VJEŽBA V17 · MODUL 4 · ELEKTROPNEUMATIKA
Vježba V17 · 2 sata
Indirektno upravljanje dvoradnim cilindrom — bistabilni ventil
Zaklopku u kanalu za odsis prašine otvarate i zatvarate kratkim pritiskom na tipkala S1 i S2 preko releja K1 i K2 i bistabilnog elektromagnetskog ventila sa svicima Y1 i Y2. Uspoređujete ponašanje s monostabilnim ventilom, dodajete međusobno blokiranje i računate moment na zaklopki i potrošnju energije.
- spojiti indirektno upravljanje dvoradnim cilindrom s bistabilnim razvodnikom i dva releja
- objasniti memorijsko ponašanje bistabilnog razvodnika pri kratkom signalu, istodobnim signalima i nestanku napona
- ostvariti međusobno blokiranje releja mirnim kontaktima
- izračunati hod i moment zakretanja zaklopke te usporediti potrošnju energije monostabilnog i bistabilnog ventila
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 4.5 Elektromagnetski ventili, 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
U usisnom kanalu za odsis prašine iznad brusilice ugrađena je zakretna zaklopka. Kad brusilica radi, zaklopka mora biti otvorena, a kad ne radi, zatvorena, da ventilator ne troši energiju na prazan kanal. Zaklopku zakreće za 90° dvoradni cilindar 1A1 (Ø40/16 mm, hod 100 mm) preko poluge duljine 70 mm na vratilu zaklopke. Cilindar je postavljen tako da je u srednjem položaju zaklopke okomit na polugu.
Rukovatelj otvara zaklopku kratkim pritiskom na S1, a zatvara kratkim pritiskom na S2. Zaklopka mora ostati u zadanom položaju i kad je tipkalo otpušteno i kad nestane napona upravljanja. Zato se koristi bistabilni elektromagnetski razvodnik 5/2 sa svicima Y1 (otvori) i Y2 (zatvori), bez opruge. Upravljanje je indirektno: S1 uključuje relej K1, S2 relej K2, a njihovi radni kontakti uključuju svitke.
Za zakretanje zaklopke (trenje u ležajevima i tlak zraka na krilo) potreban je moment od najviše 20 Nm. Mreža ima 6 bar, svici imaju snagu 3 W pri 24 V DC, a brusilica radi 8 sati na dan.
Oprema i pribor
- ploča za spajanje s pripremnom grupom i razdjelnikom;
- dvoradni cilindar i elektromagnetski razvodnik 5/2 bistabilni (dva svitka 24 V DC);
- električna jedinica: napajanje 24 V DC, dva tipkala (NO), dva relejna modula s radnim i mirnim kontaktima;
- po mogućnosti model zaklopke s polugom ili kutomjer za pokaz kuta zakretanja;
- laboratorijski vodiči, multimetar, cijevi Ø6 mm, radni list.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Bistabilni razvodnik pamti zadnji položaj i kad su napon i zrak isključeni. Pri otvaranju zraka cilindar odmah zauzme položaj koji je razvodnik zapamtio, bez ikakvog pritiska na tipkalo. Prije otvaranja zraka zato provjerite položaj razvodnika (pokazivač ili ručna pomoćna tipka) i maknite ruke iz zone poluge. Poluga na vratilu zaklopke je mjesto škare: nikad je ne pridržavajte rukom. Vodiče spajajte bez napona, cijevi bez tlaka.
Shema
Bistabilni razvodnik crta se u položaju u kojem se nalazi pri puštanju u rad (ovdje: zatvorena zaklopka, klipnjača uvučena). U njegovu simbolu nema opruge — to je najbrži način da se na shemi prepozna.
Postupak
- Spojite pneumatski dio: 1 na razdjelnik, 4 na stranu klipa, 2 na stranu klipnjače. Ručnom tipkom postavite razvodnik u položaj uvlačenja.
- Bez napona spojite staze 1 i 2 (S1 → K1, S2 → K2) i staze 3 i 4 (radni kontakt K1 → Y1, radni kontakt K2 → Y2).
- Otvorite zrak na 6 bar i uključite napajanje. Kratko pritisnite S1 i otpustite. Zapišite položaj klipnjače. Zatim kratko pritisnite S2.
- Pokus s kratkim signalom: pokušajte što kraće dodirnuti S1. Utvrdite prebacuje li razvodnik i pri vrlo kratkom pritisku.
- Pokus s istodobnim signalima: pritisnite i držite S1, zatim pritisnite i S2. Otpustite S1 dok držite S2. Zapišite što se događa u svakom trenutku.
