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