Raptis Dimitrios: PNEUMATIKA ELEKTROPNEUMATIKA RENDSZERTECHNIKA

Átírás

1 Raptis Dimitrios: PNEUMATIKA ELEKTROPNEUMATIKA RENDSZERTECHNIKA

2 Pneumatika Elektropneumatika Rendszertechnika Szerző: Raptis Dimitrios Lektor: Prof. Dr. Horváth Béla Kézirat lezárva: november 30. Nyugat-magyarországi Egyetem Kiadó (kiadva a TÁMOP F-14/1/Konv számú, DUÁLGÉP A szombathely duális gépészmérnöki képzés fejlesztése, együttműködve a kiemelt járműipari központ gazdasági hálózatával c. projekt keretében) Felelős kiadó: Prof. Dr. Németh Róbert tudományos és külügyi rektorhelyettes A kiadásért felel a DUÁLGÉP projekt szakmai vezetője: Prof. Dr. Horváth Béla Terjedelem: 7 ív Szombathely, Raptis Dimitrios, 2015 ISBN

3 TARTALOMJEGYZÉK TARTALOMJEGYZÉK Vezérléstechnikai alapok A vezérléstechnika alapfogalmai A vezérlések csoportosítása Pneumatikus és elektropneumatikus vezérlések A pneumatikus berendezés A sűrített levegő tulajdonságai Fizikai alapok, pneumatikus berendezések gazdaságossága A levegő összenyomható A levegő térfogata hőmérséklet hatására megváltozik Gázok állapotegyenlete Sűrített levegő előállítása és szállítása Légsűrítő berendezések Kompresszorok típusai Légkompresszorok megválasztásának szempontjai Sűrített levegő szállítása, csővezetékek méretezése, vezetékcsatlakozások Sűrített levegő előkészítése Szennyeződések a sűrített levegőben Levegőszűrő nyomásszabályozó szeleppel Nyomásszabályozó szelep Pneumatikus végrehajtók Egyenes vonalú mozgást végző végrehajtók (Munkahengerek) Forgó mozgást végző végrehajtók Henger felerősítések Munkahenger felépítése Hengerek méretezése Pneumatikus, elektropneumatikus szelepek A szelepekről általában Útszelepek Pneumatikusan és mechanikusan működtetett útszelepek Elektromosan működtetett útszelepek (mágnes szelepek)

4 6.5 Építési módok és teljesítmények Záró szelepek, fojtók Nyomásirányítók, elzárók, időzítők Érintkezésmentes pneumatikus érzékelők és vákuum ejektorok Elektromos építőelemek Pneumatikus alapkapcsolások Egyszeres működtetésű henger vezérlése Kettősműködtetésű henger vezérlése VAGY szeleppel Kettősműködtetésű henger sebességvezérlése Sebességnövelés egyszeres- és kettősműködtetésű hengereknél Vezérlés kétnyomású (ÉS) szeleppel Elektropneumatikus relés kapcsolások Direkt és indirekt vezérlés Logikai vezérlések Jeltárolás impulzus (bistabil) mágnes szeleppel Időkövető vezérlések Folyamatkövető vezérlések A modern EP berendezések felépítése Trendek és fejlesztések Szelepszigetek, elektromos terminálok

5 1. Vezérléstechnikai alapok Az automatizálással mentesíteni lehet az embert a fizikai munka és a termelésirányító tevékenység végzése alól. Az ember feladata csupán az automatizált berendezések felügyelete, karbantartása, javítása, illetve beállítása. Az önműködő irányítás törvényszerűségeivel és gyakorlati megvalósításával az irányítástechnika foglalkozik. Az irányítás olyan művelet, amely valamilyen folyamatot elindít, fenntart, módosít, illetve leállít. Az irányítás részműveletei az információszerzés, a döntés, a rendelkezés és a beavatkozás. 1.1 A vezérléstechnika alapfogalmai 1.1 ábra: Jeláramlás a vezérlésben Az irányítást szabályozással, vagy vezérléssel valósíthatjuk meg. Mindkettő történhet kézi-, vagy önműködő irányítással, illetve a kettő kombinációjával. A vezérlés az a folyamat egy rendszeren belül, amelynél egy vagy több érték bemenő értékként befolyásolja a kimenő értéknek tekintett többi értéket, a rendszer sajátos törvényszerűségeinek megfelelően. A vezérlésekre az a jellemző, hogy az egyes átviteli tagokon illetve a vezérlőláncon áthaladó hatáslánc nyitott. (DIN 19226) 5

6 1.2 A vezérlések csoportosítása 1.2 ábra: Vezérlés típusok Logikai vezérlés Olyan vezérlés, ahol a bemenő jelek jelállapotaihoz a Boole-algebra logikai műveleteinek (ÉS, VAGY, NEM) megfelelően vannak hozzárendelve a kimenőjelek meghatározott jelállapotai. Követő vezérlés Programozott sorrendben lépésenként haladó vezérlés. Továbblépés a következő programlépésre a léptetési feltételektől függően történik. Különleges lépéssorrendeket ugrásokat, hurkokat, elágazásokat is lehet programozni. Időkövető vezérlés Olyan követő vezérlés, amelynek léptetési feltételei kizárólag időfüggőek. A léptetési feltételek előállításához időtagokat, időszámlálókat lehet használni. Folyamatkövető vezérlés Olyan követő vezérlés, amelynek léptetési feltételei csak a vezérelt folyamat jeleitől (érzékelők jelei) függenek. A vezérlés elnevezést nem csak a vezérlési folyamatra, hanem arra a berendezésre is használjuk, amely a vezérlést megvalósítja. Jelek Az információkat jelekkel ábrázoljuk. Az ábrázolás egy fizikai jellemző értékével vagy értékének változásával történik. Példa az analóg-, a digitális- és a bináris jelre. 6

7 1.3 ábra: Folyamatkövető vezérléssel irányított berendezés 1.4 ábra: Jeltípusok 7

8 Analóg jel Az analóg jel egy olyan jel, ahol a jelparaméter folytonos értéktartományának minden egyes pontjához különböző információ van hozzárendelve. Ennek a jelnek az információtartalma (információs paramétere) bizonyos határok között minden tetszőleges értéket felvehet. Digitális jel A digitális jel egy olyan jel, ahol a jelparaméter meghatározott számú értéktartománnyal rendelkezik. Minden egyes értékhez meghatározott információ van hozzárendelve úgy, hogy az információs paraméter bizonyos határok között csak az alapegység értékének egész számú többszörösét veheti fel (lépcsős jel). Bináris jel A bináris jel olyan digitális jel, ahol a jelparaméternek csak két értéktartománya van. A jel tehát két információt tartalmaz, pl. igen - nem, van - nincs, 1-0. A bizonytalanság elkerülése miatt a két értéktartomány között egy biztonsági tartománynak kell lenni (pl. a 0-ás jel 0-5 V, az 1-es jel V, így a biztonsági tartomány 5-10 V). A jel értékének a felső, vagy az alsó értéktartományba kell esni. Ha a jelérték a biztonsági tartományba (tilos zóna) esne, úgy ez pl. egy szelepnél bizonytalan állapotot idézne elő, ami hibás működést eredményezhet Pneumatikus és elektropneumatikus vezérlések A pneumatikus és elektropneumatikus berendezések abban megegyeznek, hogy mindegyikben többnyire pneumatikus munkavégző elemeket használunk. A vezérlő részben lényegesen különböznek egymástól: A pneumatikus vezérlésnél pneumatikus elemeket használnak, azaz különböző szelepeket (tároló-, logikai-, idő-, stb.), illetve léptető egységeket. Az elektropneumatikus vezérlésnél a vezérlő egységet elektromos elemekből építik fel, pl. relékből, időrelékből, vagy szabadon programozható vezérlést (PLC) alkalmaznak. 8

9 1.5 ábra: Jeláramlás a pneumatikus vezérlésben A tisztán pneumatikus vezérléssel szemben az elektropneumatikus vezérlést nem egy kapcsolási rajzon tüntetik fel, hanem két különálló rajzon. Az egyiken a pneumatikus-, a másikon az elektromos részt ábrázolják. Az elektropneumatikus vezérlés előnyei Az elektropneumatikus vezérlés a következő előnyöket mutatja a tisztán pneumatikus vezérléssel szemben: - magasabb megbízhatóság (kevesebb mechanikusan mozgó építőelem); - kisebb tervezési és üzembe helyezési költség; - kisebb helyszükséglet; - gyorsabb működés; - PLC alkalmazása, hálózati kommunikáció, rugalmas vezérléstervezés. Manapság az elektropneumatikus vezérléseket széles körben alkalmazzák az ipari termelés területén, a tisztán pneumatikus vezérléseket ritkábban, csak speciális területeken használják. 9

10 1.6 ábra: Jeláramlás az elektropneumatikus vezérlésben Mivel az elektropneumatikus vezérléseknél a munkaközeg pneumatikus, a vezérlőközeg pedig elektromos, szükség van jelátalakítóra, amely az elektromos jelet átalakítja pneumatikus jellé (E-P átalakító), ezt a feladatot a mágnes szelepek látják el. Gyakran a szelep és munkahenger egységek integráltan kerülnek beépítésre. 1.7 ábra: Mnkahenger-szelep kombináció 10

11 2. A pneumatikus berendezés 2.1. A sűrített levegő tulajdonságai A pneumatika meglepően rövid idő alatt elterjedt az ipari alkalmazás területein. Ennek oka, hogy vannak olyan gépesítési és automatizálási feladatok, melyek más energiahordozóval ilyen gazdaságosan nem valósíthatók meg. A sűrített levegő, mint energiahordozó, legfontosabb pozitív tulajdonságai: Előfordulás: A levegő gyakorlatilag mindenhol korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre. Szállítás: A sűrített levegő csővezetéken nagy távolságra egyszerűen, könnyen szállítható. Az elhasznált levegő visszavezetésére nincs szükség. Tárolhatóság: Egy kompresszornak nem kell állandóan üzemelni ahhoz, hogy a sűrített levegő folyamatosan rendelkezésre álljon. A sűrített levegő tartályban tárolható és onnan elvezethető, illetve tartályokban szállítható. Hőmérséklettűrés: A sűrített levegő a hőmérsékletváltozásokra érzéketlen, ez lehetővé teszi a biztonságos alkalmazását különleges hőmérsékleti viszonyok között is. Biztonság: A sűrített levegő robbanás- és tűzbiztos, nincs szükség drága biztonsági berendezések alkalmazására. Tisztaság: A sűrített levegő tiszta, tömítetlen vezetékeknél, elemeknél sem tud szennyeződés bekerülni a kiáramló levegő következtében. Erre a tisztaságra nagy szükség van például az élelmiszeriparban, fa-, textil-, és bőriparban. Felépítés: A munkavégző elemek felépítése egyszerű és ennek megfelelően olcsó. Sebesség: A sűrített levegő áramlási sebessége viszonylag magas, így jelentős munkasebességek elérését teszi lehetővé. (A pneumatikus munkahengerek dugattyúsebessége például 1-2 m/sec nagyságrendű.) Állíthatóság: Sűrített levegőnél a sebesség fokozatmentesen vezérelhető, ill. az erőkifejtés fokozatmentesen szabályozható. Túlterhelhetőség: A sűrített levegővel működő készülékek meghibásodás veszélye nélkül túlterhelhetők. 11

12 Ahhoz, hogy a pneumatika alkalmazási területe pontosan behatárolható legyen, meg kell ismerni negatív tulajdonságait is. Előkészítés: A sűrített levegő gondos előkészítést igényel. Az energiahordozó szennyeződést és nedvességet nem tartalmazhat. Ez az elemek élettartamát csökkentené. Összenyomhatóság: A sűrített levegővel működő hengerekkel nem lehet terhelésfüggetlen, egyenletes, ill. állandó dugattyúsebességet biztosítani. Erőkifejtés: A sűrített levegő csak egy meghatározott erőkifejtésig gazdaságos. Normál üzemi nyomás (700 kpa, 7 bar esetén) a lökettől és a dugattyúsebességtől függően, a határterhelés N, kp körüli érték. Kipufogás: A kipufogó levegő zajos. Napjainkra a kifejlesztett hangtompító anyagok ezt a problémát nagyrészt kiküszöbölték. Költségek: A sűrített levegő viszonylag drága energiahordozó. A magas energiaköltségek nagy részben olcsó elemekkel és nagy teljesítménnyel (működési sebesség) kompenzálhatók Fizikai alapok, pneumatikus berendezések gazdaságossága A fokozódó gépesítés és automatizálás következtében az emberi munka kiváltásánál előtérbe került a pneumatika ipari alkalmazása is. Például: csomagok átrakása, emelők működtetése, alkatrészek szállítása stb. Annak ellenére, hogy a sűrített levegő viszonylag drága energiahordozó, alkalmazása számos előnnyel jár. A sűrített levegő előállítása és tárolása, valamint a különböző gépekhez, készülékekhez történő elosztása nagy költségráfordítást igényel. Ez gyakran ahhoz a megállapításhoz vezethet, hogy a pneumatika ipari alkalmazása költséges megoldás. Ez az egyoldalú szemlélet azonban csak az energia költségeit veti össze, figyelmen kívül hagyja a berendezések beruházási és üzemeltetési ráfordításait, a bérköltségek alakulását. Közelebbről megvizsgálva megállapítható, hogy egy berendezés összárfordításának általában csak csekély részét teszi ki az energia költsége. 12

13 Alapmennyiségek: Fizikai mennyiség Jelölés Technikai mértékrendszer SI mértékrendszer Hosszúság l méter (m) méter (m) Tömeg m kps 2 kilogramm (kg) m Idő t másodperc (s) másodperc (s) Hőmérséklet T Celsius fok ( 0 C) kelvin (K) Áramerősség I amper (A) amper (A) Fényerősség I kandela (cd) Anyagmennyiség n mól (mol) Származtatott mennyiségek: Erő F kilopond (kp) Newton (N) kg m = 1 N s 2 Felület A négyzetméter (m 2 ) négyzetméter (m 2 ) Térfogat V köbméter (m 3 ) köbméter (m 3 ) Térfogatáram V(Q) (m 3 /s) (m 3 /s) Nyomás p atmoszféra (at) (kp/cm 2 ) pascal (Pa) 1 Pa =1 N/m 2 bar (bar) 1 bar = 10 5 Pa =100 kpa A technikai- és nemzetközi mértékrendszer közötti kapcsolatot a Newton-törvény képezi: Erő = Tömeg Gyorsulás F = m a, g = 9,81 m/s 2 ahol a helyére a nehézségi gyorsulás (gravitációs állandó) kerül. A bevezetett értékekre, a két mértékrendszer között, a következő átszámítások érvényesek: Tömeg: Erő: 1 kps 2 1 kg = ,81 m 1 kp = 9,81 N Közelítő számításoknál használható 1 kp = 10 N Hőmérséklet: Hőmérsékletkülönbség: 1 C = 1 K (Kelvin) Nullapont: 0 C = 273 K (Kelvin) 13

14 Nyomás: Az összeállításban közölt nyomásegységeken kívül ( at a technikai mértékrendszerben, valamint bar és Pascal az SI rendszerben) további egységeket is használva a nyomás meghatározására. A teljes áttekintés elősegítése érdekében ezeket is ismertetjük. - Atmoszféra, at (abszolút nyomás technikai mértékrendszerben) 1 at = 1 kp/cm 2 = 0,981 bar (9, Pa) ( 98,1 kpa ) - Pascal, Pa (abszolút nyomás SI rendszerben) 1N 1 Pa = = 10-5 bar m N 1 bar = = 10 5 Pa = 1,02 at m 2 - Fizikai atmoszféra, atm (abszolút nyomás fizikai mértékrendszerben) 1 atm = 1,033 at = 1,013 bar (101,3 kpa) - Vízoszlop mm, mm v.o mm v.o. = 1 at = 0,981 bar (98,1 kpa) - Higanyoszlop mm, Hgmm (megfelel a torr nyomásegységnek) 1 Hgmm = 1 torr 1 at = 736 torr, 100 kpa (1 bar) = 750 torr. Mindezekre a földön lévő atmoszférikus nyomás befolyást gyakorol, mely a definíciókban nem érzékelhető. Figyelembe lehet venni a mindenkori atmoszférikus nyomást P amb jelöléssel, mint vonatkoztatási pontot, illetve az ettől való eltérést P e jelöléssel, mint túlnyomásértéket ábra: Atmoszférikus nyomás A légköri nyomás nem mindenütt azonos. 14

15 Változik a geográfiai helyzetnek és az időjárásnak megfelelően. Az abszolút nulla nyomástól a változó légköri nyomásig terjedő tartományt vákuumnak (-p e ), az e feletti tartományt túlnyomásnak (+p e ) nevezzük. Az abszolút nyomás p abs a (-p e ) és (+p e ) nyomásértékekből tevődik össze. A gyakorlatban alkalmazott mérőműszerek csak a túlnyomást (+p e ) mutatják. A p abs nyomás megadása esetén a mutatott értékek közelítőleg 100 kpa (1 bar) értékkel nagyobbak. Az összefoglalt alapmennyiségek ismeretében a levegő legfontosabb fizikai törvényszerűségei követhetőek. 2.3 A levegő összenyomható Mint minden gáznemű közegnek, a levegőnek sincs határozott alakja. Formáját a legkisebb hatás megváltoztatja, a levegő felveszi környezetének alakját. A levegő kompresszíbilis (összenyomható) ugyanakkor tágulásra is képes, expandál. Az erre vonatkozó törvényszerűségeket a Boyle-Mariotte törvény tartalmazza. Egy zárt térben lévő levegő térfogata, állandó hőmérséklet esetén, az abszolút nyomással fordítottan arányos. Mely lényegében azt jelenti, hogy egy meghatározott levegőmennyiség abszolút nyomásának és térfogatának szorzata állandó. p 1 V 1 = p 2 V 2 = p 3 V 3 = konstans ábra: Boyle-Mariotte törvényszerűség szemléltetése 2.4. A levegő térfogata hőmérséklet hatására megváltozik A 273 K hőmérsékletű levegő, állandó nyomáson, 1 K-el melegítve, 1/273 arányban változtatja térfogatát. Ezt a Gay-Lussac törvény rögzíti: V 1 térfogat T 1 hőmérsékleten V 2 térfogat T 2 hőmérsékleten A V 2 meghatározása: 15

16 Magyarázat: Normálállapot a DIN 1343 szerint egy normálhőmérsékleten, ill. normálnyomáson rögzített állapot folyadékra, ill. gáznemű közegre. A technikai normál állapot: Normál levegőhőmérséklet: T n = 293,15 K; t n = 20 C Normál nyomás: Pn = 98066,5 Pa = 98066,5 N/m 2 = 0, bar. A fizikai normál állapot: Normál levegőhőmérséklet: T n = 273,15 K; t n = 0 C Normál nyomás: Pn = Pa = N/m 2 = 1, bar Gázok állapotegyenlete A gázok viselkedésének törvényszerűségeit az általános gáztörvény határozza meg, mely szerint:. 16

17 3. Sűrített levegő előállítása és szállítása 3.1 Légsűrítő berendezések A sűrített levegő előállítására légsűrítőket (kompresszorokat alkalmaznak, amelyek az atmoszférikus levegőt a kívánt nyomásértékre sűrítik. A pneumatikus vezérlőrendszerekhez (hajtás, vezérlés) szükséges működtető energiát központi sűrített levegőellátás biztosítja. Ennek megfelelően az energia-átalakítást és energiaátvitelt nem kell minden felhasználó berendezésekhez külön megtervezni. A kompresszorteleptől a sűrített levegő csővezetéken jut el a felhasználóig. Mobil kompresszorokat az építőiparban vagy helyüket gyakran változtató gépeknél alkalmaznak. A kompresszortelep- és léghálózat tervezésekor célszerű figyelembe venni, az adott felhasználókon túlmenően a későbbiekben beszerzésre kerülő berendezéseket is. Mindig jobb, ha az energiaellátás tartalékokkal rendelkezik, mint később megállapítani azt, hogy túlterhelt. Egy kompresszortelep bővítése mindig jelentős költségkihatású. Nagyon fontos a sűrített levegő tisztasága. Ez biztosítja a berendezések hosszú élettartamát. Ügyelni kell a különféle légsűrítők helyes alkalmazására is. 3.2 Kompresszorok típusai A megfelelő kompresszor megválasztása az üzemi körülmények, a szükséges üzemi nyomás, valamint a szállítandó levegőmennyiség alapján történik. Működési elv alapján kétféle kompresszortípust különböztethetünk meg: Térfogat kiszorítással működő kompresszorok A levegőt a zárt térben, térfogatcsökkentéssel sűrítik. Ezek lényegében a dugattyús kompresszorok (egyenes vonalú mozgást végző-, ill. forgódugattyúval). Áramlásdinamikai elven működő kompresszorok A levegőt egyik oldalon szívják, majd azt felgyorsítva sűrítik. Ezek a turbókompresszorok. 17

18 Kompresszorok típusai Dugattyús kompresszorok (egyenes vonalú) Forgódugattyús kompresszorok Turbókompresszorok Dugattyús kompresszor Membrán kompresszor Radiál kompresszor Axiál kompresszor Csúszó lapátos kompresszor Csavarkompresszor Root kompresszor 3.1. ábra: Kompresszorok osztályozása Dugattyús kompresszor (egyenes vonalú mozgású dugattyúval) Ez a kompresszortípus a legelterjedtebb. Alkalmas kis-, közepes- és nagynyomások előállítására. Nyomástartománya 100 kpa (1 bar)-tól több ezer kpa-ig terjed. Nagy nyomások eléréséhez többfokozatú kompresszorokra van szükség. A beszívott levegőt az első fokozat elősűríti, majd közbenső hűtést követően, a következő dugattyú fokozza a sűrítést. A második sűrítőtér térfogata a sűrítési viszonyoknak megfelelően kisebb. A sűrítési folyamat során keletkezett hőt hűtéssel kell elvezetni. Membránkompresszorok A kompresszoroknak ezt a típusát a dugattyús légsűrítőkhöz soroljuk. A szívó- és nyomóteret a dugattyútól egy membrán választja el, így a sűrített levegő nem kerül érintkezésbe a dugattyútérrel. A levegő tehát olajmentes lesz. A membránkompresszorok a fentiek alapján előnyösen alkalmazhatók az élelmiszer-, gyógyszer-, valamint vegyiparban. Forgódugattyús kompresszorok A forgódugattyús kompresszoroknál, a forgórész elfordulása során relatív térfogatcsökkenés következik be, ezzel megtörténik a levegő sűrítése. Csúszó lapátos kompresszorok A lapátos kompresszornál egy be- és kimenő csatlakozásokkal ellátott, hengeres házban (sztátor) excentrikusan csapágyazott forgórész (rotor) forog. 18

