Pneumatika i Hidraulika 6 Predavanje Elektropneumatika

(1)

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA U BJELOVARU

Stručni studij mehatronike

PNEUMATIKA I HIDRAULIKA

Predavanje 6

Predavač:

Neven Maleš, dipl. ing.

Voditelj Centra za nove tehnologije Mehatronika

Voditelj Centra za nove tehnologije - Mehatronika

neven.males@gmail.com

(2)

(3)

ELEKTROPNEUMATIKA

Elektropneumatika je hibridni sustav koji je izgrađen

kombinacijom pneumatskih i električnih komponenti.

Elertropneumatski sustav radi

s dva energetska nivoa:

- električni upravljački

t ki i

š i

- pneumatski izvršni

(4)

PNEUMATSKI SUSTAV

(5)

(6)

ELEKTROPNEUMATSKI UPRAVLJAČKI SUSTAV

Izvršni (energetski)

ELEKTROPNEUMATSKI UPRAVLJAČKI SUSTAV

Upravljački (informacijski)

Izvršni (energetski)

(7)

ELEKTROTEHNIKA

STRUJNI OBLICI

ELEKTROTEHNIKA

STRUJNI OBLICI

Istosmjerna Izmjenična struja struja

DC AC

(8)

OSNOVNI POJMOVI U ELEKTROTEHNICI

Električni napon

p

U (V)

( )

Električna struja

I (A)

Električni otpor R (Ω)

Električna snaga

P (W)

Ohmov zakon izražava odnos

između napona, jakosti struje i

Električna snaga

P (W)

Magnetizam

U = R · I

otpora.

g

(9)

ELEKTRIČNO NAPAJANJE

ISPRAVLJAČ

230 V _{24 V}

(10)

SIMBOLI ELEKTRIČNIH KOMPONENTI

(11)

ELEKTRIČNI ELEMENTI ZA

DAVANJE SIGNALA

Prekidači se dijele na tipkala i sklopke.

Tipkalo je prekidač koji zadržava određeni sklopni

položaj samo dok je aktivirano odnosno pritisnuto.

Sklopke su kontrolni prekidači mehanički izvedeni

tako da zadržavaju odabrani položaj.

ta o da ad a aju odab a po o aj

Položaj prekidača ostaje u određenom položaju

sve dok se ne izvrši novo prekidanje.

p

j

(12)

RADNI KONTAKT

• NORMALNO OTVOREN

TIPKALO KONTAKT UKLJUČNI ELEMENT

(13)

MIRNI KONTAKT

• NORMALNO ZATVOREN

TIPKALO

• NORMALNO ZATVOREN

(14)

PREKLOPNI KONTAKT

(15)

SKLOPKA

(16)

(17)

ELEKTROPNEUMATIKA

+24 V DC +24 V DC+24 V 230 V 230 V AC AC DC 24 V AC DC 24 V 0V 0V 17

(18)

ELEKTROPNEUMATIKA

NO kontakt

ELEKTROPNEUMATIKA

NO kontakt

(19)

ELEKTROPNEUMATIKA

NC kontakt

ELEKTROPNEUMATIKA

(20)

UPRAVLJANJE JEDNORADNIM CILINDROM

(21)

UPRAVLJANJE DVORADNIM CILINDROM

MONOSTABIL

INDIREKTNO DIREKTNO

(22)

ELEKTRIČNI ELEMENTI ZA

ORADU SIGNALA

Releji su elementi koji rade

ORADU SIGNALA

j

kao sklopke pokretane

elektromagnetom.

Uključenjem napona na

svitak releja, stvara se polje

j ,

p j

elektromagneta.

Elektromagnet privuče

kotvu releja prema jezgri

svitka.

