Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych Ni SP v30 PDF

Preview

Summary

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych Ni SP v30...

Description

Laboratorium Napędu i Sterowania Pneumatycznego

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych z Napędu i Sterowania Pneumatycznego dla studentów Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki kierunek: Automatyka i Robotyka

Przygotował: Roman Korzeniowski

Kraków 2019

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Informacje o bezpieczeństwie i higienie pracy podczas zajęć laboratoryjnych Zasilanie w sprężone powietrze Każde ze stanowisk laboratoryjnych wyposażone jest w zespół przygotowania sprężonego powietrza przedstawiony na rysunku A. Składa się on z zaworu odcinającego zasilanie 1, filtra 2, regulatora ciśnienia 3, smarownicy 4 oraz szyny rozdzielającej zasilanie na osiem przyłączy 5. Bezpieczeństwo pracy przy stanowisku laboratoryjnym wymaga przestrzegania kilku zasad związanych z załączaniem i wyłączaniem zasilania:

3

5

4

2

1

Rys. A Zespół przygotowania sprężonego powietrza

1. Przed przystąpieniem do pracy na stanowisku laboratoryjnym należy zapoznać się z zasadą działania zaworu załączającego i wyłączającego dopływ sprężonego powietrza. 2. Przed rozpoczęciem pracy na stanowisku należy upewnić się, że zawór odcinający zasilanie znajduje się położeniu Rys. B. Zawór odcinający w pozycji bezpiecznej pokazanym na rysunku B – zasilanie wyłączone. 3. Po wykonaniu połączeń układu pneumatycznego, sprawdzeniu czy wszystkie przyłącza na szynie rozdzielającej sprężone powietrze zostały wykorzystane i upewnieniu się, że wszystkie przewody pneumatyczne są osadzone w złączach prawidłowo, można załączyć zasilanie w sprężone powietrze. Sposób załączenia zasilania Rys. C. Zawór w pozycji załączającej zasilanie przedstawia rysunek C. 4. Pojawienie się jakiejkolwiek nieszczelności w układzie bezwzględnie wymaga rozłączenia zasilania i ponownego sprawdzenia poprawności połączeń układu. Strona 2

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

System połączeń pneumatycznych Łączenie przewodów pneumatycznych do odpowiednich przyłączy pneumatycznych jest szybkie i bezpieczne zapewniając przy okazji wymaganą szczelność instalacji po połączeniu. Połączenie jest szybkie ponieważ nie wymaga od operatora żadnych dodatkowych zabiegów poza włożeniem przewodu o odpowiedniej średnicy do złącza pneumatycznego (rysunek D). Bezpieczeństwo połączenia zapewnia specjalna sprężysta blokada 1, której ostre krawędzie wbijają się w powierzchnię przewodu pneumatycznego po jego włożeniu. Oznacza to, że im większe ciśnienie pracy lub siła z jaką przewód jest wyjmowany z szybkozłącza tym głębiej wbija się blokada 1 w powierzchnię przewodu. Uwolnienie przewodu z szybkozłącza jest możliwe kolejno: po naciśnięciu pierścienia 3, a następnie pociągnięciu przewodu pneumatycznego. Pierścień 3 jest częścią mechanizmu uwalniania przewodu, który rozchyla ramiona sprężystej blokady 1. Częste próby rozłączania przewodu pneumatycznego mogą prowadzić do zmęczeniowego uszkodzenia sprężystej blokady, dlatego podczas ćwiczeń laboratoryjnych, przed załączeniem ciśnienia należy się upewnić, czy szybkozłącze jest w pełni sprawne.

