cilindra: cilindar A obavlja horizontalni transport, cilindar B stezanje predmeta, dok vertikalni transport vrši cilindar C. Oni izvode kretanja, upravljani od strane svojih razvodnika V1, V2 i V3 (slika 45.). Primećujete da su ovde korišćeni razvodnici tipa 4 , mada smo rekli da je 2 najčešće u primeni, za ovakve zadatke, razvodnik tipa 3 . Tu se shvata suština. Evo, ako 2 promislite malo, primetićete da je funkcionisanje isto kod sa oba razvodnika. Razlika je samo u mogućnosti ili nemogućnosti primene različitih brzina pri radnom i povratnom hodu. Tabela toka događaja: Faza 1 2 3 4
Cilj pokreta Stezanje Dizanje Translacija desno Spuštanje
- 89 -
Kretanje cilindra B+ CA+ C+
5 6 7 8
Otpuštanje Dizanje Translacija levo Spuštanje
BCAC+
Na osnovu slike i ove tabele toka događaja možemo sastaviti potreban ciklogra kretanja klipnjača cilindara A, B i C. Ciklogram će biti sledećeg oblika:
jedan ciklus a
A B
a b
m
b c
C 1
2
3
4
5
6
7
8
c 9=1
Da obradimo sada i ciklogram, na način koji smo videli u dosad rešavanim zadacima. Sledi, znači ulazno izlazna tablica sa dodatkom: Ulazno – izlazna tablica Faza
1 2 3 4 5 6 7 8
Ulazni signal slovima
brojčano
abc abc abc abc abc
001 011 010 110 111 101 100 000
abc ab c ab c
Izlaz Dec. ekv. 1 3 2 6 7 5 4 0
+
B − C + A + C − B − C − A + C
A + 0 0 1 0 0
-
B +
0 0 0 0 1 -
1 0 0 0 0
-
C +
-
0 0 0 0 1 -
0 0 1 0 0 1
0 1 0 0 1 0
+ 001 1 isto kao i faza 1 B abc Na osnovu ove tablice ili ciklograma, da nacrtamo sada i odgovarajuću V-K kartu zadatka:
9=1
- 90 -
V-K karta zadatka
a
b 8 C+ 3 A+ 4 C+ 7 A1 B+ 2 C- 5 B- 6 Cc
Pa slede odgovarajuće V-K mape za svaki minimizirani ulaz, odnosno IS: V-K mape za određivanje inicirajućih signala
a
b
0
-
-
0
0
-
0
-
1
-
0
0
0
1
0
1
c
c
B+ = a c (m)
a
b
0
1
-
0
1
0
1
0
0
0
-
-
-
0
-
0
c
A+ = b c
C+ = a b+a b
a
b
c
C- = a b+a b
a
b
c
a
b
a
b
-
0
0
-
-
0
0
1
0
0
1
-
-
-
0
0
c
B- = a c
A- = b c
Stanimo sad na trenutak, da bi primetili nešto, što je novost. Mogli smo to uočiti i u ulazno-izlaznoj tablici, da smo obratili pažnju na to, no nije neophodno to primetiti za
- 91 -
korektno rešavanje zadatka. Naime, radi se o tome, da se u koloni izlaza C+ i C- javljaju dva puta (2 i 6 faza, odnosno 4 i 8 faza). Pogledajmo samo ulaze u te faze. Recimo u 2. fazi je ulaz abc , dok je u 6. abc , znači različiti su ulazi a traži se isti izlaz. Da li je to problem? – postavlja se pitanje. E nije. Mogli bi da se izrazimo na sledeći način: ova situacija je slična onoj, kada na isto mesto dospevamo na dva različita načina, odnosno prelazivši dva različita puta. Primera radi iz Subotice do Palića možemo doći i E-5 putem i zaobilaznicom oko jezera, pa smo na istom. Eto, ovo se dešava i ovde – imamo dva različita ulaza (putanje) a traži se isti izlaz (odredište). Da li je ovo i dalje kombinacioni sistem? Pogledajmo decimalne ekvivalente: ima li ponavljanja vrednosti? Nema. Znači nema zime, naučena metodologija rešavanja je primenljiva i ovde. Ipak, imamo i nešto novo u V-K mapama. Za napomenute naredbe, znači C- i C+ se javljaju inicirajući signali u obliku disjunkcije dve konjukcije, odnosno srpski rečeno, u obliku zbira dva proizvoda. To se dešava iz jednostavnog razloga, što se u V-K mapi javlja jedinica – 1 dva puta, pa se moraju polja zaokruživati na dati način. Ovo za sobom povlači potrebu za korišćenjem jednog sabirača, no to ćemo videti na logičkoj i funkcionalnoj šemi u produžetku. Pre nego što se oni nacrtaju, još jednom da vam pokažem rezultat minimizacije. Stavimo jedan pored drugog dve kolone, stvarni i minimizirani ulaz: Faza
