PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM Pollack Mihály Műszaki Kar Gépszerkezettan tanszék VEZÉRLÉSEK TERVEZÉSE jegyzet belső használatra Szerkesztette Falmann László Pécs 2005.
Vezérléstervezési alaptudnivalók 1. Bevezetés Arról, hogy egy ipari társadalom számára milyen jelentőséggel bír a vezérléstechnika, nem kell sokat beszélni. Vezérlés nélkül jóformán egy műszaki terület sem tudna létezni. Ennek a területnek az állandó, olykor viharos fejlődése a múltban is ennek a szükségszerűségnek a következménye volt és a jövőben is az marad. A továbbfejlődés, ami egyrészt teljesen új rendszerek és készülékek megjelenését, másrészt a meglévő rendszerek és elemek állandó javítását és fejlesztését hozza magával, a meglévő előírások és szabványok folyamatos kiegészítését, megváltoztatását, olykor teljesen új előírások és szabványok létrehozását teszi szükségessé. A széleskörű együttműködéshez nélkülözhetetlen, hogy egységes nyelven beszéljünk. Feltételezzük, hogy a jelenleg érvényes szabályozás- és vezérléstechnikai fogalmak más tantárgyakból már ismertek. A tárgyalásra kerülő vezérléstechnikai ismeretek az egész vezérléstechnikai területre érvényesek, azaz ezek függetlenek a felhasznált vezérlőenergiától, illetve a vezérlés műszaki megvalósításától. 2. Egy vezérlési feladat megoldása Az itt megadásra kerülő sorrend sok esetben hasznosnak bizonyul egy vezérlési feladat kidolgozása során. A felsorolt pontok minden egyes feladatmegfogalmazásnál tisztázásra szorulnak, ekkor kell az egyes tényeket lerögzíteni. 2.1. A probléma megfogalmazása, a feltételek meghatározása Már a kezdet kezdetén teljesen egyértelműen és világosan meg kell fogalmazni a feladatot és mindenekelőtt meg kell fogalmazni a célt. Igen fontos a kiegészítő feltételek pontos megadása, pl. az alábbiak vonatkozásában: kényelmes kezelhetőség; a berendezés külső biztonsága; biztonságos működés stb. Kiegészítő feltételek: - A működési folyamat kiegészítő feltételei: a) startfeltételek (automatikus üzem, egyszeri ciklus, folyamatos ciklus, léptetett üzem, manuális üzem); b) be- vagy alaphelyzetbe állítási feltételek (a beállító nyomógomb lenyomásának hatására a berendezés egy meghatározott helyzetbe kerül, vagy minden egyes működtető elemet egyenként lehet vezérelni tetszőleges sorrendben); c) biztonsági feltételek (VÉSZ-STOP és NYUGTÁZÁSA - az összes működtető elem előre meghatározott vészkikapcsolási helyzetbe kerül, illetve a berendezés újra szabaddá válik a további üzemeltetéshez). - A működést befolyásoló kiegészítő feltételek: a) környezeti befolyások, alkalmazási hely; b) táplálás; c) személyzet. 2.2. Vázlatos helyzetrajz Mindig ajánlatos a problémamegfogalmazásból kiindulva egy vázlatos elrendezési rajzot készíteni. Ez olyan segítség lesz, amely a működtető elemekkel, ezeknek elrendezésével, esetleg ezek működési módjával kapcsolatos összefüggéseket könnyebben áttekinthetővé teszi. Ez az elrendezési rajz természetesen a későbbi megbeszéléseken a tárgyalás alapja is lehet. 2.3. A mozgási folyamat rögzítése Fel kell tárni és le kell rögzíteni a mozgási folyamat működési szekvenciáját/sorrendjét. Ennek alapját majd a 3. fejezetben tárgyalt ábrázolási lehetőségek jelentik. Az hogy melyik formát választjuk, a mindenkori feladattól függ. Minden további nélkül többféle ábrázolási forma egymás melletti alkalmazása is indokolt lehet. (Pl. mozgási diagram és táblázatos összeállítás a tervezéshez és a számításokhoz.) 2
2.4. A vezérlés fajtájának megválasztása vezérlés vezető vezérlés tartótagos vezérlés program vezérlés időterv vezérlés útterv vezérlés lefutó vezérlés 2.1. ábra. Vezérlések fajtái a DIN 19 226 szerint A vezérlés besorolása a három főcsoport valamelyikébe (2.1. ábra) a feladatmegfogalmazástól függ. Programvezérlésnél a tervező háromféle programvezérlési alcsoportból választhat, azaz a programvezérlést különféle módokon lehet realizálni. 2.4.1. Vezető vezérlés A vezető jellemző és a kimenő jellemző között mindig egyértelmű összefüggés áll fenn, amennyiben a zavaró jellemzők nem idéznek elő eltérést. A vezető vezérlések nem rendelkeznek tárolóval. Példák: Szerszámgépen történő másoláskor a másolócsap mozgásaihoz egyértelműen hozzá vannak rendelve a szerszám mozgásai. Egy henger vezérlésekor a szelep mindenkori kapcsolási helyzetéhez mindig egy henger véghelyzet van hozzárendelve. 2.4.2. Tartótagos vezérlés A vezető jel el- vagy visszavétele után, (különösen az indítójel megszűnte után) a kimenő jellemző megőrzi az elért értékét. Egy ellentétes (vagy más jellegű) vezető jelre, vagy egy ellentétes indítójelre van szükség ahhoz, hogy a kimenő jellemző újra felvegye kezdeti értékét. A tartótagos vezérlések mindig tartalmaznak tárolót. Példa: Egy szállítószalag terelőtagját pneumatikus henger segítségével mozgatjuk (2.2. ábra). A vezérlés két nyomógombbal történik, lásd a 2.3. ábrát. Ha lenyomjuk az 1.2. nyomógombot, az 1.1 szelep átkapcsol és a jel elvétele után is az elért kapcsolási helyzetben marad. A szállítószalag mindaddig az elért helyzetében marad, míg az 1.3 nyomógombbal nem adunk egy ellenkező jelet, ilyenkor az újra elért helyzet marad meg az ellenkező jel beavatkozásáig. 