Rys. D. Szybkozłącze pneumatyczne: 1 - sprężysta blokada uniemożliwiająca wyjęcie przewodu; 2 - uszczelnienie kształtowe zapewnia szczelność połączenia pneumatycznego; 3 - mechanizm uwalniania przewodu pneumatycznego

Rys. E. Uszkodzony przewód pneumatyczny

Szczelność układu szybkozłącze – przewód pneumatyczny zapewnia kalibrowana średnica zewnętrzna przewodu oraz uszczelnienie kształtowe 2. Jakiekolwiek uszkodzenie uszczelnienia 2 lub zniszczenie powierzchni przewodu (rysunek E) dyskwalifikuje połączenie pneumatyczne ze względu na jego szczelność i bezpieczeństwo połączenia.

Strona 3

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Oznaczenia dróg zaworów Zgodnie z norma ISO 5599 każda z dróg zaworu pneumatycznego posiada przypisane oznaczenie cyfrowe. Na rysunku F przedstawiono przykładowe symbole graficzne zaworów rozdzielających z naniesionymi oznaczeniami dróg. W praktyce spotyka się również oznaczenia literowe powszechnie stosowane w przeszłości. Oznaczenia te będą podawane w nawiasie. W praktyce spotykamy dwa rodzaje dróg: 

drogi robocze: 1 (P)

droga zasilania,

2 (A), 4 (B) przyłącza robocze, 3 (R), 5 (S) przyłącza odpowietrzenia, 

drogi sterowania: 10 (Z)

droga sterująca, która umożliwia przełączenie zaworu rozdzielającego w położenie zapewniające odpowietrzenie wyjścia roboczego,

12 (Y)

droga sterująca, która umożliwia przełączenie zaworu rozdzielającego w położenie zapewniające przepływ sprężonego powietrza pomiędzy drogami 1 i 2,

14 (Z)

droga sterująca, która umożliwia przełączenie zaworu rozdzielającego w położenie zapewniające przepływ sprężonego powietrza pomiędzy drogami 1 i 4,

81, 91

drogi zasilania zaworów sterowania wstępnego,

82, 84

drogi odpowietrzenia zaworów sterowania wstępnego. a)

b) 2 (A)

4 (B)

2 (A)

5 (S)

3 (R)

14 (Z)

12 (Y)

3 (R)

1 (P)

1 (P)

Rys. F. Sposoby oznaczania portów przykładowych zaworów rozdzielających

Strona 4

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Ćwiczenie 1 Temat: Komponenty i ich dane techniczne Cel ćwiczenia:

Przegląd dostępnych elementów i ich parametrów technicznych w oparciu o karty katalogowe

Jak korzystać z kart katalogowych Na podstawie karty katalogowej opracować najważniejsze parametry techniczne następujących elementów:   

dwóch różnych typów siłowników pneumatycznych, np.: siłownika jednostronnego działania i siłownika dwustronnego działania, trzech różnych typów zaworów rozdzielających, różniących się między sobą liczbą dróg, położeń oraz odmian i sposobów sterowania, jednego zespołu przygotowania sprężonego powietrza.

Zwrócić uwagę na to by opracowanie dotyczące każdego z elementów zawierało takie elementy jak:   

nazwa elementu, np.: siłownik dwustronnego działania, zawór rozdzielający 3/2 sterowany ręcznie przyciskiem i sprężyną powrotną, itp., symbol graficzny elementu zgodny z normą PN ISO 1219-1, opis najważniejszych parametrów i charakterystyk zamieszczanych w karcie katalogowej.

UWAGA!

Nie zamieszczać w opracowaniu informacji szczegółowych oraz wartości liczbowych, np.: średnica tłoka wynosi 10, 25, 32, 40, 50, itd.

Literatura 1. Asco Joucomatic: Catalogue of pneumatic components for industrial automation. http://www.ascojoucomatic.com/ 2. Bosch Rexroth Group: Pneumatics. Industrial applications. http://www.boschrexroth.com/ 3. CPP Prema: Oferta. http://www.prema.pl/ 4. Camozzi: Products catalogue: http://www.camozzi.com/ 5. Festo: Products catalogue. http://www.festo.com 6. Metalwork: Products catalogue. http://www.metalwork.it/ 7. SMC: Products catalogue. http://www.smc.eu Strona 5

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Ćwiczenie 2 Temat: Układy sterowania siłownikiem jednostronnego działania Cel ćwiczenia:

Opanowanie umiejętności syntezy z wykorzystaniem metod intuicyjnych

układów

Elementy potrzebne do przeprowadzenia ćwiczenia Lp Nazwa elementu . 1. Siłownik jednostronnego działania

pneumatycznych

Symbol graficzny

Sztu k 1

2.

