Post on 14-Apr-2018
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
1/18
PNEUMATIKA,
PNEUMATSKO UPRAVLJANJEI ELEKTROPNEUMATIKA
II dio predavanja iz
Pneumatike & hidraulike
Joko Petri
PNEUMATIKA
Uvod Fizikalne osnove
Priprema stlaenog zraka
Elementi
Pneumatsko upravljanje
Elektro-pneumatika
Uvod
Pneumatika mehanika kompresibilnih fluida.Bavi se uporabom stlaenog plina kao izvoraenergije.
Razliiti pristupi promatranja sline stvari:
pneumatika (jednodimenzionalni pristup koncentrirani parametri (lumped)
aerodinamika (viedimenzionalni pristup - parametriraspodijeljeni u prostoru)
akustika (i muzika) - prouavanje valnog gibanja irezonantnih komora
Uvod, osnovne znaajke pneumatike
Kompresibilnost najvie odreuje pneumatiku
Zrak: 0.2 % kompresije prirast p = 0.002 bar(modul stiljivosti= Vp/V = 1 bar)
Ulje: 0.2 % kompresije p = 24 bar (= 12.000bar)
elik: 0.2 % kompresije p = 4200 bar (=210104 bar)
Uvod, osnovne znaajke pneumatike
Osnovna posljedica ove fizikalne znaajke jest da se u fiksnom
volumenu ili temperatura ili masa plina (ili oboje) trebaju
promijeniti da se promijeni tlak.
Primjer 1: otvaranjem ventila optereeni cilindar nee se pomaknutiodmah. Treba proi neko vrijeme da ue dovoljno plina da poraste tlak
dovoljan da pomakne teret. To je razliito od hidraulike, gdje tlak raste
praktiki odmah kao posljedica ak i najmanjeg otvora ventila zato je lako
realizirati pneumatske elemente sa vremenskim kanjenjem.
Krutost pneumatskog aktuatora koji dri neki promjenljivi teret je mala (da
bi se to kompenziralo trebao bi biti veliki aktuator, ili veliki servoventil).
Primjer 2: razlika pneumatskog i hidraulikog zatvaraa (priguivaa)
vrata.
Uvod, osnovne znaajke pneumatike
Druga posljedica
kompresibilnosti je velika
mogunost pohrane energije
stlaenog plina.
Trea posljedica jest vei
potreban rad kompresora u
usporedbi sa hidraulikom
crpkom.
p
V
1
2
2V 1V
2p
1p =2
1
]J[dpVWt
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
2/18
Uvod, osnovne znaajke pneumatike
Niska viskoznost plina posljedica je istjecanje (smanjenje
vol. efikasnosti); no otpori strujanja su manji (w = 10 40
m/s; Re > 2300). Takoer slabije je podmazivanje.
Porastom temperature din. viskoznost zraka raste!
Niska gustoa nema hidraulikog udara; malo
potrebno vrijeme za ubrzanje plina.
Uvod, osnovne znaajke pneumatike
Transport (due od hidraulike), skladitenje (boce) i dostupnost
Neosjetljivost na temp. promjene, radijaciju, magn. i el. polja
S igurnost
Ekoloka prihvatljivost
Neosjetljivost na preoptereenje
Velike brzine aktuatora
Odravanje povoljno, cijene elemenata vrlo povoljne zbog
jednostavnosti
npr runi alati su manje mase i manjih vibracija od elektrinih
(Banko, Festo)
Uvod, osnovne znaajke pneumatike
Skupoa stlaenog zraka kao izvora energije posljedica
kompresibilnosti (vei potreban rad kompresora u usporedbi sa
hidraulikom crpkom); hlaenja zbog izdvajanja kondenzata; te
istjecanja.
Stlaivost: buka pri ekspanziji, nemogunost gibanja na malim
brzinama, manja preciznost, ogranienje sila
Uvod: povijest i primjena
Katapult (prvi cilindri -bronca, Ktesibios)
17. st. Pascal, Boyle, Papin, Toricelli, ..