2.2. ábra. Tartótagos vezérlés 2.3. ábra. Kapcsolási rajz 2.4.3. Programvezérlés 1. Időterv vezérlés Egyszerű csatlakoztatás és programozhatóság, többnyire kompakt felépítés jellemzi. A központilag tárolt programhoz a vezető jeleket egy időfüggő programadó (programtár) biztosítja. A program lefutása nem érzékeny a zavarokra és független a gépi folyamatoktól; a mindenkori munkafolyamat nincs ellenőrizve, ezért semmiféle lefutási biztonság nincs; a gépi folyamatnál fellépő zavarok nem befolyásolják a program futását. Programadóként felhasználható: bütyköstengely, -tárcsa, programszalag, lyukkártya, lyukszalag stb. 3
Példa: Ha egy gépet vagy egy gyártási folyamatot az idő függvényében vezérelünk, akkor ez a vezérlés az időfüggő vezérlés minden ismérvével rendelkezik. A programot a programadó, pl. egy programszalag vagy egy bütyköstengely tárolja és az idő függvényében fog lefutni (a meghajtó motor fordulatszám állandó). 2. Útterv vezérlés Az útterv vezérlésnél a vezetőjeleket olyan programadó biztosítja, amelynek kimenő jellemzői a vezérelt rendszer valamely mozgó alkatrésze által megtett úttól, vagy a helyzetétől függenek. Ez az útfüggő lefolyás adja a lefutás biztonságát; a gépi folyamat zavarai regisztrálásra kerülnek. A program futása esetleg megszakításra kerül. A programot a végálláskapcsolók és jeladók elrendezése határozza meg, ezáltal kapcsolása nehezen áttekinthető, a karbantartás szempontjából nem túl kedvező, felépítését tekintve nehézkes. Példa: munkadarabok éleinek letörése pneumatikusan működtetett vágószerszámmal (2.4. ábra). A folyamatot az 1.2 START szelep indítja el, míg a visszafutás az úttól függően, egy végálláskapcsoló közbeiktatásával történik (2.5. ábra). A programot ez esetben az 1.3 végálláskapcsoló helyzete adja. 2.4. ábra. Útterv vezérlés 2.5. ábra. Kapcsolási rajz 3. Lefutó vezérlés Kombinálja a központi programadó (ld. időfüggő vezérlés) és a gépi állapotok ellenőrzési lehetőségének (lefutási biztonság) előnyeit. Az utasítások sorrendben egy programtárban tárolódnak. A program lehet fixen beépített, lyukkártyán, lyukszalagon, mágnesszalagon vagy más megfelelő tárolóközegen is. A lefutó vezérlésre a programadón kívül jellemző és egy kiegészítő berendezés, amelyik képes a rendszer elért állapotának lekérdezésére. Így a programadó a vezérelt rendszer mindenkori állapotától függően, lépésenként halad végig a programon. Példa: szerszámgép lyukszalagos vezérlése. A parancsot - pl. a "munkaszán előre" - lyukszalagról adjuk ki. Egy végálláskapcsolóval a munkaszán véghelyzetében lekérdezzük a gép "állapotát. Ha a munkaszán elérte ezt a helyzetet, akkor a végálláskapcsoló jele gondoskodik arról, hogy a lyukszalag tovább lépjen a következő parancs beviteléhez, és ott maradjon az új állapotjelzésig. 2.5. A vezérlőenergia megválasztása A vezérléstervező számára fontos a használt működtető energia fajtája. Ezzel kapcsolatban utalni szeretnénk az üzemi feltételek rendkívüli fontosságára (környezeti behatások, a rendelkezésre álló karbantartó személyzet stb.). Ha kiválasztottuk a működtető energiát, akkor kiválaszthatjuk és méretezhetjük a működtető elemeket. Ebben a mindenkori hardverre jellemző kiválasztási kritériumok és számítási folyamatok a mérvadók. A méretezés sok esetben csak a kiegészítő feltételekre, ill. nagyságrendileg érdekes (pl. hogy egy pneumatikus henger, a löketet és az erőt figyelembe véve, működtetni tud-e egy végálláskapcsolót). 2.6. Kapcsolási rajz Ha az előző pontokat rögzítettük és tisztáztuk, elkezdhetjük a kapcsolási rajz elkészítését, mely igen erősen függ a felhasznált vezérlő energiától. A hardver, az e célra létrehozott szimbólumok, valamint az egyes építőelemek viselkedésének és együttműködésének pontos ismerete szükséges ahhoz, hogy egy jó és megbízhatóan működő kapcsolást rajzoljunk. 4