- Pokus s nestankom napona: dok je klipnjača izvučena, isključite napajanje. Zatim isključite i zrak, pričekajte 10 s i ponovno otvorite zrak.
- Izvedite međusobno blokiranje (pitanje 6) i ponovite pokus iz koraka 5.
- Isključite napon i zrak, rastavite sklop, ispunite radni list.
Pitanja i zadaci
1. Ispunite tablicu za redoslijed: mirovanje → S1 kratko → S1 otpušten → S2 kratko → S2 otpušten. Stupci: K1, K2, Y1, Y2, položaj razvodnika, klipnjača.
Prikaži rješenje
| Stanje | K1 | K2 | Y1 | Y2 | Razvodnik | Klipnjača |
|---|---|---|---|---|---|---|
| mirovanje | 0 | 0 | 0 | 0 | 1→2 | uvučena |
| S1 kratko | 1 | 0 | 1 | 0 | 1→4 | izvlači se |
| S1 otpušten | 0 | 0 | 0 | 0 | 1→4 (pamti) | izvučena |
| S2 kratko | 0 | 1 | 0 | 1 | 1→2 | uvlači se |
| S2 otpušten | 0 | 0 | 0 | 0 | 1→2 (pamti) | uvučena |
Razlika prema monostabilnom ventilu (V16): položaj ostaje i kad nijedan svitak nije pod naponom.
2. Provjerite je li hod cilindra od 100 mm dovoljan za zakretanje zaklopke za 90° polugom od 70 mm, ako je cilindar u srednjem položaju okomit na polugu. Pomak osi cilindra zbog zakretanja se zanemaruje.
Prikaži rješenje
Kraj poluge giba se po luku od −45° do +45° oko okomitog položaja. Pomak u smjeru osi cilindra je tetiva:
s = 2 · r · sin 45° = 2 · 70 · 0,7071 ≈ 99 mm
Hod od 100 mm je dovoljan, uz rezervu od samo 1 mm. U praksi se hod bira malo veći ili se zaklopka zaustavlja graničnikom, a cilindar ostaje malo prije kraja hoda i drži zaklopku silom.
3. Izračunajte najmanji moment kojim cilindar zakreće zaklopku pri otvaranju i pri zatvaranju (6 bar, η = 0,9). Je li dovoljan za 20 Nm?
Prikaži rješenje
Sila izvlačenja ≈ 679 N, sila uvlačenja ≈ 570 N (površine 1256,6 mm² i 1055,6 mm²). Krak sile najmanji je u krajnjim položajima: r · cos 45° = 70 · 0,7071 ≈ 49,5 mm; u srednjem položaju je 70 mm.
Motv,min = 679 · 0,0495 ≈ 33,6 Nm; Mzat,min = 570 · 0,0495 ≈ 28,2 Nm
Oba su veća od 20 Nm. Najveći momenti, u srednjem položaju, su oko 47,5 Nm i 39,9 Nm. Rezerva pri zatvaranju je manja jer uvlačenje ima manju površinu.
4. Usporedite dnevnu električnu energiju svitka: (a) monostabilni ventil čiji je svitak (3 W) pod naponom cijelih 8 sati dok je zaklopka otvorena; (b) bistabilni ventil kojem se svitak uključuje 20 puta dnevno po 0,1 s.
Prikaži rješenje
(a) E = P · t = 3 W · 8 h = 24 Wh.
(b) E = 3 W · 20 · 0,1 s = 6 J ≈ 0,0017 Wh.
Za jedan ventil ušteda je mala u novcu, ali bistabilni svitak se ne grije, a na postrojenju sa stotinama ventila i trajnim radom razlika je vidljiva. Važniji je sigurnosni kriterij: kako se sustav mora ponašati pri nestanku napona (pitanje 7).
5. Opišite rezultat pokusa s istodobnim signalima (korak 5). Zašto razvodnik ne reagira na S2 dok je S1 pritisnut i što se dogodi kad se S1 otpusti?
Prikaži rješenje
Dok je S1 pritisnut, Y1 je pod naponom i drži razvodnik u položaju 1→4. Kad se pritisne i S2, pod naponom su oba svitka; njihove sile na klip razvodnika se poništavaju i razvodnik ostaje u zatečenom položaju (izvlačenje). Kad se S1 otpusti, djeluje samo Y2 i razvodnik se prebaci — zaklopka se zatvara. Električni ekvivalent je blokirajući signal iz pneumatike: dva suprotna signala na istom razvodniku.