(23)

RELEJ

POVRATNO PERO SVITAK JARAM KOTVA JEZGRA KONTAKT

(24)

ODVAJANJE STRUJNIH KRUGOVA

(25)

(26)

DIREKTNO I INDIREKTNO UPRAVLJANJE

(27)

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE

RELEJA

Radni napon 3,6,12, 24,36, 48, 60,110,230V (AC) (AC) 3,4,6,8,12,16,24,36, 48, 60,90,135, 200 V (DC)

Vrijeme aktiviranjaj j cca 8 - 22 ms

Vrijeme otpuštanja

Max. broj prekapčanja cca 2 - 20 mscca 15 u sekundi

Ispitni napon 2000 V izmjenične struje efektivno

k ( )

Pogonska snaga 1 -1,5 W (DC)

2 – 2,2 W (AC)

Temperatura radne okoline -40°C… 80°C

Osjetljivost na prašinu osjetljiv

Mehanički vijek trajanja više od 108 _preklopa

Max. opterećenje svitka 3 W / 3,4 V A

B oj i sta kontakta 2 adna 2 mi na ili

Broj i vrsta kontakta 2 radna 2 mirna ili

2 preklopna kontakta

Max. preklopna snaga 200 V (AC) / 6 A

(28)

ELEKTROMEHANIČKI SKLOPNI ELEMENTI

(29)

OZNAČAVANJE KONTAKATA

(30)

OZNAKE KOMPONENATA

U RELEJNOJ SHEMI

(31)

INDREKTNO UPRAVLJANJE

Tok signala u elektropneumatskoj shemi

1 0 ₁ ₂ ₃ ₄

Tok signala u elektropneumatskoj shemi

1 .0 _+24V K1 13 14 K2 13 14 S1 13 14 S2 13 14 1 2 3 4 4 2 Y1 Y2 1 .1 14 14 14 14 0 .1 5 1 3 0V Y1 Y2 K1 A1 A2 K2 A1 A2 0V 3 4

(32)

RELEJ S KAŠNJENJEM UKAPČANJA

ULAZ ULAZ

(33)

RELEJ S KAŠNJENJEM UKAPČANJA

(34)

RELEJ S KAŠNJENJEM ISKAPČANJA

ULAZ

IZLAZ IZLAZ

(35)

RAZVODNICI

2/2

4/2

3/2

5/2

3/2

5/3

(36)

ELEKTRIČNO AKTIVIRANJE RAZVODNIKA

(37)

MAGNETIZAM

Magnetizam nastaje djelovanjem električne struje.

K d t j t č k dič k j i d i t k lj

Kada struja teče kroz vodič oko njega se inducira magnetsko polje.

Svitak sa zračnom jezgrom

Svitak sa željeznom jezgrom i zračnim otvorom

(38)

ELEKTRIČNO AKTIVIRANJE

(39)

MAGNETIZAM

(40)

ELEKTROMAGNET

(41)

ZAŠTITA ELEKTROMAGNETA

Slika prikazuje zaštitni strujni krug istosmjernog svitka Kada je kontakt zatvoren Slika prikazuje zaštitni strujni krug istosmjernog svitka. Kada je kontakt zatvoren struja I1 teče kroz svitak i dioda je rasterećena. Kada se kontakt otvori, tok struje u glavnom strujnom krugu se prekine. Krug je sada zatvoren pomoću diode. Na taj način struja može teći kroz svitak dok se energija spremljena u

l kt t k lj t ši K lt t t j IM iš ć l elektromagnetskom polju ne potroši. Kao rezultat struja IM više neće naglo

opadati nego će kontinuirano padati kroz određeno vrijeme. Inducirani napon je znatno smanjen što osigurava svitak i kontakte od oštećenja.