Zawór rozdzielający 3/2 sterowany przyciskiem i sprężyną

3.

Zawór rozdzielający 3/2 sterowany ciśnieniem i sprężyną

1

4.

Zawór dławiąco-zwrotny

2

5.

Zawór szybkiego spustu

1

6.

Regulator ciśnienia trójdrogowy

1

2

1

1 3

Strona 6

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Układ sterowania bezpośredniego Połączyć siłownik jednostronnego działania, zawór rozdzielający 3/2 sterowany przyciskiem i sprężyną powrotną oraz źródło zasilania w sprężone powietrze. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 1a. Układ sterowania pośredniego Połączyć siłownik jednostronnego działania z zaworem rozdzielającym 3/2 sterowanym ciśnieniem i sprężyną. Zapewnić możliwość zdalnej obsługi zmontowanego układu wykorzystując zawór rozdzielający 3/2 sterowany przyciskiem i sprężyną. Obydwa zawory podłączyć do wspólnego źródła zasalania w sprężone powietrze. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 1b. Zwrócić uwagę na podobieństwa i różnice w działaniu układu sterowania bezpośredniego i układu sterowania pośredniego. b)

a)

2

2

1

1

3

3

2

1

3

Rys. 1. Układy sterowania siłownikiem jednostronnego działania: a) bezpośredniego działania; b) pośredniego działania

Nastawianie prędkości ruchu siłownika jednostronnego działania - Uzupełnić zmontowany poprzednio układ pneumatyczny o zawór dławiąco-zwrotny, tak aby można było nastawiać prędkość wysuwu siłownika jednostronnego działania. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu, uzupełnić schemat z rysunku 2a. - W kolejnym układzie zmienić podłączenie zaworu dławiąco-zwrotnego tak, by było można nastawiać prędkość powrotu siłownika jednostronnego działania. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 2b.

Strona 7

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

b)

a)

2

2

1

1

3

c)

3

d)

2

1

2

3

1

3

Rys. 2. Nastawianie prędkości ruchu siłownika jednostronnego działania: a) nastawianie prędkości wysuwu; b) nastawianie prędkości powrotu; c) nastawianie prędkości wysuwu i powrotu; d) szybki powrót

-

-

Wykorzystując zdobyte doświadczenie, zaproponować układ, w którym będzie można nastawiać prędkość ruchu siłownika jednostronnego działania podczas jego wysuwu i powrotu. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 2c. W ostatnim układzie w miejsce zaworów dławiąco-zwrotnych zastosować zawór szybkiego spustu, tak aby był realizowany szybki powrót siłownika jednostronnego działania. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 2d.

Strona 8

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Nastawianie siły siłownika jednostronnego działania Wykorzystując układ sterowania bezpośredniego lub pośredniego działania z rysunku 1 oraz regulator ciśnienia, zaproponuj sposób nastawiania siły dla siłownika jednostronnego działania. Uzupełnij schemat funkcjonalny układu na rysunku 3a. Przed załączeniem zasilania w sprężone powietrze, skręć nastawę regulatora ciśnienia na możliwie najniższą wartość. Określ wartość ciśnienia jaka jest potrzebna do całkowitego wysunięcia tłoczyska siłownika. Zapisz na rysunku 3b wzór na siłę użyteczną siłownika jednostronnego działania. a)

b)

Rys. 3. Nastawianie siły siłownika jednostronnego działania: a) schemat układu; b) wzór na siłę użyteczną

Wnioski We wnioskach z przeprowadzonych ćwiczeń należy uwzględnić m.in.: -

opis podstawowych cech siłowników jednostronnego działania, krótki opis zasady działania oraz zakres stosowania układów ze sterowaniem bezpośrednim i pośrednim, krótki opis zasady działania i właściwości układów nastawiania prędkości przedstawionych na rysunku 2.