3. A mozgási folyamatok és a kapcsolási helyzetek ábrázolása Az, hogy miért kell áttekinthetően ábrázolni a működtető és a vezérlő elemek mozgási folyamatait és kapcsolási állapotait, az alábbiak adnak magyarázatot. Amennyiben egy kicsit bonyolultabb problémáról van szó, az összefüggéseket csak akkor lehet relatíve gyorsan és biztosan felismerni, ha erre alkalmas ábrázolási formát választottunk. Ráadásul az egyszerű ábrázolás a szélesebb körű megértést is lehetővé teszi. A szokásos ábrázolási lehetőségeket egy példa segítségével mutatjuk be. Az egyes ábrázolások alkalmazásával itt nem, vagy csak egészen röviden foglalkozunk. 1. példa: A görgőpályán érkező csomagokat (3.1. ábra) az A pneumatikus henger felemeli és egy másik B henger áttolja egy másik görgőpályára. A feladat megfogalmazása szerint a B henger csak akkor mehet vissza, ha az A henger elérte a hátsó véghelyzetet. 3.1. ábra 3.1. Az időbeli sorrend szöveges felírása A henger előre megy és emeli a csomagot B henger áttolja a csomagot a szállítószalagra A henger lemegy B henger visszamegy 3.2. Táblázatos, illetve vektoros ábrázolás Lépés A henger mozgása 1 előre 2 3 B henger mozgása A előre B vissza 4 Előremenet egyszerűsített ábrázolása: Hátramenet egyszerűsített ábrázolása: A vissza 3.3. Rövidített leírás Előremenet jelzése: + Hátramenet jelzése: A+ B+ A B vagy A+, B +, A, B 5 B
3.4. Működési vázlat (a DIN 40 719, 6. rész, 1977 márciusi kiadás szerint) Megjegyzés: ebben a fejezetben magyarázzuk meg a legfontosabb grafikus szimbólumokat és ábrázolási irányelveket olyan mélységben, ahogy az a jegyzetben bemutatott funkcionális (működési) vázlatok megértéséhez szükséges. 3.4.1. A működési vázlat célja A funkcionális vagy működési vázlat a megértés eszköze a gyártó és a felhasználó között, egy vezérlési feladat folyamatorientált ábrázolása. A vezérlési feladat szöveges leírásának helyettesítésére vagy kiegészítésére szolgál. Megkönnyíti a különböző szakterületek - gépészet, pneumatika, hidraulika, technológia, elektronika stb. - közötti együttműködést. A funkcionális vázlat áttekinthetően ábrázolja a vezérlési feladatot, lényeges tulajdonságaival (durva struktúrájával) vagy a mindenkori alkalmazásokhoz szükséges részletekkel (finom struktúrával) együtt. A működési vázlat független a vezérlési feladat megvalósításától, azaz a használt üzemi eszközöktől, a vezetékezéstől vagy a beépítés helyétől. 3.4.2. A működési vázlatokra vonatkozó szabályok, a működési vázlatok grafikus szimbólumai Szimbólum A funkcionális szimbólum alapformája Az alapformát a DIN 40 700 14. résznek, illetve a jelen szabványnak megfelelően egészítik ki a funkcionális jelzésekkel Hatásvonal általában Hatásvonalak grafikus összefogása Változók (be- vagy kimenőjelek) megnevezés A megnevezés azt az állapotot jelenti, amelynél a változó (jel) értéke 1 A megnevezés negálása Hatásvonal megszakítás Bemenetek A bemenetek elsődlegesen a felső vagy a baloldali oldalhoz vannak hozzárendelve. A bemenetek elhelyezéséhez a bemeneti oldalt az egyik vagy mindkét sarkon túlnyúlóan meg szabad hosszabbítani. Kimenetek A kimenetek elsődlegesen az alsó vagy a jobboldali oldalhoz vannak hozzárendelve ÉS kapu A kimenő változó csak akkor veszi fel az 1 értéket, ha az összes bemenő változó értéke 1. VAGY kapu A kimenő változó csak akkor veszi fel az 1 értéket, ha legalább egy bemenet 1 értékű. Lépés Az A mezőben szabadon választható lépéssorszám áll. A B mezőben az ehhez tartozó szöveg állhat. 6
Parancsmező: A mező: a parancs típusa D = késleltetett S = tárolt SD = tárolt és késleltetett NS = nem tárolt NSD = nem tárolt és késleltetett SH = tárolt, energia-kimaradás esetére is T = időben korlátozott ST = tárolt és időben korlátozott B mező: a parancs hatása, pl. befogó-henger előre (A +) C mező: gyakran a továbblépés az n. lépésről az n+1. lépésre az n. lépésben kiadott parancs végrehajtásától függ. Ezért az ábrázolás egyszerűsítése érdekében ezeket a parancsokat és a hozzájuk tartozó léptető-visszajelző jeleket számozással rendeljük össze. 3.4.3. A 1. példában szereplő mozgási folyamat ábrázolása a működési vázlattal (3.2. ábra.) A működési vázlat leírása az 1. példához 1. lépés - Az első lépés - az "emelés" - akkor történik meg, ha van jelen csomag és a b0 végálláskapcsoló jelzi a készülék alapállását és a START jel kiadásra kerül. Mivel a kiadott "emelőhenger előre" (A +) jelre több lépésen át szükség van, ezt a jelet el kell tárolni. 2. lépés - Ha az 1. parancs kiadásra került és az a1 végálláskapcsolótól megérkezett a visszajelzés, kiadásra kerül a második lépés - "Áttolni (B +)". Ezt a parancsot szintén tárolni kell. 3. lépés - A 2. parancs és a b1 végálláskapcsolótól érkező visszajelzés azt eredményezi, hogy elindul a - "Süllyeszteni - (A )" lépés. A parancs eltárolódik. 4. lépés - A 3. parancs és az a0 visszajelzés létrehozza a 4. lépést - "Hátramenet (B )". A b0 végálláskapcsoló ("alapállás") visszajelzése a START-al és a "Csomag jelen van"-nal együtt újra az 1. lépést hozza létre. 7