19 A rotorban lévő résekben elhelyezett lapátok, forgás közben növekvő, majd csökkenő térfogatot zárnak be. A cellák növekedésekor történik a levegő beáramlása, csökkenésekor végbemegy a sűrítés. A lapátokat a forgás közben fellépő centrifugális erő szorítja a sztátor falához. A lapátos kompresszorok előnye a kis beépítési helyszükséglet, az egyenletes (gyakorlatilag lökésmentes) állandó légszállítás. Kéttengelyű csavarkompresszorok A csavarkompresszor működési elve, hogy két csavarformájú forgórész egymásba nyúló meneteinek kapcsolódó pontjai, forgás közben, axiális irányban továbbhaladnak. A menetek és a kompresszorház közötti térben lévő levegőt ezáltal továbbítják. A forgórészek konvex, ill. konkáv profilú menettel ellátottak, így a szállítás közben a térfogat csökken, megtörténik a sűrítés. Root kompresszorok A kompresszor dugattyúi egymással párhuzamos tengely körül forognak a házban. A dugattyúkat fogaskerékpár kapcsolja össze. Az álló ház és a forgórész közé beszívott levegőt a forgódugattyú kompresszió nélkül szállítja a szívócsonktól a nyomócsonkig. A szívó- és nyomóoldal elválasztását a dugattyú élek biztosítják. Áramlásdinamikai elven működő kompresszorok Az áramlásdinamikai elven működő légsűrítőket főleg nagy légszállításnál célszerű alkalmazni. Készülnek axiális és radiális átömlésű kivitelben. A levegőt egy vagy több turbinakerék hatása hozza mozgásba. Az áramlás során megnövekedett kinematikus energia nyomási energiává alakul át Légkompresszorok megválasztásának szempontjai Szállított mennyiség A kompresszor által szállított levegőmennyiség meghatározásánál két esetet különböztetünk meg: - elméleti légszállítás; - tényleges légszállítás. Dugattyús kompresszoroknál az elméleti légszállítás a mindenkori lökettérfogat és fordulatszám szorzataként határozható meg. A tényleges légszállítás függ a kompresszor típusától, volumetrikus veszteségétől, valamint az üzemi nyomástól. Üzemeltetés szempontjából csak a valóban rendelkezésre álló, tényleges légszállítás ismerete fontos, mivel ez áll rendelkezésre a sűrített levegővel működő készülékek 19

20 energiaellátására. A DIN-szabványban közölt adatok tényleges értékek (pl. DIN 1945). A szállított mennyiségek Nm 3 /perc, vagy Nm 3 /óra egységekben vannak megadva. Nyomás A kompresszor által szállított sűrített levegő nyomásának két meghatározása lehetséges. Üzemi nyomás alatt a kompresszor szállító-, ill. tároló tartályában lévő, valamint a csővezetékben szállított levegő nyomása értendő. Munkanyomás az a nyomás, amelyre a mindenkori munkahelyen szükség van. A munkanyomás értéke az esetek többségében 600 kpa (6 bar). A pneumatikus elemek üzemi adatait is erre a nyomásértékre adják meg. Fontos: megbízható és pontos működés előfeltétele az állandó nyomás biztosítása. A nyomásváltozástól függő jellemzők: - dugattyúsebesség; - erőkifejtés; - végrehajtó, vezérlő elemek időbeli működése. Kompresszorok légszállításának szabályozása A kompresszorok légszállításának, a mindenkori szükségletekhez történő illesztése, a szállítás szabályozását teszi szükségessé. A szabályozásra több megoldási lehetőség ismeretes, melyek a légszállítást a beállítható minimális és maximális nyomáshatárok között változtatják. Üresjárati szabályozás Résztermeléses szabályozás Leállásos szabályozás a./ Lefúvató szabályozás a./ Fordulatszám szabályozás b./ Elzárásos szabályozás b./ Szívóoldali fojtásos szabályozás c./ Szabályozás a szívószelep nyitásával 3.2. ábra: A légszállítás szabályozásának módjai Légtartály A légtartály feladata az egyenletes levegőellátás biztosítása, továbbá a hálózatban, a felhasználás változása során létrejövő nyomásingadozások kiegyenlítése. A tároló nagy felületéből adódóan a benne lévő sűrített levegő további hűtőhatásnak van kitéve. Ennek következményeként, a levegő nedvességtartalmának egy része, a tartályban víz alakjában lecsapódik. 20

21 3.3. ábra: Llégtartály kialakítás A légtartály méretét befolyásoló tényezők: - a kompresszor légszállítása; - a levegő-felhasználás; - a hálózat geometriája (járulékos térfogat); - a szabályozási mód; - a megengedett hálózati nyomásingadozás. Légtartály térfogatának meghatározása leállásos szabályozásnál Példa: Szállított levegőmennyiség V = 20 m 3 /min Kapcsolási szám/óra z = 20 Nyomáskülönbség p = 100 kpa (1 bar) Tartálytérfogat V B =? 15 m 3 (diagramból) Eredmény Tartálytérfogat V B = 15 m 3 21

22 3.4. ábra: Szállítási diagram 3.4. Sűrített levegő szállítása, csővezetékek méretezése, vezetékcsatlakozások A növekvő méretű racionalizálás, valamint a gyártóeszközök automatizálásának fokozott igénye egyre nagyobb volumenű levegőellátást igényel az üzemekben. A gépek, készülékek meghatározott mennyiségű levegőigényét a kompresszor csőhálózaton keresztül biztosítja. A csővezeték geometriáját úgy kell megválasztani, hogy a nyomásesés a légtartálytól a felhasználóig ne lépje túl a 0,1 bar értéket. A nagyobb nyomásveszteség veszélyezteti a rendszer gazdaságosságát és nagymértékben csökkenti a teljesítményt. A kompresszortelep egy későbbi bővítési lehetőségét már a tervezéskor figyelembe kell venni és a csővezetéket ennek megfelelően nagyobbra kell méretezni. Nagyobb méretű léghálózat utólagos beépítése ugyanis jelentős költségekkel jár. A csővezeték átmérőjének meghatározása az alábbi tényezők figyelembevételével történhet: átáramló levegőmennyiség, vezetékhossza, megengedett nyomásesés, vezetékbe beépített szerelvények (fojtóelemek) száma. Csőcsatlakozók Főleg acél- és rézcsövekhez az alábbi megoldások alkalmazhatók. Ez a kötés többször oldható és Vágógyűrűs csőcsatlakozás Kúpos-gyűrűs csatlakozás összecsavarozható acél- és rézcsövekhez különleges belső gyűrűvel műanyagcsövekhez is alkalmazható 22

23 3.5. ábra: Csőcsatlakozási módok Régebbi konstrukcióknál még megtalálható a duzzasztott gyűrűs és a peremezett csatlakoztatás. Gyorscsatlakozó Gyorscsavar-kötések műanyagcsövekhez 3.6. ábra: Gyorscsatlakozási módok 3.7. ábra: Csőcsatlakozók Léghálózat kialakításához használt műanyag csövek és csatlakozók ábra: Léghálózati építőelemek 23

24 4. Sűrített levegő előkészítése 4.1. Szennyeződések a sűrített levegőben A gyakorlatban, a sűrített levegő megfelelő tisztasága fontos követelmény. A szennyeződés por-, vagy rozsda, illetve olaj és nedvesség formájában van jelen, mely a pneumatikus berendezések meghibásodásához, az elemek idő előtti tönkremeneteléhez vezethet. A kondenzvíz durva leválasztását általában az utóhűtőt követően végzik, míg a finomleválasztást és szűrést, valamint a sűrített levegő utókezelését közvetlenül a felhasználási hely előtt oldják meg. Fokozott figyelmet kell fordítani a levegő nedvességtartalmára. Víz (nedvesség) a kompresszor által beszívott levegővel kerül a léghálózatba. A levegő nedvességtartalma függ annak relatív páratartalmától, melyet a hőmérséklet és az időjárási helyzet befolyásol. Az abszolút páratartalom az 1 m 3 levegőben lévő víz mennyiségét adja meg. A telítettségi érték az a legnagyobb vízmennyiség, amelyet 1 m 3 levegő az adott hőmérsékleten képes felvenni. A relatív páratartalom maximális 100 % lehet (harmatpont hőmérséklet). A levegő telítettségi értékét a hőmérséklet függvényében a Harmatpont Görbe szemlélteti ábra: Harmatpont görbe Példa: abszolút páratartalom relatív páratartalom = % telítettségi érték 293 K (20 C) harmatpontnál 1 m 3 levegő víztartalma 17,3 gramm. 24

25 A nedvesség csökkentésének lehetőségei: a kompresszor szívóoldalán a levegő szűrése; olajmentes kompresszor alkalmazása; a sűrített levegő szárítása. A sűrített levegő szárítási módjai: abszorpciós szárítás; adszorpciós szárítás; hűtőszárítás. Abszorpciós szárítás Az abszorpciós szárítás tisztán kémiai eljárás. A sűrített levegőt szárítóanyag rétegen vezetik át. A vizet, illetve vízgőzt a szárítóanyag kémiai úton leköti, s ezáltal fokozatosan elhasználódik. A vízzel telített szárítóanyag eltávolításáról gondoskodni kell. Ez kézi, vagy automatikus úton lehetséges ábra: Abszorpciós szárítás A szárítóanyag idővel elhasználódik, ezért évente 2-4 alkalommal utántöltést és cserét igényel. Az abszorpciós szárító egyidejűleg az olajgőzöket, olajszármazékokat is leválasztja. Nagyobb olajmennyiség káros hatással van a szárítóra, ezért célszerű a szárító elé finomszűrőt felszerelni. Adszorpciós szárítás Az adszorpciós szárítás fizikai eljárás (adszorpció: az anyag szilárd test felületére rakódik le). A szárítótöltet porózus, nagy felületű anyag, általában 100 % sziliciumdioxid. Ezt az 25

26 anyagot gél -nek nevezik. A gél feladata, hogy a vizet és a vízgőzt adszorbeálja, miközben a nedves levegő a szárítóbetéten átáramlik. A gél lekötő képessége természetesen korlátozott, telítődés után egyszerű művelettel regenerálható. A töltet kiszárítása felmelegített levegő átfúvatásával történik ábra: Adszorpciós szárítás Hűtőszárítás A hűtőszárító a harmatpont-hőmérsékletre történő hűtés elvén működik. A harmatpont hőmérséklet az a hőmérséklet, melyre a gázt lehűtve, a benne lévő vízgőz kondenzátum formájában lecsapódik. A szárítandó levegő először a levegő-levegő hőcserélőbe áramlik. A hűtőből jövő hideg száraz levegő előhűti a bejövő meleg levegőt. A lecsapódó olaj- és víz kondenzátumot a hőcserélő a csapadékleválasztóba vezeti. Ez az előhűtött levegő a továbbiakban átáramlik a hűtő aggregáton és hőmérséklete kb. 274,7 K (1,7 C)-ra csökken. Itt megtörténik az olaj- és víz kondenzátum másodlagos leválasztása. A sűrített levegőt ezután egy finomszűrőn kell átvezetni a maradó szennyeződések leválasztása céljából. 26

27 4.4. ábra: Hűtőszárítás Példa: Levegő abszolút páratartalmának szárítása: Beszívott levegő mennyisége: V = 400 m 3 /h; Nyomás: p = 800 kpa (8 bar); Hőmérséklet: T = 323 K (50 C); Relatív páratartalom: 60%. abszolút páratartalom relatív páratartalom = % telítettségi érték Példánkban az abszolút páratartalmat keressük. Rendezve az egyenletet: relatív páratartalom telítettségi érték abszolút páratartalom = % A harmatpont görbéből 323 K (50 C)-nál, 80 g/m 3 páratartalom adódik. 60% 80 g/m 3 abszolút páratartalom = = 48 g/m 3 100% 400 m 3 /h beszívott levegőmennyiség esetén a páratartalom tehát: 48 g/m m 3 /h = g/h = 19,2 kg/h Levegőszűrő nyomásszabályozó szeleppel A légszűrő feladata, hogy az átáramló sűrített levegőből a szennyeződéseket és a csapadékot eltávolítsa. 27

28 A sűrített levegő a szűrőbe történő belépésekor áthalad a vezetőhornyon, melynek hatására forgásba kezd. A forgás közben létrejövő centrifugális erő hatására a folyékony részek és nagyobb szennyeződések kiválnak és a szűrőedény alján összegyűlnek. Az átáramló levegőt a szinterszűrő (40 µm pórusmérettel) tovább tisztítja. A maradék szennyeződéstől időnként meg kell tisztítani, vagy ki kell cserélni. A megtisztított levegő ezután a nyomásszabályozó szelepen keresztül továbbáramlik az olajozóhoz, ill. a felhasználóhoz. A szűrőedény alsó részében összegyűlt csapadékot, legkésőbb a maximális kondenzátum magasságot jelző vonal elérésekor a leeresztő csavar segítségével el kell távolítani. Nagy mennyiségű kondenzátum esetén célszerű automata vízleeresztőt alkalmazni ábra: Levegőszűrő nyomásszabályozó-szeleppel Automata vízleeresztő működése A csapadék a szűrőben összegyűlik. Az összegyűlt kondenzvizet időnként feltétlen le kell engedni, egyébként a levegő ismét magával ragadja, és a vezérlőelemekhez szállítja. Az alábbiakban az automatikus működésű vízleeresztőt mutatjuk be. A kondenzátum a szűrőből az (6) összekötő-csövön keresztül az úszótérbe áramlik. A csapadék növekedésének megfelelően a (3) úszó emelkedni kezd. Egy előre beállítható szint elérésekor egy emelőkar a (7) záródugót felemeli. Ekkor a furaton keresztül sűrített levegő áramlik az alsó térbe. A tolattyúszárra ható nyomás rugóerő ellenében nyitja a (1) zárószelepet, melyen keresztül a kondenzvíz az elvezető furatba áramlik. A csapadékszint 28

29 csökkenésével a (3) úszó süllyedni kezd, majd zárja a (7) záródugó közvetítésével a vezérlő csatornát. Az alsó térben maradt sűrített levegő a (4) furaton keresztül távozik ábra: Automata vízleeresztő Levegő szuper finomszűrő Levegő finomszűrőt azokon a szakterületeken alkalmaznak, ahol a levegő fokozott tisztasága szükséges (például: élelmiszeripar, kémiai- és gyógyszeripar, szállítástechnika, továbbá kisnyomású elemekkel működő pneumatikus rendszerek). A finomszűrő csaknem teljesen megtisztítja a levegőt a víz- és olajrészecskéktől. A levegőt 99,999 %-ban megszűri (szűrési finomság 0,01 mikron) Nyomásszabályozó szelep 4.7. ábra: Nyomásszabályozó 29

30 Nyomásszabályozó tehermentesítéssel Feladata a munkanyomás (szekunder nyomás) állandó értéken való tartása, a hálózati (primer) nyomás, valamint a levegő felhasználás változásaitól függetlenül. A bemenő (primer) nyomásnak mindig magasabbnak kell lennie a kimenő (szekunder) nyomásnál. A nyomás szabályozása az (1) membrán segítségével történik. A membrán felső felületére a kimenőnyomás-, alsó felületére a (3) csavarorsóval előfeszíthető, (2) rugó által meghatározott erő hat. A kimenő nyomás növekedésekor, (pl. fogyasztás csökken) a membrán a rugóerő ellenében elmozdul. Ekkor az átömlő keresztmetszet a (4) szelep üléknél csökken, ill. teljesen zár. A nyomásváltozás tehát az átáramló mennyiséget szabályozza. Levegő elvételkor (pl. fogyasztás nő), a kimenő nyomás csökkenni kezd és a rugóerő nyitja a (6) tányérszelepet. A beállított kimenő nyomás szabályozza, ennek megfelelően a szelep nyitásával, zárásával történik. A (8) szeleptányér esetleges lengését levegő, vagy jelen esetben (5) rugócsillapítás küszöböli ki. A kimenőnyomás értékét általában manométer mutatja. Amennyiben a kimeneti oldalon a nyomás nagymértékben megnő, a membrán a rugóerővel szemben annyira deformálódik, hogy a (6) szeleptányért tartó szelepzár szabaddá teszi az átáramlást a membrán merevítés furatán keresztül. A levegő ekkor a szelepház furatain keresztül a szabadba távozik (tehermentesítés) ábra: Nyomásszabályozó tehermentesítéssel A kereskedelemben tehermentesítés nélküli nyomásszabályozók is kaphatók. Ezeknél nem lehet a levegőt a szelepházon keresztül a szabadba engedni. 30

31 Levegőolajozó Az olajozó feladata a pneumatika elemek megfelelő mértékű kenőanyaggal való ellátása. A kenés csökkenti a mozgó alkatrészek kopását, alacsony értéken tartja a súrlódó erőket és védi a készüléket a korróziótól. Az olajozók általában a Venturi-elven működnek. A p nyomáskülönbség (nyomásesés), mely a levegő átáramlása során a fúvóka előtti térben lévő és a fúvókánál fellépő nyomások között jelentkezik, megindítja az olajáramlást. A nyomáskülönbség az olajat a tartályból felszívja és porlasztva az átáramló levegőbe továbbítja ábra: Venturi-elv Az olajozó működése Az itt bemutatott olajozó a Venturi-elven működik. A sűrített levegő az olajozón a bemenettől a kimenet felé áramlik keresztül. A (Ventildrosselstelle) szelepnél létrejövő keresztmetszet csökkenés nyomásesést hoz létre. Ennek megfelelően a (Kanal) csatornában és a (Tropfraum) csepegtetőtérben vákuum jön létre. A létrejött vákuum a (Steigleitung) csatornán- és a (Steigrohr) összekötőcsövön keresztül olajat szív fel a tartályból. Ez a csepegtető téren és a csatornán keresztül a kimenet felé áramló levegőbe kerül. Az olajcseppek a levegő közvetítésével eljutnak a fogyasztóhoz. Az áramlás útjába elhelyezett keresztmetszet csökkenés és az átáramló levegőmennyiség meghatározza a létrejövő nyomásesést, s így az olajozás mértékét is. Az olajmennyiség egy további változtatása a összekötőcső felső végén elhelyezett állítócsavarral lehetséges. A (Rückschlagventil) visszacsapó szelepen keresztüláramló levegő nyomást gyakorol a tartályban lévő olajra. 31

32 4.10. ábra: Levegőolajozó Tápegység A tápegység egy összeépített rendszer, mely az alábbi készülékeket tartalmazza: légszűrő; nyomásszabályozó; olajozó (ha szükséges). Alkalmazásánál az alábbi szempontokra kell ügyelni: 1. A teljes, m 3 /h-ban megadott levegő áteresztés a meghatározó a tápegység megválasztására. Túl nagy átáramlásnál nagy nyomásesés lép fel a tápegységnél. Ennek megfelelően a gyártó által előírt értéket nem szabad túllépni. 2. A tápegységre előírt üzemi nyomásértéket túllépni nem szabad. A környezeti hőmérséklet ne haladja meg az 50 C-t (a műanyag tartály által elviselt maximális hőmérséklet) ábra: Tápegység 32

33 4.12. ábra: Tápegység jelképi jelölése olajozással és olajozás nélkül Tápegység karbantartása A következő, szabályosan visszatérő karbantartó munkák elvégzése szükséges: a) Légszűrő: A kondenzvíz szintet rendszeresen ellenőrizni kell, a tartályon bejelölt határértéket nem szabad túllépni. Ellenkező esetben a kondenzvíz bekerül az átáramló levegőbe és eljut a fogyasztóhoz. A kondenzvizet a tartály alján lévő leeresztő csavarral lehet eltávolítani. A szűrőbetéteket elszennyeződéskor tisztítani, vagy cserélni kell. b) Nyomásszabályozó: Ha a szűrő eléje van építve, karbantartást nem igényel. c) Olajozó: Rendszeresen ellenőrizni kell az olajszintet, szükség esetén a tartályon lévő jelölésig fel kell tölteni. A műanyag szűrőt és olajtartályt nem szabad Tri -vel tisztítani. Az olajozóba csak ásványi olaj tölthető. Tápegységek áramlási adatai Minden készüléknek belső ellenállása van, ezért átáramláskor rajta nyomásesés lép fel. A nyomásesés az átáramló közegmennyiségtől és annak nyomásától függ. A tápegység helyes megválasztását a berendezés légszükséglete szerint gondosan kell mérlegelni. Ha nincs kiegyenlítő tartály a rendszerben, a csúcsfogyasztást kell figyelembe venni. 33

34 4.12. ábra: Egyszerű és összetett levegő előkészítő egység (tápegység) 34

35 5. Pneumatikus végrehajtók A pneumatikus energiát munkahengerek, illetve légmotorok alakítják át egyenes vonalú, illetve forgómozgássá Egyenes vonalú mozgást végző végrehajtók (Munkahengerek) Az egyenes vonalú mozgás létrehozása elektronikus elemekkel is megoldható, azonban ez a pneumatikus munkahengereknél lényegesen drágább. Egyszeres működtetésű munkahenger Az egyszeres működtetésű munkahengereknél csak az egyik hengertér kap energiaellátást. Ennek megfelelően csak egy mozgásirányban végezhetnek munkát, a sűrített levegő bevezetéstől (dugattyúoldali, ill. rúdoldali tér) függően. A másik mozgásirányban rugóerő, vagy külső terhelő erő biztosítja a dugattyúmozgást. A beépített rugó úgy van méretezve, hogy megfelelően nagy sebességgel vigye a dugattyút alaphelyzetbe. Az egyszeres működtetésű munkahengerek lökethosszát a beépített rugó szerkezeti hossza korlátozza. Ezek a hengerek általában rövid löketűek, kb. 100 mm lökethosszig használatosak. Ezeket a végrehajtókat általában kilökésre, sajtolásra, emelésre, adagolásra alkalmazzák ábra: Egyszeres működtetésű munkahengerek 35

