Kombinacija metoda

Zašto i kada kombinirati metode

VDMA, kaskadna i taktna metoda rješavaju isto pitanje: kako iz slijeda gibanja dobiti upravljanje bez blokirajućih signala. U udžbeničkim primjerima dovoljno je odabrati jednu od njih. U pogonu naprava ima i načine rada, zaustavljanje, sigurnosne funkcije, zadržavanja i uvjete tlaka, a slijed katkad sadrži ponovljena gibanja ili dijelove koji se izvode usporedno. Tada se metode kombiniraju: svaka se koristi ondje gdje je najjača, a spojna mjesta među njima jasno se definiraju.

Kombiniranje nije improvizacija. Glavni slijed i dalje se gradi jednom metodom, jer bi dvije ravnopravne metode u istoj shemi otežale praćenje signala. Ostale funkcije dodaju se na točno određenim mjestima: na početku ciklusa (START i načini rada), na prijelazima između koraka ili grupa (vremenski i tlačni uvjeti), na dovodu zraka (NOT-AUS) i na naredbama (ventili ILI za ponovljena gibanja).

Za napravu SL-3 kombinacija izgleda ovako: glavni slijed rješava se kaskadom s dvije grupe (jedinica 3.5); prijelaz na grupu II dopunjuje se zadržavanjem i provjerom tlaka savijanja; start se proširuje načinima rada; dovod zraka dobiva pneumatski ispust za NOT-AUS.

Dodatni uvjeti: START, jedan ciklus, neprekidni rad i STOP

Signal koji pokreće prvo gibanje ciklusa u osnovnoj shemi dolazi s tipkala START. U stvarnoj napravi taj se signal sastavlja od nekoliko uvjeta:

• Početni položaj (PP). Ciklus smije krenuti samo kad su svi cilindri u početnom položaju. Za SL-3 to je PP = a0 · b0 · c0, a ostvaruje se serijskim spajanjem graničnih ventila ili ventilima I. Uvjet sprječava start ako je, na primjer, izbacivač C ostao izvučen.
• Jedan ciklus. Kratki pritisak na START izvodi točno jedan ciklus. Budući da START sudjeluje samo u prvom koraku, držanje tipkala ne smije pokrenuti drugi ciklus: zato se START u kaskadi ugrađuje na mjesto na kojem je ciklus već završen i čeka, a ne u signal za prebacivanje.
• Neprekidni rad (NR). Tipkalo NR postavlja memoriju (impulsni razvodnik 3/2 ili 5/2). Njezin izlaz preko ventila ILI zamjenjuje START, pa se ciklus ponavlja sve dok je memorija postavljena.
• STOP. Tipkalo STOP briše memoriju neprekidnog rada. Tekući ciklus normalno se dovršava, a naprava staje u početnom položaju. STOP je, dakle, radno zaustavljanje na kraju ciklusa, a ne sigurnosna funkcija.

Logika je prikazana na desnoj strani slike 3.7.2: START ILI memorija NR, zatim I s uvjetom početnog položaja, i tek tada početak ciklusa. Isti blok stavlja se ispred prvog koraka u VDMA shemi, ispred prvog gibanja grupe I u kaskadi ili na ulaz potvrde prvog modula u taktnom lancu. Zato je dodatni uvjet neovisan o metodi i lako se prenosi s jedne naprave na drugu.

Neprekidni rad pri taktu od 12 s (5 ciklusa na minutu) znači da poslužitelj ulaže lim u razmaku od nekoliko sekundi. Ako se lim ulaže rukom u zonu stezanja, neprekidni rad dopušten je samo uz zaštitu (npr. svjetlosnu zavjesu ili zaštitna vrata s blokadom); inače se radi u načinu jednog ciklusa s dvoručnim uključivanjem.

NOT-AUS i pneumatski ispust

NOT-AUS (zaustavljanje u nuždi) mora djelovati uvijek, u svakom koraku i u svakom načinu rada, i ne smije ovisiti o logici slijeda. U čisto pneumatskom upravljanju najčešće se izvodi kao pneumatski ispust: odmah iza pripremne grupe ugrađuje se razvodnik 3/2 s gljivastim tipkalom koje ostaje zaključano nakon pritiska (lijeva strana slike 3.7.2). U normalnom radu razvodnik propušta zrak od 1 prema 2. Pritiskom na gljivu prekida se dovod (1 zatvoren), a cijeli sustav iza njega odzračuje se kroz priključak 3. Cilindri gube silu, a signalna mreža ostaje bez tlaka.

Odzračivanje nije uvijek najsigurniji položaj, i to se mora provjeriti za svaki cilindar:

• Cilindar A steže lim. Nakon ispusta lim više nije stegnut i može pasti ili se pomaknuti. Ako to predstavlja opasnost, stezanje se osigurava nepovratnim ventilom s deblokiranjem ili se A napaja iz zasebnog, zaštićenog voda.
• Cilindar B savija prema dolje. Ako je alat težak, B se nakon ispusta može spustiti pod vlastitom težinom. Tada je bolji razvodnik 5/3 sa zatvorenim srednjim položajem ili ventil za zadržavanje tereta, koji pri NOT-AUS zatvaraju obje komore.
• Cilindar C izbacuje komad; odzračivanje je za njega prihvatljivo.

