VJEŽBA V16 · MODUL 4 · ELEKTROPNEUMATIKA
Vježba V16 · 2 sata
Indirektno upravljanje dvoradnim cilindrom — monostabilni ventil
Pneumatsku stegu na stolu bušilice upravljate s udaljenog pulta: tipkalo S1 uključuje relej K1, a njegovi kontakti uključuju svitak Y1 monostabilnog ventila i signalnu svjetiljku. Spajate indirektno upravljanje, čitate kontaktnu tablicu releja i računate struje, pad napona i silu stezanja.
- objasniti razliku između direktnog i indirektnog elektropneumatskog upravljanja
- spojiti upravljački strujni krug releja i glavni strujni krug svitka prema shemi
- pročitati i dopuniti kontaktnu tablicu releja te primijeniti radni i mirni kontakt
- izračunati struje kontakata, pad napona u signalnom kabelu i potrebnu silu stezanja
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 4.3 Releji, 4.6 Osnovni elektropneumatski sklopovi i krug samodržanja.
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 stolu stupne bušilice obradak (čelična pločica) steže se pneumatskom stegom. Dvoradni cilindar 1A1 (Ø50/20 mm, hod 25 mm) pritišće obradak preko gumirane papuče na stol. Stega steže dok rukovatelj drži tipkalo S1 na pultu uz bušilicu, a otpušta čim se tipkalo otpusti. Tako rukovatelj ne može otići od stroja dok je obradak stegnut, a nakon završetka ne mora ništa isključivati.
Razvodnik 1V1 je elektromagnetski 5/2, monostabilan, sa svitkom Y1 (3 W, 24 V DC). Razvodnik je ugrađen u ormarić na stupu bušilice, a pult je udaljen 25 m signalnim kabelom presjeka 0,25 mm². Zato je upravljanje indirektno: S1 uključuje samo svitak releja K1 (0,5 W), a radni kontakt releja u stazi 2 uključuje svitak Y1. Drugi radni kontakt istog releja u stazi 3 pali svjetiljku H1 „stega uključena“.
Pri bušenju svrdlom Ø10 mm tangencijalna sila na obratku je, prema procjeni, do 120 N. Faktor trenja između čelika i stola, odnosno između čelika i papuče, uzmite 0,15, a faktor sigurnosti 1,5. Mreža ima 6 bar.
Oprema i pribor
- ploča za spajanje s pripremnom grupom i razdjelnikom;
- dvoradni cilindar, elektromagnetski razvodnik 5/2 monostabilan, svitak 24 V DC;
- električna jedinica: napajanje 24 V DC, tipkalo (NO), relejni modul s najmanje dva radna (NO) i jednim mirnim (NC) kontaktom, signalne svjetiljke 24 V;
- laboratorijski vodiči u tri boje, multimetar, po mogućnosti dulji kabel (kolut) za pokus s udaljenim pultom;
- cijevi Ø6 mm, radni list.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Stega steže silom od oko 1000 N — prste nikad ne stavljajte ispod papuče, ni kad je sklop „isključen“: pritisak na ručnu pomoćnu tipku ventila ili zalijepljeni kontakt releja pokreće cilindar bez tipkala. Električne spojeve mijenjajte samo bez napona, pneumatske samo bez tlaka. Na relejnom modulu ne spajajte vodiče na stezaljke čiju namjenu ne znate — provjerite oznake kontakata (npr. 13–14 radni, 11–12 mirni) i shemu modula.
Shema
Relej je elektromagnetska sklopka: kad kroz njegov svitak teče struja, kotva privuče kontakte. Radni (NO) kontakt tada se zatvori, a mirni (NC) otvori. Kontakti releja crtaju se u staze gdje djeluju, a ne uz svitak; veza između svitka i kontakata vidi se samo iz iste oznake (K1) i iz kontaktne tablice ispod svitka.
Postupak
- Spojite pneumatski dio: razdjelnik → 1, 4 → strana klipa, 2 → strana klipnjače.
- Bez napona spojite stazu 1: +24 V → S1 → svitak K1 (A1–A2) → 0 V.
- Spojite stazu 2: +24 V → radni kontakt K1 (13–14) → Y1 → 0 V, i stazu 3: +24 V → drugi radni kontakt K1 (23–24) → H1 → 0 V.
- Provjerite multimetrom da nema kratkog spoja, otvorite zrak na 6 bar i uključite napajanje.