36 Kettősműködtetésű munkahenger A bevezetett sűrített levegő energiája a kettősműködtetésű munkahenger dugattyúját két irányban mozgatja. A dugattyú előre-, illetve visszafutásnál meghatározott nagyságú erőt fejt ki. A kettősműködtetésű hengereket ott alkalmazzák, ahol a dugattyúnak visszafutáskor is munkát kell végeznie. Elvileg a henger lökethossza korlátlan, azonban a dugattyú első véghelyzetében a dugattyúrúd kihajlását figyelembe kell venni. A tömítés ennél a hengernél is tömítőgyűrűkkel, dugattyúval vagy membránnal oldható meg ábra: Kettősműködtetésű munkahenger Munkahenger löketvégi csillapítással Amennyiben a munkahenger nagy tömegek mozgatását végzi, a dugattyú löketvégi merev ütközése a hengerfedélen károsodást okozhat. Ennek elkerülésére, a löketvéghez csillapítást építenek be. A véghelyzet elérése előtt egy fékdugattyú elzárja a hengertérben lévő levegő szabad kiáramlását, így az csak a hengerfedélben elhelyezett fojtó-visszacsapó szelep változtatható keresztmetszetű fojtásán keresztül tud a továbbiakban áthaladni. A keresztmetszet csökkenés következtében a hengertérben a nyomás megnő, így a dugattyú fékezve, lassan éri el a véghelyzetet. A dugattyú ellenkező irányú mozgásakor a beáramló levegő a visszacsapó szelepen keresztül jut a hengertérbe. 36

37 5.3. ábra: Munkahenger löketvégi csillapítással 5.2 Forgó mozgást végző végrehajtók A forgómozgású végrehajtók a pneumatikus energiát mechanikus forgómozgássá alakítják. Ezeket általában légmotoroknak nevezzük. Forgatóhenger A forgatóhenger egy kettősműködésű munkahengerből áll, melynek dugattyúrúdja meghosszabbított és fogasléccé alakított. A fogasléc egy fogaskerékhez kapcsolódik, s így az egyenes vonalú mozgás forgómozgássá alakul át a löketiránytól függően jobb- vagy bal irányban. Az elfordulás mértéke különböző, 45, 90, 180, 290, 720 lehet. Az elfordulási szög beállítása az adott tartományon belül egy állítócsavar segítségével lehetséges. A henger forgatónyomatéka a nyomástól, a dugattyúfelülettől és az áttételtől függ. A forgatóhengert alkatrészek fordításához, csőhajlításhoz, klímaberendezések állításához, pillangószelepek zárásához lehet alkalmazni ábra: Forgatóhenger 37

38 Forgólapátos henger Mint a forgatóhenger, a lapátos henger is korlátozott szögelfordulásra alkalmas. A forgási tartomány általában max. 300 ennél a típusnál. A tömítési problémák (a lapát éle mentén), a geometriai kötöttségek (átmérő, szélesség) kis forgatónyomaték elérését teszik lehetővé, de nagy sebességgel. A forgólapátos henger nagy előnye, hogy az elfordulási szög könnyen állítható ábra: Forgólapátos henger 5.3. Henger felerősítések A felerősítési módok, a henger készülékbe, illetve gépbe történő beépítési lehetőségeinek megfelelően változnak. Természetesen a munkahenger előre meghatározott felerősítéssel is készülhet, de megfelelő tartozékokkal ez átalakítható. A sorozatban készült pneumatikus hengerekhez az építőszekrény elv alapján különféle felerősítő elemek illeszthetők, az alaphenger a kiválasztott felerősítő tartozékokkal kombinálható. 38

39 Talpas Menetes Karima elöl Karima hátul Csuklós rögzítés elöl Csuklós rögzítés középen Csuklós rögzítés hátul 5.6. ábra: Felerősítési módok 5.4. Munkahenger felépítése A pneumatikus munkahenger hengercsőből, első- és hátsó hengerfedélből, tömítésekkel ellátott (esetleg fékdugattyút is tartalmazó) dugattyúból, vezetékperselyből, lehúzó gyűrűből és különböző tömítésekből, kötőelemekből épül fel. A hengercső (1) készülhet varratmentes húzott acélcsőből. A tömítőelemek élettartamának növelése céljából a cső belső felülete finommegmunkálást (hónolást) igényel. A henger lehet alumíniumból, sárgarézből, vagy keménykrómozott felületű acélcsőből vagy műanyagból. Hátsó (2) és első (3) hengerfedél. A dugattyúrúd (4) főleg nemesíthető acélból készül. A rozsdaállóság érdekében az acél krómtartalmú. Kívánságra a dugattyúrúd edzett is lehet. A dugattyúrúd felületi érdessége 1 µm nagyságrendű. 39

40 A dugattyúrúd tömítését az első fedélbe beépített (5) tömítés biztosítja. A rúd megvezetését a (6) vezetőpersely (siklócsapágy) oldja meg. A csapágy anyaga szinterbronz, vagy műanyag bevonatú acélpersely. A persely előtt helyezkedik el a (7) szennylehúzó gyűrű, mely megakadályozza a por vagy egyéb szennyeződés hengertérbe való kerülését. A dugattyútömítés (8) a hengertereket választja el egymástól. A tömítés anyaga: a különböző anyagok más-más hőmérséklettartományban alkalmazhatók. Az O gyűrű (9) a tömítés a hengerterek elválasztásához szükséges ábra: Munkahenger szerkezeti ábra 5.8. ábra: Szabványos kettős működésű munkahenger 40

41 Tömítések formái O gyűrű Alakos gyűrű Négyzetes gyűrű Kétoldali ajakos tömítés Fazék tömítés Peremezett ajakos tömítés Kettős fazék tömítés Ajakos tömítés csúszógyűrűvel L gyűrű 5.9. ábra: Tömítés kialakítások 5.5. Hengerek méretezése Dugattyú erőkifejtése A dugattyú által kifejtett erő a levegő nyomásától, a munkahenger átmérőjétől, továbbá a tömítőelemek súrlódási ellenállásától függ. A dugattyú elméleti (súrlódásmentes) erőkifejtése az alábbi egyenlet alapján számítható: F th = A p F th = elméleti dugattyúerő (N) A = hasznos dugattyúfelület (cm 2 ) p = munkanyomás (kpa, 10 5 N/m 2, bar). 41

42 5.10. ábra: Erő-nyomás diagram ábra: Kihajlási diagram Lökethossz A nagy lökethossz jelentősen megnöveli a dugattyúrúd és a vezetőcsapágy mechanikai terhelését. A dugattyúrudat ekkor a kihajlás kiküszöbölése céljából meg kell erősíteni, átmérőjét meg kell növelni. Ugyancsak meg kell növelni a vezetőcsapágy hosszát a kedvezőbb dugattyúrúd megvezetés érdekében. Nagy lökethosszak esetén a rúd radiális terhelésének csökkentésére megvezetést kell használni. 42

43 5.12. ábra: Vezetékes hengermegoldás Dugattyúsebesség A pneumatikus munkahengerek dugattyúsebessége a terhelő erőtől, a táplevegő nyomásától, az energiavezetők hosszától és keresztmetszetétől, továbbá a munkaszelep áteresztőképességétől függ. A sebesség beépített mennyiségirányító elemekkel (fojtás, fojtóvisszacsapó szelep) befolyásolható. A sebességet a löketvégi csillapítás is megváltoztatja. A véghelyzet közelében, a hengertérből korábban szabadon kiáramló levegő egy fojtóvisszacsapó szelepen áramlik át és a dugattyú sebességét csökkenti. A szabványos munkahengerek dugattyúsebessége kb.: 0,1-1,5 m/s közötti érték. Speciális hengereknél (ütőhenger), a dugattyúsebesség eléri a 10 m/s értéket. A dugattyúsebesség változtatásához fojtószelepek, fojtó-visszacsapó szelepek, gyorskilevegőző-szelepek használhatók. 43

44 6. Pneumatikus, elektropneumatikus szelepek 6.1. A szelepekről általában A pneumatikus vezérlések jeladókból, vezérlőelemekből és végrehajtókból épülnek fel. A jeladók és vezérlőelemek határozzák meg a végrehajtó működését. Ezeket irányítóelemeknek nevezzük. Az irányítóelemek határozzák meg az áramló levegő útját, mennyiségét és nyomását. Az irányítóelemek specifikációját a DIN/ISO 1219 szabvány, a CETOP (Comité Europeen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques) ajánlásai alapján tartalmazza. Az irányítóelemek funkciójuk alapján öt csoportba sorolhatók: 1. útszelepek (útváltók); 2. záró szelepek; 3. nyomásirányítók (nyomásszelepek); 4. áramirányítók (áramlásszelepek); 5. elzáró szelepek Útszelepek Az útszelepek olyan elemek, melyek a sűrített levegő áramlási irányát-, nyitását, zárását határozzák meg. Útszelepek ábrázolása A kapcsolási rajzokon a szelepeket jelképi jelölésekkel ábrázoljuk. A jelképek a szelep szerkezeti kialakításánál nem adnak útmutatást, csak a funkciót ábrázolják. Alaphelyzet az a kapcsolási állás, amit pl. rugós visszaállításnál, a szelep mozgó részei nyugalmi helyzetben elfoglalnak. Kiindulási állapot az a kapcsolási állás, amit a szelep mozgó részei a hálózati nyomás-, elektromos feszültség bekapcsolásakor a vezérlési programnak megfelelően felvesznek. A szelepek egyértelmű beépítése érdekében a csatlakozásokat nagybetűvel, illetve számmal jelölik: CETOP Kimenő csatlakozók A, B, C.. 2, 4, 6 Energiacsatlakozás P 1 Kilevegőzés R, S, T.. 3, 5, 7 Vezérlő csatlakozók Z, X, Y... 12, 14, 10 44

45 2/2-es szelep 3/2-es szelep 4/2-es szelep 4/3-as szelep középhelyzetben mind a 4 csatlakozó lezárva 4/3-as szelep középhelyzetben a kimeneteket leszellőzteti 5/2-es szelep 5/3-as szelep középhelyzetben mind a 5 csatlakozó lezárva 6.1. ábra: Útszelepek összefoglaló táblázata Útszelepek működtetése Az útszelepeket az alkalmazási módtól függően különbözőképpen lehet működtetni. A működtetés jelét a négyzet függőleges oldala mellett ábrázoljuk. Manuális működtetések Általános kézi Nyomógomb Pedálos Reteszelt nyomógomb Mechanikus és pneumatikus működtetések Reteszelt karos Görgős Közvetlen pneumatikus Görgős elővezérléssel Pneumatikus elővezérléssel Elektromágneses 6.2. ábra: Útszelepek működtető egységei Görgős, starthelyzetben átkapcsolt állapotban elővezérléssel 45

46 A működtetési időtartamtól függően megkülönböztetünk: - Tartós működtetést: A szelep az alaphelyzetbe történő visszaállásig személyi, mechanikus, pneumatikus vagy elektromos úton működtetett. Az alaphelyzetbe állítás történhet kézzel vagy mechanikus úton rugóval. - Pillanatműködtetést (impulzus): A szelepet ekkor egy impulzus kapcsolja. A következő átkapcsolás csak egy további, (jeladótól érkező) impulzus hatására jön létre. Útszelepek szerkezeti kialakítása Az útszelepek szerkezeti kialakításának tervezésekor meghatározó tényezők: az élettartam, a működtetéshez szükséges erő és működtetési mód, a csatlakozási lehetőség és a méretnagyság. Szerkezeti kialakítás szerint megkülönböztetünk: Ülékes szelepeket: golyós -, kúpos szelepek; tányér szelepek. Tolattyús szelepeket: körtolattyús szelepek; síktolattyús szelepek; forgótányéros szelepek. 6.3 Pneumatikusan és mechanikusan működtetett útszelepek Ülékes 3/2-es szelepek Az ülékes szelepeknél a záró elem golyó, tányér vagy kúp. A szelep ülék tömítése rugalmas tömítőelemek alkalmazásával, egyszerűen megoldható. Az ülékes szelepek kopóalkatrésze kevés, ezért élettartamuk nagy. Szennyeződésre lényegében érzéketlenek, felépítésük robosztus. A szelep kapcsolásához, a rugóerő, továbbá a tápnyomásból adódó nyomóerő ellenében jelentős működtető erőre van szükség. Golyós szelepek A golyós szelepek egyszerű felépítésűek, ezért áruk kedvező. Ezt a szeleptípust kis méretek jellemzik. A golyót vagy félgömböt mint záró elemet egy rugó és a P csatlakozón érkező tápnyomás szorítja a szelep ülékre. Ekkor a szelepen az A kimenet felé átáramlás nincs. A szelep nyomócsapjának működtetésekor a golyó az ülékről felemelkedik, megvalósul a P-A rövidzár. Ez a típus 2/2-es útszelep, mivel 2 kapcsolóállása és 2 vezérelt csatlakozása (P és A) van. Ha a nyomócsapban kilevegőző csatorna van, akkor a szelep 3/2-es kialakítású. 46

47 Működtetése lehet kézi, illetve mechanikus ábra: 3/2-es útszelep, ülékes Tányérszelepek Az ábrán bemutatott szelepek tányérszelepes megoldásúak. Egyszerű tömítéssel jó zárást valósítanak meg. A kapcsolási idő rövid, kis elmozdulással nagy átömlő keresztmetszet nyitására képesek. A golyós szelepekhez hasonlóan szennyeződésre érzéketlenek, élettartamuk nagy. 3/2-es alaphelyzetben zárt útszelep 3/2-es alaphelyzetben zárt útszelep működetett 6.4 ábra: 3/2-es útszelep, tányéros A tányérszelepes megoldásoknál a kapcsoláskor szükséges térelválasztás is megoldható. Ekkor lassú kapcsolás esetén sem jelentkezik teljesítményveszteség. A nyomócsap működtetésekor, a rúd vége először a szeleptányér tömítésén illeszkedik, így az A és R csatlakozásokat elválasztja egymástól. További axiális elmozduláskor a nyomócsap a szeleptányért, rugóerő és a táplevegő nyomása ellenében felemeli az ülékről 47

48 és nyitja a P-A átmenetet. Az alaphelyzet, a működtetés megszűnésekor a rugóerő és a tápnyomás hatására áll be. A 3/2-es útszelepeket egyszeres működésű munkahengerekhez, vagy más útszelepek vezérléséhez alkalmazzák. Alaphelyzetben nyitott szelepeknél (P-A átmenet alaphelyzetben nyitott) a zárás, működtetéskor ugyancsak szeleptányér alkalmazásával valósítható meg. A nyomócsapon ekkor egy rugóval előfeszített mozgótömítést is elhelyeznek. Működtetéskor a rúdon rögzített szeleptányér először zárja a P-A átmenetet, míg a mozgó tömítés rugóerő hatására továbbra is zárva tartja az A-R átmenetet. További axiális elmozduláskor a mozgó tömítés a nyomócsapon kiképzett vállon illeszkedik, majd felemelkedik és nyitja az A-R átmenetet. A működtető rúd elengedésekor a szelep rugóerő hatására alaphelyzetbe áll. A szelepek működtetése kézzel, mechanikusan, pneumatikus- vagy elektromos úton történhet ábra: 3/2-es alaphelyzetben nyitott útszelep Egy 4/2-es tányérszelepes útszelep két 3/2 szelepből építhető fel (egy szelep alaphelyzetben nyitott, egy zárt). Az ábrán bemutatott kialakításnál alaphelyzetben a P-B és A-R átmenetek nyitottak. A nyomórudak egyidejű működtetésekor először a nyitott átmenetek zárnak (P-B és A-R), majd további axiális elmozduláskor az előbbiekben már ismertetett módon a P-A és B-R átmenetek nyitnak. A szelep kapcsolóállástól függően biztosítja az egyik kimenet kilevegőzését, így kettősműködésű munkahengerek vezérlésére alkalmas. 48

49 6.6. ábra: 4/2-es útszelep 1A 1S 6.7. ábra: Kapcsolás 4/2-es útszeleppel 6.8. ábra: 3/2-es pneumatikus működtetésű útszelep 49

50 1A 1V 1S 6.9. ábra: Kapcsolási rajz, pneumatikus 5/2-es útszelep Egy 5/2-es útszelep kialakítását szemlélteti az ábra. A szelep ún. lebegőtányéros megoldású. Vezérlése pneumatikus, levegővezérlés hatására mindaddig a felvett kapcsolóállásban marad, míg ellentétes vezérlőjelet nem kap. A vezérlőjel nyomásának hatására membrán vagy tolattyúperem közvetítésével a szeleptolattyú axiális irányban elmozdul. A tolattyú közepén lévő, tömítésekkel ellátott szeleptányér a P táplevegő csatlakozást az A vagy B kimenetekkel köti össze. A kilevegőzés kapcsolóállástól függően az R vagy S csatlakozókon történik. A szelep univerzális alaplapra is rögzíthető, mely biztosítja a gyors cserélhetőséget ábra: 5/2-es útszelep (lebegő középállás) Elővezérelt 3/2-es útszelep A mechanikus működtetésű szelepeknél, a kis működtető erő elérése érdekében ugyancsak célszerű elővezérlést alkalmazni. A működtető erő nagysága az alkalmazás szempontjából 50

51 meghatározó lehet. Ez az alábbi szelepkonstrukciónál 600 kpa (6 bar) tápnyomás és 1/8 névleges méret esetén 1,8 N ábra: 3/2-es alaphelyzetben zárt útszelep Működése: A P táplevegő csatlakozás egy furaton keresztül az elővezérlő szeleppel is kapcsolatban van. A görgőkar nyomásakor nyit az elővezérlő szelep, és a beáramló sűrített levegő membrán közvetítésével lefelé mozdítja a szeleptányért. A szelep kapcsolása a következő két fázisban történik: Működtetéskor: - először zár az eddig nyitott A-R átmenet, majd nyit a P-A átmenet; - a görgő elengedésekor zár az elővezérlő szelep bemenete, a membrántér kilevegőzik és a főszelep tolattyúja rugóerő hatására alaphelyzetbe áll vissza. 51

52 Ez a szeleptípus alaphelyzetben nyitott vagy zárt módon köthető be. Ehhez a P és R csatlakozásokat kell felcserélni, továbbá az elővezérlő fejet kell 180 -kal elfordítani. Tolattyús szelepek Tolattyús szelepeknél az egyes csatlakozások kapcsolatát körtolattyúk, síktolattyúk vagy forgótányéros síktolattyúk biztosítják. Körtolattyús szelep A körtolattyús szelepeknél a megfelelő csatlakozások kapcsolatát egy hengeres tolattyú axiális elmozdulása hozza létre. A kapcsolóerő, rugóerő, illetve ellennyomás hiányában ennél a szeleptípusnál kisebb, mint a golyós-, illetve tányérszelepeknél. A körtolattyús szelepeknél többféle működtetés lehetséges, így kézi, mechanikus, villamos vagy pneumatikus megoldás. Ugyanezek a működési módok hozzák a tolattyút kiindulási helyzetbe is. A kapcsolási út itt lényegesen nagyobb, mint az ülékes szelepek esetében ábra: 5/2-es körtolattyús útszelep Ezeknél a körtolattyús szelepeknél gondot okoz a megfelelő tömítés megoldása. A hidraulikában alkalmazott fém-fém tömítés a tolattyú nagyon pontos illesztését teszi szükségessé a szelepház furatában. Ennél fogva a tolattyú és a ház közötti hézag pneumatikus szelepeknél sem lehet nagyobb 0,002-0,004 mm-nél, egyébként nagy lesz a résveszteség. A rendkívül pontos illesztések megnövelik az előállítás költségeit. Ennek elkerülése érdekében a tömítést, a tolattyúkba épített 0 gyűrűkkel, kettős ajakos tömítésekkel, vagy a házban rögzített 0 gyűrűkkel oldják meg. 52

53 A csatlakozónyílások egy beépített tolattyúpersely kerületén, megosztva képezhetők ki, így a tömítőelemek becsípődése, meghibásodása elkerülhető. Az ábra a kézi tolattyús szelep kialakítását mutatja be. A hüvely axiális eltolásával a P-A átmenet nyitható. A hüvely hátsó helyzetében a P lezár és az A kimenet az R csatlakozón át légtérre szellőzik. A szelep felépítése egyszerű, elzáró szelepként alkalmazható pneumatikus berendezések előtt ábra: Kézi tolattyús 3/2-es útszelep Síktolattyús szelep A síktolattyús szelepnél a szelep kapcsolóállásának váltását körtolattyú végzi, azonban a megfelelő csatlakozásokat síktolattyú köti össze. A síktolattyú a működtetéskor bekövetkező kopás esetén is megfelelő tömítést biztosít, mivel a tápnyomás- és a beépített rugó rugóereje rugalmasan szorítja azt a csúszófelületre. A kapcsolást végző körtolattyú 0 gyűrűs tömítésű. Az ábra a 4/2-es síktolattyús szelep kialakítását szemlélteti. A kapcsolóállás váltása a vezérlőcsatlakozóra adott pneumatikus jel hatására jön létre. Amennyiben az Y csatlakozóra érkezik vezérlőjel, a szelep a P-B átmenetet, illetve A-R átmenetet kapcsolja. A Z oldali vezérlés esetén, a P-A, B-R átmenet realizálható. A vezérlőjel megszűnésekor, a tolattyú, a súrlódó erőkből bekövetkezően pozícióját mindaddig megtartja, míg a szelep ellentétes vezérlést nem kap. 53

54 6.14. ábra: 4/2-es síktolattyús útszelep, vezérlés nyomásnöveléssel Forgótányéros (síktárcsás) szelep A forgótányéros szelepeket többnyire kézi- vagy lábműködtetésűre készítik. Más működtetés mód megválasztása nehézkes. A szelepek általában 3/3-as, illetve 4/3-as kialakításúak. A megfelelő csatlakozók összekötését a síktárcsa elfordítása biztosítja. A bemutatott szelepkonstrukciónál a középállásban minden vezeték zárt helyzetű. Ebben a szelepállásban a kettősműködésű munkahenger dugattyúrúdja bárhol megállítható, azonban ilyen közbenső helyzetben a dugattyúrúd pozíciója nem rögzíthető. A levegő kompresszibilitása, továbbá a terhelésváltozások következtében a dugattyúrúd elmozdul. A tárcsa hornyainak meghosszabbításával egy másfajta középállás is megvalósítható. 54