4. Grafikus ábrázolás diagramok segítségével A működési diagramokat a mechanikus, pneumatikus, hidraulikus, villamos és elektronikus vezérlések, valamint a felsorolt vezérlések kombinációi (pl. elektro-pneumatikus, elektro-hidraulikus stb.) működési sorrendjének ábrázolására használjuk. A funkcionális diagramok sok esetben a funkcionális vázlatok előállításának kiindulási alapjaként kerülnek felhasználásra. A működési sorrendek ábrázolásakor megkülönböztetjük egymástól: - a mozgási diagramokat (út-lépés, út-idő) és - a vezérlődiagramot. Míg a mozgási diagramon a működtető, munkavégző elemek, építőegységek állapotait ábrázoljuk, addig a vezérlődiagram az egyes vezérlőelemek állapotáról tájékoztat. A két diagramot közösen funkcionális diagramnak vagy állapotdiagramnak nevezzük. 4.1. Út-lépés diagram Itt az egyes működtető elemek működési folyamatát ábrázoljuk, mégpedig a mindenkori lépések függvényében (lépés: valamelyik működtető elem állapotának megváltozása). Ha egy vezérlésben több működtető elem is van, akkor ezeket ugyanúgy ábrázoljuk és egymás alá rajzoljuk fel. Az összefüggést a lépések biztosítják. 4.1. ábra Az A pneumatikus henger út-lépés diagramja pl. a 6. ábrán látható. Az 1. és a 2. lépés között a henger a hátulsó véghelyzetből előre megy az elülső véghelyzetbe, ezt a helyzetet a 2. lépésnél éri el. A 4. lépéstől kezdve a henger újra visszamegy és az 5. lépésnél éri el a hátsó véghelyzetet. A 3.1. ábrán bemutatott 1. példa út-lépés diagramjának felépítése a 4.2. ábrán látható: 4.2. ábra A grafikus elrendezésre vonatkozó javaslatok: - a lépéseket vízszintesen vegyük fel, a lépéstávolság azonos legyen; - az utat nem méretarányosan, hanem minden egyes lépésnél azonos nagysággal kell felvinni; - ha több egység van, akkor az utak közötti függőleges távolságot ne válasszuk túl kicsire; - ha a mozgás során a berendezés állapota megváltozik (pl. a henger középállásban működtet egy végálláskapcsolót, vagy változik az előtolási sebesség), akkor be lehet vezetni közbülső lépéseket; - a lépések sorszámozása tetszőleges; - az állapotok jelölése tetszőleges. Az állapotokat - a példához hasonlóan - jelölhetjük a henger helyzetével (hátul - elől; fenn - lenn stb.), vagy számokkal is jelölhetjük (pl. 0 a hátsó véghelyzet, és 1 az első véghelyzet); - a mindenkori egység megnevezését a diagram baloldalára írjuk fel, pl. "A" henger. 4.2. Út-idő diagram Egy szerelvény útját az idő függvényében ábrázoljuk. Az út-lépés diagrammal ellentétben itt az időt léptékhelyesen visszük fel, ez jelenti a kapcsolatot az egyes egységek között. 8
4.3. ábra Út-idő diagram az 1. példához: A grafikus ábrázolásra kb. ugyanaz érvényes, mint amit az út-lépés diagramnál elmondtunk. Az összefüggést az út-lépés diagrammal az összekötő vonalak (lépésvonalak) mutatják, ezeknek távolsága azonban most a szükséges időnek és a választott időléptéknek felel meg. Míg az út-lépés diagram jobb áttekintést nyújt az összefüggésekről, addig az út-idő diagramon világosabban lehet ábrázolni az átfedéseket és a különböző működési sebességeket. Az alábbiakat javasoljuk; - az út-lépés diagramokat elsősorban az útfüggő-vezérlések (folyamatvezérelt lefutó vezérlések) tervezéséhez és ábrázolásához használjuk, mivel itt az idő alárendelt szerepet játszik; - az út-idő diagramokat elsősorban az időfüggő vezérlések (idővezérelt lefutó vezérlések) tervezéséhez és ábrázolásához használjuk, mivel ezen a diagramon jól kivehetően lehet ábrázolni a programszekvencia időbeli függését; - ha forgó működtető elemek (villanymotorok, sűrített levegős motorok) diagramjait kell felrajzolni, akkor ugyanezeket az alapformákat kell használni. Azonban az állapotváltozás időbeli lefolyását soha nem vesszük figyelembe, hanem az állapotváltozást az út-lépés diagramban (pl. egy villanymotor bekapcsolását) közvetlenül felvisszük a lépésvonalra. 4.3. Vezérlési diagram A vezérlési diagramon egy vezérlőelem kapcsolási állapotát ábrázoljuk a lépések vagy az idő függvényében, az ábrázolásnál a kapcsolási időt nem vesszük figyelembe, lásd pl. az a1 szelep állapotának ábrázolását a 4.4. ábrán, ahol a szelep a 2. lépésnél nyit és az 5. lépésnél zár újra. 4.4. ábra A következőket javasoljuk: - a vezérlődiagramot lehetőleg a mozgási diagrammal együtt rajzoljuk fel; - a lépéseket, ill. az időket vízszintesen vigyük fel; - a mozgási görbék függőleges távolsága tetszőleges, de ügyeljünk arra, hogy az áttekinthetőség megmaradjon. A 4.5. ábrán látható az 1. példa funkcionális diagramja (mozgási és vezérlő diagramja). A vezérlődiagram mutatja a beavatkozószervek (1.1 az A hengerhez és 2.1 a B hengerhez) állapotát és a 2.2 végálláskapcsoló állapotát, ez utóbbi az A henger elülső végállásánál van elhelyezve. Mint már említettük, a vezérlődiagramnál a készülékek kapcsolási idejét nem vesszük figyelembe. Ha erre mégis szükség van, akkor - mint az a 4.5. ábrán a 2.2 végálláskapcsolónál látható - a végálláskapcsoló működtetésének vonalát már a lépésvonal előtt, ill. a lépésvonal után rajzoljuk meg, mivel a gyakorlatban a működtetés se történik pontosan a végállásban, hanem valamivel ez előtt megy végbe. Ez a felrajzolás egyértelmű viszonyokat teremt, mivel most teljesen világosan kifejezésre jut az, hogy a jel a mindenkori lépésnél, azaz a lépésvonalnál, már teljesen jelen van. 9 4.5. ábra.
