Metode elektropneumatskog upravljanja

Od zadatka do električne sheme

Sklop s jednim cilindrom može se osmisliti izravno, kako je pokazano u jedinici 4.6. Već kod dva cilindra, a pogotovo kod tri kao na napravi SL-3, broj mogućih pogrešaka raste brže od broja elemenata: signal koji je u jednom koraku ispravan u drugom koraku smeta, klipnjača krene prije vremena ili ciklus stane na pola. Zato se električna shema izrađuje metodom, tj. postupkom koji uvijek daje ispravnu shemu ako se koraci slijede redom.

1. Tehnološka shema i opis zadatka. Koji cilindri postoje, što rade, kojim redoslijedom, koji su uvjeti za početak i što se mora dogoditi pri zaustavljanju.
2. Dijagram put–korak. Za svaki cilindar crta se položaj klipnjače (0 uvučeno, 1 izvučeno) po koracima. Iz njega se očitava redoslijed u skraćenom zapisu, npr. A+ B+ B− A− C+ C−.
3. Izbor osjetnika. Za svaki krajnji položaj koji je potreban kao uvjet određuje se granična sklopka ili beskontaktni senzor (1S1, 1S2, 2S1…).
4. Izbor ventila. Monostabilni ili bistabilni razvodnik za svaki cilindar, prema ponašanju pri nestanku napona i hitnom zaustavljanju.
5. Analiza signala. Za svako gibanje odredi se signal koji ga pokreće i provjeri se je li taj signal aktivan i u trenutku kad smeta. Ovdje se otkrivaju blokirajući signali.
6. Izbor metode i crtanje sheme. Izravna metoda ako blokirajućih signala nema, inače kaskadna (4.9) ili taktna (4.10) metoda.
7. Pogonski načini i provjera. Dodaju se staze za uključenje, hitno zaustavljanje, jedan ciklus i neprekidni rad, a shema se provjerava korak po korak prije spajanja.

Postupak je isti kao kod čisto pneumatskog upravljanja iz modula 3; mijenja se samo tehnika. Umjesto pneumatskih graničnih ventila i razvodnika s pneumatskim upravljanjem koriste se granične sklopke, releji i svitci ventila, a „vodovi“ signala postaju električni vodiči.

Dijagram put–korak i tablica signala

Dijagram put–korak naprave SL-3 na slici 4.8.1 pokazuje šest koraka: stezanje (A+), savijanje (B+), povrat alata za savijanje (B−), otpuštanje (A−), izbacivanje (C+) i povrat izbacivača (C−). Korak 7 isti je kao korak 1 sljedećeg ciklusa. Na kraju svakog gibanja upisana je granična sklopka koja taj kraj javlja: 1S2 kad je A izvučen, 2S2 kad je B izvučen, 2S1 kad je B uvučen i tako dalje.

Iz dijagrama se sastavlja tablica signala: za svako gibanje upisuje se svitak ventila koji ga izvodi i signal koji ga pokreće. Signal koji pokreće gibanje uvijek je javljanje kraja prethodnog gibanja; prvo gibanje dodatno traži start.

Zadnji stupac je ključan. Signal 1S2 aktivan je od kraja koraka 1 do sredine koraka 4, dakle i u koraku 3, kad cilindar B treba ići natrag — tada su pod naponom i 2M1 i 2M2. Signal 2S1 aktivan je i u koracima 1 i 2, kad A treba ići naprijed, pa smeta svitku 1M1. Signal 1S1 aktivan je i u mirovanju, pa bi C krenuo van odmah po uključenju. Naprava SL-3 dakle ne može raditi izravnom metodom.

Izravna metoda u elektropneumatici

Izravna metoda (u pneumatici poznata kao VDMA metoda) najjednostavniji je način: signal kraja svakog gibanja izravno napaja svitak sljedećeg gibanja. S bistabilnim ventilima svaki svitak dobiva vlastitu strujnu stazu s jednim kontaktom granične sklopke, a prva staza dodatno ima tipkalo za start. Releji nisu potrebni, a shema se čita kao sam redoslijed.