55 6.15. ábra: Forgótányéros szelep A fenti követelmény esetén, kettősműködésű munkahengerhez az alábbi megoldást alkalmazhatjuk. 1A 1S ábra: Kétoldali működtetésű munkahenger vezérlése 4/3-as útszeleppel, középállás zárt 55

56 Átáramlási értékek szelepeknél A szelepeken időegység alatt átereszthető levegőmennyiség, továbbá az áteresztéskor bekövetkező nyomásesés igen lényeges adat a felhasználók részére. A megfelelő szelep megválasztása függ: a munkahenger átmérőjétől és dugattyúsebességétől; a megkövetelt működési gyakoriságtól; a megengedett nyomáseséstől. Ennek megfelelően elkerülhetetlen, hogy a szelepeket a V N névleges levegő áteresztéssel jellemezzük. Az időegység alatt átáramló levegőmennyiség meghatározásánál több tényezőt figyelembe kell venni. Ezek a következőek: p 1 = a szelep bemenő csatlakozóján lévő nyomás (kpa/bar); p 2 = a szelep kimenő csatlakozóján lévő nyomás (kpa/bar); p = nyomásesés (p 1 - p 2 ) (kpa/bar); T 1 = hőmérséklet (K); V N = normál térfogatáram (1/min). Az átáramlás mérésekor a levegő a szelepen egy meghatározott irányban áramlik át. A bemenő nyomás ismert, a kimenő nyomás pedig mérhető. Ezekből az értékekből határozható meg a p nyomásesés. A levegőátáramlást mennyiségmérővel határozzák meg. A V N névleges átáramlás egy alapérték, mely 600 kpa (6 bar) nyomásra és p = 100 kpa (1 bar) nyomásesésre, tovább 293 K (20 C) hőmérsékletre vonatkozik. Ha az üzemelés körülményei ettől eltérnek a V N értékét, (normál levegőátáramlás) számítani kell. 6.4 Elektromosan működtetett útszelepek (mágnes szelepek) Az elektromágneses szelepeket ott alkalmazzák, ahol a vezérlőjelet elektromos relék, villamos helyzetérzékelők, villamos kimenetű nyomáskapcsolók, továbbá elektronikus vezérlőberendezések szolgáltatják. Általában a nagy távolságú jelátvitelnél, a rövid kapcsolási idők biztosítása érdekében villamos vezérlést alkalmaznak. Az elektromágneses szelepek lehetnek közvetlen, vagy közvetett vezérlésűek. A közvetlen vezérlést kis névleges szelepméreteknél alkalmazzák, tekintve, hogy a nagy névleges méret a záró elem tömegét is növeli és nagyméretű elektromágnest igényel. A szelep mágnes gerjesztésekor a mozgórész (anker), rugóerő ellenében felemelkedik és nyitja a P-A átmenetet. Ugyanakkor az anker felső végébe beépített tömítés zárja az R kilevegőző csatlakozót. A gerjesztés megszűnésekor az anker rugóerő hatására zárja a P-A átmenetet, az A kimenet ugyanekkor az R csatlakozón kilevegőzik. A szelep kapcsolásakor mindhárom csatlakozó rövidzárt állapotba kerül, azonban a kapcsolási idő nagyon rövid. 56

57 A szelep mágnes méretnövelésének elkerülése céljából, nagy névleges méretű szelepeknél, elővezérelt megoldást alkalmaznak. Ezek lényegében két szelepből, egy direktvezérlésű kisméretű 3/2-es mágnes szelepből, továbbá egy nagyméretű pneumatikus vezérlésű szelepből állnak. A mágnes szelepek alkalmazása Az elektropneumatikus vezérlés két különböző energiahordozóval dolgozik: - villamos energiával a jelfeldolgozó részben, - pneumatikus energiával a munkavégző részben. Az elektropneumatikus vezérléseknél az elektromosan működtetett útszelepek (mágnes szelepek) végzik a jelátalakítást a két rész között. A jelátalakítók alkalmazásával mindkét közeg előnyeit ki lehet használni. A mágnes szelepek egy pneumatikus szelepből és egy elektromos kapcsolórészből (mágnes fejből) állnak. Az elektromosan működtetett útszelepek leggyakoribb feladatai közé tartoznak: - a sűrített levegőellátás bekapcsolása illetve elzárása, - a pneumatikus végrehajtók mozgásirányának meghatározása. A mágnes szelepek felépítése A mágnes szelepeket két csoportba sorolhatjuk: - a rugó visszaállítású szelepek (monostabil szelepek); csak addig vannak működtetett helyzetben, amíg a mágnes tekercsen áram folyik; - az impulzus szelepek (bistabil szelepek); megtartják az utolsó kapcsolási helyzetet akkor is, ha a mágnes tekercsek árammentesek. A mágnes szelepek alaphelyzetében a mágnes tekercsek áram nélkül vannak, és az elektromágnesek nem fejtenek ki erőt. Csak a monostabil mágnes szelepeknél beszélhetünk alaphelyzetről, mert a rugó ilyenkor stabilan egy bizonyos helyzetében tartja. További megkülönböztető jegyek a szelepcsatlakozások- és a helyzetek száma. A szelep megnevezését a működtetésével, a csatlakozók, és a helyzetek számával adjuk meg: - monostabil (rugó visszaállítású) 3/2-es mágnes szelep; - bistabil (impulzus) 5/2-es mágnes szelep. 57

58 6.17. ábra: Egyszeres- és kettős működésű munkahenger irányítása mágnes szeleppel A leggyakrabban használt mágnes szelepek Direkt vezérelésű 3/2-es monostabil mágnes szelep - Alaphelyzetben a 2-es kimeneti csatlakozó az ankeren lévő núton keresztül összeköttetésben van a 3-as leszellőző csatlakozóval. - Ha áram folyik a mágnes tekercsen keresztül, akkor a mágneses tér az ankert a rugónyomás ellenében felemeli. A szelep kinyit, az 1-es csatlakozójára kötött táplevegő a 2-es kimeneti csatlakozóján ilyenkor megjelenik, a 3-as leszellőző csatlakozó lezár. - Az elektromos jel megszüntetésével a rugó visszaállítja az ankert alaphelyzetébe, az alsó üléken zárja az 1-2 utat, illetve a felső üléken nyitja a 2-3 utat. A pneumatikus kimenőjel megszűnik (leszellőzik) ábra: 3/2-es alaphelyzetben zárt mágnes szelep kézi segédműködtetéssel 58

59 Kézi segédműködtetés A kézi segédműködtetéssel a szelep feszültség kimaradás esetén is kapcsolható. A csapot el kell fordítani, és az excenter megemeli az ankert. A csapot vissza kell fordítani ahhoz, hogy a szelep visszaváltson alaphelyzetébe ábra: 3/2-es alaphelyzetben nyitott mágnes szelep kézi segédműködtetéssel A ábrán egy alaphelyzetben nyitott 3/2-es mágnes szelepet mutatunk be. A bal oldali kép mutatja a szelep alaphelyzetét, a jobb oldali pedig a működtetett helyzetét. Az alaphelyzetben zárt szelephez képest a táplevegő- (1) és a leszellőző (3) csatlakozók fel vannak cserélve. Elővezérelt 3/2-es monostabil mágnes szelep ábra: Elővezérelt 3/2-es alaphelyzetben zárt mágnes szelep kézi segédműködtetéssel 59

60 A nagy leszellőző keresztmetszethez nagyméretű ankerre, ahhoz nagyméretű rugóra és nagy teljesítményű tekercsre lenne szükség. Annak érdekében, hogy a szelepeken lévő tekercset ne kelljen túl nagyra méretezni, az elektromos vezérlésű szelepeket többnyire pneumatikus elővezérléssel látják el. Az elővezérelt szelep működése hasonlít a direkt vezérlésű szelep működéséhez. A különbség a szelepdugattyú indirekt működtetésében van: - Az elektromos jel hatására az anker a táplevegőnek szabad átáramlást enged az elővezérlő fejen keresztül. Így az 1-es csatlakozóról a táplevegő a szelepdugattyúhoz jut, azt áttolja. Ekkor az 1-2 út kinyit, 3-as lezár. - Az elektromos jel megszűnésekor az elővezérlő szelepen keresztül leszellőzik a pneumatikus vezérlőjel, majd a rugó visszatolja a szelepdugattyút, a szelep visszavált alaphelyzetébe. Elővezérelt 5/2-es monostabil mágnes szelep Elektromosan működtetett, elővezérelt 5/2-es monostabil útszelep kézi segédműködtetéssel, tolattyús kialakítással: - A nyugalmi állapotban a tolattyú a bal végállásban található. Az 1-2 valamint a 4-5 csatlakozások vannak összekötve. - Elektromos jel hatására a tolattyú egészen a jobb végállásig mozog. Ebben az állásban az 1-4, valamint a 2-3 csatlakozások vannak összekapcsolva. - Ha az elektromos jelet megszűntetjük, akkor a tolattyú a rugóerő hatására visszaáll a nyugalmi állapotába. - A 84-es csatlakozón keresztül szellőzik le a vezérlő levegő. 60

61 6.21. ábra: Elővezérelt 5/2-es monostabil mágnes szelep kézi segédműködtetéssel Elővezérelt 5/2-es bistabil mágnes szelep Elektromosan működtetett, elővezérelt 5/2-es bistabil útszelep kézi segédműködtetéssel, tolattyús kialakítással. - Ha a tolattyú a bal végállásban található, akkor az 1-2, valamint a 4-5 csatlakozások vannak összeköttetésben. - Mikor a baloldali mágnes tekercsre feszültséget kapcsolunk, akkor a tolattyú a jobb végálláshoz mozog, és az 1-4, valamint a 2-3 csatlakozások vannak összekötve. - Ha a szelepet vissza akarjuk váltani az előző helyzetébe, akkor nem elég ha lekapcsoljuk a feszültséget a baloldali tekercsről. Ezt kiegészítve feszültség alá kell helyezni a jobboldali mágnes tekercset. Ha egyik elektromágnes sincs működtetve, akkor a súrlódás következtében megmarad a tolattyú az utoljára felvett helyzetében. Ez arra az esetre is érvényes, mikor mindkét mágnes tekercs áram alatt van, mert egyenlő erővel hatnak egymással szemben. Fontos, hogy az először érkező jel a domináns. Felhasználhatjuk kettős működtetésű munkahengerekhez, illetve jelek tárolására pneumatikus területen. 61

62 6.22. ábra: Elővezérelt 5/2-es bistabil mágnes szelep kézi segédműködtetéssel Elővezérelt 5/3-as mágnes szelep Alaphelyzetében mindkét kimenetet leszellőztető, 5/3-as elővezérelt mágnes szelep kézi segédműködtetéssel, tolattyús kialakítással: - Alaphelyzetben a mágnes tekercsek áram nélkül vannak, és a tolattyú a rugó hatására a középállásban helyezkedik el. A 2-3, valamint a 4-5 csatlakozások vannak összekötve. Az 1-es csatlakozó zárva van. - Ha a baloldali mágnes tekercset feszültség alá helyezzük, akkor a tolattyú a jobboldali végpontig mozog. Az 1-4 illetve a 2-3 csatlakozók vannak egymással összekötve. - Ha a jobboldali mágnes tekercsen folyik az áram, akkor a tolattyú a bal véghelyzetig mozog. Ebben a helyzetében az 1-2, valamint a 4-5 csatlakozók vannak összekapcsolva. - Mindkét működtetett kapcsolási állás addig marad fenn, ameddig a hozzátartozó mágnes tekercs áram alatt van. Ha megszakad az áramkör, akkor a tolattyú visszaáll a középállásba. 62

63 Az 5/3-as szelepeknek több változatával találkozhatunk a pneumatikus berendezéseken. Van olyan változata is, amelyik középső helyzetében az összes csatlakozót lezárja. Olyan változata is van, amelyik középső helyzetében mindkét kimenetre rákapcsolja a táplevegőt, a leszellőző csatlakozásokat pedig lezárja. A két szélső helyzete mindhárom változatnak megegyezik. Az 5/3-as szelepeket fel lehet használni a VÉSZ ÁLLJ helyzetbe állításra a vészkikapcsolási feltételek esetén. Ilyenkor a dugattyút egy közbenső helyzetben meg tudjuk állítani a baleset elkerülése végett. Szükség lehet ilyenkor a dugattyúrúd lerögzítésére is, a terhelés okozta elmozdulás megakadályozása miatt ábra: Elővezérelt 5/3-as mágnes szelep kézi segédműködtetéssel 6.5 Építési módok és teljesítmények Az elektromosan vezérelt útszelepeket számtalan variánsban és méretben gyártják, hogy megfeleljenek az ipar gyakorlati kihívásainak. A megfelelő szelep kiválasztásának lépései: 63

64 - A feladat követelményeiből kiindulva, és az energia kiesés esetén elvárt viselkedést figyelembe véve kell meghatározni a szeleptípust (3/2-es, 5/2-es, 5/3-as, monostabil, vagy bistabil). - Második lépésként a gyártók katalógusaiban a teljesítmény adatok alapján azt a szelepet kell kiválasztani, amelyik a feladat követelményeiben megadott elvárásokat a lehető legalacsonyabb összköltséggel teljesíti. Emellett nemcsak a szelep árát, hanem a ráfordítási költségeket; mint szerelés, szervizelés, cserealkatrészek tartása, élettartam stb. is figyelembe kell venni. Ha nem áll rendelkezésre az összes elvárásnak megfelelő szelep, akkor gyakran az eltérő csatlakozó számú szelepeket használják, amennyiben a teljesítmény adatok megfelelnek: - A 4/2-es és az 5/2-es útszelepek teljesítik ugyanazon feladatot. Egymással helyettesíthetőek. - Ahhoz, hogy egy 3/2-es mágnes szelepet kiváltsunk, egy 4/2-es, vagy egy 5/2-es mágnes szelep megfelelő kimeneti csatlakozóját egy vakdugóval le kell zárni. Energia kiesés és kábelszakadás Egy elektropneumatikus vezérlést úgy kell megvalósítani, hogy valamely villamos energia kiesés vagy kábel szakadás esetén a készülék és a munkadarabok ne károsodjanak váratlan mozgások által. A pneumatikus hengerek viselkedését ilyen üzemi helyzetekben a mágnes szelepek megválasztásával lehet befolyásolni: - A monostabil 3/2-es, illetve 5/2-es mágnes szelep alaphelyzetébe kapcsol, és a henger dugattyúrúdja az alapállásba megy vissza. - A monostabil 5/3-as mágnes szelep szintén alaphelyzetébe kapcsol. Ha a szelep alaphelyzetében a kimeneti csatlakozók légtelenítésre kerülnek, akkor a henger erőmentes lesz. Ha középhelyzetben mindkét kimenetre rákapcsolja a táplevegőt, akkor csökkentett erővel mozog tovább, vagy megáll, és az alaphelyzetben lezárt csatlakozók esetében a dugattyúrúd mozgása megszakad. - A bistabil szelep megtartja kapcsolt állását. A dugattyúrúd befejezi az elkezdett műveletet. A mágnes szelepek moduláris felépítése Az elektromosan vezérelt útszelepek modulokból épülnek fel. Működésükhöz az alábbi összetevők szükségesek: - az útszelep; - egy vagy két elektromágnes a működtetéshez; - egy vagy két villamos csatlakozó a vezérlőhöz történő kábeles összekötéshez. 64

65 Egy szelep teljesítmény adatait a három összetevő együttesen határozza meg. Egy szelep mechanikus paramétereit (névleges méret, névleges átáramlás, nyomástartomány) elsősorban a pneumatikus modul befolyásolja, a mágnes tekercs és kábel csatlakozás pedig elsősorban a villamos teljesítményadatokat (üzemi feszültség, villamos teljesítmény, átváltási idő, védőkapcsolás) határozzák meg ábra: Mágnes szelep moduláris felépítése Egy szelep teljesítményadatait a három összetevő együttesen határozza meg. Egy szelep mechanikus paramétereit (névleges méret, névleges átáramlás, nyomástartomány) elsősorban a pneumatikus modul befolyásolja, a mágnes tekercs és kábel csatlakozás pedig elsősorban a villamos teljesítményadatokat (üzemi feszültség, villamos teljesítmény, átváltási idő, védőkapcsolás) határozzák meg. A pneumatikus csatlakozók elhelyezése a mágnes szelepeken A mágnes szelepeket általában két különböző csatlakozó rendszerrel készítik, hogy megfeleljenek a különböző szerelési módoknak: - A szelepeken menetes csatlakozó furatokat alakítanak ki, így a csőcsatlakozók, hangtompítók közvetlenül a szelepre szerelhetőek. - Az alaplapos szerelésű szelepeknél a csatlakozókat egy oldalon helyezik el, nincs menet a csatlakozó furatban. Egyenként, vagy tömbösítve közvetítőlapokra, vagy blokkokra szerelik. 65

66 6.25. ábra: Tömbösített szerelésű mágnes szelep ISO szelepek Bizonyos alaplapos szelepek ISO szabvány szerinti csatlakozóképpel rendelkeznek abból az okból, hogy egy ISO csatlakozó lapra különböző gyártók szelepeit is fel lehessen szerelni. Sokszor előnyösebb gyártó specifikus, nem szabvány szerinti szelepeket használni. Ez különösen akkor érvényes, amikor a gyártó specifikus termékek kompaktabbak az összevethető ISO szelepeknél, és olcsóbbak ábra: Egy 5/2-es ISO szelep teljesítmény adatai Névleges átmérő és névleges áteresztés Az útszelep áteresztőképességét a munkahenger dugattyúfelületéhez, illetve sebességéhez választjuk. Ha egy munkahengernek nagy felületű a dugattyúja, illetve nagy sebességgel működtetjük, akkor ez megköveteli a nagy áteresztésű szelep használatát. Ugyanaz a henger alacsony sebesség esetén kisebb áteresztő képességű szeleppel is működtethető. A névleges átmérő és a névleges áteresztés a szelep áteresztőképességét jelentik. A szelep névleges átmérőjének meghatározásához a szelep legszűkebb áramlási keresztmetszetét 66

67 veszik alapul. A szóban forgó keresztmetszetet átszámítják körformájú felületté. Ennek a körnek az átmérője a szelep névleges átmérője. Nagy névleges átmérőnek nagy, kis névleges átmérőnek alacsony áteresztő képesség az eredménye. Egy szelep névleges áteresztő képességét meghatározott körülmények mellett mérik. Mérés közben a szelep bemenetén 6 bar nyomás van, a szelep kimenetén pedig 5 bar. Nyomástartomány A nyomástartomány meghatározza, hogy milyen nyomású táplevegővel lehet a szelepet működtetni. A nyomás felső határát a ház szilárdsága határozza meg, az alsó határt az elővezérlő szelep. Ha a szelep olyan végrehajtót működtet, amelyik alacsony nyomáson működik, vagy vákuumot kapcsol, akkor szükség van egy különválasztott vezérlő táplevegő csatlakozásra. Kapcsolási idők A kapcsolási idő alatt azt az időt értjük, amely az elektromos jel kiadása és a szelep kapcsolása között eltelik. Monostabil szelepeknél az átkapcsolási idő az alaphelyzetből a működtetett helyzetbe általában rövidebb, mint működtetett helyzetből alaphelyzetbe. A mágnes tekercsek teljesítmény adatai Vannak mágnes szelepek, amelyeket különböző mágnes tekercsekkel lehet felszerelni. Az útszelephez kínálnak a gyártók mágnes tekercs sorozatokat, melyek a szelepek csatlakozási méreteihez vannak méretezve ábra: Mágnes tekercs sorozat Előírások az üzemi feszültséghez A mágnes tekercseket úgy választják ki, hogy passzoljanak a vezérléshez. Ha a vezérlés 24V egyenfeszültséggel dolgozik, Akkor az ehhez megfelelő tekercs típust kell választani. Villamos teljesítmény előírások A teljesítmény előírásokat (teljesítmény felvétel és teljesítménytényező) figyelembe kell venni a vezérlés tápegységének kiválasztásakor. 67

68 Bekapcsolási időtartam (VDE 530) Működés közben a mágnes tekercs felmelegszik az ohmos ellenállása miatt. A bekapcsolási időtartam megadja, hogy az üzemidő hány százalékában szabad működtetni a mágnes tekercset. Egy 100% ED mágnes tekercset tartós üzemben lehet használni. Ha kisebb a bekapcsolási időtartam 100%-nál, akkor a tekercs tartós üzemnél túl meleg lesz. Megolvad a szigetelés, és tönkremegy a tekercs. A bekapcsolási időtartam egy üzemidőben 10 percre vonatkozik. Ha egy tekercs megengedett üzemideje 60%, akkor a tekercsen a 10 perces üzemidőből maximum 6 percig folyhat áram. Védelmi osztály és kábelcsatlakozás A védelmi osztály megadja, hogy a mágnes tekercs mennyire van védve a por és a víz behatolása ellen. Az IP65 védelmi osztály azt jelenti, hogy a por behatolásától védve vannak és olyan környezetben is szabad dolgozniuk, ahol vízfröccsenésnek van kitéve. Hőmérsékleti előírások Egy mágnes tekercs csak úgy működik megbízhatóan, és csak úgy szavatos, ha a környezeti hőmérséklet, és a közeghőmérséklet, vagyis a sűrített levegő hőmérséklete a megengedett határok között marad. Behúzási idő Mikor egy mágnes tekercset működésbe hozunk, akkor késleltetve felépül a tekercs mágneses tere, és ezzel együtt az elektromágneses erő. A behúzási idő attól az időponttól, hogy a tekercsen keresztül áram kezdett folyni, addig a pillanatig tart, mikor a kengyelt behúzza a mágnes. A mágneses tekercsek villamos csatlakozása A vezeték és a mágnes tekercs között található egy széthúzható csatlakozó. Csatlakoztatás után általában le kell rögzíteni egy csavarral, hogy a kontaktust megóvjuk a por és víz behatolásától, illetve a rázkódástól. A mágnes tekercs védőkapcsolása A mágnes tekercs áramkörét a vezérlésben egy érintkező zárja, illetve bontja. Az érintkező nyitásakor rövid időre nagyon magas feszültség indukálódik a tekercsben. Ezért az éppen nyitó érintkezőn egy villamos ív keletkezhet. Ez egy rövid üzemidő után érintkezési hibákhoz vezethet. Ezért szükséges ide egy védőkapcsoló használata. A tekerccsel párhuzamosan beépítenek egy diódát. Az áramkör megszakítása után a diódán keresztül tovább folyhat az áram a mágnes tekercsen, ameddig a mágneses tér tárolta energia leépül. Az indukált feszültségcsúcs jelentősen csökken. A szelep működéséhez szükséges védőkapcsolás mellett különböző kiegészítő funkciókat is lehet a kábelcsatlakozásba integrálni (pl. ledes kijelzőt, amelyik világít, ha a mágnes tekercs feszültség alatt van). 68