(42)

ELEKTRIČNO AKTIVIRANJA RAZVODNIKA

(43)

ELEKTRIČNO AKTIVIRANJE

Elektromagneti (solenoidi) imaju dva krajnja položaja on - off.

nema napajanja nema napajanja

(44)

PRIKLJUČAK ELEKTRO

Š

DIN 43 650

RAZVODNIKA (ŠPULA)

(45)

RAZVODNIK 3/2

NORMALNO ZATVOREN

(46)

RAZVODNIK (monostabil bistabil)

(47)

RAZVODNIK 5/2

• MONOSTABIL • PILOT VENTIL

(48)

RAZVODNIK 5/2

• BISTABIL• PILOT VENTIL

(49)

BISTABIL (MEMORIJSKI ČLAN)

(50)

5/2 RAZVODNIK MONOSTABIL

(51)

RAZVODNIK 5/3

(52)

KARAKTERISTIKE

ELEKTROMAGNETSKIH SVITAKA

(53)

VELIČINA RAZVODNIKA

D-1 ISO size 1 D-2 ISO size 2 D-3 ISO size 3

(54)

PROPORCIONALNI RAZVODNICI

(55)

GRANIČNI PREKIDAČI

(56)

MEHANIČKI GRANIČNI

PREKIDAČ

(57)

GRANIČNI PREKIDAČ

(58)

(59)

SKLOPNIK

1. Svitak

2 Ž lj j ( t) 2. Željezna jezgra (magnet) 3. Armatura

4. Pomični kontakt 5. Nepomični kontakt 6 P iti

6. Pritisna opruga

7. Opruga za pritisak na kontakte

Sklopnik je elektromagnetska sklopka, koja pomoću male upravljačke

snage može uključiti pogone koji imaju snagu od 4 do 30 kW. Koriste

se za uključivanje motora, grijanja, klimatizacije, dizala itd.

(60)

SENZORI

Senzor je tehnički pretvornik, koji pretvara fizičku veličinu

j

p

,

j p

(npr. temperaturu, udaljenost, tlak) u neku drugu veličinu,

koja se lako obrađuje najčešće električki signal.

U elektropneumatskom upravljanju senzori se prvenstveno

upotrebljavaju u slijedećim slučajevima:

Praćenje pokretanja i položaja klipa u cilindru

Praćenje pokretanja i položaja klipa u cilindru.

(61)

SENZORI

POLOŽAJA

Područja primjene senzora blizine Područja primjene senzora blizine

• automobilska industrija,

• strojogradnja,

• industrija pakiranja,

• drvna industrija,

ti k

i

d j

i

• tiskare i proizvodnja papira,

• proizvodnja pića,

• opekarstvo i proizvodnja

keramike

(62)

SENZORI

(63)

SENZORI BLIZINE

Induktivni

Signal se stvara prisustvom metala u oscilirajućem magnetskom

polju.

Kapacitivni

p

Signal se stvara prisustvom bilo kojeg materijala visoke

izolatorske (dielektrične) konstante.

Optički

Signal se stvara kada se optička vidljivost ili kada je svjetlost

reflektirana natrag na optički senzor.

Red kontakti

Signal se stvara kada magnetsko polje magneta zatvori ugrađene

kontakte.

(64)

OPTIČKI SENZORI

Optički senzori blizine imaju dva glavna dijela: izvor svjetla i prijamnik.

S i d i i i f i j tl P l dičk di d k j

Senzori rade sa crvenim i infracrvenim svjetlom. Poluvodičke diode koje proizvodi svjetlost (LED) su pouzdan izvor crvenog i infracrvenog svjetla. Kao prijemnici se koriste fotodiode i fototranzistori.

Infracrveno (nevidljivo) svjetlo se koristi kada je potreban veći domet. ( j ) j j p

(65)

OPTIČKI SENZORI

Izvor i prijamnik su ili postavljeni u isto kućište (difuzijski i zrcalni senzori) ili u odvojena kućišta (prolazni senzori – optička vrata optička brana)

ili u odvojena kućišta (prolazni senzori – optička vrata, optička brana).