5. A pneumatikus kapcsolási rajzok grafikus ábrázolása Az alábbi ábrázolások a VDI 3226 ("Pneumatikus kapcsolások, kapcsolási rajzok") irányelvekre támaszkodnak, de nem egyeznek meg minden szempontból ezekkel. 5.1. A kapcsolási rajz felépítése A grafikus elrendezésnek a vezérlőlánc sémájához kell igazodni, azaz egy alulról felfele haladó jeláramlásnak kell jelen lenni. Mivel a kapcsolási rajz szempontjából magától értődően az energia-hozzávezetésnek is jelentősége van, ezt is fel kell venni a kapcsolási rajzra, nevezetesen alul fel kell tüntetni az összes, az energiaellátáshoz szükséges elemet és az energiát alulról felfele szét kell osztani. Nagyobb kapcsolásoknál az egyszerűség kedvéért lehet az egész energiaellátási részt (levegőelőkészítő egység, elzárószelepek, különböző elosztó-csatlakoztatások) külön, a rajz szélén ábrázolni, ilyenkor az egyes elemeknél az energiacsatlakoztatásokat *-al jelöljük. Az 5.1. ábrán látható ez a csoportosítás. Ez a vázlat feltételezi, hogy a kapcsolási rajzot az elemek tényleges térbeli elhelyezésének figyelembevétele nélkül rajzoljuk meg, azonban ilyenkor is ajánlatos az összes hengert és útszelepet vízszintesen ábrázolni. 5.1. ábra 2. példa: Egy kettős működtetésű pneumatikus henger dugattyúrúdjának előre kell menni, ha lenyomunk egy kézikapcsolót vagy egy lábpedált. Az elülső végállás elérése után a dugattyúrúdnak vissza kell menni kiindulási helyzetbe. (Ha eközben az előremenetet elindító jelet nem működtetjük.) Az 5.2. ábrán lévő kapcsolási rajzon a vezérlőlánc séma szerinti elrendezésén kívül a felrajzolt helyzet és a térbeli elrendezés szétválasztása is látható. A V1 szelep a valóságban a henger elülső végállásánál helyezkedik el. Mivel itt egyetlen jeladószervről van szó, ez a kapcsolási rajz alján kerül feltüntetésre. A kölcsönös hozzárendelések ábrázolásához a tényleges helyzetet egy jelzővonallal jelöljük, ilyenkor ügyelni kell arra, hogy kizárólag egyirányú jeladásnál (pl. csak egy irányba működő görgővel ellátott szelep) ezt egy olyan nyíllal kell megadni, amely a jeladás irányában helyezkedik el. 10
5.2. ábra Ha egy komplex, több működtető elemet tartalmazó vezérlésről van szó, akkor a vezérlést különálló vezérlőláncokra kell felosztani, ilyenkor minden egyes működtető elemhez ki lehet alakítani egy láncot. Ezeket a láncokat lehetőleg a mozgási folyamatnak megfelelően kell egymás mellé felrajzolni. Ha a kapcsolás egy kapcsolószekrényben kerül elhelyezésre, akkor a kapcsolási rajzot három részre lehet felosztani: - az 1. rész tartalmazza azokat az elemeket, amelyek a kapcsolószekrénybe való jelbevitelt biztosítják; - a 2. rész tartalmazza a kapcsolószekrényben található komplett bekötést, beleértve a kapcsolószekrénynél elhelyezett kezelőszerveket és kijelzőket is; - a 3. rész tartalmazza azokat az elemeket, amelyeket a kapcsolószekrény kimenőjelei vezérelnek. Az egyes részek egymás közötti összeköttetése a csatlakoztatási rajzok segítségével valósítható meg. 5.2. Az elemek ábrázolása A végérvényes kapcsolási rajzon használt szimbólumoknak meg kell egyezniük az általánosan elfogadott szabványos elemszimbólumokkal. Ha egyszerűsített szimbolikus ábrázolást használunk, akkor ezeket máshol megfelelő megjegyzésekkel együtt részletesen ábrázolni kell. A kapcsolási rajzokon az elemeket a vezérlés kiindulási helyzetében kell ábrázolni (üzemkész állapot). Ha ettől eltérünk, akkor erre fel kell hívni a figyelmet. Ha a szelepeket a gép kiindulási helyzetében működtetjük, akkor a vezetékeket a működtetett kapcsolási helyzethez kell berajzolni. Szükség esetén a működtetést lehet grafikusan is ábrázolni. A kapcsolási helyzetek (állások) definiálása a VDI 3260 szerint. 1. A berendezés nyugalmi energiamentes helyzete. Az építőelemek állapota vagy szükségszerűen adott, vagy a gyártó határozza meg. 2. Az építőelemek nyugalmi helyzetének nevezzük azt a helyzetet, amelyet a mozgó alkatrészek nem működtetett állapotban (pl. egy rugóerő hatására) felvesznek. A gyakorlatban a nyugalmi helyzet helyett gyakran a nulla helyzet vagy alaphelyzet elnevezést használják. 3. Alapállás az építőelemek azon állapota, melyet az energia rákapcsolása után vesznek fel. 4. Kiindulási helyzetnek nevezzük az építőelemek azon állapotát, melyet a munkafolyamat megkezdése előtt vesznek fel. A kiindulási helyzet a startfeltételek elérésével áll be. A gyakorlatban üzemkész állapotnak is szokás nevezni. 5. Startfeltételnek azon lépések teljesítését értjük, amelyek ahhoz szükségesek, hogy az elemek nyugalmi helyzetükből átkerüljenek a kiindulási helyzetükbe. Példa: a főkapcsoló bekapcsolása, a magazin feltöltése, a szállítószalag bekapcsolása, adagoló henger hátsó helyzete stb. Pl. nyugalmi helyzetében zárt végálláskapcsoló ábrázolása, mely kiindulási helyzetben működtetve lesz. 5.3. ábra 11