Ulaz
Minimizirani ulaz
1 2 3 4 5 6 7 8
abc abc abc abc abc abc ab c ab c
9=1
abc
ac ab bc ab ac ab bc ab -
Dalje objašnjenje je, čini mi se, apsolutno suvišno. Da radimo dalje. Sledi, znači logička šema:
Logička šema:
- 92 -
a
&
ac
mac
B+
ac
B-
a
&
&
c c
&
&
&
b
&
b
&
ab
ab
>1
C+
bc
A-
>1
C-
bc
A+
ab
ab
Funkcionalna šema: Cilindar A a A+
a
Aa
a m
Cilindar B b B+
b
a b+a b
ac
Bb
b
ab
bc
Cilindar C c C+
ab
ac
c
bc
ab
C-
a b+a b c
c
- 93 -
ab
Pa, šta da se kaže, ova šema je već nešto komplikovanija, ali nadam se da uz podrobno proučavanje prethodnih zadataka i uz razumni raspored razvodnika u funkcionalnoj šemi (slično kao u logičkoj šemi), shvatanje i praćenje vodova na šemi ne stvara prevelik problem. Moj savet je da i Vi sami uzmete papir i olovku i na osnovu logičke šeme, a bez praćenja gotove funkcionalne šeme, nacrtate sami Vaš pneumatski sistem. U vezi kombinacionih automata nam je ostao još jedan nerasvetljen momenat. Šta se radi ako se od nas traži recimo upravljanje sistemom kao na sledećoj skici. Ciklogram sistema kašnjenje
a
A B C
a b b c c
1 2 3 4 5 6=1 Zanimljivost se vidi u 4. fazi. Šta se tamo dešava? Ništa. Jest ništa, i to ništa se dešava određeno vreme. Istina, to vremensko trajanje ničega se ne može očitati sa ciklograma, ali kako smo već jednom istakli, cilj ciklograma i nije to da se sa njega mogu očitati i vremenski podaci. To vreme, koje sistem mora da provede u mirovanju biće konkretno definisano tek nakon fizičke izvedbe sistema, prilikom nameštanja (štelovanja) rada. O tome, znači nećemo više raspravljati, već da istaknemo samo sledeće: Tu se radi o potrebi za zaustavljanjem sistema upravljanja na vreme »čekanja«. Kadri smo već i to učiniti, pošto smo upoznali element kašnjenja. Ovo čekanje će se rešiti, znači kašnjenjem. Ovo znači da se u gotov sistem, projektovan na dosad viđen način, mora ubaciti samo jedan element kašnjenja. Gde? Na ovo logično pitanje se daje takođe logičan odgovor: gledajte ciklogram! – Šta se dešava nakon kašnjenja? Uvlači se klipnjača cilindra C. Pa zar onda nije logično da ćemo IS za tu naredbu dovesti na svoje odredište sa kašnjenjem. A ovo znači da se mora dati vod za inicirajući signal pokreta C-, i na taj vod jednostavno »prikačiti« jedan element kašnjenja. Kašnjenje se ubacuje, znači skroz na kraju rešavanja, pa je shvatljivo šta znači precrtavanje ciklograma. Ciklogram bez kašnjenja: a
A B C
kašnjenje
a b b c c
1
2
3
4=5 6=1
- 94 -
Ulazno – izlazna tablica: Faza
1 2 3 4=5 6=1
Ulazni signal slovima
brojčano
ab c abc
000 111 101 001
abc abc
Izlaz Dec. ekv. 0 7 5 1
000
ab c
+
+
A B C − B − A − C
A + 1 0 0
+
0
-
B +
0 0 1 -
1 0 0 0
isto
V-K karta zadatka je:
-
C +
-
0 1 -
1 0
0 0 0 1
kao
i
a
b 1 C+ A+ B+ C-
4 c
B-
2
3 A-
kašnjenje
V-K mape: a
b
1
0
0 c
-
-
0 c
A+ = c
1
A- = a b = c b a
b
1
0
0
0
-
0 c
B+ = c
1
-
B- = a = b = c B- = a b c
a
b
a
b
1
0
0 c
0
a
b
c
a
b
-
-
1 c
C+ = c
- 95 -
0
C- = a c
0
faza 1