Difuzijski senzor

Prolazni senzor

(66)

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE ZA

OPTIČKE REFLEKSNE SENZORE

Radni napon obično 10 V… 30 V DC

ili 20 V… 250 V AC

Opseg rada najviše do 10 m

(najčešće podesivo) (najčešće podesivo)

Materijal predmeta svi, problemi sa sjajnim

predmetima

Najveća struja ukapčanja najviše 100 500 mA DC

Najveća struja ukapčanja najviše 100… 500 mA DC Temperatura radne okoline 0°C … 60°C

ili -25°C… 70°C Osjetljivost na nečistoće osjetljiv

Radni vijek dug (oko 100 000 sati)

Frekvencija prekapčanjaj p p j 20 do 10000 Hz

Izvedba valjak, kvadar

(67)

REED - KONTAKT

REED KONTAKT

• MAGNETSKO AKTIVIRANJEMAGNETSKO AKTIVIRANJE • RADNI KONTAKTRADNI KONTAKT

PERMANENTNI MAGNET MAGNET

Magnetski senzori blizine reagiraju na magnetska polja trajnih i elektro magneta. Reed senzori imaju kontakte načinjene od feromagnetskih materijala (slitina

Reed senzori imaju kontakte načinjene od feromagnetskih materijala (slitina željezo-nikal) utaljena u mala staklena kućišta ispunjena inertnim plinom.

Kod ugradnje Reed senzora treba paziti na jakost magnetskog polja, dva reed kontakta moraju biti međusobno udaljeni najmanje 60 mm.

(68)

PRIMJER UGRADNJE REED

KONTAKTA NA CILINDAR

(69)

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE

REED KONTAKTA

Napon 12 V… 27 V istosmjerne ili izmjenične struje Točnost ukapčanja ±0,1 mm

Najveća snaga ukapčanja 40 W

Najveća mag. indukcija 0,16 mT

Najveća struja ukapčanja 2 A

Najveća frekvencija ukapčanja 500 Hz

Vrijeme ukapčanja ≤ 2 ms

Otpor 0,1 Ω

Radni vijek kontakata 5 x 106 _ciklusa

prekapčanja prekapčanja Klasa zaštite IEC 529, DIN 40 050 IP6

(70)

KAPACITIVNI SENZOR

• REAGIRA NA SVE MATERIJALE !

Djelovanje kapacitivnog senzora blizine se temelji na promjeni električkog kapaciteta kondenzatora u RC titrajnom krugu pri približavanju bilo kojeg materijala. Prikladni su za ugradnju kao krajnji prekidači pri mjerenju razine vode, cementa, šećera, brašna, granulata i drugih medija.

Ukoliko predmet ili medij (metal plastika staklo drvo voda) uvedemo u Ukoliko predmet ili medij (metal, plastika, staklo, drvo, voda) uvedemo u područje ukapčanja mijenja se kapacitet titrajnog kruga. Udaljenost

ukapčanja kapacitivnih senzora blizine funkcija ovisna o vrsti, duljini i debljini materijala koji se uočava.

(71)

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE

KAPACITIVNOG SENZORA

Radni napon obično 10 V… 30 V DC ili 20 V 250 V AC

KAPACITIVNOG SENZORA

ili 20 V… 250 V AC Nominalna udaljenost ukapčanja obično 5…20 mm

najviše 60 mm

(najčešće promjenjivo, podesivo t i t )

potenciometrom)

Materijal predmeta svi materijali s dielektričkom konstantom >1

Najveća struja ukapčanja najviše 500 mA DC Najveća struja ukapčanja najviše 500 mA DC Temperatura radne okoline -25°C… 70°C

Osjetljivost na prašinu osjetljiv Radni vijekad je veoma dugeo a dug Frekvencija prekapčanja do 300 Hz

Izvedba valjak

npr. M 18x1, M30x1, d ∅ 30

do ∅ 30 mm,

Klasa zaštite prema IEC 529, DIN 40 050

(72)

PROVJERA SADRŽAJA PAKIRANJA KROZ

KARTON KAPACITIVNIM SENZOROM

Uočavanje razine punjenja u čeličnom spremniku

a) Kapacitivni senzor ugrađen u plastiku ili kvarcno staklo b) Uočavanje razine tekućine kroz plastičnu cijev