Strona 9

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Ćwiczenie 3 Temat: Układy sterowania siłownikiem dwustronnego działania Cel ćwiczenia:

Opanowanie umiejętności syntezy z wykorzystaniem metod intuicyjnych

Elementy potrzebne do przeprowadzenia ćwiczenia Lp Nazwa elementu . 1. Siłownik dwustronnego działania

układów

pneumatycznych

Symbol graficzny

Sztu k 1

2.

Zawór rozdzielający 3/2 sterowany przyciskiem i sprężyną

3.

Zawór rozdzielający 5/2 lub 4/2 sterowany dźwignią i sprężyną

1

4.

Zawór rozdzielający 5/2 sterowany ciśnieniem i sprężyną

1

5.

Zawór rozdzielający 5/2 sterowany ciśnieniem

1

4.

Zawór dławiąco-zwrotny

2

5.

Zawór szybkiego spustu

1

6

Regulator ciśnienia trójdrogowy

1

2

2

1 3

Układy sterowania bezpośredniego - W pierwszym układzie połączyć siłownik dwustronnego działania z dwoma zaworami 3/2 sterowanymi przyciskiem i sprężyną. Zawory podłączyć do wspólnego źródła zasilania w sprężone powietrze. Po zmontowaniu układu sprawdzić jego działanie dla wszystkich możliwych kombinacji przełączeń zaworów sterujących a następnie uzupełnić schemat z rysunku 4a. - W drugim układzie połączyć siłownik dwustronnego działania z zaworem 5/2 lub 4/2 sterowanym dźwignią i sprężyną. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 4b. Strona 10

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

b)

a)

2

1

2

3

1

3

Rys. 4. Układy sterowania bezpośredniego siłownikiem dwustronnego działania

Układy sterowania pośredniego - Połączyć siłownik dwustronnego działania z zaworem rozdzielającym 5/2 sterowanym ciśnieniem i sprężyną. Zapewnić możliwość zdalnej obsługi zmontowanego układu wykorzystując zawór rozdzielający 3/2 sterowany przyciskiem i sprężyną. Obydwa zawory podłączyć do wspólnego źródła zasalania w sprężone powietrze. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 5a. - W kolejnym układzie połączyć siłownik dwustronnego działania z zaworem rozdzielającym 5/2 sterowanym ciśnieniem. W tym przypadku operator układu pneumatycznego powinien mieć dostęp do dwóch zaworów rozdzielających 3/2 sterowanych przyciskiem i sprężyną. Wszystkie zawory podłączyć do wspólnego źródła zasilania. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu uzupełnić schemat z rysunku 5b. a)

b)

12

12

2

4

3

14

5 1

2

1

2

3

1

2

3

Rys. 5. Układy sterowania pośredniego siłownikiem dwustronnego działania

Strona 11

1

3

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Nastawianie prędkości siłownika dwustronnego działania  Uzupełnić zmontowany poprzednio układ pneumatyczny o dwa zawory dławiącozwrotne, do nastawiania prędkości wysuwu i powrotu siłownika dwustronnego działania. Upewnić się, że zawory zostały podłączone tak, by realizować dławienie na wlocie do komór siłownika. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu, uzupełnić schemat z rysunku 6a. W trakcie uruchomienia układu nastawić bardzo małą prędkość ruchu siłownika. Sprawdzić jak zmienia się prędkość ruchu siłownika, jeżeli w osi jego tłoczyska działa zewnętrzna, zmienna co do wartości i kierunku siła.  W kolejnym układzie należy zmienić kierunek przepływu sprężonego powietrza przez obydwa zawory dławiąco-zwrotne tak, by było realizowane dławienie na wylocie z komór siłownika. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu, uzupełnić schemat z rysunku 6b. W trakcie uruchomienia układu nastawić bardzo małą prędkość ruchu siłownika. Sprawdzić jak zmienia się prędkość ruchu siłownika, jeżeli w osi jego tłoczyska działa zewnętrzna, zmienna co do wartości i kierunku siła.  Następnie należy zastąpić jeden z zaworów dławiąco-zwrotnych zaworem szybkiego spustu. Siłownik powinien się powoli wysunąć i bardzo szybko powrócić do położenia wyjściowego. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu, uzupełnić schemat z rysunku 6c. c)