5.3. Az elemek azonosítása Két gyakran előforduló szisztéma terjedt el: - numerikus jelölés (számozás) - betűjelölés 1. Jelölés számozás segítségével A számozás segítségével történő jelölésnél különféle lehetőségek állnak rendelkezésre. Jelenleg kétféle rendszert használnak: a) Folyamatos sorszámozást komplikált vezérléseknél és elsősorban akkor ajánlatos alkalmazni, ha a b) jelölést az átfedések miatt már nem lehet használni. A folyamatos számozás rendszere:.0: Végrehajtó elemek, pl. 1.0, 2.0.1: Utasító, állító elemek, pl.: 1.1, 2.1.2,.4: az összes olyan jeladó-elem, amely a szóban forgó (páros számok) működtető elem +mozgását (előrefutását) befolyásolja, pl. 1.2, 2.4.3,.5: az összes olyan jeladó-elem, amely a szóban forgó (páratlan számok) működtető elem mozgását (visszafutását) befolyásolja, pl. 1.3, 2.3 0.1, 0.2,... ellátótagok, melyek az összes vezérlőláncot befolyásolják.01,.02,... az utasító és végrehajtó elem között lévő járulékos elemek, pl. fojtószelepek 1.01, 1.02. Ez a jelölési rendszer hatásorientált és az az előnye, hogy a karbantartó a gyakorlatban az egyes elemek jelölése alapján felismeri annak funkcióját. Pl. ha a 2.0 hengernél üzemzavar lép fel, akkor ki lehet indulni abból, hogy a hiba oka a 2. csoportban van és ezáltal azokat az elemeket kell megvizsgálni, amelyeknél az első számjegy 2. b) A csoportosító jelölési rendszer egy csoport-sorszámból és a csoporton belüli folyamatos sorszámozásból tevődik össze. Pl. 4.12: a 4. csoport 12. elemét jelenti Csoportosítás: 0. csoport: az energiaellátás összes eleme 1., 2., 3.,... csoport: az egyes vezérlőláncok jelölése (rendszerint hengerenként egy csoportsorszám) A 5.4. ábrán látható a jelölések hozzárendelése az elemekhez. 5.4. ábra Megjegyzés: A csoporthoz számmal történő hozzárendelést egyértelműen (pl. egy működtető elem előrefutásához vagy visszafutásához) nem lehet mindig végrehajtani. Bonyolultabb vezérléseknél rendszerint átfedések lépnek fel, azaz az egyik elem kimenő jelei különböző csoportokat befolyásolnak. 12
2. Jelölés betűk segítségével Ezt a jelölést elsősorban a kapcsolási rajzok szisztematikus tervezésénél használják. Az azonosításra használt betűkkel egyszerűbben és áttekinthetőbben lehet a szükséges aritmetikai műveleteket leírni. Az elektronikához hasonlóan itt is lehet számjegyekből és betűkből álló kombinációt használni az elemek jelölésére. A működtető elemeket nagybetűkkel, a jeladószerveket, ill. a végálláskapcsolókat kisbetűkkel jelöljük. Az előző jelölési rendszerrel ellentétben itt a végálláskapcsolókat, ill. a jeladószerveket nem ahhoz a csoporthoz rendeljük, amit vezérelnek, hanem amelyik működteti azokat. Az 5.5. ábrán látható ez. 5.5. ábra A, B, C... a végrehajtó elemek jelölése a0, b0, c0 azoknak a végálláskapcsolóknak a jelölése, amelyek az A, B, C hengerek hátsó végállásában működtetve lesznek; a1, b1, c1 azoknak a végálláskapcsolóknak a jelölése, amelyek az A, B, C hengerek első végállásában működtetve lesznek. Ennek a jelölésnek az az előnye, hogy azonnal megmondható, melyik jeladószerv lesz működtetve, ha egy henger elér egy meghatározott véghelyzetet. Így pl. az A+ mozgást az a1 végálláskapcsoló, a B mozgást a b0 végálláskapcsoló nyugtázza. 5.4. Csatlakoztatások jelölése Csatlakoztatások rövidített numerikus jelölése az ISO 5599 szerint Csatlakoztatások rövidített betűjelölése 1 P Munkacsatlakoztatások (kimenet) 2, 4 A, B, C Lepufogás 3, 5 R, S, T 12, 14 X, Y, Z Táplevegő csatlakoztatás (bemenet) Vezérlőcsatlakoztatások Vezérlőcsatlakoztatás, a kimenőjelet törli 10 Szivárgócsatlakoztatás L 5.5. A vezetékek ábrázolása A vezetékeket lehetőleg egyenesen, kereszteződésektől mentesen kell felrajzolni. A munkavezetékeket folytonos, a vezérlő vezetékeket szaggatott vonallal lehet ábrázolni. Azonban különösen terjedelmes kapcsolásoknál az ábrázolás egyszerűbb és áttekinthetőbb, ha a vezérlővezetékeket is folytonos vonallal ábrázoljuk. 5.6. A vezetékek jelölése A kapcsolási rajzon és a kivitelezett berendezésnél a vezetékeket el kell látni vezetékjelöléssel. Ajánlatos olyan kódolt jelölést használni, amelyik tartalmazza a csatlakoztatást és a cél (rendeltetési hely) megjelölését. A csatlakoztatás jelölése az elem számából és a csatlakoztatás számából tevődik össze. 5.6. ábra 13
A cél megjelölésénél azt adjuk meg, hová vezet a vezeték, pl. vezeték az 1.1 sorszámú elem 12 vezérlő csatlakoztatására megy. A teljes jelölés: - az 1.2 elemnél: 1.2-2/1.1-12 - az 1.1 elemnél: 1.1-12/1.2-2 5.7. ábra 5.7. A kapcsolási rajzon lévő kiegészítő adatok A kész kapcsolási rajzon fel lehet még tüntetni a készülékek műszaki adatait, a beállítási értékeket stb. A továbbiakban le kell írni a mozgási folyamatot, pl. út-lépés diagram formájában, fel kell sorolni a beépített kiegészítő feltételeket, és meg kell adni a működtető és vezérlő elemek darabjegyzékét. 5.8. Összefoglalás - Kapcsolási rajz felépítése a vezérlőlánc sémája alapján, a jelfolyam lehetőleg alulról felfele haladjon. Energia-hozzávezetés is alulról felfele (lehet egyszerűsítve ábrázolni). - Az elemek térbeli elhelyezését figyelmen kívül hagyjuk. A hengereket és az útszelepeket lehetőleg vízszintesen rajzoljuk fel. - A vezetékeket lehetőleg egyenesen, kereszteződéstől mentesen vezessük. - Az összes elemet a kapcsolási rajzon és a kivitelezett berendezésnél ugyanúgy kell azonosítani. - A jeladószervek helyét jelzővonallal határozzuk meg. Ha a jeladószerv csak egy irányban működik, a jelzővonal végét nyíllal kell ellátni. - A készülékeket a vezérlés kiindulási helyzetében ábrázoljuk. A működtetett elemeket jelöléssel kell ellátni. - Mozgási folyamatot, kiegészítő feltételeket és darabjegyzékeket javasolt mellékelni. - Szükség esetén vigyük fel a műszaki adatokat, beállítási értékeket, vezetékjelöléseket stb. Jegyezzük meg: a kapcsolási rajzot nem kell feltétlenül tervezésorientáltan készíteni, ez lehet felhasználás orientált is. A kapcsolási rajz mind a vezérlés építése, mind az üzemzavarok elhárítása (hibakeresés) esetén a gyakorlati szakember segédeszköze kell legyen. 