Opet smo stigli do neke nove pojave! Naime, inicirajući signali za pokrete A+, B+, C , C su jednoznačni. A što se tiče signala za B- i A- moramo razmisliti. Da vidimo prvo inicirajući signal za A-: kod zaokruživanja smo dobili dve moguće varijante. Pojednoj klipnjača cilindra A počinje svoje uvlačenje kada se stvori proizvod a ⋅ b . To znači, kada cilindar A dostigne svoj izvučeni položaj a ujedno cilindar B svoj uvučeni, može krenuti cilindar A u uvlačenje. Po drugoj varijanti kada C biva skroz izvučena a B uvučena tek tada možemo uvući klipnjaču u cilindar A. Pošto su ovi inicirajući signali ravnopravni, možemo izabrati bilo koji od njih. Ali to bilo koji ujedno znači i onaj koji je logičniji. Ako se bolje pogleda ciklogram, vidi se da je faza uvlačenja kod cilindra A pojava, koja se javlja sa celom fazom posle izvlačenja cilindra A. To ujedno mora da znači da je A već sigurno izvučena, pa je suvišno prekontrolisati to stanje. Mada, mogli bi da kažete, da ovo rečeno važi i za cilindar C, pa zašto je onda uopšte potreban proizvod. Zašto ne koristimo jednostavno stanje b kao inicirajući signal? Pitanje je na svom mestu, a odgovor je sledeći: Mogli bi jednostavno koristiti i to stanje, ali bi na taj način smanjili stepen pouzdanosti sistema, pa ako bi došlo do zastoja u upravljanju, veoma teško bismo mogli naći grešku. Zato savet glasi: verujte u algebarski izvedeno rešenje i tražite samo logičniju varijantu prilikom izbora inicirajućeg signala. Mi ćemo, zbog gore napomenutih stvari, izabrati varijantu c ⋅ b . Mogli bi, inače i da saberemo ta dva proizvoda (videli smo u prethodnom zadatku i takvo rešenje), ali i to bi dovelo do smanjenja definisanosti (pouzdanosti) jer bi to značio – bilo koje stanje je dobro. Pa koji je onda bolji? Može sistem da nam postavi pitanje, a jednoznačnog odgovora na to pitanje nemamo. +
-
Sasvim je drugog karaktera situacija sa inicirajućim signalom za pokret B-. Kada se mora klipnjača u cilindru B uvući, odnosno koji će biti inicirajući signal za taj pokret? Zaokruživanjem smo dobili stanja a, b i c ravnopravno. E, to je već problematično. Ako izaberemo, recimo a za inicirajući signal, cilindar B će krenuti u uvlačenje čim sa A izvuče, bez obzira na to u kom je stanju cilindar C, pa i sam on. Može, znači da se desi i zanimljiva pojava, da se B uvuče i bez da se skroz izvukla. Podsećam Vas na to, što je rečeno još u uvodu u ovo poglavlje: ciklogram prikazuje samo redosled dešavanja, a nikako vremensko trajanje jedne faze. To znači ako se pod prvom fazom podrazumeva izvlačenje i jednog i drugog kao i trećeg cilindra, onda se faza završava izvlačenjem zadnjeg cilindra iz te trojke. Znam, šta Vam tu smeta! Kako to, da se oni ne kreću zajedno, pa će zajedno i stići do krajnjeg stanja? U stvarnosti to nije tako. Mogu oni da se kreću različitim brzinama, pa i na različitim dužinama hodova (cilindri mogu biti raznih dužina, sa različitim prigušenjem na ozračivanju). Uviđate i Vi nelogičnost ponuđenog rešenja za IS. Najpouzdanije bi bilo, da se sva moguća i ravnopravna stanja pomnože i tako dobije inicirajući signal za B- pokret. Sa ovim osvrtom na moguće varijante inicirajućeg signala, imao sam nameru da Vam skrenem pažnju na nužnost logičnog razmišljanja, i pored vere u rezultate Bulove algebre. Ako Vam se, znači neko rešenje čini boljem, a algebra omogućava i dozvoljava njeno korišćenje, samo hrabro napred, koristite je. Potrebni su, znači svi ulazni signali, a po logičkoj šemi ćemo videti i njihovo povezivanje u sistem upravljanja:
- 96 -
Logička šema:
m cm
c
A+ B+ C+
c b a b a
&
bc
&
ab
&
ac
A-
& t
a bc
BC-
0
