VJEŽBA V20 · MODUL 4 · ELEKTROPNEUMATIKA
Vježba V20 · 2 sata
Logička funkcija I u elektropneumatici
Pneumatska preša za utiskivanje oznaka radi samo dok su pritisnuta oba tipkala S1 i S2 i dok senzor B1 javlja da je obradak u prihvatu. Logičku funkciju I ostvarujete serijskim spojem kontakata, učite sustavno tražiti prekid mjerenjem napona i razlikujete jednostavan serijski spoj od propisanog dvoručnog uključivanja.
- ostvariti logičku funkciju I serijskim spojem kontakata i napisati tablicu istinitosti za tri ulaza
- spojiti elektropneumatski sklop s dva tipkala, senzorom prisutnosti obratka i relejem K1
- pronaći prekinuti kontakt u serijskom spoju mjerenjem napona po točkama
- izračunati silu utiskivanja, sigurnosni razmak dvoručnog upravljanja i napon na svitku releja
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 4.7 Logičke i vremenske funkcije u elektropneumatici.
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 maloj pneumatskoj preši u aluminijske pločice utiskuje se serijski broj. Žig nosi dvoradni cilindar 1A1 (Ø63/20 mm, hod 50 mm). Za čisto utisnutu oznaku potrebna je sila od 1500 N. Preša mora raditi samo kad su ispunjena sva tri uvjeta:
- rukovatelj drži lijevom rukom tipkalo S1,
- desnom rukom drži tipkalo S2,
- kapacitivni senzor B1 javlja da je pločica u prihvatu (trožilni, izlaz PNP).
Kontakti S1, S2 i B1 spojeni su u niz u stazi releja K1, a radni kontakt K1 uključuje svitak Y1 monostabilnog razvodnika 5/2. Kad se otpusti bilo koje tipkalo ili se pločica izvadi, žig se odmah vraća. Logička jednadžba je K1 = S1 · S2 · B1.
Ovakav serijski spoj pokazuje funkciju I, ali nije propisano dvoručno uključivanje u smislu norme za dvoručne upravljačke naprave (EN ISO 13851). Takva naprava mora, među ostalim, zahtijevati da se oba tipkala pritisnu gotovo istodobno (za najčešću izvedbu unutar 0,5 s) i da se za novi ciklus oba prije otpuste. To se ostvaruje ispitanim sigurnosnim modulom, a ne s dva obična kontakta. U vježbi zato učite logiku i ograničenja, a ne gradite zaštitnu napravu za stvarni stroj.
Podaci: mreža 6 bar; relej K1 privlači pri najmanje 80 % nazivnog napona; pad napona na izlazu senzora B1 najviše 2,5 V; ukupno vrijeme od otpuštanja tipkala do zaustavljanja žiga, prema mjerenju, 0,12 s.
Oprema i pribor
- ploča za spajanje s pripremnom grupom i razdjelnikom;
- dvoradni cilindar (za vježbu dopušten manji promjer), elektromagnetski razvodnik 5/2 monostabilni, 24 V DC;
- električna jedinica: napajanje 24 V DC, dva tipkala (NO), dva dodatna relejna modula za dopunski zadatak, relej K1;
- kapacitivni ili induktivni senzor, trožilni PNP, s nosačem i pločicom za pokazivanje obratka;
- multimetar s mjernim vrhovima, laboratorijski vodiči, cijevi Ø6 mm, radni list.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Žig pri 6 bar pritišće silom od oko 1700 N — dovoljno za tešku ozljedu prsta. Ne pokušavajte „olakšati“ rad tako da jedno tipkalo zaglavite ili kratko spojite: to je upravo zloupotreba koju propisano dvoručno uključivanje mora spriječiti. Za mjerenje napona u stazi 1 sklop je pod naponom; mjernim vrhovima dodirujte samo stezaljke, a zrak prije mjerenja zatvorite, da se žig ne može spustiti. Vodiče spajajte bez napona.
Shema
U serijskom spoju struja prolazi kroz sve kontakte redom, pa svitak dobiva napon samo ako su svi kontakti zatvoreni. Senzor B1 nacrtan je kao kontakt sa simbolom senzora; u stvarnosti je to elektronički sklop s vlastitim napajanjem (smeđi vodič +24 V, plavi 0 V), a u niz se spaja njegov izlaz (crni vodič).
Postupak
- Spojite pneumatski dio: 1 na razdjelnik, 4 na stranu klipa, 2 na stranu klipnjače.
- Bez napona spojite stazu 1: +24 V → S1 → S2 → smeđi vodič (napajanje) senzora B1; plavi vodič senzora na 0 V; crni vodič (izlaz) na stezaljku A1 svitka K1, a A2 na 0 V. Senzor tako dobiva napon tek kad su oba tipkala pritisnuta.