(73)

INDUKTIVNI SENZOR

1 OSCILATOR 1. OSCILATOR 2. PRETVARAČ SIGNALA 3. POJAČALO UGRADNJA INDUKTIVNOG SENZORA

Indukcijskim senzorima blizine se mogu uočiti samo električki vodljivi materijali. Ovisno o vrsti kontakta (normalno otvoren ili normalno zatvoren kontakt), izlazni se sklop ukapča odnosno iskapča ako se u području djelovanja nalazi ili ne

l i t l i bj kt Š

nalazi metalni objekt. Što je veći svitak, veća je aktivna udaljenost ukapčanja.

(74)

TEHNIČKI PODATCI ZA

INDUKTIVNE SENZORE BLIZINE

Materijal objekta Metali

Radni napon obično 10 V… 30 V

Nominalna udaljenost ukapčanja obično 0,8…10 mm najviše 250 mm

Najveća struja ukapčanja 75 mA 40 mA

Najveća struja ukapčanja 75 mA… 40 mA

Temperatura radne okoline -25°C… 70°C

Vibracije 10… 50 Hz

amplituda 1 mm amplituda 1 mm

Osjetljivost na prašinu neosjetljiv

Radni vijek veoma dug

Frekvencija prekapčanja obično 10… 5000 Hz

najviše 20 kHz

Izvedba valjak, kvadar

Veličina (primjeri) M8x1, M12x1, 18x1, M30x1,

∅ 4mm… ∅ 30 mm,

25 mm x 40 mm x 80 mm Klasa zaštite prema IEC 529, DIN 40 050 do IP 67

(75)

VRSTE SPOJEVA

Senzori blizine su izvedeni s "normalno zatvorenim“ (N/Z) ili "normalno ( ) otvorenim" (N/O) kontaktima, ali postoje i izvedbe s uključene obje funkcije.

Dijagrami spajanja za dvožilnu tehnologiju V= radni napon, L = trošilo

(76)

SPAJANJE SENZORA BLIZINE

Senzori blizine izrađeni u četverožilnoj tehnologiji se dijele na senzore blizine s PNP izlazima (pozitivno ukapčanje,normalno otvorene ) i NPN izlazima (negativno ukapčanje, normalno zatvorene ).

Funkcija Boja Oznaka

Pozitivan napon napajanja (+) smeđa BN Negativan napon napajanja (-) plava BU j j ( ) Izlaz crna BK

Suprotan izlaz bijela WH

Označavanje izlaza EN 50 044

(77)

SPAJANJE SENZORA BLIZINE

Serijski spoj

trožilni senzor sa zaštitnom diodom dvožilini senzori

(78)

SPAJANJE SENZORA BLIZINE

Paralelni spoj

trožilni senzori sa zaštitnom diodom dvožilini senzori

(79)

TLAČNA SKLOPKA

Tlačna sklopka se ugrađuje u elektropneumatski sustav kao

upravljački uređaj ili kao uređaj za kontroliranje rada sustava

(optički – signalne žarulje, akustični zvučni signal).

(80)

TLAČNA SKLOPKA

Pneumatski Električni simbol simbol

(81)

TLAČNA SKLOPKA

(82)

LOGIČKE FUNKCIJE I LOGIČKI SKLOPOVI

U logičkim funkcijama javljaju se binarne

varijable (imaju dva stanja)

j

(

j

j )

Logički sklop pretvara ulazne informacije u

g

p p

j

(83)

BOOLOVA ALGEBRA

Razvio ju je Georg Bool sredinom 19.

stoljeća, a bazirana je na premisi da u logici

postoje samo dvije mogućnosti: stanje je ili

točno ili krivo.

Boolova algebra pretpostavlja da ako je

stanje točno (on) simbol je 1, za krivo stanje

(off) simbol je 0.