Kod crtanja logičke šeme »smo se setili«, tačnije rečeno, tu moramo da se setimo postojanja potrebe za elementom kašnjenja, pa se taj element dodaje na potreban vod, a to je vod sa IS za pokret C-. Da nacrtamo sada funkcionalnu šemu tako, da se i izvršni organi snabdevaju iz istog izvora kao i upravljački (logički) elementi. Naime, to je slučaj kod našeg konkretnog rešenja u laboratoriji za Fluidnu tehniku. Funkcionalna šema: Cilindar A
A+
m
Cilindar C
Cilindar B
A-
B+
C+
B-
C-
c c
b
- 97 -
a
b
a
Opa - mogli bi reći! Kako je ovo rešenje elegantno. Zašto ovakvo rešenje nije korišćeno i do sada? Zašto smo stalno za množenje dva signala koristili poseban razvodnik? I uopšte, zašto tek sada, na kraju razmatranja nudim i ovakvu mogućnost rešenja? Puno pitanja, kratki odgovori. Ovakvo rešenje je dato na početku upoznavanja konjukcije (množenja) signala, ali smo napomenuli da se u praksi široko koristi način množenja sa posebnim razvodnikom. Do sada nisam hteo da Vas preopterećujem dugim objašnjavanjem, već sam sačekao ovaj trenutak, kad je sve kristalno jasno. Zašto nisam koristio posebne množače? Jer nisam morao. Pogledajte malo bolje: ulazni signali a i b su potrebni samo jednom, u proizvodu sa signalom c za IS pokreta B-. Ulazni signal c se koristi i u drugim proizvodima za IS kod A- i C-. Zato smo ga i stavili na početak proizvoda, za element koji prima punjenje iz izvora, dok su razvodnici a i b samo prenosioci tog vazduha. Oni i ne moraju imati svoj izvor, pošto na drugom mestu nisu u primeni. Ne bi sa dalje ni zadržavao na ovoj temi, smatrajući da Vam je sve ovo jasno. Bolje mi sada da pređemo na sledeću oblast upravljanja, na sekvencijalne automate. 5.2. Sinteza pneumatskih sekvencijalnih automata Ranije izloženi postupak sinteze ne može u svakom slučaju da dovede do rezultata, jer je znatan broj problema takav, da zahteva poznavanje sinteze sekvencijalnih automata. Sekvencijalni automat je u osnovi karakterisan time, da ima memoriju, pa usled toga i svoja tzv. unutrašnja stanja. Upravo u zavisnosti od unutrašnjeg stanja će jednoj te istoj kombinaciji ulaznih signala odgovarati u različitim vremenskim trenucima različiti izlazni signali. Drugim rečima, radi se o višeznačnom preslikavanju, pa stoga jednom te istom ulaznom slovu Xi mogu odgovarati različita izlazna slova Yj, a u zavisnosti od »prethodne istorije« tj. od prethodnih ulaznih slova. Višeznačno preslikavanje se ostvaruje promenom unutrašnjeg stanja, koje se obeležava kao slovo Zk, pri čemu je Zk= (z1, z2, z3, . . . . . , zp) Kod sekvencijalnog automata je svaka izlazna promenljiva y zavisna od svih ulaznih promenljivih x i od promenljivih z, koje karakterišu unutrašnje stanje. Ulazne promenljive xi zovu se još i primarnim promenljivama za razliku od tzv. sekundarnih promenljivih zp, koje se javljaju na izlazu iz memorijskog bloka, a pod dejstvom pobudnih promenljivih z ′p . Na slici 46. data je opšta šema sekvencijalnog automata.
- 98 -
Kombinacioni blok
x1 x2
primarne promenljive
xn z1
sekundarne promenljive
Xi
Fy Fz
} }
y1
Yj
ym
Zk
zp
izlazne promenljive
pobudne promenljive
Memorijski blok
Slika 46. Opšta šema sekvencijalnog automata Ako se ova blok – šema uklopi u pneumatski sekvencijalni automat, dobija se prikaz prema slici 47. Ovde su jasno razgraničena tri bloka.
I
III
Cilindar A
a
a
Cilindar B
b
b
}
n
m
Kombinacioni blok
zx
}b
zx, memorije
II Slika 47. Šema sekvencijalnog pneumatskog sistema
- 99 -
Blok I
identifikuje položaj klipova putem graničnih prekidača, čijim aktiviranjem nastaju ulazni signali, koji se upućuju bloku II. Blok I zove se još i blokom za prijem informacija.