Slika 4.8.2 prikazuje izravnu metodu za dva cilindra i redoslijed A+ B+ A− B−, npr. za napravu koja lim najprije stegne, zatim ga probije, otpusti i vrati probijač. Tablica signala pokazuje da nijedan signal nije aktivan u krivom trenutku. U koraku 3, kad 1M2 vraća cilindar A, signal za 1M1 (2S1) nije aktivan jer je B vani; u koraku 4, kad 2M2 vraća cilindar B, signal za 2M1 (1S2) nije aktivan jer je A već uvučen. Svitak 2M2 ima napon i u mirovanju (1S1 je aktivan), ali to ne smeta: B je ionako uvučen, a čim A krene van, 1S1 se otvara.

Izravna metoda ima jasnu granicu: radi samo kad nijedan signal ne ostaje aktivan dok je pod naponom drugi svitak istog ventila. U praksi to vrijedi za redoslijede u kojima se cilindri vraćaju istim redom kojim su izašli (A+ B+ A− B−, A+ B+ C+ A− B− C−), a ne vrijedi za redoslijede „u zrcalu“ (A+ B+ B− A−) i za redoslijede u kojima se jedan cilindar giba više puta. Kad analiza signala otkrije sukob, shema izravne metode ne radi i ne može se popraviti dodavanjem kontakata na slijepo — treba odabrati drugu metodu.

Blokirajući signali i njihovo rješavanje relejima

Blokirajući signal je signal koji drži pod naponom jedan svitak bistabilnog ventila u trenutku kad drugi svitak istog ventila treba prebaciti razvodnik. Većina bistabilnih ventila tada ostaje u zatečenom položaju i ciklus stane. Na slici 4.8.3 analizirani su signali za redoslijed A+ B+ B− A− izravnom metodom: u koraku 1 napon imaju i 1M1 (start) i 1M2 (2S1, jer je B uvučen), a u koraku 3 i 2M1 (1S2, jer je A još vani) i 2M2. To su dvije blokade.

Postoje tri načina rješavanja:

• Kratki signal na osjetniku. Granična sklopka s valjkom koji se aktivira samo u jednom smjeru prolaza daje kratki impuls umjesto trajnog signala. Postavlja se malo prije kraja hoda. Rješenje je jeftino, ali osjetljivo na namještanje i ne javlja stvarni krajnji položaj, pa se u elektropneumatici izbjegava.
• Električno isključivanje signala relejem. Blokirajući signal prolazi prema svitku samo kroz kontakt releja koji je uključen u onom dijelu ciklusa u kojem je signal potreban. Relej sa samodržanjem pamti „u kojem smo dijelu ciklusa“. Sustavno provedeno, to je kaskadna električna metoda iz jedinice 4.9: ciklus se dijeli u grupe, a svaka grupa ima relej.
• Taktni lanac. Svaki korak dobiva vlastiti relej, a svitak ventila napaja se samo kontaktom releja aktivnog koraka. Blokirajući signali tada ne mogu nastati jer je u svakom trenutku aktivan točno jedan korak. To je taktna električna metoda iz jedinice 4.10.

Kod SL-3 pojavljuje se i drugi problem: signal 1S1 (A uvučen) potreban je za C+ u koraku 5, ali aktivan je i u mirovanju. To nije blokada na istom ventilu, nego nejednoznačan signal — isti osjetnik javlja dva različita stanja stroja. I njega rješava samo pamćenje u releju: 1S1 smije djelovati na 3M1 tek kad relej potvrdi da je ciklus već prošao korake 1 do 4.

Monostabilni i bistabilni ventili u metodama

Izbor ventila mijenja i samu metodu. Bistabilni ventil pamti položaj, pa je dovoljno da svitak dobije napon samo u koraku u kojem se gibanje događa. Zato su sve tri metode u ovom modulu prikazane s bistabilnim ventilima: svitak po gibanju, bez preklapanja.

Monostabilni ventil ne pamti, pa njegov svitak mora imati napon u svim koracima u kojima klipnjača treba biti izvučena. Za cilindar A naprave SL-3 to su koraci 1, 2 i 3. Kod taktne metode svitak 1M1 tada se napaja paralelnim spojem kontakata releja koraka 1, 2 i 3 (funkcija ILI), a kod kaskadne metode kontaktom releja grupe kombiniranim sa samodržanjem. Blokirajućih signala s monostabilnim ventilima nema, jer ventil ima samo jedan svitak, ali problem se seli u pamćenje: zadatak električnog dijela postaje „koliko dugo držati svitak“, a ne „kada dati impuls“.

