VDMA metoda

Načelo VDMA metode

Kad je gibanje naprave opisano skraćenim zapisom i dijagramom put–korak, treba odlučiti kako će signali graničnih ventila pokretati razvodnike. Najizravniji odgovor daje VDMA metoda. Naziv je kratica njemačkog udruženja proizvođača strojeva i postrojenja, a u literaturi se ista metoda zove i izravno upravljanje ovisno o putu. Njezino je načelo jednostavno: signal ide izravno od graničnog ventila koji javlja kraj jednog pomaka na pilot razvodnika koji pokreće sljedeći pomak. Nema memorija, skupina ni dodatnih razvodnika; svaki pomak ima svoj granični ventil i svaki razvodnik snage je bistabilni razvodnik 5/2 s dva pilota.

Projektiranje po VDMA metodi uvijek slijedi isti redoslijed:

1. Zapišite slijed skraćenim zapisom i nacrtajte dijagram put–korak.
2. Za svaki pomak odredite okidni signal: to je granični ventil koji javlja završetak prethodnog pomaka. Za prvi pomak okidni signal je završetak posljednjeg pomaka u ciklusu, povezan ventilom I s tipkalom START.
3. Za svaki okidni signal provjerite traje li još u trenutku kad isti razvodnik treba dobiti suprotnu zapovijed. Ako traje, riječ je o blokirajućem signalu.
4. Uklonite svaki blokirajući signal jednim od rješenja iz ovoga poglavlja.
5. Nacrtajte shemu: cilindri gore, razvodnici snage ispod njih, granični ventili u signalnoj razini, a na klipnjačama označite mjesta aktiviranja.
6. Provjerite shemu tako da „odigrate“ cijeli ciklus korak po korak, uz stanje svakog pilota.

Okidni signali najpreglednije se prikazuju tablicom. Za slijed A+ B+ A− B− ona glasi:

U svakom retku suprotni signal je 0 u trenutku zapovijedi. Slijed A+ B+ A− B− zato se može ostvariti VDMA metodom bez ikakvih dodataka: četiri granična ventila, tipkalo START, jedan ventil I i dva bistabilna razvodnika. Svaki signal nestaje sam od sebe, jer cilindar koji ga daje napušta krajnji položaj prije nego što isti razvodnik zatreba suprotnu zapovijed.

Problem preklapajućih signala

Promijenimo samo redoslijed drugog dijela ciklusa: A+ B+ B− A−. To je upravo početak ciklusa naprave SL-3 — stegni, savij, vrati savijač, otpusti. Okidni signali su sada: A+ ← a0 · START, B+ ← a1, B− ← b1 i A− ← b0. Na slici 3.13 ispod dijagrama put–korak nacrtani su retci tih signala, a puna traka pokazuje kada je pojedini granični ventil aktiviran.

Pogledajmo korak 3, u kojem B treba krenuti natrag. Signal b1 dolazi na pilot 12 razvodnika B, ali na njegovu pilotu 14 još uvijek je signal a1, jer A je izvučen i drži granični ventil a1 pritisnutim. Na obje strane razvodnika djeluje isti tlak, razvodnik ostaje u zatečenom položaju i cilindar B ostaje izvučen. Naprava je stala. Isto se događa na početku ciklusa: tipkalo START i signal a0 šalju signal na pilot 14 razvodnika A, ali na pilotu 12 je signal b0, jer B je uvučen. Cilindar A uopće ne krene. Takvi signali zovu se preklapajući ili blokirajući signali; na slici 3.13 istaknuta su mjesta na kojima b0 i a1 blokiraju razvodnike.

Kako prepoznati blokirajuće signale bez crtanja cijelog dijagrama? Za svaki pomak X− potražite signal koji pokreće X+ i pitajte se: je li cilindar koji taj signal daje još u istom položaju kad X treba krenuti natrag? Ako jest, signal blokira. Isto vrijedi obrnuto, za X+ i signal koji pokreće X−. Za A+ B+ B− A− odgovor je „da“ dvaput: a1 pri B− i b0 pri A+. Za A+ B+ A− B− odgovor je uvijek „ne“. Slijedovi u kojima se cilindri vraćaju obrnutim redoslijedom od izvlačenja, npr. A+ B+ B− A− ili A+ B+ C+ C− B− A−, u pravilu imaju blokirajuće signale.