69 6.28. ábra: Mágnes szelep pneumatikus- és elektromos csatlakozói Robbanásvédelem Ha az elektromosan működtetett útszelepeket robbanásveszélyes helyen kell üzemeltetni, akkor speciális, az ilyen körülményekhez jóváhagyott mágnes tekercset és öntött kábelt kell használni. 6.6 Záró szelepek, fojtók A záró szelepek olyan irányítóelemek, melyek az átáramlást egyik irányban átengedik, másik irányban pedig közel zérus résveszteséggel zárják. A fellépő nyomás, a zárási oldalon a tömítés hatékonyságát fokozza. Visszacsapó szelep A visszacsapó szelepek az átáramlást egyik irányban lezárják, másik irányban kismértékű nyomáseséssel átengedik. A záró elem kúp, golyó, síklap vagy membrán. Jelképi jelölések: Visszacsapó szelep, a zárást a záró elemre ható erő végzi Visszacsapó szeleprugóval, zárás akkor van, ha a kimenő nyomás a bemenő nyomásnál nagyobb, vagy azzal egyenlő. 69

70 6.29. ábra: Vezérelt visszacsapó szelep ábra: Rugós visszacsapó szelep Váltószelep (VAGY elem) A váltószelepnek két bemenete (X és Y) és egy kimenete (A) van. Ha Y bemenetről érkezik vezérlés, akkor a záró elem (golyó) zárja az X bemenetet, a levegő az Y-A átmeneten áramlik. Ellenkező esetben Y lezár és az átáramlás X-A átmeneten keresztül történik. Ellenkező irányú áramláskor (A kimenettől az X vagy Y bemenet felé), a záró elem a nyomásviszonyok hatására, az előzőleg felvett helyzetében marad ábra: Váltószelep (VAGY elem) 70

71 A váltószelepet VAGY-elemnek is nevezik, mivel VAGY logikai funkciót realizál. Pneumatikus vezérléseknél beépítése általában akkor szükséges, ha egy munkahengert, ill. egy teljesítményszelepet több helyről működtetünk, illetve vezérelünk ábra: Egy munkahenger két külön helyről történő vezérlése Fojtás Az áramlási keresztmetszetbe épített szűkítés, mely lehet fix vagy állítható ábra: Fojtás belső szerkezete Fojtó-visszacsapó szelep A fojtó-visszacsapó szelepeket munkahengerek dugattyúmozgásának sebességvezérlésére használják. Fojtó-visszacsapó szelepnél az átáramló levegőmennyiség befolyásolása csak egyik áramlási irányban lehetséges, ugyanis ekkor a visszacsapó szelep lezár és az átáramlás csak a beállított fojtókeresztmetszeten történhet. Ellenkező áramlási iránynál a visszacsapó szelep nyit, az átáramlás szabaddá válik. Kettősműködésű munkahengerek sebességvezérlésekor a fojtó-visszacsapó szelepeket közvetlenül a henger közelébe célszerű telepíteni. 71

72 6.34. ábra: Fojtó-visszacsapó szelep Beáramló levegő fojtása (Primer fojtás) Bemenő ági sebességvezérléskor a fojtó-visszacsapó szelep fojtása a munkahengerbe beáramló levegőmennyiséget befolyásolja. A kiáramló levegő a visszacsapó szelepen, szabadon áramlik át. Ez a sebességvezérlési mód a terhelésváltozásokra érzékeny, már a legkisebb változásnál is (pl. a dugattyú egy helyzetkapcsolón halad keresztül) jelentős sebességingadozás jöhet létre. A bemenő ági fojtást főleg egyszeres működésű, kis térfogatú munkahengereknél alkalmazzák ábra: Primer fojtásos sebességvezérlés 72

73 Kiáramló levegő fojtása (szekunder fojtás) Kimenőági sebességvezérléskor a levegő szabadon áramlik a hengertérbe, a fojtás a kiáramló levegőmennyiséget befolyásolja. Ily módon mindkét hengertérben megnő a nyomás (az előbbi esethez viszonyítva), mely a dugattyú merevségét fokozza. A fojtó-visszacsapó szelepnek ez a beépítése kevésbé terhelés érzékeny sebességvezérlést biztosít. Kettősműködtetésű munkahengereknél ezért általában kimenőági sebességvezérlést kell alkalmazni. Kisméretű számottevő térfogattal nem rendelkező hengereknél, a kimenő oldalon nem jön létre az ellentartáshoz szükséges nyomás, ezért ez esetben be- és kimenőági sebességvezérlést együttesen kell alkalmazni ábra: Szekunder fojtásos sebességvezérlés Fojtó-visszacsapó szelep mechanikusan állítható fojtással Ezeket a szelepeket akkor célszerű alkalmazni, ha az egyszeres- vagy kettősműködésű munkahengereknél a dugattyúsebességet a mozgásfolyamat alatt változtatni kell. Kettősműködésű munkahengereknél a szelepet löketvégi csillapításra is fel lehet használni. Ez különösen nagy tömegek mozgatásakor célszerű, mivel ekkor a löketvég közelében elhelyezett fojtó-visszacsapó szeleppel a kiáramló levegőmennyiség csökkenthető, így a csillapítás mértéke a beépítetthez képest fokozható. A fojtás így a sebesség alaphelyzete egy kontraanyával rögzített állítócsavar segítségével beállítható. Mechanikus működtetéskor a dugattyúrúdra rögzített kényszerpálya a görgős emelőt lefelé nyomja, ennek megfelelően, a kúpos záró elem és az ülék közelítésével, a fojtókeresztmetszetet csökkenti. Ellentétes irányú áramláskor a visszacsapószelep záró eleme (szeleptányér) az ülékről felemelkedik és a levegő szabadon átáramolhat. A szelep megfelelő vezérlőpályával, működés közbeni sebességnövelésre, illetve sebességcsökkentésre egyaránt használható. 73

74 6.37. ábra: Mechanikus állítású fojtó-visszacsapó szelep Gyorslégtelenítő szelep A gyorskilevegőző szelepeket a dugattyúsebesség növeléséhez alkalmazzák. Mindenekelőtt az egyszeres működésű hengerek visszafutási ideje csökkenthető beépítésével. A szelepnek zárható P bemenete, zárható R kilevegőzése és A kimenete van. Ha P bemeneten nyomás van, a mozgó tömítés zárja az R kilevegőző csatlakozót és a levegő az A kimenet felé áramlik. Ha a P bemeneten a nyomás megszűnt, az A felől történő kiáramlás a tömítőelem közvetítésével zárja a P csatlakozást és a levegő R kilevegőzés felé áramlik. Alkalmazásával kikerülhető (kilevegőzéskor) a vezérlőszelepet a hengerrel összekötő energiavezeték. Célszerű a gyorskilevegőző szelepet közvetlenül a henger csatlakozójának közelében elhelyezni ábra: Gyorslégtelenítő szelep 74

75 Kétnyomású szelep (ÉS elem) A kétnyomású szelepnek X és Y bemenete és A kimenete van. A kimenet felé történő levegőáramlás csak a két bemenet együttes jelenlétekor következik be. Egy bemenőjel esetén (X vagy Y) a tolattyúra rögzített szeleptányér, nyomás hatására zárja az áramlás útját. A bemenő jelek időbeli eltérése esetén így a később érkező jut el a kimenethez. A bemenő jelek nyomáskülönbsége esetén a nagyobb nyomású lezár, a kisebb nyomású jut az A kimenetre. A szelepet ÉS elemnek is nevezik. Az ÉS szelepeket többnyire reteszelő biztonsági vezérlésekhez, ellenőrzési funkciókhoz, illetve logikai műveletekhez használják ábra: Kétnyomású szelep (ÉS elem) ábra: Kapcsolási rajz ÉS szeleppel ábra: Kapcsolási rajz (ÉS funkció) sorba kötéssel 75

76 6.7. Nyomásirányítók, elzárók, időzítők A nyomásirányítók a sűrített levegő nyomását befolyásolják vagy nyomással vezéreltek. Megkülönböztetünk: nyomásszabályozó szelepet; nyomáshatároló szelepet; nyomáskapcsolót. Nyomásszabályozó szelep A nyomásszabályozó szelep feladata, a hálózati nyomás ingadozásától független, stabil tápnyomás biztosítása a pneumatikus hengerek és vezérlőelemek számára. A bemenő nyomásnak mindig nagyobbnak kell lennie, mint a kimenőnyomásnak. Nyomásszabályozó szelep tehermentesítés nélkül A szelep feladata és működése megfelel a 4.3. fejezetben leírtaknak. A membrán közepén elhelyezett szelepülék ennél a konstrukciónál hiányzik, ezért a nagyobb kimenőnyomásnál, vagy ellentétes áramlásnál a kimenet nem tud kilevegőzni, a szelep lezár. Nyomásszabályozó szelep tehermentesítéssel Ennél a konstrukciónál, a membrán közepén elhelyezett szelepen keresztül, a nagyobb kimenőnyomásnál, illetve ellentétes irányú áramlásnál a szelep a lezárást követően kilevegőzik. Nyomáshatároló szelep A nyomáshatároló szelepeket elsősorban, mint biztonsági szelepeket (túlnyomás szelepeket) alkalmazzák. Ezek meggátolják, hogy a nyomás, a rendszerben, egy előre beállított értéket meghaladjon. Ha a szelep bemenetén a nyomás elérte a beállított értéket, akkor az kinyit, és a levegő rajta keresztül a szabadba áramlik. A szelep addig marad nyitva, míg a beépített rugó, beállított rugóereje a nyomásból adódó erővel szemben azt le nem zárja. Nyomáskapcsoló A nyomáskapcsoló működési elve megfelel a nyomáshatároló szelepnél elmondottaknak. A beállított rugóerőnél nagyobb vezérlőnyomás esetén a szelep kinyit. A levegő ekkor a P-A átmeneten áramlik. A nyitás csak akkor következik be, ha a Z vezérlőbemeneten a beállított nyomásérték kialakul. A P-A átmenetet vezérlődugattyú nyitja. A nyomáskapcsoló szelepeket olyan pneumatikus vezérlésekben alkalmazzák, ahol a kapcsoláshoz meghatározott nyomás eléréséhez van szükség (nyomásfüggő vezérlések). 76

77 6.42. ábra: Nyomáskapcsoló Példa: Az 1.0 munkahenger dugattyúja csak akkor haladhat alaphelyzet felé, amikor az 1.3 nyomáskapcsolónál létrejött a beállított nyomás ábra: Pneumatikus kapcsolási rajz Elzáró szelepek Az elzáró szelepek a sűrített levegő átáramlását fokozatmentesen nyitják, illetve zárják. Egyszerűsített ábrázolás. Záró csap. 77

78 6.44. ábra: Elzáró szelepek Pneumatikus időszelep A pneumatikus időszelep 3/2-es rugós alaphelyzetű útszelepet, fojtó-visszacsapó szelepet továbbá légtartályt tartalmaz. Bekapcsolási késleltetés (zárt alaphelyzet) ábra: Alaphelyzetben zárt pneumatikus időszelep Működése: A táplevegő a P bemenetre csatlakozik, a vezérlő levegő a Z csatlakozón keresztül jut a szelepbe. A vezérlő levegő áthalad egy fojtó-visszacsapó szelepen, melynek fojtókeresztmetszet beállításától függően időegység alatt több, vagy kevesebb levegő 78

79 áramlik a légtartályba. Amikor a légtartályban a rugóerővel szemben, a szükséges levegőnyomás létrejön, a szeleptolattyú mozgásba kezd és az A-R átmenet lezár. Ezt követően a szeleptányér felemelkedik az ülékről és nyit a P-A átmenet. A késleltetési idő, a légtartályban, a kapcsolónyomás eléréséig eltelt nyomásnövekedési idő. A szelep alaphelyzetbe állításához a Z vezérlőjelet meg kell szüntetni. Ekkor a légtartályból a sűrített levegő a visszacsapó szelepen és a vezérlőszelep kilevegőzésén keresztül gyorsan a szabadba távozik. A tolattyú és a szeleptányér rugóerő hatására alaphelyzetbe áll, P lezár és nyit az A-R átmenet. Kikapcsolási késleltetés (nyitott alaphelyzet) Működése: A szelep ugyancsak 3/2-es rugós alaphelyzetű útszelepet, fojtó-visszacsapó szelepet, valamint légtartályt tartalmaz. A 3/2-es útszelep nyitott alaphelyzetű. A vezérlő levegő a Z csatlakozáson keresztül jut a szelepbe. Amikor a légtartályban kialakul a kapcsolónyomás, a 3/2-es útszelep tolattyúja kapcsolóállást vált. Ekkor zár a P-A átmenet és nyit az A-R átmenet. A késleltetést itt is a levegőtartályban létrejövő időbeli nyomásfelfutás határozza meg. A Z vezérlés megszüntetésekor a szelep rugóerő hatására alaphelyzetbe áll. A késleltetési idő általában 0-30 másodperc lehet, mely kiegészítő légtartály beépítésével meghosszabbítható. Tiszta levegő és állandó táp-, illetve vezérlőnyomás esetén pontos kapcsolási idő érhető el ábra: Alaphelyzetben nyitott pneumatikus időszelep 79

80 6.47. ábra: Pneumatikus kapcsolás időszelepekkel 80

81 Pneumatikus időtagok típusai, jellemzői BE kapcsolásra késleltet KI kapcsolásra késleltet LE kapcsolásra késleltet FEL kapcsolásra késleltet Jel rövidítés (jel lekapcsolás) Jel hosszabbítás ábra: Pneumatikus időtagok összefoglaló táblázata 6.8 Érintkezésmentes pneumatikus érzékelők és vákuum ejektorok A gyártósorok és szerelőkészülékek jobb kihasználása, továbbá a biztonságos munkavégzés iránti növekvő igények egyre újabb követelményeket állítanak az automatizálás eszközeivel szemben. Ezek sok esetben csak érintkezésmentes érzékelők (szenzorok) alkalmazásával oldhatók meg. Az érintkezésmentes érzékeléshez pneumatikus eszközök is rendelkezésre állnak. Működési elvük kétféle: szabad levegősugár elve; torló fúvókás elv. 81

82 Légsorompó A légsorompó adó- és vevőfúvókákból áll. Mindkét fúvókát a P X csatlakozáson keresztül, vízés olajmentes levegővel kell táplálni. A táplevegő nyomása kpa (0,1-0,2 bar) közötti érték. Ennek megfelelően a levegő felhasználás csekély, V = 0,5-0,8 m 3 /h. Az olaj- és vízmentes levegő biztosítása érdekében, a berendezés elé, szűrővel ellátott alacsony nyomástartományú nyomásszabályozót kell beiktatni. A pontos és megbízható működés érdekében az adó- és vevőfúvóka közötti távolság nem lehet nagyobb 100 mm-nél ábra: Légsorompó Reflexiós érzékelő (közelítés érzékelő) Lényegesen egyszerűbb és a környezet zavaró hatásaival szemben biztosabb a torló fúvókás elv alkalmazása. A reflexiós érzékelő ezen az elven működik. Az adó- és vevőfúvóka ennél a konstrukciónál közös házba van építve. A reflexiós érzékelő egy adó- és egy vevőfúvókából, egy fojtóelemből, továbbá egy védőhüvelyből áll. Az érzékelő P X csatlakozójához vezetett táplevegő kpa (0,1-0,2 bar) nyomású. Ez a levegő a külső gyűrűs csatornán át a szabadba áramlik. A levegő kiáramlásakor a belső fúvókában vákuum jön létre. Ha a gyűrűs csatornából kiáramló levegősugarat egy tárgy jelenléte megzavarja, a vevőfúvókában túlnyomás jön létre. Az X kimeneten tehát jel képződik. A jelet egy erősítőfokozat teszi felhasználásra alkalmassá, mellyel további szelepeket vezérelhetünk. A fojtószelep biztosítja a jel kifogástalan továbbítását. A reflexiós érzékelő és az érzékelt tárgy közötti távolság, kiviteltől függően 1-6 mm lehet. Különleges kivitelnél ez a távolság 20 mm. A reflexiós érzékelő működését nem befolyásolják a szennyeződések, hanghullámok, robbanási veszély, sötétség, a fényáteresztő, vagy nem mágnesezhető tárgyak. Alkalmazási területe minden iparágra kiterjed. Felhasználható például sajtoló-, ill. kivágó szerszámok ellenőrzésére, szalagszél vezérléshez tárgyak ellenőrzésére, számlálására a textiliparban vagy csomagolástechnikában, munkadarab tárolók ellenőrzésére, bútoralkatrészek érzékelésére a faiparban. 82

83 6.50. ábra: Reflexiós érzékelő ábra: Reflexiós érzékelő működési elve Vákuumképző ejektorok A vákuumképző ejektorok szívókoronggal egybeépítve a legkülönbözőbb alkatrészek szállítására alkalmasak. Működésük a Venturi-elvre épül. A P bemenet a táplevegő csatlakozás. Az átáramláskor, a fúvóka végén lévő keresztmetszet csökkenés hatására, a levegő áramlási sebessége megnő. A nagy sebességgel áramló levegő a szívókorong csatlakozásán vákuumot hoz létre (szívóhatás). A szívóhatáskor kialakuló megfogó erő alkalmas alkatrészek szállítására. A jó szívóhatás biztosítása érdekében a megfogott alkatrésznek síkfelületűnek kell lennie. 83

84 Vákuum ejektor kidobó egységgel A vákuum szívófej működése szintén a Venturi-elvre épül. A különbség az ejektorhoz képest az, hogy a szívófej egy beépített kiegészítő tartályt is tartalmaz. A tartály a szívási folyamat alatt fel van töltve. A tápnyomás kikapcsolásakor a tartályban lévő levegő egy gyorskilevegőző szelepen keresztül a szívótérbe távozik. A szívótérbe beáramló levegő a szívókorongban egy nyomáslökést okoz, és ledobja a darabot a korongról. A vákuumos készülékek előnye: nagy vákuum kedvező légfogyasztás csekély hanghatás ábra: Vákuumképző ejektor, vákuum korong Munkahenger érintkezésmentes pozícióérzékeléssel Nagyon sok gépnél, berendezésnél a pozícióérzékeléshez szükséges helyzetérzékelők felszerelése nehézségekbe ütközik. Ennek oka többféle lehet, pl. geometriai (nincs hely a beépítésre), vagy szennyezett környezet (a végállás kapcsolónak nem szabad szennyeződéssel, hűtővízzel, olajjal vagy forgáccsal érintkezésbe kerülnie). Ezek a nehézségek pneumatikus- vagy elektromos közelítéskapcsolók alkalmazásával nagyrészt kiküszöbölhetők. Pneumatikus közelítéskapcsoló A pneumatikus közelítéskapcsoló működése a légsorompó elvére vezethető vissza. A házban egy kapcsolónyelv van beépítve, mely megszakítja a levegőátáramlást a P-A átmeneten keresztül. 84

85 Amikor a permanens mágnessel ellátott dugattyú megközelíti a kapcsolót, a nyelv, a mágneses erő hatására, lehajlik és nyitja a P-A átmenetet. Az A kimeneten levehető jel kisnyomású, így további kapcsolási feladat ellátásához erősíteni kell. A dugattyú távozásakor a mágneses tér megszűnik, a kapcsolónyelv visszatér alaphelyzetébe és zárja a P-A átmenetet. 6.9 Elektromos építőelemek Az elektromos tápegység Az elektropneumatikus vezérlést a villamos hálózatról tápláljuk. Ezért rendelkeznie kell a vezérlésnek egy hálózati tápegységgel. A hálózati tápegység építőelemeinek feladatai: - A transzformátor feladata az üzemi feszültség előállítása. A transzformátor bemenetén a hálózati feszültség van (230 V váltóáram), a kimenetén a redukált feszültség (24 V). Az egyenirányító átalakítja a váltófeszültséget egyenfeszültséggé. A kondenzátor az egyenfeszültség kimeneténél a feszültség kisimítását végzi. - A tápegység kimeneténél szükség van még egy feszültség szabályozásra is, hogy a villamos feszültség függetlenül az áram folyásától mindig állandó legyen ábra: Elektromos tápegység Biztonsági előírások: - a magas bemeneti feszültség miatt a hálózati rész alkatrészei erősáramú berendezések (DIN/VDE 100); - az erősáramú berendezések biztonsági előírásait kell betartani; - hálózati részen csak az arra jogosult személy végezhet munkát. 85

86 Elektromos jeladók, jelfeldolgozók Nyomógombok, kapcsolók Egy gép, vagy berendezés elindításához, üzemmód kiválasztásához, leállításához, stb. szükség van különböző nyomógombokra, kapcsolókra: - A nyomógomb a működtetés hatására felvesz egy meghatározott kapcsolási helyzetet, és addig marad ebben a kapcsolási helyzetben, amíg jelen van a működtető erő. Ha eleresztjük, akkor újra visszaáll a kiindulási helyzetébe. - A kapcsolók (többállású kapcsolók, kulcsos kapcsolók) a működtetés hatására új kapcsolási helyzetbe kerülnek. Ennek a kapcsolási helyzetnek a megőrzéséhez nem kell folyamatosan működtetni a kapcsolót. A kapcsolók többnyire mechanikus reteszeléssel vannak ellátva. A kapcsoló csak ismételt működtetés hatására tér vissza a kiindulási helyzetébe. - Működésüket tekintve megkülönböztetjük egymástól a záró-, nyitó- és a váltó érintkezős (bontó-záró) nyomógombokat, kapcsolókat. A nyomógombok, kapcsolók több érintkezővel is rendelkezhetnek. - A záró érintkezős nyomógomb esetén az áramkör nyitva van a nyomógomb alaphelyzetében. A nyomógomb működtetésével záródik az áramkör. A nyomógomb felengedésével, a rugóerő hatására az érintkező visszaáll alaphelyzetébe, ezáltal megszakad az áramkör. - A nyitó (bontó) érintkezős nyomógomb esetén alaphelyzetben a rugóerő segítségével az áramkör zárt. A nyomógomb működtetésével az áramkör megszakad. - A váltó (bontó-záró) érintkező egyesíti a záró érintkező és a nyitó érintkező működését egy készülékben. Akkor használnak váltó érintkezőt, amikor egy kapcsolási folyamatban egy áramkört zárni kell, ugyanakkor egy másikat, pedig nyitni. Az átváltás idejére mindkét áramkör rövid időre megszakad ábra: Záró-, bontó-, váltó érintkezős nyomógombok 86

