Sterowanie układami pneumatycznymi

Układ pneumatyczny

W celu uzyskania ruchu siłownika pneumatycznego, konieczne jest zasilenie powietrzem konkretnej komory siłownika, oraz jej odpowietrzenie, w tym celu stosujemy zawory rozdzielające. Sterując odpowiednim sygnałem sterującym doprowadzamy do przesunięcia niewielkiego tłoczka znajdującego się wewnątrz zaworu, zmieniając położenie i kierunek przepływu powietrza. Tłoczek wyposażony w o-ringi tworzy przestrzenie robocze, które oddzielają się wzajemnie umożliwiając tym samym jednoczesne zasilanie komory lub odpowietrzanie przeciwnej.

Różnice między zaworami 5/2 a 3/2

Najczęściej spotykanymi zaworami w układach pneumatycznych są to zawory 3/2 i zawory 5/2. Pierwsza cyfra oznacza ilość dróg w zaworze, druga określa nam ilość pozycji. Jeśli chodzi o sterowanie siłownikami jednostronnego działania, gdzie zasilana jest tylko jedna komora, a na drugiej działa sprężyna mechaniczna, stosujemy zawory 3/2, które jedynie w jednej pozycji zasilają daną komorę, a w drugiej jest ona odpowietrzana. Z kolei częściej spotykanymi siłownikami są siłowniki dwustronnego działania, które wymagają zasilania dwóch komór – przedniej i tylnej. Musimy zatem podawać powietrze raz na jedną, raz na drugą, tym samym odpowietrzając przeciwną, dzięki czemu uzyskamy ruch wysuwu, lub wsuw siłownika. W takiej aplikacji zastosujemy zawory 5/2.

Różnice między zaworami monostabilnymi i bistabilnymi

Jeśli chcemy, aby siłownik pozostał na przesterowanej pozycji po impulsie sygnału sterującego, musimy skorzystać z opcji zaworu bistabilnego. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że w sytuacji, gdy siłownik w dłuższym czasie pozostaje w jednej pozycji, nie opłaca nam się cały czas podawać czynnik sterujący w postaci np. energii elektrycznej, a wystarczy krótkotrwały impuls zmieniający pozycję. W sytuacji gdy chcemy na chwilę wysunąć siłownik w celu np. docisku, łatwiejszy w obsłudze będzie zawór monostabilny. Zawór sterowany sygnałem ciągłym tak długo pozostaje w przesterowanej pozycji, jak długo podajemy czynnik sterujący. Gdy zostanie on odcięty, wówczas siłownik automatycznie wraca do stanu ustalonego. Zaletą jest to, że przy częstej zmianie pozycji, wystarczy tylko jeden ruch operatora w celu wyzwolenia np. wysuwu siłownika. Różnica w budowie polega na tym, że zawory monostabilne są wyposażone w sprężynę, umożliwiając powrót do stanu pierwotnego. Zawory bistabilne z obu stron wymagają podania sygnału sterującego w przypadku zaworów sterowanych elektrycznie. Generuje to konieczność zastosowania dwóch cewek z obu stron.

Przesterowanie ręczne elektrozaworu

Bardzo przydatnym rozwiązaniem umożliwiającym przesterowanie elektrozaworu może okazać się funkcja przesterowania ręcznego. W celu ustalenia awarii, czy jest ona spowodowana uszkodzeniem mechanicznym zaworu, czy na drodze instalacji elektrycznej, należy przesterować zawór specjalnym do tego przeznaczonym przełącznikiem. Jeśli elektrozawór nie działa po podaniu na niego napięcia, a działa po przesterowaniu przycisku ręcznego sterowania, wiemy że problem leży po stronie cewki lub instalacji elektrycznej.

Bezpieczeństwo w układach pneumatycznych

Aby układ pneumatyczny poprawnie spełniał swoje zadanie, koniecznym jest także stosowanie się do zasad bezpieczeństwa w zakładzie produkcyjnym. Przykładem takich rozwiązań, mogą być zawory 5/3, czyli zawory 3-pozycyjne. Dodatkowa środkowa pozycja nie generuje żadnego ruchu siłownika i zatrzymuje go w pozycji, z jakim odjęty został czynnik sterujący. Dzięki takiemu rozwiązaniu siłownik nie wysunie się do końca w przypadku braku komendy ze strony operatora maszyny. Zawory 5/3 z odpowietrzaniem w pozycji pośredniej umożliwiają także ręczny ruch tłoczyska w środkowej pozycji, co umożliwia wyciągnięcie dociśniętego elementu i powrót siłownika do pozycji wsuniętej. Kolejnym przykładem zabezpieczającym układ pneumatyczny są zawory dwuręcznego sterowania. Aby doprowadzić do wysunięcia siłownika, konieczne jest wciśnięcie obu przycisków jednocześnie. Zawór wyposażony jest w zawór logiczny AND oraz zabezpieczenie czasowe, co uniemożliwia wciśnięcie obu przycisków w odstępie czasowym. Musi to być świadomy ruch operatora. W przypadku gdy dojdzie do wysunięcia przewodu pneumatycznego ze złącza wtykowego, może dojść do niekontrolowanego ruchu siłownika. W takiej sytuacji warto wyposażyć się w zawory zwrotne sterowane, bowiem podłączenie ich do instalacji pneumatycznej uniemożliwia ruch siłownika, zatrzymując go w środkowej pozycji.

Wyspy zaworowe

W przypadku gdy potrzebujemy sterować większą ilością siłowników w jednej maszynie, wygodnym może okazać się ułożenie wszystkich zaworów w szeregu - w postaci wyspy zaworowej. Dzięki takiemu rozwiązaniu zaoszczędzimy miejsce, a na dodatek mamy cały proces skumulowany w jednym miejscu, co w celach diagnostycznych może okazać się niezwykle pomocne.

Komunikacja z wyspą zaworową

Sterując wyspą zaworową ważnym aspektem jest dla nas sposób podawania napięcia na zawory. Może to się odbywać w sposób indywidualny, gdzie każdy z zaworów sterowany jest osobną cewką i wtyczką. Rozwiązanie takie generuje dużą ilość kabli w szafie sterowniczej, dlatego w celu uniknięcia tego problemu możemy zastosować jeden kabel zasilający całą wyspę. Konfiguracji przyłączy elektrycznych jest naprawdę bardzo dużo na rynku, począwszy od złącz multipin po nowoczesne rozwiązania wykorzystujące moduły komunikujące sieci przemysłowe takie jak PROFIBUS, czy PROFINET. Umożliwia nam to sterowanie wyspą zaworową z poziomu sieci oraz pozyskiwanie sygnału z wyspy. Sygnał zwrotny do sterownika z pozycji wyspy zaworowej ułatwia nam pracę, zmniejszając ilość elementów na układzie pneumatycznym takich jak np. czujniki ciśnienia za wyjściem z konkretnego zaworu danej wyspy, które sygnalizowałyby nam działanie konkretnego zaworu.