Kod SL-3 razuman je mješoviti izbor: cilindar A (stezanje) s bistabilnim ventilom ili s monostabilnim ventilom u izvedbi u kojoj je osnovni položaj „stegnuto“, cilindri B i C s monostabilnim ventilima koji se pri hitnom zaustavljanju sami vraćaju. To je procjena koju potvrđuje analiza rizika stroja; tehnički su moguća oba izbora.

Start, stop, NOT-AUS, jedan ciklus i neprekidni rad

Metoda daje redoslijed gibanja; stroj uz to treba i pogonske načine. Slika 4.8.4 prikazuje uobičajenu podjelu u tri skupine strujnih staza.

Uključenje upravljanja (staze 1 i 2): tipkalo S5 uključuje relej K0 koji se samodrži. Kontakti K0 napajaju sve ostale staze, uključujući svitke ventila. U zajedničkom vodu je mirni kontakt tipkala za hitno zaustavljanje S0 (gljiva, NOT-AUS): pritisak na njega prekida samodržanje K0 i svi svitci ostaju bez napona. Nakon otpuštanja gljive upravljanje se ne uključuje samo — potreban je novi pritisak na S5. To je obvezno ponašanje: stroj se nakon hitnog zaustavljanja ne smije sam ponovno pokrenuti.

Neprekidni rad (staze 3 i 4): tipkalo S3 uključuje relej K10 sa samodržanjem, a mirni kontakt S4 ga isključuje. Dok je K10 uključen, njegov kontakt u stazi 6 zamjenjuje tipkalo za start, pa se novi ciklus pokreće sam čim je prethodni završio. Pritisak na S4 ne zaustavlja stroj odmah, nego na kraju ciklusa: ciklus koji je u tijeku završava do kraja, a sljedeći više ne počinje. To je redovito zaustavljanje, bitno drukčije od hitnog.

Start ciklusa (staze 5 i 6): relej K11 daje signal za početak prvog koraka ako je pritisnuto tipkalo S1 ili je uključen neprekidni rad, i ako je stroj u početnom položaju (ovdje prikazan graničnom sklopkom 1S1; u punoj shemi SL-3 serijski su 1S1, 2S1 i 3S1). U jednom ciklusu (bez K10) rukovatelj pritišće S1 za svaki komad.

Računski prikaz: releji i strujne staze po metodi

Opseg električne sheme najbolje se usporedi brojem releja, kontakata releja i strujnih staza. Za ovaj prikaz uzima se da se svaki od n cilindara u ciklusu jednom izvlači i jednom uvlači (2n gibanja), da su ventili bistabilni (2n svitaka) i da se staze za pogonske načine ne broje. Pravila brojenja, ista kao u jedinicama 4.9 i 4.10:

• izravna metoda: bez releja; jedna staza po svitku, dakle 2n staza;
• kaskadna metoda s g grupa: g releja s po tri kontakta (samodržanje, mirni kontakt za brisanje prethodne grupe, napajanje voda grupe); dvije staze po releju, jedna po svitku i jedna za reset, dakle 2g + 2n + 1 staza;
• taktna metoda: po jedan relej za svaki od 2n koraka, s po tri kontakta; 3 · 2n + 1 staza.

Za SL-3 (n = 3) izravna metoda bi imala samo 6 staza, ali ne radi zbog blokirajućih i nejednoznačnih signala. Kaskadna metoda s tri grupe treba 3 releja, 9 kontakata i 13 staza, a taktna 6 releja, 18 kontakata i 19 staza. Kaskadna je dakle manja, a taktna je pravilnija: svaki korak izgleda isto, dijagnostika je jednostavna jer je u svakom trenutku uključen točno jedan relej koraka, a dodavanje koraka ne mijenja postojeće staze. Kod malih naprava zato se češće bira kaskadna metoda, a kod većih i kod onih koje će se kasnije mijenjati taktna metoda ili odmah PLC.

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:

• V24 VDMA metoda u elektropneumatici · 2 sata