b)

a)

12

4

2

3

12

14

3

5

1

2

2

3

12

14

1

3

1

14

5 1

2

2

3

4

2

3

5 1

1 2

4

2

1

3

1

2

3

1

3

Rys. 6. Sposoby nastawiania prędkości siłownika dwustronnego działania: a) układ z dławieniem na wlocie; b) układ z dławieniem na wylocie; c) układ z zaworem szybkiego spustu

Strona 12

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Nastawianie siły siłownika dwustronnego działania Wykorzystując układ z rysunku 4a oraz regulator ciśnienia, zaproponuj sposób nastawiania siły wysuwu dla siłownika dwustronnego działania. Uzupełnij schemat funkcjonalny układu na rysunku 7a. Przed załączeniem zasilania w sprężone powietrze, skręć nastawę regulatora ciśnienia na możliwie najniższą wartość. Określ wartość ciśnienia jaka jest potrzebna by przy jednoczesnym wciśnięciu przycisków obydwu zaworów sterujących, siłownik nie zmieniał swojego położenia. Zapisz na rysunku 7b wzór na siłę użyteczną siłownika dwustronnego działania. a)

b)

Rys. 7. Nastawianie siły siłownika jednostronnego działania: a) schemat układu; b) wzór na siłę użyteczną

Wnioski We wnioskach z przeprowadzonych ćwiczeń należy uwzględnić m.in.:  opis podstawowych cech siłowników dwustronnego działania,  krótki opis zasady działania oraz zakres stosowania układów ze sterowaniem bezpośrednim i pośrednim,  krótki opis zasady działania i właściwości układów nastawiania prędkości dla siłowników dwustronnego działania z rysunku 6.

Strona 13

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Ćwiczenie 4 Temat: Realizacja układów sterowania pneumatycznego w oparciu o cyklogram pracy Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest opanowanie umiejętności realizacji układu sterowania pneumatycznego odpowiadającego cyklogramowi pracy

Elementy potrzebne do przeprowadzenia ćwiczenia Lp Nazwa elementu . 1. Siłownik dwustronnego działania

Symbol graficzny

Sztu k 1

2.

Zawór rozdzielający 3/2 sterowany przyciskiem i sprężyną

3.

Zawór rozdzielający 5/2 sterowany ciśnieniem

1

4.

Zawór rozdzielający 3/2 sterowany rolką i sprężyną (łącznik drogowy)

2

5.

Zawór dławiąco-zwrotny

2

2

2

1 3

Strona 14

Laboratorium Napędów i Sterowań Pneumatycznych

KAP

Układy realizujące przykładowe cyklogramy pracy  Połączyć siłownik dwustronnego działania A1, zawór rozdzielający 5/2 sterowany ciśnieniem V3 oraz zawory 3/2 sterowane przyciskiem i sprężyną V1 i V2. Upewnić się, że zmontowany układ realizuje cyklogram pracy z rysunku 7. Po zmontowaniu i uruchomieniu układu, uzupełnić schemat z rysunku 8. 0

1

2

3

V1

1

V2

0 1

A1

0 s2 s1 Rys. 8. Cyklogram pracy układu pneumatycznego

Rys. 9. Schemat układu pneumatycznego realizującego cyklogram pracy z rysunku 6

...