18. st. Diderotova Tehnika enciklopedija pneumatsko oruje i
ureaji
19. st. industrijalizacija i graevinarstvo (sjekai, buenje tunela
(CH, 13km tunela u 4 god. sa 9 builica na lokomotivi), nabijai
pijeska u ljevarstvu, lokomotive pogonjene zrakom, zrana pota za
prijenos telegrama (NY 1876.).
Primjena: automatizacija (komadna industrija!,; zadaci stezanja,
pomicanja, pozicioniranja, pritezanja, itd...). Osim toga primjena kod
radnih alata (runih!); medicinske tehnike; mobilne pneumatike
(konice, ovjesi, otvaranje vrata ili zaklopki,..); te za ostale namjene
(prenosila i dizala, zrana (u cjevovodima) pota; regulacija u
procesnoj industriji)
Poizvoai: SMC, Festo, Knorr-bremse, ..
Pneumatske konice za teka vozila
Pneumatska shema sustava koenja
A priprema i spremanje stlaenog zraka;
B sustav radne konice;
C sustav rune konice;
D sustav za spajanje prikljunog vozila;
VA prednja osovina
HA stranja osovina
Pneumatske konice za teka vozila
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
3/18
Uvod: veliine i izrazi
Tlak:
niski (do 1 bar, mjerna tehnika, regulacija) normalni (do 10 barabs, obino 6-10; industrijska pneumatika)
visoki (preko 10 barabs, npr. 16 bar; prihvatnice, pree)
1 bar = 10*5 Pa (hPa; mbar; ..)
1 at = 0,981 bar (tehnika at)
Uvod: veliine i izrazi
Volumenski protok:
ovisi o tlaku i temperaturi, stoga je potrebno definiratineko normirano stanje
fizikalno: TN= 273.15 K (0 C);pN= 1.01325 bar;
plinska konstantaRN= 287 J/kg K;
0% rel. vlanosti
VN= normirani volumen [Nm3], volumen koji zrak
zauzima pri normiranom stanju
Uvod: veliine i izrazi
Zakoni:
Boyle-Mariotteov (pV=konst)
Charlesov (V/T=konst)
Amontonsov (p/T=konst)
Daltonov (tlak smjese plina = sumi parc. tlakova)
Amagatov (volumen ..)
Avogadrov (broj molekula ..)
Poissonov (adijabatski proces)
Uvod: veliine i izrazi
Jednadba stanja idealnog plina:
Promjene stanja idealnih plinova:
Izobara (p=konst, n=0)
Izohora (v=konst, n=)
Izoterma (T=konst, n=1)
Adijabata (n=)
TmRpV =
Uvod: veliine i izrazi
Maseni protok kompresibilnog plina kroz prigunicu:
Gdje je koeficijent istjecanja :
TRpAm uv
2=&
=
>
=
+
cru
d
cru
d
u
d
u
d
rp
pa
rp
pa
p
p
p
p
z484.0
z1
max
12
Uvod: veliine i izrazi
pd Tlak iza prigunice
u Tlak ispred prigunice
Eksponent adijabate (1.4) rcr Kritini omjer tlaka (0.528)
R Plinska konstanta 287 J/kg K
Komentar: za nadzvunu brzinu protoka zraka, brzina
raste, no maseni protok ne!