- Alternativa koju također isprobajte: senzor stalno napajajte s +24 V i 0 V, a njegov izlaz upotrijebite za relej K2 čiji radni kontakt stoji u nizu sa S1 i S2. Zapišite razliku u odzivu (senzoru nakon uključenja napajanja treba kratko vrijeme spremnosti, reda veličine desetaka milisekundi).
- Spojite stazu 2: +24 V → radni kontakt K1 → Y1 → 0 V.
- Otvorite zrak na 3 bar, uključite napajanje i ispitajte svih osam kombinacija S1, S2, B1. Rezultate upišite u tablicu istinitosti.
- Pokus s neistodobnim pritiskom: pritisnite S1, pričekajte 2 s, zatim S2. Zapišite što se dogodilo.
- Zatvorite zrak. Nastavnik skriveno prekine jedan spoj u stazi 1. Mjerenjem napona prema 0 V po točkama pronađite prekid (pitanje 6).
- Isključite napon i zrak, rastavite sklop.
Pitanja i zadaci
1. Napišite tablicu istinitosti za S1, S2, B1 i K1. U koliko redaka je K1 = 1?
Prikaži rješenje
| S1 | S2 | B1 | K1 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Tablica ima 2³ = 8 redaka, a K1 = 1 samo u jednome — kad su svi ulazi 1. To je obilježje funkcije I; funkcija ILI iz V19 ima izlaz 0 samo u jednom retku.
2. Izračunajte stvarnu silu žiga Ø63 mm pri 6 bar (η = 0,9) i najmanji tlak pri kojem se oznaka još čisto utiskuje. Zašto se na preši preporučuje regulator tlaka uz manometar?
Prikaži rješenje
A = π · 63² / 4 = 3117,2 mm² → F = 0,9 · 0,6 · 3117,2 ≈ 1683 N
Najmanji tlak: p = 1500 / (0,9 · 3117,2) ≈ 0,535 N/mm² ≈ 5,3 bar. Rezerva je mala (oko 12 %), pa pad tlaka u mreži ispod oko 5,3 bar daje nečitke oznake. Regulator namješten npr. na 5,8 bar daje stalnu silu neovisnu o kolebanju mreže, a manometar omogućuje provjeru. Ako se želi i dojava, dodaje se tlačna sklopka.
3. Norma za postavljanje zaštitnih naprava daje za dvoručne upravljačke naprave najmanji razmak tipkala od opasnog mjesta S = K · T + C, gdje je K = 1600 mm/s brzina ruke, T ukupno vrijeme zaustavljanja, a C = 250 mm dodatak (smije biti 0 ako je dosezanje opasnog mjesta rukom spriječeno pokrovom tipkala). Izračunajte S za T = 0,12 s u oba slučaja.
Prikaži rješenje
S = 1600 · 0,12 + 250 = 192 + 250 = 442 mm
S pokrovima koji sprječavaju dosezanje: S = 192 mm. Tipkala moraju biti najmanje toliko daleko od žiga da ruka, kad se odmakne s tipkala, ne stigne do opasnog mjesta prije nego što se žig zaustavi. Račun pokazuje zašto je važno skratiti vrijeme zaustavljanja: brži ventil i kraći vodovi smanjuju potreban razmak. Prije primjene na stvarnom stroju treba provjeriti važeće izdanje norme.
4. Opišite rezultat pokusa s neistodobnim pritiskom (korak 6) i navedite dva zahtjeva koje propisana dvoručna naprava ispunjava, a ovaj sklop ne.
Prikaži rješenje
Žig se spustio čim je pritisnut S2, iako je S1 bio pritisnut 2 s ranije. Serijski spoj ne mjeri vrijeme — važno mu je samo da su oba kontakta zatvorena. Propisana naprava zahtijeva: (1) istodobnost — oba tipkala unutar zadanog vremena, tipično 0,5 s, inače nema gibanja; (2) ponovno uključivanje tek nakon otpuštanja obaju tipkala, pa zaglavljeno tipkalo onemogućuje rad. Uz to mora otkriti vlastiti kvar (npr. zalijepljeni kontakt) i spriječiti novi ciklus.
5. Relej K1 pouzdano privlači pri najmanje 80 % nazivnog napona. Izračunajte napon na svitku K1 kad je u nizu jedan senzor s padom napona 2,5 V, a zatim kad bi u nizu bila dva takva senzora. Je li drugi slučaj prihvatljiv?
Prikaži rješenje
Najmanji napon privlačenja: 0,8 · 24 = 19,2 V.
Jedan senzor: 24 − 2,5 = 21,5 V > 19,2 V — relej pouzdano privlači.
Dva senzora: 24 − 2 · 2,5 = 19,0 V < 19,2 V — relej možda neće privući, osobito ako je i napajanje na donjoj granici tolerancije. Zato se senzori ne spajaju u dugačke nizove; svaki senzor uključuje svoj relej (ili ulaz PLC-a), a funkcija I izvodi se kontaktima releja.
