VJEŽBA V14 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V14 · 2 sata
Taktna metoda s dva cilindra
Stanicu za žigosanje kartonskih kutija s dva cilindra, u slijedu A+ B+ B− A−, upravljate taktnim lancem od četiri modula. Uspoređujete ga s VDMA i kaskadnom metodom te ga proširujete vremenskim članom i novim korakom.
- objasniti građu i logiku taktnog modula (memorija, funkcija I, funkcija ILI)
- odrediti broj modula i uvjete Xn za zadani slijed te spojiti taktni lanac
- pustiti lanac u rad, postaviti osnovno stanje i objasniti zašto nema blokirajućih signala
- izračunati silu žiga, potrošnju zraka i vrijeme ciklusa te proširiti lanac novim korakom
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 3.6 Taktna metoda.
Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.
Zadatak
Na kraju linije za pakiranje na svaku kartonsku kutiju utiskuje se datum pakiranja. Traka dovodi kutiju do stanice, a zatim:
- cilindar A (Ø25/10 mm, hod 150 mm) gura kutiju s trake do graničnika i drži je,
- cilindar B (Ø32/12 mm, hod 40 mm) spušta žig s bojom na poklopac kutije,
- B podiže žig, a A se vraća i oslobađa mjesto za sljedeću kutiju.
A+ B+ B− A−
Isti slijed riješen je u vježbi V11 VDMA metodom s jednosmjernim valjcima. Ovdje se rješava taktnom metodom: za svaki korak slijeda postoji jedan taktni modul (T1–T4). Moduli su povezani u lanac i u svakom trenutku aktivan je samo jedan. Aktivni modul daje signal za svoje gibanje i omogućuje sljedeći modul; sljedeći se modul aktivira tek kad stigne potvrda da je gibanje završeno (signal Xn), a tada briše prethodni.
Zadani podaci: mreža 6 bar, potrebna sila žiga 300 N, ritam 12 kutija u minuti. Traka dovodi novu kutiju za 3,6 s. Ciklus pokreće tipkalo S (u pogonu bi ga zamijenio senzor kutije).
Oprema i pribor
- ploča za spajanje s pripremnom grupom i razdjelnikom;
- dva dvoradna cilindra i dva razvodnika 5/2 s obostranim pneumatskim upravljanjem;
- četiri taktna modula ili, ako ih nema, za svaki modul: bistabilni ventil 3/2 kao memorija, ventil dvostrukog tlaka (I) i naizmjenični ventil (ILI);
- četiri granična ventila 3/2 s valjkom (a0, a1, b0, b1), ventil 3/2 s tipkalom (S) i ventil 3/2 s tipkalom za postavljanje osnovnog stanja (L);
- za dopunski zadatak pneumatski vremenski član s kašnjenjem ukapčanja (namjestiv 0–10 s);
- cijevi Ø4 i Ø6 mm, T-spojnice, čepovi, štoperica, radni list.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Taktni lanac pamti stanje. Ako je nakon prethodnog rada ostao aktivan neki modul u sredini lanca, pri otvaranju zraka odmah će krenuti njegovo gibanje. Prije svakog puštanja u rad pritisnite L (postavljanje osnovnog stanja) tek kad ste provjerili da nitko nema ruke u zoni žiga. Žig ima malu silu, ali kutija se gura hodom od 150 mm: prste ne stavljajte između kutije i graničnika. Spajanje samo bez tlaka, uz zaštitne naočale.
Shema
Priključci napajanja modula i ventil L na shemi nisu nacrtani da crtež ostane čitljiv: svaki modul ima priključak za zrak iz razdjelnika, a L se razvodi na sve module. Granični ventili napajaju se izravno iz razdjelnika — u taktnoj metodi ne trebaju grupni vodovi.
Postupak
- Ispunite tablicu iz pitanja 1 i nacrtajte na radnom listu dijagram put–korak s retkom „aktivni modul“.
- Postavite taktne module jedan do drugoga i povežite ih u lanac (izlaz za sljedeći modul → ulaz sljedećeg, povratni signal za brisanje → prethodni). Zadnji modul povežite s prvim.
- Spojite napajanje svih modula i ventil L na ulaze za postavljanje osnovnog stanja.
- Spojite izlaze: T1 → 14 na 1V1, T2 → 14 na 2V1, T3 → 12 na 2V1, T4 → 12 na 1V1.
- Spojite ulaze: S i a0 u nizu na X1, a1 na X2, b1 na X3, b0 na X4.
- Otvorite zrak na 3 bar, pritisnite L i provjerite pokazivač stanja: aktivan mora biti samo T4.
- Pritisnite S i pratite pokazivače modula. U radni list zapišite koji je modul aktivan tijekom svakog gibanja.
- Pokus: tijekom koraka B+ ručno pritisnite valjak b0 (klipnjača B nije u b0). Zapišite reagira li sklop.