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
4/18
Uvod: priprema zraka
M
Filter FilterKompresor Hladnjak Susac Spremnik
Potrosaci
Kompresori
KOMPRESORI
DINAMICKI ISTISKIVAJUCI
RADIJALNI AKSIJALNIKLIPNI
(CIKLICKI)ROTACIJSKI
JEDNORADNI DVORADNI MEMBRANSKI
LAME LAS TI VI JC ANI PUZ NI P RS TE NAS TI R OO TS- ov
Kompresori
Klipni koriste ulje, manje dobave
jednoradni
dvoradni
Membranski bez ulja
Rotacioni
o lamelasti
o vijani
o Root
Dinamiki (turbo-kompresori) bez ulja
radijalni
aksijalni za najvee dobave
Kompresori, klipni
jednoradnidvoradni
Kompresori, membranski Kompresori, lamelasti
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
5/18
Kompresori, vijani Kompresori, Root-ov
Kompresori, radijalni Kompresori, aksijalni
Kompresori,
podruja uporabeCilindri,
bez klipnjae
S rasporom
S trakom
Sa sajlom
magnetski
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
6/18
Cilindri, bez klipnjae s rasporom
Preciznost: 0.2 mm
Brzina do 2 m/s
Ubrzanje do 1.5 g
Cilindri, zakretni Hvataljke
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
7/18
Specijalni cilindri
Stezni cilindri
Pneumatski miii
RazvodniciVakumski elementi
Zaporni ventili, naizmjenino zaporni
ILI ventil
Zaporni ventili, naizmjenino zaporni
ILI ventil, shema
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
8/18
Zaporni ventili, uvjetno zaporni
I ventil
Zaporni ventili, uvjetno zaporni
I ventil, shema
Zaporni ventili, brzoispusni ventilZaporni ventili, brzoispusni ventil,
shema
Elementi s vremenskim zatezanjem
(kanjenjem) kanjenje pri ukljuivanju
Elementi s vremenskim zatezanjem
(kanjenjem) kanjenje pri iskljuivanju
Kanjenje pri ukljuivanju i iskljuivanju
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
9/18
Priguivai udara, amortizeri
ACE (shock absorbers & dampers)
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Podjele upravljanja: Prema nainu aktiviranja aktuatora:
Ovisno o volji operatera
Ovisno o putu
Ovisno o vremenu (elementi sa vremenskimdjelovanjem)
Kombinirano
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE, podjele
Prema djelovanju impulsa:
Porastom tlaka (+)
Padom tlaka (-)
Prema tijeku radnje:
Slijedno upravljanje (slijedea radnja zapoima
zavretkom prethodne veina problema)
Programsko upravljanje (prema nekom
programu)
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Osnovni problem jest rjeavanje tzv. blokirajueg
signala, ili prekrivajueg signala ili mirujueg
impulsa.
To je trajni impuls, koji se pojavljuje sa jedne
strane glavnog razvodnika, a traje i u momentu
kada se sa pojavljuje impuls i sa druge strane, te se
razvodnik ne moe postaviti u novi poloaj.
Dakle, takav signal treba eliminirati.
To je problem kojim se bave metode pneumatskog
(ali i elektrinog) upravljanja.
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE,
Eliminacija blokirajueg signala vri se:
Potiskivanjem blokirajueg signala jaim
(razvodnici sa razliitim upravljakim povrinama;
dodatavanjem regulatora tlaka)
Ponitavanjem blokirajueg signala
Koritenjem posebnih elemenata (sa kratkim izlaznimsignalom (VDMA metoda (Verein Deutscher Maschinenbau Anstalten(Udruganjemakih strojograevnih organizacija) ); vremenskih elemenata saskraenjem signala)
Koritenjem posebnih veza meu elementima(kaskadne metode; metode korak po korak ili taktnemetode, ..)
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE, Primjer
Zadatak gibanja 2 cilindara dan je dijagramomput-korak(slian je
dijagramput-vrijeme, koji se isto moe koristiti)
1 2 3 4 5
1
1
0
0
1.0
2.0
2.2
2.3
1.3
1.2S
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
10/18
1.0 2.0
1.1
1.2 1.3
2.0
2.2 2.3
1.2 2.2 1.3 2.3
P R
AB
R R RR
R
A
AAAA
PPPP
P
B
Start
R
A
P
1.0 2.0
1.1
1.2 1.3
2.0
2.2 2.3
1.2 2.2 1.3 2.3
P R
AB
R R RR
R
A
AAAA
PPPP
P
B
Start
R
A
P
1 2 3 4 5
1
1
0
0
1.0
2.0
2.2
2.3
1.3
1.2S
1.2
1.3
2.2
2.31
1
1
1
0
0
0
0
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE,
Potiskivanje blokirajueg signala jaim
Asimetrine upravljake povrine razvodnika
Koritenje regulatora tlaka
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE,
Ponitavanje blokirajueg signala
koritenjem posebnih elementa: VDMA metodakoristi razvodnike sa zglobnim ticalom sa kotaiem.