Blok II
odgovara čitavom bloku na slici 46. On formira izlazne i pobudne promenljive. Ovaj se blok zove još i blokom za upravljanje odnosno blokom logike. Suštinski mu je zadatak, da uspostavi funkcionalnu zavisnost između ulaza i izlaza.
Blok III
sadrži radne, izvršne organe zajedno sa pripadajućim razvodnicima, koji dobijaju signal za prebacivanje od izlaznih promenljivih iz Bloka II.
Radi sagledavanja problematike sekvencijalnih automata posmatrajmo sliku 48, koja daje kinematski dijagram za jedno veoma prosto upravljanje. Ulazno izlazna tablica za taj slučaj bi bila: Faza slovima 1 2 3 4
ab ab ab ab
Ulazni signal brojčano Dec. ekv. 00 0 10 2 11 3 10 2
Izlaz
+
A + B − B − A
Iz tabele se vidi, da se ista kombinacija signala a ⋅ b javlja i u drugoj i u četvrtoj fazi, mada se u prvom slučaju traži izlaz B+, a u drugome A-. Ovo je dakle slučaj da u istoj kombinaciji signala od krajnjih prekidača, tj. istoj kombinaciji primarnih promenljivih treba da odgovaraju različiti ulazi. Ovde izlaz više nije samo funkcija kombinacije primarnih promenljivih. Radi se dakle očigledno o sekvencijalnom automatu, koga još nismo sposobni da rešimo. Radi izvesne paralele, daće se slika 49., koja predstavlja već ranije proučen kombinacioni automat sa slike 44. Posmatrajući paralelno sliku 48. i 49. vidi se, da između njih ima neke sličnosti što se tiče kretanja cilindra A i B. Ima tu, međutim i razlike: naš ciklus (slika 48.) ima svega četiri faze, dok drugi (slika 49.) šest. Osim toga, kod prvog ciklusa cilindar B se po dolasku u plus položaj odmah vraća, a prema slici 49. on ostaje u plusu tokom jedne faze. Da bi se sekvencijalni sistem (slika 48) sveo na kombinacioni (slika 49), treba izostaviti cilindar C. Njegov razvodnik ćemo zadržati, ali sada izlazni vazduh iz razvodnika ne napaja cilindar, jer njega nema, već se koristi kao dodatni signal. To međutim nisu više primarne, već sekundarne promenljive, a sam razvodnik nije više distributor vazduha ka cilindru, već memorijski element. Ovako formirane sekundarne promenljive igraće sličnu ulogu onoj, koju su igrali signali c i c, pa
- 100 -
se ovakvim proširivanjem i uopštavanjem dobija ponovo u svim fazama različita kombinacija signala. To znači, da smo sistem sa sekvencijalnog sveli na kombinacioni. a
Aa
B X
b b x x
1
2
, 33
4
, 5 5=1
Slika 50. Izvedeni kombinacioni sistem Kako nema cilindra C, neće biti potrebne dve pripadajuće mu faze (jedna za kretanje ka plusu i druga za povratni hod) pa se broj faza sa 6 smanjuje na 4, koliko i treba da bude. Pošto je cilindar izostavljen, razvodnik ne mora biti velikih dimenzija, jer ne služi više za napajanje cilindra, već samo za davanje izlaza u vidu sekundarnih promenljivih na svojim priključcima, i to: izlaz x1 pod dejstvom signala pobuđivanja, a izlaz x2 pod dejstvom signala gašenja. Pošto će u mnogim slučajevima upravljačka kola imati i više memorijskih elemenata potrebno je, da se oni nekako obeleže. To će biti slova sa kraja abecede, kao što su: X, Y, Z itd., pa se istim slovima obeležavaju i ulazni signali. Usvojivši jedan od dva mogućna položaja klipnog razvodnika pozitivnim a drugi negativnim, ulazi se obeležavaju npr. sa X+ i X-, ( to su pobudne promenljive) dok se izlazi iz memorije obeležavaju sa odgovarajućim malim slovima u afirmaciji odnosno negaciji, dakle x odnosno x . Ovi izlazi su sekundarne promenljive. Kombinacija primarnih i sekundarne promenljive već treba da obezbedi, da se ne pojavi ponavljanje istog ulaza za razne izlaze, već da svaka faza ima drugu kombinaciju signala. Ovakvog obeležavanja ćemo se za memorije u daljem i držati (videti sliku 51.).