Druga opasnost javlja se pri ponovnom uključenju. Impulsni razvodnici pamte posljednju naredbu, a kaskada ili taktni lanac pamte posljednju grupu ili korak. Kad se tlak vrati, cilindri bi krenuli dovršavati prekinuto gibanje, i to naglo, jer su komore prazne. Zato se ugrađuje ventil za postupno punjenje (meki start), koji tlak u sustavu podiže polako, i propisuje postupak: otključavanje gljive, reset upravljanja, dovođenje cilindara u početni položaj i tek tada novi START.

Kombinacija s vremenskim i tlačnim uvjetima

Granični ventil javlja da je klipnjača stigla u položaj, ali ne i da je posao obavljen. Kod savijanja lima cilindar B dolazi do b1 prije nego što je tlak u komori porastao na punu vrijednost, a lim se nakon popuštanja sile djelomično elastično vraća. Zato se prijelaz na grupu II dopunjuje s dva uvjeta (slika 3.7.3):

• vremenski član s kašnjenjem ukapčanja (prigušno-nepovratni ventil, mali spremnik i razvodnik 3/2) daje signal tek kad je b1 aktivan neprekidno, uzmimo, 1,0 s;
• redoslijedni ventil spojen na komoru izvlačenja cilindra B daje signal tek kad tlak dosegne, uzmimo, 5 bar. Pri 5 bar teorijska sila cilindra Ø50 iznosi oko 982 N, a uz stupanj djelovanja 0,9 oko 884 N, što je 83 % sile pri punih 6 bar.

Signali se spajaju ventilom I, a njegov izlaz postaje signal e1 za kaskadni razvodnik. Kaskada i dalje ima dvije grupe, a vremenski i tlačni član samo su umetnuti u jedan prijelaz. Isti se uvjet u taktnom lancu umeće na ulaz potvrde modula M3 (umjesto samog b1).

Vrijeme zadržavanja produljuje ciklus. Ako je takt od 12 s već bio izračunat sa zadržavanjem, sve je u redu; ako nije, 1 s više po ciklusu smanjuje proizvodnost s 5 na oko 4,6 ciklusa na minutu (60 / 13 ≈ 4,6). Takve posljedice treba upisati u tehnički opis prije izrade sheme.

Ponavljanje gibanja istog cilindra u ciklusu

Kad se isti cilindar u ciklusu giba više puta u istom smjeru, osnovne metode ponašaju se vrlo različito. Uzmimo varijantu SL-3 s dvostrukim savijanjem: A+ B+ B− B+ B− A− C+ C−.

• VDMA metoda ovdje ne radi bez dodatne memorije. Granični ventil b1 u oba prolaza daje naredbu B−, što nije problem, ali b0 jednom treba dati B+, a drugi put A−. Isti signal u istom stanju cilindara mora voditi na dva različita gibanja, a to razlikuje samo memorija koja pamti koji je prolaz u tijeku.
• Kaskadna metoda daje četiri grupe i tri kaskadna razvodnika (C− A+ B+ | B− | B+ | B− A− C+). Granični ventili b0 i b1 djeluju u dvije grupe, pa se njihovi signali razdvajaju ventilima I, a naredbe B+ i B− skupljaju ventilima ILI.
• Taktna metoda daje osam modula; naredbe B+ i B− skupljaju se ventilima ILI, a granični ventili se samo račvaju na module (jedinica 3.6).
• Elektropneumatika ili PLC rješava ponavljanje brojačem: broj savijanja postaje parametar (1, 2 ili 3), bez ikakve izmjene sheme.

Procjena za praksu: jedno ponavljanje još se može riješiti kaskadom, ali već dva ili tri govore u prilog taktnom lancu. Ako se broj ponavljanja mijenja od serije do serije, pneumatsko rješenje s fiksno ugrađenim slijedom nije dobar izbor, jer svaka promjena znači prespajanje; tada je opravdan prijelaz na elektropneumatiku.

Prijelaz prema elektropneumatici i PLC-u

Čisto pneumatsko upravljanje ima stvarne prednosti: ne treba električnu energiju u zoni stroja, otporno je na vlagu, prašinu i elektromagnetske smetnje, i pogodno je za eksplozijski ugrožene prostore. S porastom složenosti te prednosti slabe. Znakovi da je vrijeme za elektropneumatiku (modul 4) ili PLC su:

• više od četiri do pet cilindara ili više od deset do dvanaest koraka;
• brojanje komada ili ponavljanja, više programa rada, promjenjiva vremena;
• potreba za prikazom stanja, dojavom greške i povezivanjem s nadređenim sustavom;
• česte izmjene slijeda, kod kojih je izmjena programa jeftinija od prespajanja cijevi;
• kratko vrijeme odziva: električni signal i elektromagnetski ventil prebacuju brže od dugih pneumatskih signalnih vodova.