6. Jelelnyomás és jellekapcsolás A vezérléstechnika állandó problémája a nem szükséges jelek elnyomása vagy lekapcsolása (pl. kézi vagy végálláskapcsolók jelei, melyek még akkor is működtetnének, amikor ellentétes értelmű vezérlőjel lép fel). Ezeknek a jeleknek a kiküszöbölésére különféle lehetőségek állnak rendelkezésre. Egyszerűbb vezérléseknél számolni lehet az impulzusadós vagy billenőgörgős jellekapcsolási lehetőséggel, illetve jelrövidítéssel. Azonban, ha nagyobb hangsúlyt kell fektetni a biztonságra, pl. egy végálláskapcsoló önkényes működtetésére vagy a pontos végállásra, az átkapcsoló szelepes (tárolós) jellekapcsolást kell alkalmazni. Ezeket az átkapcsolószelepeket különféleképpen lehet beépíteni. Az alapelv az, hogy egy jelet csak akkor hagyunk érvényesülni, amikor szükség van rá. Ezt úgy lehet elérni, ha vagy a mindenkori jelet kapcsoljuk le szelep segítségével a jeladószerv után, vagy a jeladószervet csak akkor látjuk el energiával, amikor a jelre szükség van. A különféle jellekapcsolási módszerek előnyeit és hátrányait a példák alapján is még tárgyaljuk. 14
7. Kapcsolási rajz készítésének lehetséges módjai útterv vezérlésekhez Ha a mozgási diagram és a feltételek egyértelműen rögzítettek, akkor elkezdődhet a kapcsolási rajz létrehozása. Az ábrázolás formáját és a grafikus elrendezést a 3. és 4. fejezetben részletesen leírtuk. Itt csak utalni szeretnénk arra, hogy ezek a kapcsolási rajz tervezési módszerek az útterv vezérléses kapcsolások tervezésének a legegyszerűbben megtanulható módját jelentik. Elvileg lényegtelen, hogy kicsi, átkapcsolószelepes vezérléseket vagy nagyobb, léptetőláncos vezérléseket vizsgálunk, az alapgondolat mindkét esetben ugyanaz. A kapcsolás felépítése az előbbiekben tárgyalt séma szerint történik. A felépítés és ezáltal a kapcsolási rajz elkészítésének alapsémája viszont függ a használt jellekapcsolás típusától. A kapcsolási rajzok tervezéséhez különféle módszerek állnak rendelkezésre, egy azonban közös bennük, nevezetesen az, hogy ezek a kapcsolási rajzok meghatározott alapkapcsolásokból tevődnek össze. Ez azt jelenti, hogy ezeknek az alapkapcsolásoknak az ismerete nélkülözhetetlen, emellett ezek az alapkapcsolások az egyes elemek alkalmazási lehetőségeire és felhasználási területeire is utalnak. Minden hardvernél az elemek jól meghatározott sajátosságokkal és alaptulajdonságokkal rendelkeznek, melyek ismerete ugyancsak szükséges a működőképes kapcsolások tervezéséhez. A pneumatikánál itt az elemek különböző felépítésére kell gondolni, pl. a tolózárként, ülékes szelepként használt szelep konstrukciós sajátosságaira és az ebből adódó tulajdonságokra, mint pl. az átkapcsolási viselkedés (fokozatos vagy ugrásszerű), működtető erő, átáramlási viszonyok (egy vagy két irány) stb. Miután eleve feltételezzük, hogy a pneumatikus vezérlésekhez felhasználásra kerülő elemeknek ezen tulajdonságai ismertek, elvileg két alapvető lehetőség van a kapcsolási rajzok elkészítésére: 1. az úgynevezett "intuitív" módszer, amit gyakran konvencionális vagy próbálgatásos módszernek is neveznek; 2. a kapcsolási rajz szisztematikus összeállítása a megadott tervezési módszerek és tervezési lépések alapján. A továbbiakban az első módszerhez fogjuk sorolni az összes olyan kapcsolási rajz készítési eljárást, ahol elsősorban a megérzés, ill. a tapasztalat alapján dolgozunk. Ez azonban nem zárja ki azt, hogy ebben is lehet valamilyen rendszer, ill. gyakran kell is lenni valamilyen rendszernek; mindenesetre ennél a módszernél a séma befolyása mindig kisebb, mint a kapcsolási rajz készítő személyes befolyása. A második csoportba soroljuk az összes olyan módszert, ahol egy pontosan meghatározott séma szerint járunk el, tehát a tervező személyes befolyása a tervre kisebb. Mivel az első esetben sok tapasztalatra és érzékre van szükség (és elsősorban a komplikált vezérléseknél sok idő is kell), a második eljárás szerinti kapcsolási rajz tervezés szisztematikus munkát és bizonyos elméleti alapismereteket tételez fel. A célunk az, hogy a kapcsolási rajz megtervezési módjától függetlenül, végeredményben egy jól működő, biztosan lefutó vezérlést hozzunk létre. Míg korábban gyakran a hangsúlyt a kedvező árú megoldásra fektették, ma inkább a lefutási biztonság, a karbantarthatóság és az áttekinthetőség áll az első helyen. Ez szükségszerűen egyre inkább a szisztematikus tervezés irányába mutat. Ennél az eljárásnál a vezérlés, a tervező olyan személyes befolyásaitól, mint az ismeretek, hangulat stb. függetlenül, az előre megadott séma szerint lesz felépítve, tehát a kapcsolási rajz jól áttekinthető és követhető azok által is, akiknek később esetleg foglalkozni kell ezzel a vezérléssel. Mindenesetre a hardver ráfordítás egy ilyen vezérlésnél a kapcsolás kialakításának kezdeti időszakában (az egyszerűsítés előtt) a legtöbb esetben nagyobb, mint az intuitív eljárással tervezett vezérlésnél. Azonban az esetek többségében ezt az anyagoknál jelentkező többlet-ráfordítást a tervezésnél, de mindenekelőtt a karbantartásnál jelentkező időmegtakarítás gyorsan kiegyenlíti. Általában ügyelni kell arra, hogy a tervezési idő és ezen belül is elsősorban a kapcsolás leegyszerűsítésére fordított idő ésszerűen viszonyuljon a teljes ráfordításhoz. A továbbiakban azt szeretnénk körvonalazni, hogyan kell egyszerűbb pneumatikus kapcsolásokat tervezni és felépíteni. Itt még csak az egyszerűbb módszerekkel szeretnénk dolgozni. Fontos, hogy mindig szem előtt tartsuk a vezérlésnek a probléma megfogalmazásából adódó típusát. A követő vezérlés (logikai vezérlés) kapcsolási rajzánál más a felépítési séma és más a tervezési módszer, mint pl. egy útterv vezérlés (folyamatfüggő sorrendi vezérlés) kapcsolási rajzánál. 15