Takve razvodnike aktivira klipnjaa (ili neki drugi pokretni
predmet) u jednom smjeru gibanja, dok u drugom smjeru
kotai preskoi, tj. ne moe se aktivirati. Postoje i
druge vrste ticala sa preskokom.
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE,
Ponitavanje blokirajueg signala
Vremenski elementi sa skraenjem signala
PNEUMATSKO UPRAVLJANJE,
Ponitavanje blokirajueg signala
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
11/18
Start
R
A
P
1.0 2.0
1.1
1.2 1.3
2.0
2.2 2.3
1.2 2.2 1.3 2.3
P R
AB
R R RR
R
A
AAAA
PPPP
P
B
Kaskadna metoda upravljanja
Ideja je skinuti sa napajanja one razvodnike(granine prekidae) gdje se pojavljuje blokirajui
signal.
Koriste se kaskade, odnosno kaskadno napajanje
razvodnika
Vie vrsta ove metode
Kaskadna metoda upravljanja, postupak:
1. Ispisuje se redoslijed odvijanja programa (+ izvlaenje
klipnjae, uvlaenje)
2. Redoslijed se upisuje u krugu u smjeru kazaljke sata.
Krug se razdijeli na isjeke u kojima se jedan cilindar
smije pojavljivati samo jednom. Sveki isjeak predstavlja
jednu kaskadu. Iznad oznake cilindra upisuje se oznaka
razvodnika kojeg taj cilindar aktivira.
3. Svaka kaskada upravlja se pomou impulsno upravljanog
(bistabil) razvodnika 4/2. Kaskadni razvodnici povezani
su tako da je samo jedna kaskada moe biti aktivna (pod
tlakom). Broj kaskadnih razvodnika za jedan je manji od
broja kaskada.
Kaskadna metoda upravljanja, postupak:
4. Svaki cilindar (osim onih koji rade istovremeno) aktivira
po dva 3/2 razvodnika sa ticalom ili kotaiem.
5. Posljednji razvodnik 3/2 ukaskadi ne daje impuls za
gibanje slijedeem cilindru, ve aktivira slijedeu
kaskadu. Prethodna kaskada se iskljuuje.
6. Prvo aktiviranje gibanja cilindra u kaskadi vri se
direktno kaskadnim razvodnikom.
7. Razvodnici 3/2 koje aktiviraju cilindri napajani su sa
kaskada, a ne direktno sa napajanja. Napajanjem kaskada
upravljaju kaskadni razvodnici.
Kaskadna metoda upravljanja,
veza izmeu kaskadnih razvodnika
z zz yyy
P P PRRR
AA ABBB
1. k.2. k.3. k.n-tak.
Impuls posljednjegrazvodnika 2.
kaskade
Impuls posljednjegrazvodnika 1.
kaskade
Impuls posljednjegrazvodnika n-te
kaskade
Impulsposljednjeg
razvodnika(n-1)
kaskade
Metoda korak po korak (taktna metoda)
Ideja metode jest dovesti napajanje samo na one
razvodnike koji u tom trenutku rade, odnosno
dozvoliti pojavu signala samo kada je on potreban.
Koriste se impulsni (bistabilni) razvodnici,odnosno memorije, te logiki elementi.
Svaki izlaz iz memorije postavlja (set) jedan uvjet
za ukljuivanje narednog koraka, dok drugi uvjet
dolazi od graninog prekidaa (3/2 razvodnika).