- Pri 6 bar izmjerite vrijeme ciklusa, zatim izvedite dopunski zadatak s vremenskim članom (pitanje 8) i rastavite sklop bez tlaka.
Pitanja i zadaci
1. Koliko taktnih modula treba za slijed A+ B+ B− A−? Ispunite tablicu: modul, gibanje koje daje, uvjet Xn za njegovo postavljanje i modul koji pritom briše.
Prikaži rješenje
Broj modula jednak je broju koraka: 4.
| Modul | Izlaz | Uvjet Xn | Briše |
|---|---|---|---|
| T1 | A+ (14 na 1V1) | S · a0 | T4 |
| T2 | B+ (14 na 2V1) | a1 | T1 |
| T3 | B− (12 na 2V1) | b1 | T2 |
| T4 | A− (12 na 1V1) | b0 | T3 |
Uvjet za postavljanje modula n uvijek je: modul n − 1 aktivan i signal Xn.
2. Opišite stanje lanca u osnovnom položaju i redom sve promjene od pritiska na S do povratka u osnovni položaj.
Prikaži rješenje
U osnovnom položaju aktivan je T4: drži signal A− na 1V1 i omogućuje T1. Pritiskom na S (uz a0) postavlja se T1, koji briše T4 → A+. Na kraju hoda a1 postavlja T2, T2 briše T1 → B+. Signal b1 postavlja T3, T3 briše T2 → B−. Signal b0 postavlja T4, T4 briše T3 → A−. A se vraća u a0 i lanac čeka novi S. U svakom trenutku aktivan je samo jedan modul.
3. U vježbi V11 signal b0 bio je blokirajući. Zašto u taktnom lancu b0 ne smeta, iako je pritisnut za vrijeme koraka A+? Što ste opazili u pokusu iz koraka 8 postupka?
Prikaži rješenje
Signal b0 ne djeluje izravno na razvodnik, nego na ulaz X4 modula T4. T4 se može postaviti samo ako je aktivan T3. Za vrijeme koraka A+ aktivan je T1, pa je b0 „zaključan“. Izlaz T4 prestao je djelovati na 12 razvodnika 1V1 u trenutku kad je T1 postavljen, pa na razvodniku nema dva istodobna signala. U pokusu ručni pritisak na b0 tijekom B+ nema nikakav učinak iz istog razloga. To je glavna prednost taktne metode: pogrešan ili preuranjen signal ne može preskočiti korak.
4. Izračunajte stvarnu silu žiga (Ø32 mm) i silu guranja kutije (Ø25 mm) pri 6 bar uz stupanj djelovanja 0,9. Je li žig dovoljan za 300 N i pri kojem bi tlaku postao nedovoljan?
Prikaži rješenje
B: A = π · 32² / 4 = 804,2 mm² → F = 0,9 · 0,6 · 804,2 ≈ 434 N
A: A = π · 25² / 4 = 490,9 mm² → F = 0,9 · 0,6 · 490,9 ≈ 265 N
Žig ima rezervu 434 / 300 ≈ 1,45. Najmanji tlak: p = 300 / (0,9 · 804,2) ≈ 0,414 N/mm² ≈ 4,1 bar. Sila guranja od 265 N višestruko je veća od sile trenja prazne kartonske kutije, pa bi se A mogao i smanjiti ili raditi pri nižem tlaku, čime bi se štedio zrak.
5. Izračunajte potrošnju zraka cilindara po ciklusu i u minuti pri 12 ciklusa/min (6 bar, 1,013 bar atmosferski tlak).
Prikaži rješenje
A: (490,9 + 412,3) mm² · 150 mm ≈ 135 500 mm³ = 135,5 cm³ → · 6,923 ≈ 0,94 Nl.
B: (804,2 + 691,2) mm² · 40 mm ≈ 59 800 mm³ = 59,8 cm³ → · 6,923 ≈ 0,41 Nl.
Ukupno ≈ 1,35 Nl po ciklusu, a pri 12 ciklusa/min ≈ 16,2 Nl/min. Zanimljivo: cilindar A, iako slabiji, troši dvostruko više zraka jer ima dug hod. Taktni moduli i upravljački vodovi troše dodatno malo zraka pri svakom prebacivanju.
6. Klipnjača A giba se brzinom 0,3 m/s, a klipnjača B 0,2 m/s, u oba smjera. Svako prebacivanje modula i razvodnika traje oko 40 ms. Može li stanica postići 12 kutija u minuti ako traka dovodi novu kutiju za 3,6 s?
Prikaži rješenje
Gibanja: A 2 · 150 / 300 = 1,0 s; B 2 · 40 / 200 = 0,4 s; prebacivanja 4 · 0,04 = 0,16 s. Ciklus ≈ 1,56 s. S dovođenjem kutije: 1,56 + 3,6 ≈ 5,2 s po kutiji → 60 / 5,2 ≈ 11,6 kutija/min. Cilj od 12 kutija/min (5 s po kutiji) nije postignut. Mogućnosti: brža traka, veća brzina A (veći presjek vodova, ventil za brzo odzračivanje) ili pokretanje trake već tijekom A−, a ne tek nakon povratka.