Rješenja: kako skratiti blokirajući signal

Sva rješenja imaju isti cilj: blokirajući signal mora nestati prije nego što stigne suprotna zapovijed. Signal ne smije trajati dok cilindar stoji u krajnjem položaju, nego samo kratko, koliko je dovoljno da prebaci razvodnik. Na slici 3.14 prikazan je signal a1 iz slijeda A+ B+ B− A− za obični granični ventil i za tri načina skraćivanja.

Granični ventil s preklopnom ručicom (valjčić sa zglobnom ručicom, jednosmjerni valjčić) aktivira se samo kad nastavak klipnjače prelazi preko njega u jednom smjeru. U suprotnom smjeru ručica se preklopi i ventil se ne prebaci. Ventil se postavlja malo prije krajnjeg položaja, tako da ga nastavak pritisne dok prolazi i zatim otpusti. Dobiva se kratki impuls upravo u trenutku kad cilindar stiže u krajnji položaj. To je najjednostavnije i najjeftinije rješenje, pa je najčešće u VDMA shemama. Nedostaci su mu da signal nastaje malo prije stvarnog krajnjeg položaja, da je impuls kratak i ovisan o brzini klipnjače te da se nakon zastoja u tom položaju signal ne može ponoviti.

Vremenski skraćen signal dobiva se tako da se izlaz običnog graničnog ventila vodi kroz vremenski član s kašnjenjem ukapčanja i razvodnikom 3/2 u mirovanju otvorenim. Signal odmah prolazi na pilot, a nakon namještenog vremena, npr. 0,2 s, vremenski član ga prekine. Granični ventil tada može biti u pravom krajnjem položaju, a trajanje impulsa ne ovisi o brzini klipnjače. Cijena je jedan vremenski član po blokirajućem signalu i potreba za namještanjem.

Razvodnik za isključivanje je bistabilni razvodnik 3/2 koji napaja granični ventil s blokirajućim signalom. Jedan signal u ciklusu ga uključi, a drugi, prije suprotne zapovijedi, isključi, pa granični ventil ostaje bez zraka iako je pritisnut. Za a1 u slijedu A+ B+ B− A− razvodnik za isključivanje uključuje signal a0 · START, a isključuje signal b1. Da ne bi nastala utrka između isključivanja a1 i zapovijedi B−, zapovijed B− ne vodi se izravno iz b1, nego s drugog izlaza istog razvodnika, koji dobiva tlak tek kad je napajanje a1 prekinuto. Ovo rješenje je pouzdano i ne ovisi o brzini, a upravo tako, proširen na više blokirajućih signala, radi kaskadna metoda iz jedinice 3.5.

Primjer s dva cilindra: A+ B+ B− A−

Na slici 3.15 prikazana je cijela VDMA shema za slijed A+ B+ B− A−, u kojoj su oba blokirajuća signala uklonjena graničnim ventilima s preklopnom ručicom. Cilindar A je 1A1, a cilindar B 2A1. Granični ventil 1S3 (a1) aktivira se samo pri izvlačenju klipnjače A, a 2S1 (b0) samo pri uvlačenju klipnjače B, što je na klipnjačama označeno malim strelicama. Granični ventil 1S2 (a0) u početnom je položaju pritisnut, pa je nacrtan aktiviran.

Ciklus se odvija ovako. U početnom položaju tlak je na izlazu 1S2 (a0). Kad radnik pritisne 1S1, ventil I 1V2 propusti signal na pilot 14 razvodnika 1V1 i A se izvlači; pilot 12 je bez tlaka, jer preklopna ručica 2S1 nije pritisnuta. Pri dolasku u prednji položaj nastavak klipnjače A prijeđe preko 1S3 i kratkim impulsom prebaci 2V1, pa se B izvlači. Kada B stigne naprijed, 2S2 (b1) prebaci 2V1 natrag i B se uvlači — to je sada moguće, jer impuls a1 je već nestao. Pri uvlačenju B prelazi preko 2S1, čiji impuls na pilot 12 razvodnika 1V1 vraća cilindar A. Kad A stigne u stražnji položaj, 1S2 je ponovno pritisnut i naprava čeka novi start.