Oba uvjeta idu preko I logikog elementa, te
pokreu slijedei korak. Ujedno izlaz iz memorije
brie (reset) prethodnu memoriju
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
12/18
Metoda korak po korak (taktna metoda)
Dakle, svakim novim upravljakim signalom (koji dolazi od graninih prekidaa,
tj. razvodnika 3/2) uspostavlja se novi izlaz, a taj izlaz upravlja kretanjem cilindra
(ili vie njih ako rade istovremeno) u jednom koraku. I logiki element uvjetuje
slijedei korak postojanjem prethodnog, a novopostavljeni izlaz iskljuuje
prethodni.
Q
QSET
CLR
S
R Q
QSET
CLR
S
RQ
QSET
CLR
S
R Q
QSET
CLR
S
R
1. g.p. 4. g.p.3. g.p.2. g.p.
1. k. 4. k.3. k.2. k.
Metoda korak po korak (taktna metoda)
Metoda je jednostavna, i temelji se na elementima (taktnim
modulima) izraenim upravo za to. Jedan modul slui za
jedan korak, a sastoji se od impulsnog razvodnika kao
memorije i logikog elementa (ili vie njih).
Metoda korak po korak (taktna metoda)
A+ B+ B - A -
A Ba1 a2 b1 b2
a2 b2 b1 a1
Metoda korak po korak (taktna metoda),
primjer
Metoda korak po korak (taktna metoda)
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
13/18
ELEKTROPNEUMATIKA
Elektriki i elektropneumatski osnovni elementi
Elektriki elementi za davanje signala
Kontaktni
kontakti:
radni mirni preklopni
tipkala sa radnim kontaktom runo aktivirana:
opi simbol pritiskom povlaenjem zakretanjem
mehaniki aktivirani krajnji (granini) prekidai
krajnji prekida aktiviran ticalom s
kotaiem
Bezkontaktni
Bezkontaktni senzori su pogodni kada nema na raspolaganju mehani kog kontakta ili sile za
aktiviranje, ako su tei okolni uvjeti, poput vibracija i udaraca, ako je potrebna vea frekvencija
preklapanja, te ako treba dui vijek trajanja.
Bezkontaktni prekida prema Reed principu (Reed-relej)
Induktivni prekida (senzor ili osjetnik)
samo za metale
Kapacitivni senzor
za metale i nemetale
Spoj u istosmj. krugu
K#
SIme prip.
cil.#
Optiki senzori
Predajnik prijemnik u odvojenim kuitima
Predajnik i prijemnik u jednom kuitu + reflektor
Predajnik i prijemnik u jednom kuitu (predmet je reflektor)
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
14/18
Elektriki elementi za obradu signala
R el ejiReleji (potprega) su elektromehaniki elementi koji se prekapaju i upravljaju uzmali utroak energije. Moe se smatrati elektromagnetski pogonjenim prekida emza odreenu preklopnu snagu. Koristi se u upravljakim i regulacijskim namjenamakod postrojenja i strojeva. Prednosti su mu to ima dugi vijek trajanja, nezahtjevnoodravanje, ima kratka vremena prekapanja, te moe prekapati vrlo male, ali ivelike struje i napone.
A relay is an electrically operated switch.An electrically controlled mechanicaldevice that opens and closes electrical contacts when a voltage (or current) isapplied to a coil. A relay provides isolation of control signals from switchedsignals.An electromagnetic switching device.An electrical component used to open and clo se a circuit.
K1
A1
A2
13
14 24
31 4123
32 42
Postoji velik broj izvedbi. Neke od njih su:
Impulsni relej: daljinski upravljani, nakon prestanka upravljakog impulsa
zadravaju zauzeti sklopni poloaj pomou mehanikog zabravljivanja.
Remanentni relej (ili permanentni):sa visokim remanentnim magnetizmom, pa
kotva zadrava poloaj i nakon prestanka upravljakog signala, kaoi nakon
ispada napona. To je relej sa magnetskim samodranjem. Iskljuuje ga
negativni impuls.