- Pritisnite S1: poslušajte relej (čuje se „klik“), promatrajte diodu ventila, H1 i cilindar. Otpustite S1.
- Izmjerite struju u stazi 1 i u stazi 2 (multimetar u nizu, uz isključen napon pri prespajanju) i usporedite ih.
- Pokus: odspojite svitak Y1 u stazi 2 i pritisnite S1. Zapišite što se događa s K1 i H1.
- Izvedite dopunu iz pitanja 7 (svjetiljka H2 na mirnom kontaktu K1).
- Isključite napon i zrak, rastavite sklop.
Pitanja i zadaci
1. Opišite redom što se događa u sklopu od pritiska na S1 do stezanja obratka, a zatim od otpuštanja S1 do otpuštanja stege.
Prikaži rješenje
Pritisak na S1 zatvara stazu 1 i svitak K1 dobiva napon. Relej privuče kotvu i zatvori radne kontakte u stazama 2 i 3. Svitak Y1 dobiva napon, razvodnik se prebaci (1→4), cilindar se izvlači i steže; H1 svijetli. Otpuštanjem S1 K1 ostaje bez napona, kontakti se otvore, Y1 ostaje bez napona, opruga vraća razvodnik (1→2) i cilindar se uvlači; H1 se gasi. Kašnjenje releja (reda veličine 10 ms) dodaje se kašnjenju ventila.
2. Što znači zapis „2, 3“ ispod svitka K1? Nacrtajte potpunu kontaktnu tablicu releja K1 s dva radna i jednim mirnim kontaktom, ako se mirni kontakt koristi u stazi 4.
Prikaži rješenje
Zapis govori da se radni kontakti releja K1 nalaze u strujnim stazama 2 i 3. Potpuna tablica ima dva stupca: lijevo radni (NO) kontakti, desno mirni (NC) kontakti.
| Radni (NO) | Mirni (NC) |
|---|---|
| 13–14 u stazi 2 | 11–12 u stazi 4 |
| 23–24 u stazi 3 | — |
Tablica omogućuje da se u velikoj shemi odmah pronađe gdje djeluje svaki kontakt releja.
3. Izračunajte struju svitka K1 (0,5 W) i svitka Y1 (3 W) pri 24 V. Koju struju nosi kontakt tipkala S1 u ovom sklopu, a koju bi nosio pri direktnom upravljanju (V15)?
Prikaži rješenje
IK1 = 0,5 / 24 ≈ 0,021 A = 21 mA; IY1 = 3 / 24 = 0,125 A
Kontakt S1 nosi samo 21 mA, dakle šest puta manje nego pri direktnom upravljanju (125 mA). Struju svitka Y1 nosi kontakt releja, koji je za to predviđen (tipično nekoliko ampera). Tipkalo, senzor ili izlaz upravljačkog uređaja tako se rasterećuju, a induktivni prenapon svitka Y1 ne dolazi do tipkala.
4. Signalni kabel od pulta ima duljinu 25 m i presjek 0,25 mm² (bakar, ρ = 0,0178 Ω·mm²/m). Izračunajte pad napona pri indirektnom upravljanju i usporedite ga s padom koji bi nastao da kabelom teče struja svitka Y1.
Prikaži rješenje
Rk = 0,0178 · 2 · 25 / 0,25 = 3,56 Ω
Indirektno: ΔU = 0,021 · 3,56 ≈ 0,07 V. Direktno: ΔU = 0,125 · 3,56 ≈ 0,45 V. U oba slučaja pad je malen, ali je pri indirektnom upravljanju šest puta manji, a na dugim kabelima s više svitaka ta razlika postaje presudna. Tanji signalni kabel jeftiniji je i lakše se polaže.
5. Izračunajte silu stezanja koja je potrebna da se obradak ne zakrene pri bušenju (tangencijalna sila 120 N, dvije tarne površine, μ = 0,15, sigurnost 1,5). Je li cilindar Ø50 mm pri 6 bar (η = 0,9) dovoljan i koji je najmanji tlak?
Prikaži rješenje
Trenje djeluje na donjoj i gornjoj plohi obratka, pa je sila trenja 2 · μ · Fst. Uvjet: 2 · μ · Fst ≥ k · Ft.