X+ X-
x x
Slika 51. Obeležavanje memorije Iz dosad rečenog se vidi način, kako treba vršiti sintezu sekvencijalnog automata: treba ga, uvođenjem jedne ili više memorija, svesti na kombinacioni automat i tako ga onda rešavati. To znači, da će broj polja u V-K mapi biti 2n+m gde je n broj cilindara a m broj uvedenih memorijskih elemenata. Potreban broj memorijskih elemenata proizilazi sam od sebe tokom samog rada pomoću V-K mape. U našem slučaju će se očigledno uvođenjem samo jedne memorije moći izvršiti diskriminacija (razlikovanje) signala a ⋅ b u 2. i u 4. fazi (nema više parova ponavljanja).
- 101 -
Naime, prvoj kombinaciji ćemo dodati konjuktivno sekundarnu promenljivu x , a drugoj kombinaciji sekundarnu promenljivu x. Tada kombinacija signala glasi: 1. faza 2. faza 3. faza 3′ . faza 4. faza 5. faza
ab x ab x ab x abx abx abx
Posle ponovo dolazi faza 5′ = 1 . Kao što se vidi, ostale su četiri osnovne faze, ali su došle još i dve dodatne i to 3′ za uključivanje memorije i 5 za isključivanje iste. Međutim, vreme između faze 3 i 3′ , kao i između 5 i 5′ = 1 je veoma kratko. Ono iznosi svega desetak milisekundi, koliko je potrebno radi prebacivanja klipa memorijskog razvodnika iz jednog u drugi položaj. Stoga se u kinematskim dijagramima pobuđivanje i gašenje memorije crta mnogo strmijom pravom, no što je ona, koja pokazuje kretanje cilindra (objašnjenje za izgled ciklograma na slici 50.). Radi rešenja našeg zadatka sa slike 48. treba načiniti odgovarajuću V-K kartu. Ona je data na slici 52.
1 =5
,
2 3 X+ , 3 B-
A+ 5 x
a
b
nepobudena memorija
B+ 4
pobudena memorija
A-
X-
Slika 52. V-K karta zadatka Sledi ulazno – izlazna tablica i to u udvostručenom obliku. Cilj udvostručivanja opet ima samo edukativni karakter. Naime, razlike u sekvencijalnom i u kombinacionom pristupu će biti ovako očiglednije. Tablica zadatka (sekvencijalni oblik) Faza slovima 1 2 3 4
ab ab ab ab
Ulazni signal brojčano Dec. ekv. 00 0 10 2 11 3 10 2
- 102 -
Izlaz +
A + B − B − A
Tablica zadatka (kombinacioni oblik) Faza
1 2 3 3′ 4 5 5′ = 1
Ulazni signal slovima brojčano Dec. ekv. 000 0 ab x 100 4 ab x 110 6 ab x abx 111 7 101 5 a bx 001 1 abx 000
ab x
Izlaz
+
A + B + X − B − A − X
0
A
+
Slika 53. Ulazno – izlazna tablica Prva tabela, znači ukazuje na ponavljanje signala dok to kod druge tabele više nije slučaj. Tu se naime uvela memorija X, pa se sada totalno stanje, a to je kombinacija primarnih i sekundarnih promenljivih, razlikuje za svaku fazu. Sledi deo rešavanja, koje se uopšte ne razlikuje od dosad viđenog, za kombinacione automate. No, pošto se ugrađuje memorija, ipak da uradimo sve zajedno. Prvo moramo izraditi »proširenje« ulazno – izlazne tablice, a na osnovu ciklograma sa slike 50.: Faza 1 2 3 3′ 4 5 5′ = 1
A + 1 0 0
B + 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 Poklapanje
Slede V-K mape za svaki signal:
- 103 -
X 0 0 1 sa fazom
+ 0 0 1 0
0 0 0 1 1
a
b
c
1
-
-
-
0
0
0
-
0
-
1
-
c
A+ = x
a
b
0
-
1
0
0
0
0
0
0
-
0
1
c
B+ = a x
A- = b x
a
b
c
B- = x
a
b
c
a
b
a
b
0
1
0
-
0
-
0
-
-
1
0
0
c
X+ = b
X- = a
Slika 54. V-K mape Pa je logička šema sledeća:
m a a
A+
& XX+
x x
b
B-
&
b Slika 55. Logička šema Konačno, dobijena funkcionalna šema je:
- 104 -
B+
A-
Cilindar A
m a
A+
A-
a
a
a
a x
ax
Xx x
Cilindar B b B+
B-
b
b
b
X+ b
x bx
Slika 56. Funkcionalna šema Sa ove funkcionalne šeme se, znači lepo vidi, da je uloga memorijskog elementa ustvari ista kao jedne skretnice. Ona se aktivira i deaktivira pomoću primarnih varijabli, dok iz nje izviru sekundarne promenljive, koje se koriste za aktiviranje razvodnika cilindara. Samim tim, smatram da je suvišno dalje detaljisati ovu proceduru, pa stim i završavamo prikazivanje sinteze sekvencijalnih automata. Dakako, ovakvi zadaci mogu biti i mnogostruko složeniji, ali što se tiče suštine, ona ostaje ista. Mogu se naprimer javiti potrebe za većim brojem memorije. U tom slučaju se one posebno, jedan po jedan, postavljaju, uključuju i isključuju itd. Zadatak je u tom slučaju stim složeniji što ima više posla, ali je osnova ista. Treba više pažnje i strpljenja za njihovo rešavanje ali je uspeh zagarantovan ako je ovo, do sada izneto shvaćeno i uvežbano. A što se tiče vežbanja, evo, postavite sebi neke zadatke (ciklogramom), gde je potrebna memorija ili više njih, pa ih rešite.