87 Érzékelők Az érzékelők feladata, hogy figyeljék az irányítandó folyamatot és az információkat könnyen kiértékelhető formában a jelfeldolgozáshoz továbbítsák. Az elektropneumatikus vezérléseknél az érzékelőket legfőképpen az alábbi területeken használják: - munkahengereknél a dugattyú két véghelyzetének érzékeléséhez; - a munkadarabok meglétének és pozíciójának ellenőrzéséhez; - a táplevegő nyomásának ellenőrzésére és mérésére; - munkadarabok szortírozásához; - a veszélyes munkatér védelmére; - a ciklusidő csökkentésére. Végállás kapcsoló Ezekkel a kapcsolókkal gépalkatrészek vagy egyéb működtető készülékek meghatározott helyzeteit ellenőrizzük. A végállás kapcsolók általában váltókapcsolóként vannak kialakítva. Igény szerint beköthetők nyitó-, záró-, vagy váltókapcsolóként ábra: A végállás kapcsoló felépítése Közelítés kapcsoló Ellentétben a végállás kapcsolókkal a közelítés kapcsoló érintésmentes, minden mechanikai működtetés nélkül kapcsol. A közelítés kapcsolóknak ezért magas az élettartamuk, és megbízhatóan kapcsolnak. A közelítés kapcsolók csoportosítása: - induktív közelítő kapcsoló; - kapacitív közelítő kapcsoló; - optikai közelítő kapcsoló. 87

88 Elektromos közelítéskapcsolók A kapcsoló egy nyomásos öntéssel készített házban, polyamid alapra rögzített, huzalozással ellátott Reed-relét tartalmaz. A Reed-relé két érintkezőből áll, melyek védőgázzal töltött üvegcsőben helyezkednek el. Amikor a permanens mágnessel ellátott dugattyú az érintkezőkhöz ér, a mágneses tér hatására, azok zárnak. A kontaktus elektromos kimenőjelet ad. A dugattyú távozásakor, a mágneses tér megszűnésével a rugós érintkezők visszaállnak alaphelyzetükbe. A dugattyú maximum áthaladási sebessége mindkét közelítéskapcsolónál a kapcsoló által működtetett elemektől függ ábra: Mágneses (Reed) közelítő kapcsoló A Reed-relék mágnesesen működtetett közelítő kapcsolók. Két érintkező nyelvből állnak, melyek egy védőgázzal töltött üvegcsövecskében helyezkednek el. Amikor közeledik hozzájuk egy állandó mágnes, akkor az érintkezők ugrásszerűen kapcsolnak. A mágnes eltávolítása szétkapcsolja az érintkezőket. A Reed kapcsolók hosszú élettartamúak és nagyon rövid a kapcsolási idejük (kb. 0,2 ms). Nem igényelnek szervízelést, viszont nem szabad olyan helyen alkalmazni, ahol erős mágneses tér előfordulása lehetséges (pl. ellenállás hegesztőgépek környezetében). Ma már kevésbé használják a mechanikus érintkezője miatt (prell jelenség). 88

89 6.57. ábra: Mágneses érzékelők, rögzítő elemek munkahengerekhez Induktív, optikai és kapacitív közelítő kapcsolók Az induktív, optikai és kapacitív közelítő kapcsolókat az elektronikus érzékelőkhöz soroljuk. Az elektronikus érzékelők érintkező nélküliek, nem tartalmaznak mechanikus mozgó alkatrészt. Kisteljesítményű kapcsolt kimenőjelet adnak. Ehhez tápfeszültségre van szükségük. A mágneses érzékelők között is vannak elektronikusak (magnetoinduktív-, Hall szenzor). Általában háromvezetékesek (+24 V, 0 V, jelvezeték). A kimeneti jel alapján megkülönböztethetünk PNP (a kimenőjel +24 V), illetve NPN (a kimenőjel 0 V) típusú elektronikus érzékelőket. Működhetnek úgy, mintha záró érintkezőjük volna (akkor adnak jelet, ha van érzékelendő tárgy a közelükben), vagy úgy, mintha bontó érintkezősek lennének (akkor adnak jelet, ha nincs érzékelendő tárgy a közelükben) ábra: Induktív közelítő kapcsoló Az induktív közelítő kapcsoló egy oszcillátorból, egy küszöbáramkörből és egy erősítőből áll. Az oszcillátor rezgőtekercse segítségével létrehoz egy nagyfrekvenciás váltakozó teret, ez gömbformában lép ki az érzékelő homlokfelületéről. Ha a váltakozó térbe fém alkatrész kerül, a keletkező örvényáramok energiát vonnak el az oszcillátortól. Ezáltal az oszcillátor feszültsége leesik, és az ezt követő trigger jelet ad ki. Az induktív közelítő kapcsolóval jól fel lehet ismerni minden villamos vezetőből készült alkatrészt, a fémek mellett a grafitot is. 89

90 6.59. ábra: Kapacitív közelítő kapcsoló A kapacitív közelítő kapcsoló egy kondenzátorból és egy villamos ellenállásból áll, melyek együttesen egy kondenzátor-ellenállás rezgőkört képeznek, valamint egy elektronikus kapcsolásból, amely kiértékeli a rezgést. Ha a hatósugarába egy tárgy kerül, akkor a kondenzátor kapacitása megváltozik. Ennek hatására kimenőjelet kapunk tőle. A kapacitív közelítő kapcsolók nem csak a magasan vezetőképes anyagokra reagálnak (fémek), hanem ezen kívül még minden magas szigetelési állandóval bíró szigetelőanyagra is jeleznek (műanyagok, üveg, kerámia, folyadékok és fa) ábra: Optikai közelítő kapcsoló Az optikai közelítő kapcsolók optikai és elektronikus eszközöket használnak az objektum felismerésére. Ehhez általában vörös vagy infravörös fényt használnak fel. Különösen alkalmas források a vörös és infravörös fényhez a félvezető fénydiódák (LED-ek). Kicsik és erősek, hosszú élettartamúak és könnyen modulálhatóak. Vevő elemekként fotodiódákat vagy fototranzisztorokat alkalmaznak. A vörös fénynek van egy előnye, hogy a felhasznált közelítő kapcsolók beállításánál az optikai tengelyek szabad szemmel felismerhetőek. Ezen kívül a polimer fényvezetők a fény csekély csillapítása miatt ebben a hullámhossz tartományban nagyon jól használhatók. Háromféle optikai közelítő kapcsolót különböztetünk meg: - tárgyreflexiós optikai érzékelőt; - tükörreflexiós optikai érzékelőt; - egy utas optikai érzékelőt (infra sorompó). 90

91 Tárgyreflexiós optikai érzékelő Az adót és a vevőt egymás mellé helyezik el, egy készülékbe építik be. Amennyiben a fénynyaláb találkozik egy fényvisszaverő tárggyal, úgy az visszareflektálódik a vevőhöz, és az érzékelő kimenete kapcsol. A fénykapcsoló alapműködéséből kifolyólag csak akkor használható, ha a felismerendő munkadarab, ill. géprész magas fényvisszaverő képességgel rendelkezik (pl. fémes felület, világos festés) ábra: Tárgyreflexiós optikai érzékelő Tükörreflexiós optikai érzékelő Az adót és a vevőt egymás mellé helyezik el, egy készülékbe építik be. A tükröt (prizmát) úgy szerelik, hogy az adóból kibocsátott fénynyalábot teljes egészében a vevőre reflektálja vissza. A fénynyaláb megszakításakor a kimenet kapcsol ábra: Tükörreflexiós optikai érzékelő Egy utas fénysorompó Az egy utas fénysorompók egymástól elválasztott adó-, és vevőegységekből állnak. Az elemek úgy vannak szerelve, hogy az adó direkt a vevőre világít. A fénynyaláb megszakításával a kimenet kapcsol. 91

92 6.62. ábra: Egy utas optikai érzékelő Nyomáserősítő (egyfokozatú) Számos, korábban ismertetett elem, így például a légsorompó, reflexiós érzékelő, stb. a kisnyomású tartományban működnek. Kimenőjeleiket a további feldolgozás érdekében fel kell erősíteni. A nyomáserősítők lényegében 3/2-es útszelepek, nagy vezérlőfelületű membránnal, pneumatikus működtetéssel. A kisnyomással működő pneumatikus vezérléseknél, kpa (0,1-0,5 bar) vezérlőnyomásnál, egyfokozatú erősítőket alkalmaznak. Az erősítő rugóerő hatására létrejövő alaphelyzetében a P-A átmenet zárt, az A-R átmenet nyitott. A P táplevegő csatlakozásra 800 kpa/8 bar nyomású levegő csatlakoztatható. A X csatlakozóra érkező erősítendő vezérlőjel a nagy membránfelületre fejti ki nyomását. A nyomóerő hatására, rugóerő ellenében a tolattyú kapcsolóállást vált és nyit a P-A átmenet. Az A kimeneten kapott jel további nagynyomású elemek működtetésére használható fel. Az X vezérlés megszűnésekor a tolattyú rugóerő hatására alaphelyzetbe áll, zár a P-A átmenet és nyit az A-R átmenet. Az egyfokozatú nyomáserősítőnél nincs szükség (a táplevegő csatlakozáson kívül) külön tápellátásra. Pneumatikus-elektromos jelátalakítók Az automatizálás fejlődésével, az ipar számos területén szükségessé vált a pneumatikus, illetve elektromos energia- és jelátvitel együttes alkalmazása. A két energiahordozó közötti kapcsolatot a jelátalakítók biztosítják. Jelátalakító A legegyszerűbb jelátalakító egy elektromos mikrokapcsoló, melyet egy egyszeres működésű munkahenger működtet. A dugattyú a Z csatlakozón érkező vezérlőjel nyomásának hatására rugóerő ellenében elmozdul, és a mikrokapcsolót működteti. Mindkét elem egy közös kapcsolóházba van beépítve. Az elektromos vezetéket csatlakoztatásától függően a morse-érintkezős mikrokapcsoló nyitó- vagy záró érintkezőkkel köthető be a 92

93 vezérlésbe. A jelátalakítónál a nyomástartomány ( kpa) (0,6-10 bar). Kisnyomású a minimális kapcsolónyomás 10 kpa-tól, egészen 0,05 kpa (0,1-0,0005 bar) értékű is lehet. Nyomásérzékelők, nyomáskapcsolók (pneumatikus-elektromos jelátalakítók) A nyomáskapcsolónak az a feladata, hogy beállított nyomás értéknél elektromos jelet adjon. Különféle kialakítással készülhet: - nem állítható ezt pneumatikus-elektromos jelátalakítónak (PE átalakító) nevezzük; - egy állítási lehetőséget tartalmaz a bekapcsolási nyomásérték állítható; - a bekapcsolási és a kikapcsolási nyomás külön állítható állítható hiszterézisű ábra: Mechanikus nyomáskapcsoló Mechanikusan dolgozó nyomáskapcsolóknál a nyomás egy dugattyú, vagy membrán felületére hat. Ha a beállított rugóerőt a kapcsolónyomás legyőzi, akkor egy mikrokapcsoló átkapcsol. Ezt záró, vagy bontó kapcsolóként egyaránt be lehet kötni. Az elektromos kimenőjel mindaddig megmarad, amíg fennáll a szükséges nyomás a bemeneten. Elektronikus nyomáskapcsoló Az elektronikus nyomáskapcsolóknak növekvő jelentőségük van. A mechanikus érintkezés helyett itt a kimenet elektronikusan kapcsol. Ehhez nyomás-, vagy erő érzékeny mérőelemeket kell a membránra felszerelni. Az érzékelt jelet egy elektronikus kapcsolás értékeli ki. Mikor a beállított értéket túllépi a nyomás, akkor kapcsol a kimenet. Ezeknél a nyomáskapcsolóknál általában a hiszterézis is állítható. 93

94 6.64. ábra: Elektronikus nyomáskapcsoló Analóg nyomásérzékelők Az analóg nyomásérzékelők a nyomás bemenettel arányos elektromos jelet adnak ábra: Analóg nyomáskapcsoló Az ábrán látható nyomásérzékelő piezo ellenállásos mérőcellát tartalmaz. A nyomásváltozás ellenállás változást eredményez. Ezt egy elektronika kiértékeli és megfelelő kimeneti jelet képez. Az emelkedő nyomásnak a kimeneten emelkedő feszültség a velejárója. Az 1 bar nyomás 4 V kimeneti feszültséget, 2 bar nyomás 8 V kimeneti feszültséget eredményez. Áramlásérzékelők Egyre több elektropneumatikus berendezésen találkozhatunk áramlásérzékelőkkel, áramlásmérőkkel. Szivárgásellenőrzésre, tárgy érzékelésére (pl. vákuumos megfogásnál), légfogyasztás mérésére használják őket. Analóg és bináris kimenőjellel egyaránt rendelkezhetnek. 94

95 6.66. ábra: Áramlásszenzor Relék, védő relék A relé elektromágnesesen működtetett kapcsoló, amely kis energiaráfordítás mellett kapcsol A reléket elsősorban a jelfeldolgozás területén használják. A tekercs feszültség alá helyezésével elektromágneses tér keletkezik. Ezáltal a mozgó kengyelt a vasmag magához húzza. A kengyel mozgatja a relé érintkezőit, melyek kialakítástól függően nyitnak, illetve zárnak. Amikor a tekercs árama megszakad, egy rugó segítségével visszaáll kiinduló helyzetébe a kengyel ábra: A relé felépítése és rajzjele Egy relé tekercsről egy vagy több érintkezőt is lehet kapcsolni. A fent leírt relé típuson kívül még további változatai vannak az elektromágneses működtetésű kapcsolóknak, (remanencia relé, időrelé, védő relé), de ezek működési elve minden esetben azonos. Az elektropneumatikus vezérlések területén a reléket az alábbi feladatokra használják: - jelsokszorosítás; - a jelek késleltetése és átalakítása; - elektromos öntartás megvalósítása; - a vezérlő és a fő áramkör szétválasztása. 95

96 A teljesen villamos vezérléseknél a reléket mellékesen egyen-, és váltóáramkörök elválasztásához is használják. Remanencia relék A remanencia relé az áramimpulzusokra reagál: - egy pozitív impulzus hatására behúz a relé kengyele; - egy következő impulzus esetén kioldja a kengyelt; - ha nincs bemeneti jel, akkor a már éppen felvett kapcsolási állást tartja meg. A remanencia relé működése összehasonlítható a pneumatikus impulzus szelep működésével, amely a nyomásimpulzusra reagál. Időrelék Az időrelék csoportján belül megkülönböztetünk meghúzásra-, és elengedésre késleltetett időreléket. A meghúzásra késleltetett relé egy bizonyos idővel késleltetve húzza be a kengyelt, a kioldás késleltetés mentesen történik. Az elengedésre késleltetett relénél mindez fordított. Ennek megfelelően kapcsolnak az érintkezők. A késleltetési időt be lehet állítani ábra: Meghúzásra-, illetve elengedésre késleltetett időrelé A K1-es relé az S1 nyomógomb megnyomása után késleltetve húz meg, felengedésekor rögtön elenged. A K2-es relé az S2 nyomógomb benyomásakor rögtön meghúz, felengedését követően késleltetve enged el. Védő relék A védő relék ugyanolyan elvek szerint működnek, mint a relék. A védő relé tipikus ismérvei: - kettős megszakítás (minden érintkezőn két megszakítási pont); - kényszerpályás érintkezések; - zárt kamrák (ívkioltó kamrák). 96

97 6.69. ábra: A védő relé felépítése Ezzel a felépítéssel a védő relék nagyobb áramot is tudnak kapcsolni, mint a hagyományos relék. Egy védő relének több érintkezője van. Ezek lehetnek záró-, bontó-, váltó-, késleltetett kapcsolású érintkezők. Megkülönböztetünk fő-, és segédérintkezőket. Azokat a védő reléket, melyek csak segéd érintkezővel rendelkeznek, segédvédő reléknek nevezik. Azokat a védő reléket, melyekben fő-, és segédérintkezők egyaránt vannak, fő-, vagy teljesítmény védő relének nevezik. A védő relék az alábbiak szerint használatosak: KW teljesítmények között a teljesítményvédő relék fő érintkezőin keresztül kapcsolunk; - vezérlő feladatok és logikai kapcsolások esetén a segédérintkezőkkel kapcsolunk. Elektropneumatikus vezérléseknél a villamos áramok és teljesítmények alacsonyak. Ezért ezeket segédvédő relékkel is elég összeépíteni. Fő,- vagy teljesítményvédő relék nem szükségesek. 97

98 7. Pneumatikus alapkapcsolások 7.1 Egyszeres működtetésű henger vezérlése Feladat: Egy nyomógomb működtetésekor a kettős működtetésű henger dugattyúja menjen a külső véghelyzet felé, a nyomógomb elengedésekor azonnal térjen vissza alaphelyzetbe. Vezérlés Energiaellátás 7.1. ábra: Pneumatikus kapcsolás felépítése Megoldás: A vezérléshez egy 3/2-es alaphelyzetben zárt útszelepre van szükség. A szelep működtetésekor, a sűrített levegő, a P-A átmeneten keresztül tölti a dugattyú oldali teret, így a dugattyú ennek megfelelően a külső véghelyzet felé mozog. A működtetés megszűnésekor a dugattyúoldali tér az A-R átmeneten kilevegőzik és a dugattyú rugóerő hatására visszatér alaphelyzetébe Kettősműködtetésű henger vezérlése VAGY szeleppel Feladat: A munkahenger dugattyúmozgása két különböző helyről legyen indítható. 98

99 7.2. ábra: Pneumatikus kapcsolás felépítése Megoldás: Az 1.2. útszelep működtetésekor, a táplevegő a P-A átáramlással, a VAGY szelep X-A átmenetén keresztül az 1.1 munkaszelep vezérlő (14) csatlakozójára kerül, melynek hatására a szelep vált, a henger dugattyúterébe áramlik a levegő. A dugattyúmozgás a külső véghelyzet felé megkezdődik. Ugyanezt az eredményt érjük el az 1.4. útszelep működtetésével is Kettősműködtetésű henger sebességvezérlése Feladat: a kettősműködtetésű henger dugattyúmozgásának sebessége, előre- és visszafutásnál, egymástól függetlenül legyen állítható. Megoldás A: egymástól független állítható átömlő keresztmetszetű fojtások alkalmazása előre- és visszafutáshoz. Indításkor sebességugrás jelentkezik az erőegyensúly kialakulásáig, ezt követően viszonylag terhelés független állítási lehetőség nyerhető ábra: Pneumatikus kapcsolás felépítése A megoldással 99

100 Megoldás B: egymástól független állítású fojtószelepek alkalmazása a beáramló levegő mennyiségének állításához. Egyenletes indulás jelentkezik, rossz, terheléstől nagymértékben függő állítási lehetőség nyerhető. Húzóterheléskor ez a megoldás nem használható. Alkalmazása kis térfogatú hengerek sebességvezérlésénél célszerű ábra: Pneumatikus kapcsolás felépítése B megoldással 7.4. Sebességnövelés egyszeres- és kettősműködtetésű hengereknél Feladat A: Egyszeres működtetésű henger dugattyúmozgásának visszafutási sebességét kell gyorskilevegőző szelep alkalmazásával növelni. Feladat B: Kettősműködtetésű henger előrefutási dugattyúsebességét kell növelni ábra: Pneumatikus kapcsolás felépítése A és B megoldással 100

101 Megoldás: Az 1.1. útszelep kapcsolásakor a sűrített levegőnek gyorsan kell távoznia a hengertérből. A beépített gyorskilevegőző szelep, az A-R átmeneten keresztül, azonnal a szabadba vezeti a hengertérben lévő sűrített levegőt. A levegőkiáramlás tehát megkerüli az energiavezetéket és az útszelepet Vezérlés kétnyomású (ÉS) szeleppel Feladat: a kettős működésű munkahenger dugattyúmozgása csak két 3/2-es útszelep egyidejű működtetése esetén kezdődjön meg ábra: Pneumatikus kapcsolás felépítése ÉS szeleppel Megoldás A: Az 1.2. és 1.4. útszelepek egyidejű működtetésekor az ÉS szelep X és Y bemenete vezérlést kap, az A kimenet a 1.1 munkaszelep vezérlő (14) csatlakozójára kerül, melynek hatására a szelep vált, a henger dugattyúterébe áramlik a levegő. A dugattyúmozgás a külső véghelyzet felé megkezdődik ábra: Pneumatikus kapcsolás felépítése szelepek sorba kötésével 101

102 Megoldás B: Az 1.2. és 1.4. útszelepek egyidejű működtetésekor a henger dugattyúmozgása megkezdődik (sorba kapcsolásos ÉS funkció). 102

103 8. Elektropneumatikus relés kapcsolások Egy elektropneumatikus vezérlés teljes jelfeldolgozó egységét meg lehet valósítani relésen. Régebben nagy számban működtek relés vezérlések. Ezek közül a vezérlések közül még a mai napig is sok dolgozik az ipari termelésben. Ma már a relés vezérlések helyett inkább a szabadon programozható vezérléseket (PLC-s vezérlések) használják. De a mai modern vezérlések mellett is találkozhatunk a relékkel, pl. a VÉSZ ÁLLJ relés vezérléssel működik, a PLC-től függetlenül avatkozik be a folyamatba. A relés vezérlés fő előnyei, hogy jól átlátható a felépítése és könnyen értelmezhető a működése. 8.1 Direkt és indirekt vezérlés Az egyszeres működésű munkahenger direkt vezérlése Egy egyszeres működésű munkahenger dugattyújának a nyomógomb (S1) benyomásakor előre kell mennie, és a nyomógomb felengedésével vissza kell mozognia. Egyszeres működésű munkahenger vezérlése 8.1. ábra: Egyszeres működésű munkahenger vezérlése 103