Vremenski relej: nakon nekog vremena, koje je podesivo spaja, odnosno
odspaja kontakte.
K1C1
R1
R2
D1
S11 6 1 8
15
tt
0
1
0
1
ULAZ S1
IZLAZ 15-18
Elektropneumatski ventili i pretvornici
2/2 elektromagnetski razvodnik sa runim pomonim aktiviranjem
3/2 elektromagnetski razvodnik sa runim pomonim aktiviranjem
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
15/18
3/2 elektromagnetski razvodnik sa posrednim upravljanjem 4/2 elektromagnetski razvodnik obostrano impulsno upravljan
Pneumatsko-elektriki pretvornicisignala
Osnovni spojevi
Y1
Y1
1
2
3
A
Y1
S1
+ +
S1 K1
K1
13
14
A1
A2
Y1
Y1
1
2
3
A
Y1
S1
+ +
S1 K1
K1
13
14
A1
A2
5
4
Upravljanje dvoradnim cilindrom bistabilnim razvodnikom
Y1
Y1
1
2
3
A
Y1
S1
+ +
S1 K2
K1
13
14
A1
A2
5
4
Y2
S2
Y2
K113
14
Y2
S2
K2A1
A2
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
16/18
Y1
Y1
1
2
3
A
Y1
S1
+ +
S1 K2
K1
13
14
A1
A2
5
4
Y2
S2
Y2
K113
14
Y2
S2
K2A1
A2
S2
Automatsko vraanje cilindra
Serijski i paralelni spoj (logike funkcije)
x1
+
K1
x2
(Y)
x1 x2
(Y)K1 (Y)K1
I ILI NE
x1
Pneumatska realizacija jestsa uvjetno zapornim (I a to moe bitii serijski spoj dvaju
3/2 ventila), te naizmjenino zapornim (ILI)ventilima, te dva3/2 ventila koje tvore
negaciju.
Y
x1 x2
Y
x1 x2
1
2
3
x1
Y
2
1 3
Spoj samodranja
UKLJ.
+
K1A1
A2
K114
13
ISKLJ. ISKLJ.
UKLJ.
K1A1
A2
K114
13
DominirajuceUKLJUCENO
DominirajuceISKLJUCENO
Primjer upravljanja dvoradnog cilindra sa monostabilnim 5/2 razvodnikom pomou spoja
samodranja.
Y1
Y1
1
2
3
A
+
S1
5
4
K1A1
A2
K114
13
S2
K123
24
Sloeni spojevi
Metoda korak po korak
Aktualni korak uspostavlja uvjet (set) za slijedei, a ukida prethodni (reset).
Koristi se spoj samodranja. Dodatni signal dolazi od krajnjeg (grani nog)prekidaa, ili nekog drugog elementa, preko serijskog spoja (I logika).
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
17/18
Yn
+
G.P.1
Kn
Kn
Kn+1
Kn-1
KnKn+1
Kn+1
Kn
G.P.2
Kn+2
Yn+1
Kn+1
Postavi
Posta
vi
Postavi
Brii
Brii
Brii
n. korak n+1. korak
I I
Primjer 1: ureaj za zakivanje
Primjer 1: ureaj za zakivanje
Rjeenje pomouelektrine kaskadnemetode
Primjer 2: ureaj za savijanje
Primjer 2: ureaj za savijanje
Rjeenjepomouelektrinetaktne metode
Primjer 3: ureaj za rezanje vrpce
Elektrina taktna metoda(monostabilni razvodnici)
7/29/2019 Pneumatika i Pneumatsko Upravljanje
18/18
Primjer 3: ureaj za
rezanje vrpce
Kontakt plan (ladder): oblik programiranja PLC-apomou univerzalnih simbola kontakata.Kontaktni plan identian je relejnoj shemi taktnemetode.