- 105 -
6. Neki konkretni primeri iz prakse Konačno, da vidimo i neke konkretne primere iz prakse, gde se ovakvi sistemi koriste prilično često, mada se to možda i ne vidi. Bolja formulacija bi bila, da se do sada nismo našli sa njima, ali i to bi bilo pogrešno. Videli ste ih, samo ih niste prepoznali, pošto ih niste znali. No, sad kad nam je poznat pneumatski energetski i upravljački sistem u celini, možemo očekivati da ćemo prilikom naših poseta nekom pogonu primetiti i ove »propratne« ili »uslužne« pneumatske sisteme. Evo nekih primera. 6.1. Uređaj za čišćenje, odmačćivanje ili farbanje delova Potrebno je sastaviti sistem za upravljanje »mešalicom« prikazanom na slici 57., koja se sastoji od jedne korpe za nošenje delova za farbanje, od jedne posude (bazena) sa tečnošću za obradu i od jednog cilindra za vršenje zadatka.
cilindar
tecnost
korpa Slika 57. Uređaj za čišćenje i farbanje radnih predmeta Jedan cilindar je sasvim dovoljan, pošto je zadatak da se korpa zagnjuri u tečnost i da se izvadi iz nje. To uopšte ne bi ni bio problem, pošto bi ciklogram bio veoma jednostavan sa jednim pokretom A+ i odmah zatim sa pokretom A-. Eventualno, mogli bi da uvrstimo čak i jedno zadržavanje korpe u bazenu (elementom kašnjenja). No, zadatak ipak nije tako jednostavan. Naime, za dobar efekat farbanja ovom metodom je potrebno, da se komadi zagnjure i vade, a ovaj proces da se ponavlja više puta. Tako će se i najmanja porica na površini komada ispuniti farbom. Na ovaj način se farbaju inače sve automobilske karoserije u nemačkoj, pa i u svetu, jer je antikoroziona zaštita veoma značajna.
- 106 -
Recimo da je potrebno komad zagnjuriti i izvaditi četiri puta da bi bili sigurni u postizanju cilja. Ciklogram kretanja cilindra bi bila, znači:
A a a t mešanje START
KRAJ
t
Kako rešiti problem sa određenim brojem istovetnih pokreta do završetka ciklusa? Mogli bi ubaciti jedan brojač, ali bi to poskupeo sistem. Lakši i jednostavniji način će biti sledeći: Stavićemo u logiku jedan memorijski element sa jednim elementom kašnjenja (vidi sliku 58), gde ćemo vreme kašnjenja namestiti na vrednost koje je potrebno za izvršenje tri pokreta, plus određeno kratko vreme. Tako ćemo postići sledeći efekat: memorijski element, koji ima ulogu isključenja sistema, biće uključena (Setovana) sve vreme trajanja tri pokreta plus ono malo dodato vreme, a zatim će se isključiti (Clear). Time ćemo prekinuti prenos signala za početak pokreta za potapanje, a time i odrediti kraj ciklusa. Za podrobnije objašnjenje rešenja pogledajte pažljivo sliku 58. START
Set
b Cilindar B
Clear
b
Slika 58. Funkcionalna šema sistema
- 107 -
6.2. Sistem upravljanja autobuskim vratima Sledeći zadatak je da se sastavi sistem za upravljanje otvaranjem i zatvaranjem vrata na autobusima. Kao raešenje se može predpostaviti slučaj koji smo već videli u dosadašnjim razmatranjima, naime da se ugradi poseban prekidač za otvaranje i poseban za zatvaranje, ali to bi bilo loše rešenje. Zašto? Iz bedbednosnih razloga. Naime, rukovaoc, u našem slučaju šofer, mora imati mogućnost trenutačnog prekidanja toka izvršenja tekuće naredbe i izdavanja suprotne naredbe. Zamislimo samo slučaj kada se neko od putnika priklješti u vratima prilikom zatvaranja. Vozač mora sa pritiskom na isti taster, sa kojim je izdao naredbu za zatvaranje vrata i da izda naredbu za otvaranje. Mogao bi koristiti i drugi taster, no u tom slučaju bi bilo potrebno određeno vreme za premeštanje prsta na odgovarajuće mesto. Za to vreme se zatvaranje može završiti, a šta se dešava pri tome sa putnikom, možemo zamisliti. Drugo pitanje su brzine otvaranja i zatvaranja. Njihova različitost se rešava na poznat način, pomoću dva prigušna ventila na razvodniku za snabdevanje cilindra. Konačno rešenje ćemo dati samo u obliku funkcionalne šeme (slika 59), dok se objašnjenje prepušta Vama.