6. U koraku 7 jedan je spoj u stazi 1 prekinut. Opišite postupak traženja prekida mjerenjem napona prema 0 V i objasnite kako iz rezultata zaključujete gdje je prekid.
Prikaži rješenje
Oba tipkala drže se pritisnuta, pločica je u prihvatu. Crni mjerni vrh stalno je na 0 V, a crvenim se redom mjeri: +24 V sabirnica, ulaz S1, izlaz S1, ulaz S2, izlaz S2, izlaz B1, stezaljka A1 svitka K1. Dok je pokazivanje oko 24 V, put do te točke je ispravan. Prva točka na kojoj napon nestane nalazi se iza prekida: prekid je između nje i prethodne točke (kontakt, vodič ili stezaljka). Ako napon postoji na A1, a relej ne privlači, prekinut je svitak ili spoj A2 prema 0 V. Postupak je sustavan i ne zahtijeva odspajanje vodiča.
7. Dopuna sheme: nacrtajte izvedbu u kojoj S1 uključuje relej K2, S2 relej K3, B1 relej K4, a funkcija I ostvaruje se radnim kontaktima K2, K3 i K4 u nizu prema K1. Numerirajte staze i napišite kontaktne tablice.
Prikaži rješenje
Staza 1: +24 V → S1 → K2 → 0 V. Staza 2: +24 V → S2 → K3 → 0 V. Staza 3: +24 V → izlaz senzora B1 → K4 → 0 V. Staza 4: +24 V → radni K2 → radni K3 → radni K4 → K1 → 0 V. Staza 5: +24 V → radni K1 → Y1 → 0 V. Kontaktne tablice: K2, K3 i K4 — radni u stazi 4; K1 — radni u stazi 5. Prednosti: senzor i tipkala nose samo struju vlastitog releja, pad napona senzora ne zbraja se s ostalim elementima, a slobodni kontakti K2–K4 mogu služiti za signalizaciju ili za provjeru istodobnosti. Nedostatak: više elemenata i vrijeme privlačenja dvaju releja u nizu (oko 20 ms).
8. Što se dogodi ako rukovatelj za vrijeme spuštanja žiga izvadi pločicu iz prihvata? Je li to ponašanje poželjno?
Prikaži rješenje
Senzor B1 prestane davati signal, staza 1 se prekine, K1 otpusti, Y1 ostaje bez napona i opruga vraća razvodnik — žig se odmah diže. Za kvalitetu je to poželjno (nema udarca žiga u prazan prihvat i oštećenja žiga), a za sigurnost je dodatna zaštita, ali ne i zamjena za propisanu zaštitnu napravu: senzor prisutnosti obratka nije sigurnosni element i ne otkriva ruku u zoni žiga.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite vrstu senzora (trožilni PNP) i njegov raspored vodiča. Za korak 7 pripremite način skrivenog prekida (npr. odspojen vodič ispod kućišta stezaljke ili neispravan laboratorijski vodič). Razgovor o dvoručnom uključivanju vodite kao razgovor o granicama: polaznici moraju izaći s jasnom porukom da serijski spoj dvaju tipkala nije zaštitna naprava.
Tijek sata
- 0–10 min: funkcija I, serijski spoj, razlika prema V19.
- 10–35 min: spajanje staza 1 i 2 (obje varijante senzora), ispitivanje osam kombinacija.
- 35–45 min: pokus s neistodobnim pritiskom, rasprava o dvoručnom uključivanju (pitanja 3 i 4).
- 45–60 min: traženje prekida mjerenjem napona (pitanje 6).
- 60–80 min: računski zadaci 2, 3 i 5, dopuna s relejima K2–K4 (pitanje 7).
- 80–90 min: rastavljanje, osvrt.
Očekivani rezultati
Tablica istinitosti ispravna u svih osam redaka; polaznik samostalno pronalazi prekid u najviše pet mjerenja. Računski: 1683 N i najmanji tlak oko 5,3 bar, sigurnosni razmak 442 mm (192 mm s pokrovom), napon na svitku 21,5 V odnosno 19,0 V.
Česte pogreške
- izlaz senzora spojen na +24 V, a napajanje senzora na svitak — senzor ne radi;
- pri mjerenju napona crni vrh premješta se s točke na točku, pa se mjeri napon na kontaktu, a ne prema 0 V, i rezultati se krivo tumače;
- tablica istinitosti ispisana s nepotpunim kombinacijama;
- zaključak da je serijski spoj S1 · S2 „dvoručna zaštita“.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravno spojen sklop I sa senzorom, tablica istinitosti | 5 |
| Traženje prekida mjerenjem napona | 4 |
| Računski zadaci 2, 3 i 5 | 5 |
| Obrazloženje ograničenja serijskog spoja u odnosu na dvoručnu napravu | 3 |
| Dopuna s relejima K2–K4 | 2 |
| Sigurnost i urednost | 1 |
| Ukupno | 20 |