Metode ne nestaju prelaskom na elektriku. Kaskadna i taktna metoda imaju svoje električne izvedbe s relejima (jedinice 4.9 i 4.10), a u PLC-u slijed se programira kao niz koraka s prijelaznim uvjetima, što je u biti taktna metoda u programu. Ono što ostaje pneumatsko je izvršni dio: cilindri, razvodnici, prigušno-nepovratni ventili i pripremna grupa, te sigurnosni pneumatski ispust koji mora raditi neovisno o upravljanju. Znanje o blokirajućim signalima, grupama i koracima zato se izravno prenosi u elektropneumatiku.

Postupak projektiranja od zahtjeva do sheme

Projektiranje upravljanja provodi se kroz osam koraka (slika 3.7.1). Koraci 4 i 5 su mjesta na kojima se odlučuje o kombinaciji metoda.

1. Zahtjevi. Opišite zadatak riječima: što naprava radi, radni tlak, sile, hodovi, takt, načini rada, sigurnosni zahtjevi. Za SL-3: stezanje, savijanje i izbacivanje, 6 bar, takt 12 s, jedan ciklus i neprekidni rad, NOT-AUS.
2. Dijagram put–korak. Nacrtajte ga za sve cilindre i zapišite slijed (A+ B+ B− A− C+ C−).
3. Analiza. Za svaki razvodnik provjerite postoje li blokirajući signali. Za SL-3 u jednom ciklusu blokiraju b0 pri A+, a1 pri B− i a0 pri C−.
4. Izbor metode. Prema broju blokirajućih signala, ponavljanja i koraka odaberite VDMA, kaskadu ili taktni lanac. Za SL-3: kaskada s dvije grupe.
5. Uvjeti rada. Dodajte početni položaj, START, neprekidni rad i STOP, vremenske i tlačne uvjete te NOT-AUS.
6. Shema. Nacrtajte shemu prema ISO 1219: energetski dio gore, signalni dolje, oznake elemenata i priključaka, položaji graničnih ventila.
7. Provjera. Provjerite ciklus korak po korak na papiru ili u programu za simulaciju, posebno start, STOP u sredini ciklusa i ponašanje nakon NOT-AUS.
8. Puštanje u pogon. Spojite sustav, podesite brzine i granične ventile, provedite probne cikluse i napišite uputu za rukovanje.

Ako provjera u koraku 7 pokaže problem koji se ne može riješiti malim popravkom, vraća se na korak 4 ili 5. Tipičan primjer: zadržavanje od 1 s ne stane u zadani takt, pa se mijenja slijed ili se traži brži cilindar.

Računski prikaz: elementi i procijenjena cijena tri metode

Prikaz za zadani slijed uspoređuje procijenjenu cijenu upravljačkog dijela u tri izvedbe. Cijene su pretpostavke za usporedbu, a ne kataloški podaci: uzmimo impulsni razvodnik 5/2 55 €, granični ventil s valjčićem 25 €, granični ventil s praznim hodom 32 €, ventil ILI i ventil I po 12 €, tipkalo 20 €; cijenu taktnog modula birate sami. Cilindri, cijevi i pripremna grupa jednaki su u svim izvedbama pa nisu uračunati.

• VDMA: glavni razvodnici, granični ventili, START i uklanjanje blokirajućih signala (graničnim ventilom s praznim hodom ili pomoćnim memorijskim razvodnikom po signalu);
• kaskada: uz to broj grupa − 1 kaskadnih razvodnika, START i reset, a za ponovljena gibanja ventil ILI i ventil I;
• taktna: max(n, 3) taktnih modula, START i reset, za ponovljena gibanja ventil ILI.

Za napravu SL-3 (6 koraka, 3 cilindra, 2 grupe, 3 blokirajuća signala, modul 110 €) izlazi: VDMA s pomoćnim razvodnicima oko 500 €, kaskada oko 410 € i taktni lanac oko 1015 €, što je približno 2,5 puta više od kaskade. VDMA s graničnim ventilima s praznim hodom najjeftinija je (oko 356 €), ali je i najnepouzdanija: skraćeni impuls ovisi o brzini klipnjače i podešenosti valjčića. Kaskada je zato najbolji omjer cijene i sigurnosti za SL-3. Za dvostruko savijanje (8 koraka, 4 grupe) kaskada stoji oko 568 €, a taktni lanac oko 1259 €; razlika je i dalje velika, ali taktni lanac nudi pokazivač koraka i jednostavniju izmjenu. Za slijed od 12 koraka i sedam grupa kaskada prelazi 800 €, a shema postaje nepregledna: tu se isplati razmotriti elektropneumatiku.

Ključni pojmovi

Provjeri se

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