Brojimo elemente: dva cilindra, dva bistabilna razvodnika 5/2, pet signalnih ventila (tipkalo i četiri granična ventila, od toga dva s preklopnom ručicom) i jedan ventil I. To je gotovo najmanji mogući broj elemenata za ovaj slijed, što je glavna prednost VDMA metode. Brzinu obaju cilindara u stvarnoj izvedbi namještate prigušno-nepovratnim ventilima na odvodu, koji su u shemi izostavljeni radi preglednosti.

Primjer s tri cilindra: naprava SL-3

Za tri cilindra postupak je isti, samo s više redaka. Ciklus naprave SL-3 je A+ B+ B− A− C+ C−, a okidni signali su: A+ ← c0 · START, B+ ← a1, B− ← b1 (uz zadržavanje 1 s), A− ← b0, C+ ← a0 i C− ← c1. Dijagram sa signalima na slici 3.16 pokazuje tri blokirajuća signala.

• b0 pri A+: signal b0 pokreće A−, a na početku ciklusa B je uvučen, pa b0 drži pilot 12 razvodnika A i blokira A+.
• a1 pri B−: signal a1 pokreće B+, a A je još izvučen kad B treba natrag.
• a0 pri C−: signal a0 pokreće C+, a A je uvučen i kad C treba natrag.

Signal c0 pri A− nije blokirajući, jer je u ventilu I spojen s tipkalom START, koje radnik otpušta čim ciklus krene. Ako bi se START zamijenio preklopkom za neprekidni rad, i taj bi signal trebalo provjeriti. Za SL-3 bi, dakle, trebala tri granična ventila s preklopnom ručicom: b0 aktiviran pri uvlačenju B, a1 pri izvlačenju A i a0 pri uvlačenju A.

Tu se vidi granica VDMA metode. S tri kratka impulsa, od kojih svaki ovisi o točnom namještanju i brzini klipnjače, pouzdanost naprave pada: dovoljno je da se cilindar zbog pada tlaka zaustavi tik prije preklopne ručice i ciklus stane bez vidljivog razloga. Za usporedbu, slijed A+ B+ C+ A− B− C− s istim cilindrima nema nijednog blokirajućeg signala i idealan je za VDMA metodu, a slijed A+ B+ C+ C− B− A− ima ih četiri. Kao praktično pravilo možemo reći: VDMA metoda je prikladna za slijedove s dva ili tri cilindra i najviše jednim ili dva blokirajuća signala. Za SL-3 pouzdanije je rješenje kaskadna ili taktna metoda iz jedinica 3.5 i 3.6.

Računski prikaz: koraci, blokirajući signali i ciklus

Odaberite slijed gibanja. Računski prikaz određuje okidne signale po VDMA načelu, provjerava za svaki razvodnik je li suprotni signal prisutan u trenutku zapovijedi i broji blokirajuće signale. Iz prosječnog vremena koraka i dodatnog vremena za ručni rad računa trajanje ciklusa. Tipkalo START smatra se kratkim impulsom.

t_c = n · t_k + t_r

Za slijed naprave SL-3 dobivaju se šest koraka i tri blokirajuća signala: b0 pri A+, a1 pri B− i a0 pri C−. Uz prosječno vrijeme koraka 0,9 s, u koje je uračunato i zadržavanje cilindra B, gibanja traju 5,4 s, a uz 6,6 s ručnog rada ciklus traje 12,0 s, odnosno 5 ciklusa u minuti — isto kao u jedinici 3.1. Odaberite slijed A+ B+ A− B−: broj blokirajućih signala pada na nulu. Za A+ B+ C+ C− B− A− raste na četiri, što je jasan znak da taj slijed ne treba projektirati VDMA metodom.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V11 VDMA metoda s dva cilindra — blokirajući signal · 2 sata
• V12 VDMA metoda s tri cilindra — blokirajući signal · 2 sata