7. Zašto je nakon uključenja zraka potrebno pritisnuti L i zašto se L na modulu T4 spaja na postavljanje, a na T1–T3 na brisanje? Što bi se dogodilo da je pri uključenju slučajno aktivan T2?
Prikaži rješenje
Lanac mora krenuti iz poznatog stanja. Osnovno stanje je „zadnji korak izveden“, tj. aktivan T4, jer on drži A uvučen i omogućuje T1 za prvi start. Zato L postavlja T4 i briše sve ostale. Da je pri uključenju aktivan T2, odmah bi krenuo B+ — žig bi se spustio bez kutije, a zatim bi lanac nastavio s B− i A− kao da je ciklus bio u tijeku. Neočekivano gibanje pri uključenju sigurnosni je rizik.
8. Dopuna sheme: boja se mora zadržati na kartonu 0,4 s prije podizanja žiga. Ucrtajte na shemu V14.1 vremenski član i navedite na koji ulaz i s kojom funkcijom (kašnjenje ukapčanja ili iskapčanja) se spaja.
Prikaži rješenje
Vremenski član s kašnjenjem ukapčanja (normalno zatvoren) ugrađuje se između izlaza ventila b1 i ulaza X3: b1 → upravljački ulaz vremenskog člana, izlaz vremenskog člana → X3. Kad žig dođe u b1, spremnik vremenskog člana puni se kroz prigušnicu; nakon namještenih 0,4 s vremenski član propusti signal i postavi T3 (B−). Broj modula se ne mijenja jer zadržavanje nije gibanje nego uvjet za sljedeći korak. Vrijeme ciklusa naraste na oko 1,96 s.
9. Stanici se dodaje izbacivač C koji gotovu kutiju gura na odvodnu traku, pa je novi slijed A+ B+ B− A− C+ C−. Koliko modula sad treba, koji su novi uvjeti i što se mijenja u postojećim spojevima?
Prikaži rješenje
Treba 6 modula. Dodaju se T5 (izlaz C+, uvjet X5 = a0) i T6 (izlaz C−, uvjet X6 = c1). Mijenjaju se: veza lanca (T6 omogućuje T1 umjesto T4), uvjet X1 = S · c0 (umjesto S · a0), a L sad postavlja T6. Spojevi T1–T4 prema razvodnicima ostaju isti. To je glavna prednost taktne metode: slijed se produljuje dodavanjem modula, bez preračunavanja grupa ili blokirajućih signala.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Ako na radnom mjestu nema gotovih taktnih modula, pripremite za svaki modul bistabilni ventil 3/2, ventil I i ventil ILI na zajedničkoj pločici i unaprijed ih označite T1–T4; spajanje unutrašnjosti modula tada je zaseban zadatak od oko 20 minuta. Provjerite ima li vremenski član namjestivo kašnjenje u području od 0,2 do 2 s. Polaznici trebaju poznavati slijed iz V11 da bi usporedili metode.
Tijek sata
- 0–15 min: logika taktnog modula (slika V14.2), pitanja 1 i 2.
- 15–50 min: spajanje lanca i izlaza, postavljanje osnovnog stanja, prvi ciklus pri 3 bar.
- 50–60 min: pokus s ručnim signalom b0 (pitanje 3), pitanje 7.
- 60–75 min: mjerenje vremena ciklusa, računski zadaci 4–6.
- 75–87 min: dopuna s vremenskim članom (pitanje 8) i rasprava o proširenju (pitanje 9).
- 87–90 min: rastavljanje i osvrt.
Očekivani rezultati
Lanac radi u slijedu A+ B+ B− A−, nakon L aktivan je samo T4, ručni pritisak na b0 izvan reda nema učinka. Računski: 434 N i najmanji tlak oko 4,1 bar, 1,35 Nl/ciklus, oko 16,2 Nl/min, ciklus oko 1,56 s i zaključak da 12 kutija/min uz zadanu traku nije ostvarivo.
Česte pogreške
- lanac nije zatvoren (T4 ne omogućuje T1), pa se sklop pokrene samo jednom;
- signal Xn spojen na pogrešan modul, pomaknut za jedan korak — gibanje kreće prerano ili nikad;
- zaboravljeno postavljanje osnovnog stanja, pa je pri uključenju aktivno više modula ili nijedan;
- vremenski član ugrađen s kašnjenjem iskapčanja, pa se žig podiže odmah, a vrijeme djeluje na pogrešan brid signala.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Tablica modula i opis rada lanca | 4 |
| Lanac spojen, osnovno stanje ispravno, slijed ispravan | 6 |
| Obrazloženje izostanka blokirajućih signala i uloge L | 3 |
| Računski zadaci 4–6 | 4 |
| Dopuna vremenskim članom i proširenje na šest koraka | 2 |
| Sigurnost i urednost | 1 |
| Ukupno | 20 |