104 Az S1 nyomógomb benyomásakor záródik az 1-es áramkör. Az 1M1 tekercs behúz, az útszelep átvált, a dugattyú előremozog. A nyomógomb felengedése az áramkört megszakítja. Az elektromágnes elenged, az útszelep alaphelyzetébe kapcsol, és a dugattyú visszamozog a hátsó véghelyzetébe. Az egyszeres működésű munkahenger indirekt vezérlése Ennél a megoldásnál a K1 relét vezérli az S1 nyomógomb. A K1 záró érintkezőjén keresztül kap vezérlést az 1M1 tekercs. A folyamat egyébként ugyanúgy játszódik le, mint az előző megoldásnál. Az indirekt vezérlést akkor alkalmazzák, amikor: - a vezérlőáramkör és a főáramkör különböző feszültségeken dolgozik (24 V 230 V); - az útszelep tekercsén átfolyó áram a nyomógomb számára engedélyezett mértéket túllépi (pl. a tekercs árama 0,5 A, a megengedett áram a nyomógomb számára csak 0,1 A); - ha logikai kapcsolatokat, vagy reteszeléseket kell megvalósítani több szelep esetén. Egy kettős működésű munkahenger vezérlése Egy kettős működésű munkahenger dugattyújának az S1 nyomógomb benyomására előre kell mennie, az elengedésére pedig vissza kell mozognia ábra: Kettős működésű munkahenger vezérlése 104

105 A vezérlő rész megegyezik az előzővel. Változás a pneumatikus kapcsolási rajzban található. Ha két hengerkamrát kell légteleníteni, illetve feltölteni, akkor 4/2-es, vagy 5/2-es útszelepet kell használni. A gyakorlatban az 5/2-es mágnes szelepek terjedtek el jobban. Egyszerűbb a felépítésük, olcsóbbak. 8.2 Logikai vezérlések VAGY logikai kapcsolat Egy henger dugattyújának előremozgását két különböző nyomógombbal (S1, S2) lehessen elindítani. Az S1 és S2 nyomógomb érintkezői a kapcsolási rajzon párhuzamosan vannak bekötve: - amíg nincs egyik nyomógomb sem működtetve, addig az útszelep alaphelyzetében marad, a dugattyú hátul van; - ha legalább az egyik nyomógombot működtetjük, akkor az útszelep a működtetett állásba kapcsol, a dugattyú előre megy; - ha mindkét nyomógombot felengedjük, akkor az útszelep az alapállásba kapcsol, a dugattyú visszamegy hátsó helyzetébe ábra: VAGY logikai kapcsolat 105

106 ÉS logikai kapcsolat Egy henger dugattyújának csak akkor szabad kimozognia, ha mindkét nyomógombot (S1, S2) egyszerre működtetjük. A két nyomógomb érintkezői a kapcsolási rajzon sorba vannak kötve: - amíg egyik sem, vagy csak az egyik nyomógomb van működtetve, addig a szelep alaphelyzetében marad, a dugattyú bent van; - ha a két nyomógombot egyszerre működtetjük, akkor az útszelep átvált, a dugattyú kimegy; - ha legalább az egyik, vagy mindkét nyomógombot elengedjük, akkor a szelep visszavált alaphelyzetébe, a dugattyú visszamegy kiindulási helyzetébe ábra: ÉS logikai kapcsolat Jeltárolás Az eddig tárgyalt kapcsolásoknál a dugattyú addig mozog előre, ameddig a nyomógomb (nyomógombok) működtetve van. Ha a nyomógombot az előremenet közben felengedik, akkor a dugattyú visszafordul anélkül, hogy elérte volna az kinti végállását. A gyakorlatban sokszor fontos, hogy a dugattyú akkor is menjen el a véghelyzetig, ha a nyomógombot csak rövid ideig működtettük. Ehhez az útszelepnek a nyomógomb elengedése után is működtetett állásban kell maradnia, tehát a nyomógomb jelét tárolni kell. 106

107 8.3 Jeltárolás impulzus (bistabil) mágnes szeleppel A bistabil mágnes szelep akkor is megtartja átváltott helyzetét, ha a mágnes tekercséről lekapcsoljuk a feszültséget. A bistabil mágnes szelepet pneumatikus tárolónak, memóriának is használhatjuk. Kézi előre- és vissza vezérlés bistabil mágnes szeleppel Egy henger dugattyúját két nyomógomb rövid működtetésével vezéreljük. Az S1 nyomógomb rövid benyomására a dugattyú menjen előre a kinti véghelyzetébe és mindaddig maradjon ott, amíg az S2 nyomógombbal el nem indítjuk a hátramozgást. Az S1 nyomógomb megnyomására behúz az 1M1 mágnes tekercs. A mágnes szelep átvált, és a dugattyú kimegy. Amennyiben előremenet közben a nyomógombot felengedjük, a dugattyú akkor is végig fog menni, mert a szelep megtartja a kapcsolási állását. Az S2 nyomógomb működtetésére behúz az 1M2 mágnes tekercs. A mágnes szelep visszavált és a dugattyú visszamegy. Az S2 nyomógomb felengedése nem befolyásolja a mozgási folyamatot ábra: Kézi előre- és vissza vezérlés bistabil mágnes szeleppel Automatikus vezérlés bistabil mágnes szeleppel Az S1 nyomógomb rövid idejű benyomása után a dugattyú menjen a kinti véghelyzetébe. Ennek elérése után automatikusan térjen vissza 107

108 A feladat megvalósításához be kell építeni egy végállás kapcsolót, amely jelez, amikor a dugattyúrúd eléri a kinti véghelyzetet. Persze a végállás kapcsoló helyett használhatnánk más egyéb helyzetérzékelőt is (mágneses-, induktív-, kapacitív-, optikai érzékelő). Az S1 nyomógomb benyomása után a K1 relé meghúz. A K1 relé záró érintkezőjén keresztül az 1M1 mágnes tekercs behúz, átváltja a mágnes szelepet. A dugattyú kiindul előre. A nyomógomb felengedése után hiába szakad meg az 1M1 mágnes tekercs áramköre, a dugattyú folytatja útját. Amikor a dugattyúrúd eléri a véghelyzetet, az 1S2 végállás kapcsoló árammal látja el a K2 relén keresztül az 1M2 mágnes tekercset, a mágnes szelep visszavált és a dugattyú automatikusan visszafordul. A dugattyúrúd felengedi a végállás kapcsolót, a K2 relé elenged, megszakítja az 1M2 mágnes tekercs áramkörét, de a bistabil mágnes szelep megtartja helyzetét, a dugattyú hátsó véghelyzetébe megy ábra: Automatikus visszavezérlés bistabil mágnes szeleppel 108

109 8.7. ábra: Kettős működtetésű munkahenger oszcilláló mozgása Kettős működtetésű munkahenger oszcilláló mozgása A dugattyúnak egy kapcsoló bekapcsolásakor addig kell első és hátsó véghelyzet között folyamatosan mozognia, amíg a kapcsolót ki nem kapcsoljuk. Kikapcsolás után a munkahenger kiindulási helyzetében (hátsó véghelyzet) megáll. Mindkét véghelyzetben van egy-egy végállás kapcsoló (1S1, 1S2). Ezek az előre- és a hátramenetet vezérlik, amikor a dugattyúrúd megnyomja őket. Az 1S1 végállás kapcsoló azonban csak akkor ad ki jelet, ha az S1 kapcsoló zárva van. Ekkor a dugattyú előre- hátra mozog. Ha kikapcsoljuk az S1 kapcsolót, a dugattyú nem indul újra előre, azaz leáll a hátsó véghelyzetében. Jeltárolás relés öntartással Ha az elektromos részben tároljuk a jelet egy öntartó kapcsolással, akkor monostabil mágnes szelepet lehet használni. A vezérléstechnikában kétféle öntartó kapcsolásról beszélhetünk. Az egyik a dominánsan beíró és a másik a dominánsan törlő. 109

110 8.8. ábra: Relés öntartó kapcsolások Dominánsan beíró öntartó kapcsolás A BE nyomógombon keresztül a K1 relé gerjesztést kap és kapcsol. Annak érdekében, hogy a BE nyomógomb elengedése után a relé behúzva maradjon, az 1-es áramúttal párhuzamosan kell kötni a K1 relé záró érintkezőjét (2-es áramút, öntartó ág). Az öntartó ággal elérjük azt, hogy a BE nyomógomb felengedése után a relé nem enged el, tárolja a BE nyomógomb jelét. Az öntartás megszüntetéséhez be kell építeni egy KI nyomógombot. Ez a KI nyomógomb a dominánsan beíró öntartó kapcsolásban párhuzamosan van kötve a BE nyomógombbal, megnyomására (bontó érintkezős) K1 relé áramköre megszakad, az öntartás megszűnik. Ha a BE-, illetve a KI nyomógombokat egyszerre működtetjük, akkor a BE nyomógomb hatása érvényesül. Dominánsan törlő öntartó kapcsolás A dominánsan törlő öntartó kapcsolásban is a K1 párhuzamosan kötött záró érintkezője biztosítja az öntartást. Ennél a KI nyomógomb sorba van kötve a BE nyomógombbal, BE nyomógombtól függetlenül bontja K1 relé áramkörét. Egyszeres-, ill. kettős működtetésű munkahengerek vezérlése öntartó kapcsolással Egy munkahenger dugattyújának az S1 nyomógomb benyomására ki kell mennie, és az S2 benyomására vissza kell indulnia. A jeltároláshoz öntartó relés kapcsolást használunk. 110

111 8.9. ábra: Munkahenger vezérlése öntartó kapcsolással Az S1 nyomógombon keresztül meghúz a K1 relé. A 2-es áramútban a K1 relé záró érintkezője az S1 nyomógomb felengedése után is zárva tartja a K1 tekercs áramkörét. A K1-es relé 3-as áramútban lévő záró érintkezője gerjeszti az 1M1 mágnes tekercset, a szelep átvált. A dugattyú kimegy a végállásba. Az S2 bontó érintkezős nyomógomb megnyomása megszakítja az öntartást, a relé elenged, a mágnes szelep visszavált, a dugattyú visszamegy. Mivel ez egy dominánsan törlő öntartó kapcsolás, a két nyomógomb egyidejű működtetése a dugattyú alapállásba mozgását (hátsó véghelyzet), illetve a hátsó véghelyzetben maradását eredményezi. A bistabil mágnes szelepes és az öntartó kapcsolásos jeltárolások összehasonlítása Egyidejű beíró és törlő jelek esetén a bistabil mágnes szelep nem változtatja meg a helyzetét. Az a jel domináns, amelyik korábban kialakult. Az előzőekből már ismerjük, hogy a dominánsan beíró öntartó kapcsolással vezérelt szelep ilyenkor átvált, a dominánsan törlő öntartással működtetett szelep pedig felveszi az alaphelyzetét. Villamos energia kiesés esetén a bistabil szelep megőrzi helyzetét, az öntartó kapcsolások viszont elveszítik az öntartást, tehát a hozzájuk kapcsolt szelep alaphelyzetébe vált. 111

112 8.4 Időkövető vezérlések Számos alkalmazásnál szükség van rá, hogy a pneumatikus munkahenger dugattyúja meghatározott ideig egy pozícióban maradjon. Erre szükség lehet pl. egy ragasztókészüléknél, amelynek az a feladata, hogy két alkatrészt bizonyos ideig egymáshoz szorítson. Az ilyen jellegű feladatokhoz meghúzásra-, illetve elengedésre késleltetett időreléket használunk. Időkövető vezérléssel működő munkahenger vezérlése A dugattyúnak az S1 megnyomásakor (rövid impulzus) ki kell mennie a kinti véghelyzetig. Ezután 10 s-ot kell várakoznia, majd automatikusan vissza kell térnie ábra: Munkahenger időkövető vezérlése Az S1 nyomógomb megnyomásának hatására kapcsol a K1 relé, annak záró érintkezője zárja 1M1 mágnes tekercs áramkörét. A mágnes szelep átvált, a dugattyúrúd a nyomógomb felengedése esetén is kimegy kinti véghelyzetébe. Benyomja az 1S2 végállás kapcsolót. Ez a végállás kapcsoló zárja K2 késleltetett meghúzású időrelé tekercsének áramkörét. Az időrelé záró érintkezője 10 s múlva gerjeszti a mágnes szelep 1M2 mágnes tekercsét. A szelep visszavált, ezáltal a dugattyú visszatér hátsó végállásába. A dugattyúrúd felengedi a végállás kapcsolót, az megszakítja az időrelé tekercsének áramkörét. Az időrelé elenged, 112

113 záró érintkezője bontja 1M2 mágnes tekercs áramkörét, de a szelep megőrzi helyzetét, a dugattyú visszamegy kiindulási helyzetébe. 8.5 Folyamatkövető vezérlések Folyamatkövető vezérléseknél is szükség van a jelek tárolására. A tárolást végezhetjük bistabil mágnes szelepekkel, vagy relés öntartó kapcsolásokkal. Adagolóberendezés irányítása relés vezérléssel A munkadarabok ejtő tárból történő kitolását és a kitolt munkadarabok letolását kettős működtetésű munkahengerekkel végezzük. A munkahengerek véghelyzeteit mágneses szenzorok figyelik. A jeltárolást bistabil mágnes szelepekkel valósítjuk meg ábra: Az adagolóberendezés szerkezeti ábrája Amikor a kezelő megnyomja a START nyomógombot, akkor elindítja a folyamatot, amely a következő lépéseket foglalja magába: - 1. lépés: az 1A henger dugattyúrúdja kitolja a munkadarabot a tárolóból; - 2. lépés: a 2A henger dugattyúrúdja kimegy, a munkadarabot a megmunkálás helyére mozgatja; - 3. lépés: az 1A henger dugattyúrúdja visszamegy; - 4. lépés: a 2A henger dugattyúrúdja visszamegy. A következő munkadarab kitolásához újra meg kell nyomni a START nyomógombot. Az adagolóberendezés működési sorrendjét út-lépés diagrammal is ábrázolhatjuk. 113

114 8.12. ábra: Az adagolóberendezés út-lépés diagramja ábra: Az adagolóberendezés pneumatikus kapcsolási rajza A relés kapcsolási rajz tervezése A relés kapcsolási rajz tervezésénél szisztematikusan kell eljárni. Kínálja magát, hogy először az érzékelők és a START nyomógomb áramútjait tervezzük meg. Ezt a kapcsolást lehet utána kiegészíteni az egyes lépésekhez tartozó áramútakkal. Az érzékelők bekötése Az egyes érzékelőket és a START nyomógombot egy-egy reléhez kapcsoljuk, mert az itt használt elektronikus közelítőkapcsolóknak nincsenek érintkezői. A közelítőkapcsolóhoz tartozó reléknek viszont több érintkezője is lehet, azokat egymástól függetlenül több áramkörben is felhasználhatjuk. 114

115 8.14. ábra: Az érzékelők bekötése Folyamatlépések 1. lépés: a folyamat elindításának a feltételei: - az 1A henger dugattyúrúdja a hátsó végállásban legyen (1B1 jelezzen); - a 2A henger dugattyúrúdja a hátsó végállásban legyen (2B1 jelezzen); - kapjon a vezérlés egy START jelet. Ha ezek a feltételek teljesülnek, akkor a K6 relé tekercse behúz. Az 1M1 mágnes tekercs bekapcsol, és az 1A henger dugattyúrúdja kimegy a kinti véghelyzetbe ábra: Kapcsolás az első lépéssel kiegészítve 2. lépés: Amikor az 1A henger dugattyúja eléri az első végállást, azt az 1B2 érzékelő jelzi. Ekkor indul a második folyamatlépés. A 2M1 mágnes tekercs behúz, és a 2A munkahenger dugattyúja kimegy a kinti véghelyzetbe. 115

116 8.16. ábra: Kapcsolás a második lépéssel kiegészítve 3. Lépés: Amikor a 2A henger dugattyúja eléri a kinti végállását, akkor a 2B2 szenzor jelez. Megkezdődik a 3. folyamatlépés. Az 1M2 mágnes tekercs behúz, és az 1A munkahenger dugattyúja visszamegy a hátsó végállásba ábra: Kapcsolás a harmadik lépéssel kiegészítve 4. Lépés: Amikor az 1A henger dugattyúja az első végállást elérte, akkor az 1B1 szenzor jelez. A 4. folyamatlépés ezzel aktiválódik. A 2M2 mágnes tekercs bekapcsol, és a 2A meghajtás dugattyúja is visszamegy a hátsó végállásba. Ezzel a ciklus befejeződött. A START nyomógombbal lehet a következő ciklust indítani. 116

117 8.18. ábra: Kapcsolás a negyedik lépéssel kiegészítve, az adagoló berendezés áramút-terve Tervezési feladat Csomagemelő berendezés munkadarabokat továbbít egy görgősorról, egy magasabban elhelyezkedő másik görgősorra. Az ehhez tartozó relés vezérlést kell megtervezni. A csomagemelő működtetéséhez három db munkahengerre van szükség: az 1A nevű munkahenger felemeli a munkadarabot; a 2A munkahenger áttolja a munkadarabot a felső görgősorra; a 3A munkahenger reteszként működik, a munkadarabok mozgását szabaddá teszi, vagy megállítja. A csomagok elkülönítve, egyesével érkeznek a csomagemelőhöz. Az 1A munkahengernél 500 mm emelésre és minimum 600 N erőre van szükség, a 2A munkahengernél pedig 250 mm löketre és legalább 250 N erőre. A 3A munkahenger dugattyúrúdjának 20 mm elmozdulásra és 40 N erőre van szüksége. A dugattyúk sebessége az 1A és 2A hengereknél mindkét irányban legyen beállítható. Villamos energia kimaradás esetén, az 1A és 2A munkahengereknek azonnal meg kell állniuk, és állva kell maradniuk. A 3A megállító henger dugattyúrúdjának pedig a felső végállásba kell mozognia. 117

118 8.19. ábra: A csomagemelő szerkezeti rajza Az emelő berendezés mozgatási sorrendje - 1. lépés: 3A munkahenger behúzza a dugattyúrúdját csomagot átengedi lépés: B5 optikai szenzor jelzi a csomag érkezését 1A munkahenger dugattyúrúdja kimegy - csomagot felemeli, közben a 3A munkahenger dugattyúrúdját kitolja, a következő csomagot megállítja lépés: 1B2 szenzor jelzi, hogy a csomag felemelése megtörtént 2A munkahenger dugattyúrúdja kimegy csomagot áttolja a másik szállítópályára lépés: 2B2 jelzi, hogy az áttolás befejeződött 1A és 2A munkahengerek dugattyúrúdjai visszafordulnak, a berendezés felveszi a kiindulási helyzetet. Kezelőfelület A csomagemelő berendezés vezérlésének FOLYAMATOS CIKLUS üzemmódban kell működnie. Lehetőséget kell biztosítani az alaphelyzet felvételére is. A csomagemelő berendezésre az alábbi kezelő funkciók vonatkoznak: - VÉSZ ÁLLJ működtetésénél nem csak a villamos, hanem a pneumatikus energiaellátást is ki kell kapcsolni. - ALAPHELYZET működtetésére a készülék visszaáll az alapállásba, vagyis az 1A és 2A hengerek dugattyúrúdjai hátra-, a 3A henger dugattyúrúdja előre megy. - A FOLYAMATOS CIKLUS KI megállítja a tartósciklus folyamatát. Azt a csomagot, amelyik éppen a készülékben van, még feljuttatja a felső görgősorra, majd a berendezés alaphelyzetben megáll. 118

119 8.20. ábra: A csomagemelő berendezés kezelőfelülete Környezeti előírások A csomagemelő berendezést egy olyan gyártócsarnokban használják, ahol a hőmérséklet 15 és 35 0 C között mozog. A munkavégző rész pneumatikus alkatrészei, valamint a szelepek villamos csatlakozásai portól, és fröcskölő víztől védettek legyenek. A vezérlő egység elemei olyan kapcsolószekrényben legyenek elhelyezve, amely megfelel az előírásoknak. Energiaellátás Sűrített levegős hálózat (p = 0,9 Mpa =9 bar). Villamos hálózat (U = 230 V váltófeszültség). A villamos vezérlés 24 V egyenfeszültséggel működik. Ezért szükség van egy elektromos tápegységre. A vezérlés módja Az emelő berendezés jelvezérlő egysége relés vezérléssel lesz megvalósítva. Mivel a munkahengerek száma kevés, egyedi szelepszerelést alkalmazunk. Az emelőasztal vezető pályája és a kitolókészülék már eddig is az állomás tartozéka volt, megvezetés nélküli munkahengereket alkalmazunk. Az 1A és a 2A meghajtásokhoz kettős működtetésű munkahengereket alkalmazunk. A 3A meghajtáshoz, pedig egyszeres működésű munkahengert építünk be. 119

120 A munkahengerek kiválasztása A munkahengerek kiválasztásához felhasználhatjuk a FESTO katalógus CD-n is megtalálható ProPneu pneumatikus méretező programot. Az emelés idejét 3 s-ban, az áttolás idejét pedig 1,5 s-ban határozhatjuk meg. Ezek a löketidők pneumatikus löketvégi csillapítással is teljesíthetőek. A megadott paraméterek alapján az 1A munkahenger dugattyúátmérőjének legalább 50 mm-esnek, a 2A munkahenger dugattyújának pedig legalább 32 mm-esnek kell lennie. Ehhez megfelelő a DNC PPV-A, illetve a DNC PPV-A típusú munkahenger. A munkadarab megállításához egy olyan stopperhengert fogunk használni, amelyik kimozog, ha sűrített levegő kimaradás van. Ezt az elvárást teljesíti az STA P-A hengertípus ábra: A kiválasztott munkahengerek A mágnes szelepek kiválasztása A ProPneu program az 1A munkahengerhez 5/2-es CPE18-as mágnes szelepet, a 2A munkahengerhez pedig 5/2-es CPE 14-es mágnes szelepet ajánlott fel. Ahhoz, hogy az 1A és 2A munkahengerekkel szemben támasztott energia kiesésre vonatkozó elvárásokat teljesítsük, 5/3-as útszelepeket kell használnunk zárt középállással. Erre alkalmasak a CPE18-M1H-5/3G-1/4-es, illetve a CPE14-M1BH-5/3G-1/8-as mágnes szelepek. A stopperhenger működtetéséhez egy monostabil, alaphelyzetében zárt 3/2-es mágnes szelepet fogunk használni, típus szerint a CPE14-M1BH-3GL-1/8-as mágnes szelepet ábra: CPE mágnes szelep 120