6. Dopuna sheme: izvedite međusobno blokiranje — K1 ne smije privući dok je privučen K2 i obrnuto. Ucrtajte potrebne kontakte u staze 1 i 2 i dopunite kontaktne tablice.
Prikaži rješenje
U stazu 1, u niz sa S1 i ispred svitka K1, ugrađuje se mirni kontakt K2; u stazu 2, u niz sa S2, mirni kontakt K1. Kad je K1 privučen, njegov mirni kontakt u stazi 2 otvori se i K2 ne može privući; vrijedi i obrnuto. Kontaktne tablice: K1 — radni u stazi 3, mirni u stazi 2; K2 — radni u stazi 4, mirni u stazi 1. Pokus: tko prvi pritisne, taj „pobjeđuje“, a drugi signal nema učinka dok se prvi ne otpusti. Blokiranje sprječava da oba svitka budu istodobno pod naponom.
7. Što se dogodilo u pokusu s nestankom napona i zraka (korak 6)? Za koju je primjenu takvo ponašanje dobro, a za koju opasno?
Prikaži rješenje
Nakon isključenja napona klipnjača je ostala izvučena. Nakon isključenja zraka cilindar više nije pod silom, pa se zaklopka može pomaknuti pod vlastitom težinom ili strujom zraka, ali razvodnik je ostao u položaju 1→4. Kad se zrak ponovno otvori, cilindar se odmah izvuče. Za zaklopku odsisa to je dobro — nestanak napona ne prekida odsis. Opasno je ondje gdje gibanje pri ponovnom otvaranju zraka može ozlijediti čovjeka ili gdje se sustav nakon kvara mora vratiti u siguran položaj: tamo se bira monostabilni ventil (povrat oprugom) ili ventil za postupno puštanje tlaka s nadzorom osnovnog položaja.
8. Najkraći impuls koji pouzdano prebacuje ventil je, prema podacima proizvođača, 20 ms, a relej privuče za 10 ms. Koliko najmanje mora trajati pritisak na S1? Zašto se u praksi ipak preporučuje dulji impuls?
Prikaži rješenje
Signal mora proći relej i zatim djelovati na svitak: t ≥ 10 + 20 = 30 ms. Ljudski pritisak na tipkalo traje tipično 100–300 ms, pa je uvjet ispunjen. Pri upravljanju iz PLC-a ili senzorom preporučuje se impuls od barem 50–100 ms, zbog rasipanja vremena prebacivanja, pada napona i starenja ventila. Prekratak impuls je čest uzrok povremenih kvarova koje je teško otkriti.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba slijedi V16; polaznici već znaju spojiti relej. Provjerite da su bistabilni ventili na početku u položaju uvlačenja i da imaju dostupnu ručnu pomoćnu tipku. Za pokaz momenta dobro je imati model zaklopke s polugom; ako ga nema, kut se može pokazati kartonskom polugom na osovini. Pripremite radni list s praznom tablicom stanja.
Tijek sata
- 0–10 min: bistabilni razvodnik — simbol, memorija, usporedba s V16.
- 10–35 min: spajanje staza 1–4 i pneumatskog dijela, prvo puštanje.
- 35–55 min: pokusi s kratkim signalom, istodobnim signalima i nestankom napona (koraci 4–6).
- 55–70 min: računski zadaci 2–4.
- 70–85 min: međusobno blokiranje (pitanje 6), ponovljeni pokus.
- 85–90 min: rastavljanje, osvrt.
Očekivani rezultati
Zaklopka se otvara i zatvara kratkim pritiskom i zadržava položaj. Polaznik objašnjava zašto istodobni signali ne prebacuju razvodnik i kako ga blokiranje štiti. Računski: tetiva 99 mm, momenti oko 33,6 Nm i 28,2 Nm, 24 Wh prema oko 6 J, najmanji impuls 30 ms.
Česte pogreške
- kontakti za blokiranje spojeni kao radni umjesto mirni, pa nijedan relej ne može privući;
- mirni kontakt K1 ugrađen u stazu 1 (vlastiti krug) umjesto u stazu 2;
- zamijenjeni svici Y1 i Y2, pa S1 zatvara, a S2 otvara;
- u proračunu momenta uzet krak od 70 mm i u krajnjim položajima.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravno spojen sklop sa dva releja i bistabilnim ventilom | 5 |
| Tablica stanja i opis pokusa (pitanja 1, 5, 7) | 4 |
| Računski zadaci 2–4 i 8 | 6 |
| Međusobno blokiranje izvedeno i provjereno | 4 |
| Sigurnost i urednost | 1 |
| Ukupno | 20 |