Fst = 1,5 · 120 / (2 · 0,15) = 600 N
Cilindar daje F = 0,9 · 0,6 · 1963,5 ≈ 1060 N, pa je dovoljan. Najmanji tlak: p = 600 / (0,9 · 1963,5) ≈ 0,34 N/mm² ≈ 3,4 bar. Rezerva postoji, ali rukovatelja treba upozoriti da stega ne drži sigurno ako tlak u mreži padne ispod oko 3,5 bar.
6. Opišite rezultat pokusa u koraku 7 (odspojen Y1). Što taj pokus pokazuje o neovisnosti upravljačkog i glavnog kruga?
Prikaži rješenje
K1 i dalje privlači i H1 svijetli, ali cilindar se ne giba. Upravljački krug (staza 1) i krugovi trošila (staze 2 i 3) su odvojeni: kvar u jednom trošilu ne sprječava rad releja ni drugih trošila. Za dijagnostiku to znači da svjetiljka H1 potvrđuje samo da je relej privukao, a ne da je stega stegnula — za to je potreban senzor na cilindru.
7. Dopuna sheme: dodajte stazu 4 sa zelenom svjetiljkom H2 „stega otpuštena“, koja svijetli kad K1 nije privučen. Nacrtajte stazu i dopunite kontaktnu tablicu.
Prikaži rješenje
Staza 4: +24 V → mirni kontakt K1 (11–12) → H2 → 0 V. Mirni kontakt crta se zatvoren (neaktivirano stanje). Dok K1 ne privuče, H2 svijetli; kad S1 uključi K1, mirni kontakt se otvori i H2 se gasi, a H1 pali. U kontaktnu tablicu ispod K1 u stupac mirnih kontakata upisuje se 4. Na svakom releju kontakti se broje: prva znamenka je redni broj kontakta, druga 1–2 za mirni, 3–4 za radni.
8. Navedite četiri razloga zbog kojih se u elektropneumatici češće koristi indirektno nego direktno upravljanje.
Prikaži rješenje
- tipkala, senzori i izlazi upravljačkih uređaja nose samo malu struju svitka releja;
- jedan relej ima više kontakata, pa jedan signal može istodobno upravljati s više trošila i signalizacijom;
- relejima se ostvaruju logičke funkcije (I, ILI, NE), samodržanje i vremenske funkcije;
- upravljački krug može raditi na drugom naponu od glavnog kruga (npr. 24 V DC upravljanje, 230 V AC trošilo), jer su svitak i kontakti releja galvanski odvojeni.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite relejne module: oznake stezaljki (A1–A2 svitak, 13–14 i 23–24 radni, 11–12 mirni) moraju biti čitljive. Pripremite po jedan kolut dvožilnog kabela duljine 20–25 m za pokazni pokus pada napona. Polaznici moraju znati spojiti multimetar za mjerenje struje (u nizu) — to kratko ponovite, jer je pogrešno spojeni ampermetar čest uzrok pregorjelog osigurača.
Tijek sata
- 0–15 min: građa releja, radni i mirni kontakt, kontaktna tablica, shema V16.1.
- 15–40 min: spajanje staza 1–3 i pneumatskog dijela, puštanje u rad.
- 40–55 min: mjerenje struja, pokus s odspojenim Y1.
- 55–75 min: računski zadaci 3–5, pitanja 1, 2, 6.
- 75–87 min: dopuna stazom 4 i mirnim kontaktom (pitanje 7).
- 87–90 min: rastavljanje, osvrt.
Očekivani rezultati
Stega steže samo dok je S1 pritisnut, H1 svijetli istodobno. Izmjerene struje: oko 20 mA u stazi 1 i oko 125 mA u stazi 2. Nakon dopune H2 svijetli u mirovanju i gasi se pri stezanju. Računski: 21 mA i 125 mA, pad napona 0,07 V i 0,45 V, potrebna sila 600 N, najmanji tlak oko 3,4 bar.
Česte pogreške
- svitak releja spojen na stezaljke kontakta, pa relej ne privlači;
- radni i mirni kontakt zamijenjeni — svjetiljke svijetle obrnuto;
- ampermetar spojen paralelno trošilu, pa prorade zaštita napajanja ili osigurač multimetra;
- u proračunu sile stezanja uzeta samo jedna tarna površina.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravno spojeni upravljački i glavni krug, sigurni postupci | 6 |
| Opis rada i kontaktna tablica | 3 |
| Mjerenje struja i računski zadaci 3–5 | 6 |
| Dopuna stazom s mirnim kontaktom | 3 |
| Obrazloženje prednosti indirektnog upravljanja | 2 |
| Ukupno | 20 |