(84)

OSNOVNI LOGIČKI ELEMENTI

P t j f k ij AND (I) i OR (ILI) t

jih

i

ij NOT

Postoje funkcije AND (I) i OR (ILI), te njihove inverzije NOT

AND (NAND) i NOT OR (NOR).

UKLJUČITI

A

LOGIČKI

IZLAZ

S

UKLJUČITI

B

_ELEMENT

Različite kombinacije ulaza i izlaza mogu se prikazati u tablici

istinitosti (TRUTH TABLE).

(85)

Logička funkcije indentiteta

kombinacijski sklopovi

t j

i l

- stanje na izlazu

odgovara ulaznoj

kombinaciji

slijedni sklopovi

imaju spremnike

-

imaju spremnike

informacija

(86)

NE (funkcija) sklop

(87)

NEGACIJA

(88)

I sklop

(89)

(90)

ILI sklop

(91)

ILI – FUNKCIJA (PARALELNI SPOJ)

ILI FUNKCIJA (PARALELNI SPOJ)

(92)

KRUGOVI SAMODRŽANJA

(93)

Krug samodržanja - dominira uključenje

Krug samodržanja dominira uključenje

(94)

Krug samodržanja

- dominira uključenje

(95)

Krug samodržanja

- dominira isključenje

(96)

KRUG SAMODRŽANJA

JEDNORADNI CILINDAR DVORADNI CILINDAR DOMINIRA ISKLJUČENJE

(97)

DETALJAN PRIKAZ SHEME SPAJANJA

(TABLIČNI PRIKAZ)

(98)

SPOJNICA

PLASTIČNA MASA IZOLATOR PLASTIČNA MASA IZOLATOR

ŽICA 2 ŽICA 1

(99)

(100)

RELEJNO UPRAVLJANJE

(101)

PLC – PROGRAMIBILNI LOGIČKI

KONTROLER

(102)

RELEJNA SHEMA PLC ZAKRETANJEM RELEJNE SHEME RELEJNE SHEME ZA 90 STUPNJEVA DOBIJEMO ALGORITAM PO KOJEM MOŽEMO KOJEM MOŽEMO NAPISATI PROGRAM ZA PLC U LEDDER DIJAGRAMU (KOP)

(103)

SIMBOLI

RELEJNA SHEMA PLC LEDER DIJAGRAM

RELEJNA SHEMA PLC – LEDER DIJAGRAM

RADNI KONTAKT (NO) MIRNI KONTAKT (NC) MEMORIJSKI ČLAN MEMORIJSKI ČLAN IZLAZI IZ PLC-a

(104)

LOGIČKE FUNKCIJE

RELEJNA SHEMA PLC LEDER DIJAGRAM

I – FUNKCIJA

RELEJNA SHEMA PLC – LEDER DIJAGRAM

SERIJSKI SPOJ

ILI – FUNKCIJA

PARALELNI SPOJ

(105)

STRUKTURNA SHEMA PLC a PLC-a ULAZI IZLAZ MOŽE POSTATI ULAZ CPU IZLAZI

(106)

Programiranje PLC – a u Ladder dijagramu

Programiranje PLC a u Ladder dijagramu

Rotiramo relejnu shemu za 90o Rotiramo relejnu shemu za 90

(107)

Povezivanje relejne sheme s PLC-om

Povezivanje relejne sheme s PLC om

(108)

NAČIN POVEZIVANJA

ELEMENATA

(109)

PROJEKTIRANJE

ELEKTROPNEUMATSKIH SUSTAVA

POVEZIVANJE ELEKTROPNEUMATSKIH ELEKTROPNEUMATSKIH KOMPONENTI

(110)

I to je

I to je, to

, to!!

+24V 13 14 K1 13 14 1Y K1 A1 1A1 1 A2 1 V 4 2 5 3 1Y 1 2

jj ,,

0V 1Y K1 A2 5 1 3 2

Pneumatika i Hidraulika 6 Predavanje Elektropneumatika

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA U BJELOVARU

Stručni studij mehatronike