m Slika 59. Pneumatski sistem za rukovanje autobuskim vratima
- 108 -
6.3. Uređaj za bimanuelno upravljanje Sledeći, a u našem kursu i zadnji zadatak, koji se mora rešiti je tzv. bimanuelno upravljanje. O čemu se radi? U praksi se možemo susretati sa izvršnim organima (mašinama) pneumatskog ili češće hidrauličkog pogona, koji imaju ulogu sečenja, presovanja ili sl. Kod takvih mašina je obavezo korišćenje sigurnosnih uređaja, koji štite rukovaoca od ozleda. Možemo predpostaviti težinu neke ozlede na presi, ako se slučajno ostavi ruka o radnoj zoni. Zaštitni uređaj možemo ubaciti u obliku rešetke koja se spušta pre uključivanja prese, no to rešenje iziskuje posebne uređaje za pokretanje rešetke. Jednostavnije je da se definiše sistem za izdavanje naredbe pomoću dva prekidača. Zato se i sistem zove bimanuelni. No, sam broj prekidača još nije dovoljan, naime ta dva prekidača se mogu pritisnuti i s jednom rukom, ako su preblizu jedan drugom. Tako je jasno da se oni moraju postaviti na udaljenost veći od širine šake. Ali, ni to ne daje potpunu sigurnost ako se ostavi mogućnost fiksiranja jednog i "dopritiskivanja" drugog prekidača. Rukovaoci bi se tog rešenja sigurno setili, pa bi bimanuelno pretvorili u čisto manuelni. Glavni nam je zadatak to, da se sistem sastavi tako, da se od rukovaoca zahteva pritiskanje dva prekidača istovremeno. No, taj pojam istovremenosti se shvata realno kao, pritiskanje dva prekidača sa veoma malom vremenskom razlikom. Ta razlika je otprilike deseti deo sekunde. Znači, sistem će se pokrenuti samo ako se dva prekidača pritisnu oba u intervalu vremena od 0,1 sec. Na slici 60. se to vreme namešta na elementu kašnjenja I. No, ako mi dopustite, ne bi se dublje upustio u objašnjavanje funkcionisanja datog sistema, nego bi vam to ostavio za "domaći". Inače, jedno zanimljivo pitanje bi vam takođe ostavio za razmišljanje: čemu služi element za kašnjenje II ?
a A+ kašnjenje I a+b
A-
b kašnjenje II ab
Slika 60. Funkcionalna šema pneumatskog sistema za bimanuelno upravljanje
- 109 -
7. Završne napomene Evo nas na kraju kursa iz pneumatike. Na kraju bi vam obratio pažnju na neke sitnice. Kao prvo, sa ovim stečenim znanjem iz ovog predmeta imate osnove. Nadgradnju na ove osnove morate steći Vi sami. Naime, nadgradnja se svakim danom razvija u svetu, pa u slučaju da se nađete sa nekim zadatkom, moraćete malo da se pozabavite i raznim savremenim rešenjima. No, sagledavanje tih rešenja Vam neće zadavati nikakve teškoće ako ste savladali osnove. A kao drugo: nadam se da sa ovim stečenim znanjem, u buduće kad se sretnete sa nekim pneumatskim sistemom, bilo u nekoj fabrici, autobusu itd. prepoznaćete je i znati sve o njegovom funkcionisanju. Sledeći korak koji ćemo načiniti je druga oblast Fluidne tehnike, a to je HIDRAULIKA.
- 110 -