121 Levegő előkészítő egység Mindhárom munkahenger levegőellátását le kell zárni, ha villamos áramkimaradás lép fel, vagy ha VÉSZ ÁLLJ helyzet van. Az első indításnál, illetve a VÉSZ ÁLLJ utáni indításnál nem engedhető meg a lökésszerű indulás. Ezért olyan levegő előkészítő egységet választunk, amelyik tartalmaz nyomásfelfuttató szelepet is. Ilyen lehet az LFR-1/4-D-MIDI- KG típusú készülék. Sebességállítás Az 1A és 2A munkahengerek előre- és hátrameneti sebességeit a kiáramló levegő fojtásával állítjuk be. Közvetlenül a munkahengerek csatlakozóiba építhető fojtó-visszacsapó szelepeket érdemes választani. Ilyenek a GRLA-1/4-QS-6-D, illetve a GRLA-1/8-QS-6-D fojtó-visszacsapó szelepek, amelyeket a ProPneu program is felajánlott ábra: A kiválasztott levegő előkészítő egység A közelítő kapcsolók kiválasztása A hengerekhez alkalmas közelítő kapcsolókat kell kiválasztani. PNP kapcsolású érzékelőt alkalmazunk. Mindhárom munkahengerhez megfelel az SMT-8-PS-K-LED-24-B hengerkapcsoló. A berendezés vezérléséhez az 1A és 2A hengerekhez két közelítő kapcsoló szükséges, hogy felismerjük az első és hátsó végállást. A 3A hengernél elég egy érzékelő, az első végállás felismeréséhez. Annak felismeréséhez, hogy található-e munkadarab az emelőasztalon, PNP típusú tárgyreflexiós optikai érzékelőt használunk (SOEG-RT-M18-PS-K-L). 121

122 8.24. ábra: A csomagemelő berendezés út-lépés diagramja A csomagemelő berendezés kapcsolási rajzai ábra: A csomagemelő pneumatikus kapcsolási rajza Az elektromos kapcsolási rajzot, az áramúttervet több részletben ábrázoltuk. 122

123 Az első áramútterv a kezelőszervek huzalozását mutatja. A következő kezelőszervek állnak rendelkezésre: elektromos főkapcsoló (FŐK.), vészleállító kapcsoló (VÉSZ Á.), a kézi üzemmódot indító nyomógomb (KÉZI), az automata üzemmódot kiválasztó nyomógomb (AUT.), az alaphelyzetre mozgást indító nyomógomb (ALAPH.), továbbá a folyamatos ciklus be-, illetve kikapcsolását végző nyomógombok (F.C.BE, illetve F.C.KI). A második áramútterv az érzékelők huzalozását ábrázolja. A harmadik áramútterv a lépések sorrendjét határozza meg. Az utolsó, a negyedik pedig a mágnestekercsek huzalozását tartalmazza ábra: Áramútterv 1 123

124 8.27. ábra: Áramútterv ábra: Áramútterv 3 124

125 8.29. ábra: Áramútterv 4 Az elektropneumatikus vezérlés megvalósításának lépései: - a szükséges építőelemek beszerzése; - a vezérlés megépítése; - a vezérlés üzembe helyezése. Ha PLC-vel valósítjuk meg a vezérlést, akkor programot is kell írni. A programírás a berendezés szerelésével párhuzamosan folyhat. Nem kell megvárni a huzalozás befejezését. A vezérlés megépítéséhez szükséges: - a teljes kapcsolási rajzot tartalmazó dokumentáció; - a darabjegyzékben szereplő összes építőelem. A szerelés, csövezés és kábelezés során előforduló hibák elkerülése végett ezek a munkálatok mindig egy meghatározott, és mindig ugyanolyan sorrend szerint (szisztematikusan) vannak végrehajtva. Például a pneumatikus munkavégző rész csövezésénél mindig az energiaellátás résztől a szelepeken át a munkahengerekig kell a csövezést elvégezni. 125

126 9. A modern EP berendezések felépítése 9.1. Trendek és fejlesztések Az elektropneumatikus berendezések építőelemei az utóbbi időben sokat fejlődtek. Számos új termék jelent meg a piacon. Ezek a fejlesztések a jövőben is tovább fognak erősödni. A fejlesztés legfontosabb célkitűzései: - az elektropneumatikus berendezés összköltségének csökkentése; - a teljesítményadatok javítása; - új felhasználási területek megnyitása. Költségcsökkentés: Az elektropneumatikus berendezés összköltségét sok tényező befolyásolja. Ennek megfelelően a költségcsökkentési lehetőségek is sokoldalúak. A modern elektropneumatikus berendezések költségcsökkentése elsősorban a tervezési-, szerelési-, üzembe helyezési és karbantartási költségek csökkentésében rejlik: - a készülékszám csökkentése, több funkció integrálása egy építőelembe; - az energiaköltség csökkentése, csökkentett sűrített levegő felhasználás; - a huzalozás, csövezés csökkentése; - kisebb kapcsolószekrények használata, a kapcsolószekrények elhagyása; - a karbantartási költségek csökkentése; - egyszerűbb szerelés, bontás; - meghosszabbított élettartam, magasabb megbízhatóság; - egyszerűsített programozás, dokumentálás, elemkiválasztás. A teljesítményadatok javítása: - az ütemidők lerövidítése a sebességek növelésével; - a súly és a beépítési tér csökkentése; - kiegészítő funkciók integrálása, mint pl. vezetékek, útmérő rendszerek. A pneumatika új felhasználási területeinek feltárása Azokat az alkalmazásokat, melyeknél sebességeket, pozícionálásokat és erőket folyamatosan villamos vezérlés irányít és felügyel, többnyire villamos és hidraulikus meghajtásokkal valósították meg. Az olcsó arányos szelepek és nyomásérzékelők kifejlesztésével ma megengedhető, hogy számos felhasználásnál pneumatikus hajtással dolgozzunk. 126

127 Ezáltal a pneumatika számára új területek nyílnak. Ez a terület ugyan kisebb, mint a hagyományos elektropneumatikus alkalmazásoké, de erős növekedést mutat. Ugyanakkor a villamos hajtások is szerves elemei maradnak az elektropneumatikus berendezéseknek és azok is tovább fejlődnek. 9.2 Szelepszigetek, elektromos terminálok CPV szelepszigetek CP a Compact Performance rövidítése, ami nagy teljesítmény sűrűséget jelent a legszűkebb helyeken. Viszonylag nagy átáramlási értékek, kicsi súly, kis beépítési méretek jellemzik. A CPV szelepsziget közvetlenül a pneumatikus hajtómű környezetében is elhelyezhető, ami rövid kapcsolási időket és nagyobb termelékenységet eredményez. A sokféle szelep és kiegészítő funkció egyedi és méretre szabott konstrukciós megoldásokat tesz lehetővé. Maximum nyolc szelepet építhetünk össze egy szelepszigetbe. A szokásos szeleptípusok mellett vákuum ejektort is tartalmazó szelepmodult, továbbá relés modult is használhatunk. A szelepekhez közvetlenül csatlakoztathatunk fojtó-visszacsapó modult a sebesség állításához, vezérelt visszacsapó modult a dugattyú megállításához, továbbá fojtót, visszacsapót a vákuum megtartásához, illetve a lefúvatás beállításához ábra: CPV szelepsziget Elválasztó lapokkal nyomászónákat különíthetünk el. Többféle elektromos, illetve pneumatikus csatlakoztatási módok közül választhatunk. Használhatjuk egyedi elektromos csatlakoztatással, elektromos multipólusos csatlakozási móddal, illetve különböző hálózati csatlakozókkal. A pneumatikus multipólusos csatlakoztatási mód jelentősen lerövidíti a csere idejét, ezzel csökkentve az állásidőt. 127

128 9.2. ábra: CPV mágnes szelep (5/2-es bistabil) A CPV-SC szelepsziget a kis hajtóművek pneumatikus működtetésének ideális eszköze, a legkisebb szelepsziget a világon. Kis mérete ellenére is magas átáramlási értékeket nyújt, amelyek számos alkalmazásban szükségesek ábra: CPV szelepsziget pneumatikus multipóllal Ez a gyártmány 40x40 mm-es raszterben készül, a dinamikus teljesítőképesség ilyen kis méretekben valósul meg. Az átáramlás 150 l/perc, ami még 32 mm átmérőjű hengerek működtetéséhez is elegendő. Ezek a szelepek vákuumra is alkalmasak. A szelepsziget sorozat busz csatlakozási lehetőséggel és további kiegészítő tulajdonságokkal rendelkezik, mint pl. diagnózis csatlakozás, kapcsolási állapot kijelzés stb. A CPV sorozatnak olyan kicsi a súlya, hogy közvetlenül föl lehet szerelni a mozgó elemekre (manipulációs eszközök, robotok). 128

129 9.4. ábra: CPV-SC szelepsziget A CPV-SC szelepszigettel kiegészített miniatűr Festo gyártmányok választéka kielégíti a hagyományos területeken túl az orvostechnika, az elektronika, a precíziós technológia és a miniatűr csomagolástechnika igényeit is. MPA szelepszigetek Az új MPA sokpólusú elektromos csatlakozójú szelepszigeteket maximum 24 monostabil vagy 12 bistabil szeleppel lehet felszerelni. Az MPA gyártmánycsalád robusztus kivitelben készül. Hosszú élettartamot garantál, hogy a szeleptest és a csatlakozólapok fémből készülnek. Minden szelepfunkció megvalósítható vele. Az 5/3-utú szelepektől kezdve a 2x3/2-utú szelepekig minden szokásos változat rendelkezésre áll ábra: Egyedi szerelésű MPA szelep Használhatjuk egyedi szerelésű szelepként is egyedi csatlakozó lap használatával, illetve építhetünk különféle konfigurációjú szelepszigeteket a láncolt alaplapok felhasználásával. Az MPA1 szelepekből négyet, az MPA2 szelepekből kettőt csatlakoztathatunk egy láncolt 129

130 alaplapra. A 350 l/perc átáramlású MPA1 szelepek és a 700 l/perc átáramlású MPA2 szelepek egyetlen szelepszigetben is kombinálhatók ábra: MPA szelepsziget multipólusú elektromos csatlakozással A szelepszigeteknél lehetőség van különböző nyomászónák kialakítására. Ehhez különféle választólapok állnak rendelkezésre. Az MPA szelepszigetet házasítani lehet a CPX elektromos terminállal max. 32 szelephellyel. Ezzel a kombinációval csökkenthető a gépek állásideje, növelhető a berendezés kihasználtsága. R, S, T választólapok MPA szelepszigethez (Festo). VTSA szelepszigetek Az új VTSA szelepsziget 26 és 18 mm-es, ISO szerinti szabványos szelepekkel látványos innováció. Nem csak a pneumatikát és a villamosságot egyesíti, hanem alkalmas komplett installációs megoldások kialakítására is. A szabványos rendszer rugalmas, moduláris, és számos biztonsági jellemzővel is rendelkezik. A VTSA minden szokásos ipari busz rendszerhez és az Ethernethez csatlakoztatható a CPX terminálon és sokféle be-/és kimeneti modulon keresztül. Használható többpólusú csatlakozással vagy a legegyszerűbb egyedi elektromos csatlakozókkal. Robusztus és könnyen szervizezhető, közvetlenül beiktatható az adott alkalmazásba. 130

131 9.7. ábra: Egyedi szerelésű VTSA szelep Rugalmasság és modularitás villamosan és pneumatikusan is. Ugyanakkor minden egyes elem gyorsan és egyszerűen átépíthető vagy bővíthető, lehetővé téve az optimális illesztés elvégzését a helyszínen. Biztonság és hiba felismerés a beépített diagnózis funkcióknak köszönhetően: a helyszínen, LED kijelzők révén vagy a CPX-MMI kézi kezelőkészülék segítségével, visszajelzés a vezérlésnek ipari buszon keresztül. A VTSA szelepek különlegessége, hogy kizáró közlap alkalmazásával a terminál légtelenítése nélkül, tehát a gép leállítása nélkül lehet szelepet cserélni ábra: VTSA szelepsziget multipólusú elektromos csatlakozással További jellemzők: - a teljes szelepfunkció választékkal rendelkezik. Nagyfokú rugalmasság, tervezési szabadság jellemzi; - kiváló műszaki jellemzők, hosszú élettartam, nagy áramlási sebesség, széles nyomástartomány, IP65-ös védettség, CE & UL minősítés; - a levegőcsatornák extra hosszú szelepterminálokhoz is alkalmasak jelentős áramlási veszteségek nélkül (felülméretezett alaplapok); 131

132 - többszintű kiépítés (alaplap, derékszögű csatlakozólap, kizáró közlap, egyedi táplap, áramlásszabályozó, nyomásszabályozó, útszelep); - az áramlásszabályozóval a végrehajtók sebességei kényelmesen, központi helyről beállíthatók; - a nyomásszabályozókhoz könnyen leolvasható manométerek 90 -ig felhajthatók és egymás mellé rendezhetők; - minden pneumatika csatlakozás egy oldalról elérhető; - minden szerelési és üzemeltetési elem felülről elérhető; - választó tárcsa a jobb oldali véglapon az elővezérlő segéd táplevegő konfigurálásához; - közbenső táp-alaplapok, a szeleptömb bármelyik modul helyén elhelyezhető; - a 18 és 26 mm-es ISO méretek adapter nélkül kombinálhatók egy szelepszigeten belül; - moduláris rendszer, alaplaponként kettő szelep; - kézi segédműködtetés: nem reteszelt, reteszelt és tiltott (lefedett); - többféle választható feszültség; - praktikus címkerendszer a szelepfunkciók gyors és egyszerű azonosításához ábra: Nyomászónák kialakítása VTSA szelepszigetnél 132

133 9.10. ábra: CPX-VTSA szelepsziget CPX elektromos terminál A pneumatikus és elektromos vezérlések könnyű és egyszerű csatlakoztatására használhatjuk az automatizálási rendszerekben. Komplett megoldás pneumatikában és elektronikában: komplett pneumatikus vezérlés be-/kimenetekkel és szelepekkel egy busz csatlakozáson ábra: CPX elektromos terminál Többirányú modularitás jellemzi. A rendszer felépítéséből fakadóan minden eleme kompatibilis a többivel. A vízszintes tagolásban az egyes modulok funkciók szerint különülnek el egymástól. Az ipari busz-csomópontot követheti egy CPX-FEC PLC modul, majd CP interfész modul (modulok), majd következnek a különféle digitális és analóg ki- és bemeneti modulok, valamint a szelepek és illesztőegységei. 133

134 9.12. ábra: CPX tápellátása A különlegességet a függőleges tagolás jelenti. Legalul található az energiaellátó és kommunikációs egység. Feladata a funkcionális modulok közötti kommunikáció megvalósítása (azaz belső buszrendszert alkot). Természetesen konfigurálhatunk úgy is egy CPX terminált, hogy annak egyetlen 24 V-os betáplálási pontja van. De építhetünk ennél magasabb szintű rendszert is, több betáplálási ponttal. Külön tápfeszültséget kaphatnak a bemenetek és az ipari busz csomópontok, illetve a PLC-k, és külön tápfeszültséggel láthatjuk el a kimeneteket. Ez esetben a VÉSZ STOP kapcsoló csak a kimenetek tápfeszültségét szakítja meg, az ipari busz csomópontjai és a bemenetek működőképesek maradnak. Amennyiben az analóg ki- és bemeneti modulok galvanikus elválasztást igényelnek, akkor ez további betáplálási pontokkal valósítható meg. Függőlegesen felfelé haladva a különböző funkciókat ellátó elektronikus modulok következnek. Ezeken találhatók a működési állapotot, a hibákat jelző LED-ek, de nincs rajtuk olyan csatlakozási felület, ahová az érzékelők és végrehajtó szervek vezetékei beköthetők. Az utóbbiak a legfelső szint elemeihez csatlakoznak. Többféle csatlakozási lehetőség van (M8, M12 csatlakozás, IP20/IP65/IP67-es védettség, SUB D25, cage clamp stb.), és a különböző csatlakozókhoz tartozó egységek bármely funkcionális modulra ráhelyezhetők. A két új csatlakozási fajtát 4 pólusú M8 és 5 pólusú M12 - csaknem korlátlanul lehet a ki- /bemeneti modulokkal kombinálni. Rövidebb installációs idő és költség: a 4 pólusú M8 csatlakozóval érzékelőket és egyedi szelepeket pl. MPA vagy ISO szelepeket lehet 134

135 közvetlenül bekötni. Az 5 pólusú M12 csatlakozó - robusztus fém menetének köszönhetően - különösen előnyös érzékelők és beavatkozó szervek csatlakoztatására, bármilyen környezetben. A Speedcon gyorscsatlakoztatási technika révén egyszerű a szerelés, kevesebb a kiegészítő alkatrész és a kábelárnyékolást is tartalmazza ábra: CPX modul függőleges tagolása Így a csatlakozási technika teljesen függetlenné válik az adott modul funkciójától. Legyen az digitális, vagy analóg, kimenet, vagy bemenet bármely csatlakozási mód használható. A többirányú moduláris struktúra nagy tervezési szabadságot kínál a gépészeti és villamos tervezőknek. A CPX-FB32 Ethermet/IP modullal rendelkező terméket Ethernet hálózathoz lehet csatlakozni. Így a vállalat minden szintje egy nyelven beszélhet a legfelső irányítási szinttől kezdve a termelésirányításon keresztül egészen a termelő berendezésekig. Ha olyan gépgyártás automatizálásról vagy technológiai folyamatautomatizálásáról van szó, amely bővített diagnosztikai funkciókat igényel: az Ethernet/IP modullal a CPX terminál közvetlenül Rockwell Automation rendszerbe integrálható. A modullal olyan informatikai feladatok is egyszerűen oldhatók meg, mint például a riasztás lel vagy a webszerver funkció. Az előre beépített weboldalakon lehet a folyamatadatokat, a diagnosztikai és állapotinformációkat megjeleníteni, valamint a távdiagnosztikai és távkarbantartási feladatokat elvégezni. A részletes diagnosztikai információk és a távkarbantartás lehetősége következtében nagymértékben növelhető a berendezések üzembiztonsága. A CPX-MMI kézi készülékkel is lekérdezhetjük az adatokat, a CPX terminált konfigurálhatjuk és diagnosztizálhatjuk. 135

136 9.14. ábra: CPX-MPA A széleskörű diagnosztikai tapasztalatok alapján a CPX terminál az adott alkalmazásnak és követelményeknek megfelelően bővíthető. A CPX-8DA/CPX-8DE-D ki-/bemeneti modulok csatorna-orientált diagnózis funkciójával gyorsan és egyszerűen lehet a hibák okait azonosítani és megjeleníteni a csatornákhoz tartozó LED-ekkel, a kézi CPX-MMI készülékkel vagy ipari busz rendszeren illetve Ethernet hálózaton keresztül ábra: CPX-MMI készülék A CPX-8DE-D digitális bemeneti modul diagnózis funkciói révén szervizbarát típus, igen jól alkalmazható nagy értékű vagy nagy darabszámú termékek gyártásában. Ha egy alkalmazásban sok külső beavatkozó szervet használnak, a CPX-8DA digitális kimeneti modul használata különösen gazdaságos. A hőmérséklet és analóg jelek érzékelésre szolgáló modulok a technológiai illetve gyártó folyamatok igényeihez alkalmazkodnak. A -200 C C tartományban m űködő ellenállás hőmérők közvetlenül csatlakoztathatók a CPX- 4EA-T modulhoz, csökkentve ezzel a rendszer költségeit és a raktárkészletet. Azok a folyamatok, amelyeknél nagyszámú analóg csatornára van szükség, a CPX-4AE-I modullal irányíthatók. 136

137 9.16. ábra: CPX hálózat Ezeket a gazdaságossági szempontból is jelentős fejlesztéseket csak a mechanikus, elektromos és pneumatikus alkatrészek integrálása tette lehetővé. A beépített ASIC chip intelligenssé tette a pneumatikus vezérlőláncot, a felügyelt szeleptől kezdve a beavatkozó szervig és visszafele: az érzékelőkön keresztül a bemenetekig. Az ipari busz rendszerek szabványos diagnosztikai csatornáikon keresztül továbbítják ezeket az információkat. Amikor a CPX-FEC vezérlőt beépítették a szelepszigetbe, elindult a decentralizáció harmadik generációjának fejlődése. A funkció-orientált diagnosztika csökkenti az állasidőt, növeli az üzembiztonságot. A beépített előfeldolgozás tehermentesíti a központi PLC-t; olyan információtechnológiai szolgáltatásokra képes, mint figyelmeztetések küldése sms-ben, mailben, ezenkívül webszerverként és Ethernet csatlakoztatásként is működhet. 137

138 9.17. ábra: Webes diagnosztika Amint egyre több és több funkció kerül a vezérlő szekrényből és a központi vezérlő rendszertől a terepre (a gépre), egyre nyilvánvalóbb, hogy ez a trend feltartóztathatatlan. A terepi készülékek hardver elemei rugalmassá váltak, szoftveresen lehet ezeket parametrizálni, azaz funkciójukat és beállításaikat megváltoztatni. Ehhez járul még az elő feldolgozási funkciók különösen a diagnosztikai és felügyeleti funkciók elterjedése is. A teljes vezérlési kör alrendszereinek gépközeli elhelyezése a diagnosztikai funkcióknál is szinergikus hatású. A pneumatikában különleges szerepet játszanak ebben a szelepszigetek. Csak a decentralizálással vált lehetővé az elő feldolgozási és diagnosztikai funkciók megvalósítása. Ezek átfogják a szelepeket működtető teljes vezérlési láncot, a szelepek, érzékelők és kimenetek feszültségellátásának felügyeletét. Egy hagyományos rendszer nem lenne képes ezeket a funkciókat ellátni. Az alkatrész-diagnosztika felismerhetővé teszi a pneumatikus szelepekben, a szelepszigetekhez csatlakozó érzékelőkben és beavatkozókban keletkezett hibákat. A hiba okok a következők lehetnek: - kommunikációs hibák, pl. busz kommunikáció megszakadása; - energiaellátási hibák, pl.: ingadozó feszültség vagy tápnyomás; - eszköz hibák, pl. hibás modul vagy hiba a belső csatlakoztatásban; 138