A vezérléstervezés egyik fontos pontja a kiegészítő feltételek beépítése. Ezek azonban csak akkor kerülnek megtervezésre és beépítésre, ha a mindenkori folyamat alaptervét létrehoztuk. Ezeket a követelményeket ekkor kell beépíteni, azaz a kapcsolási rajzot lépésenként ki kell bővíteni. Csak ekkor tudjuk a jó áttekinthetőséget megőrizni a terjedelmes vezérléseknél is. A 7.1. fejezettől kezdve felsorolt példák ahhoz szeretnének hozzájárulni, hogy az eddig összeállított útmutatásokat és tanácsokat helyesen ki tudjuk értékelni. Egyszersmind ezen példák alapján további fontos kapcsolástechnikai tippeket szeretnénk adni. Természetesen a legtöbb feladatnak több, gyakran egyenértékű megoldása van. Az áttekinthetőség érdekében csak a legfontosabb, a tanulási folyamat szempontjából legcélszerűbbnek tartott megoldásokat mutatjuk be. 7.1. Csomagátrakás 1. feladat A görgőpályán érkező csomagokat egy pneumatikus henger megemeli, egy másik henger pedig áttolja egy másik pályára. A B henger csak akkor mehet vissza, ha az A henger elérte a hátsó végállást. A startjelet egy manuális működtetésű nyomógombbal kell bevinni, megnyomásakor egy ciklus fut le. 7.1. ábra. Elrendezési rajz 7.2. ábra. Út-lépés diagram Kapcsolási rajz tervezéséhez az alábbi eljárást javasoljuk: a) Rajzoljuk fel az út-lépés diagramot (7.2. ábra). b) Jelöljük be az út-lépés diagramba a jeladó szervek helyzetét, sorszámát és hatásvonalát. c) Rajzoljuk fel a működtető elemeket. d) Rajzoljuk fel a hozzájuk tartozó beavatkozószerveket. e) Rajzoljuk fel a jeladószerveket a működtetési szimbólum nélkül. Ha utasítószervként bistabil szelepeket használunk, akkor bistabil szelepenként még két vezérlőjelre és ezáltal két jeladószervre van szükség. Az a)-e) pontok végrehajtása után létrejön a 7.3. ábrán feltüntetett közbülső állapot. 7.3. ábra 16
f) Jelöljük be az energiaellátást. g) Csatlakoztassuk a vezérlő- és a munkavezetékeket. h) Számozzuk meg az elemeket. i) Alakítsuk át a mozgási diagramot kapcsolási rajzzá (programozzuk a kapcsolást a végálláskapcsolók helyzetének a mindenkori működtető elemhez történő hozzárendelésével). Ekkor az a)-i) pontokban foglalt eljárás után kapjuk az 1. feladatra a 7.4. ábrán feltüntetett kapcsolást. 7.4. ábra j) Vizsgáljuk meg, hol van szükség jellekapcsolásra. Ezt a vizsgálatot el lehet végezni a működési diagramon (7.5. ábra). k) Jelöljük be a működtetések fajtáját. l) Építsük be a kiegészítő feltételeket. A működési diagramon (7.5. ábra) ellenőrizni lehet, hogy fellépnek-e jelátfedések és ezek hol fordulnak elő. Általában a vezérlődiagramot úgy rajzoljuk fel, mintha az összes végálláskapcsoló görgős vagy nyomórudas működtetésű szelep lenne. Amikor a jeleket a jelátfedések szempontjából vizsgáljuk, akkor mindig csak azok a jelek az érdekesek, amelyek ugyanahhoz a vezérlőlánchoz tartoznak és ellentétes hatásúak, mint pl. az 1.2 (az 1.0 + mozgása) és az 1.3 (az 1.0 - mozgása). Jelátfedés akkor lép fel, ha az azonos beavatkozószervre érkező mindkét jel egyidejűleg 1 értékű. Hogy a jelátfedéseket egyszerűen össze lehessen hasonlítani, ajánlatos a vezérlődiagramon egymás alá rajzolni azokat a jeleket, amelyek ugyanazt a beavatkozószervet befolyásolják. 7.5. ábra. Működési diagram (mozgási- és vezérlődiagram) A 7.5. ábrán látszik, hogy a szóban forgó kapcsolásnál nem lép fel jelátfedés, feltéve hogy az 1.2 jeladószerv röviddel a 3. lépés előtt már nem ad ki 1 jelet. Mivel itt azonban egy kézikapcsolóról van szó, ez nincs feltétlenül biztosítva. Ha az 1.3. kézi működtetésű nyomógomb hosszabb ideig lenyomva marad, úgy blokkolja az 1.3 szelep visszaváltását és a vezérlés leáll a 3. lépésnél. 17
A szóban forgó példánál még ügyelni kell arra, hogy a 2.3 szelep a kiindulási helyzetben működtetve van. Ez azonban nem zavar, mivel a 2.3 az A henger előremeneténél szabad és ezáltal nem jön létre átfedés a 2.2. szeleppel. A 7.6. ábrán látható a kapcsolás. 7.6. ábra A 7.7. ábrán be van építve egy reteszelés az 1.2 részére, mégpedig a B henger hátsó végállásában elhelyezett kiegészítő végálláskapcsoló révén. Ezáltal biztosított, hogy az 1.2 működtetésénél a kapcsolás az egész munkafolyamaton keresztül működőképes marad. 7.7. ábra 18
7.2. Szegecselő-készülék - 2. feladat Két kapocsvasat kell egy félautomata préssel összeszegecselni. Az alkatrészeket és a szegecset kézzel kell betenni és a szegecselési folyamat után kézzel kell eltávolítani. A munkafolyamat automatizált része az alkatrészek rögzítéséből és megfogásából (A henger) és a szegecselésből (B henger) tevődik össze, a munkafolyamatnak egy indítógomb lenyomása után le kell futni a kiindulási helyzet eléréséig. 7.8. ábra Elrendezési rajz és a működtető elemek rögzítése 7.9. ábra. Út-lépés diagram Kapcsolási rajz tervezet a 2. feladathoz, csak egy irányba működő görgős jellekapcsolással vagy jelrövidítéssel Azt, hogy mely jeleket kell lekapcsolni, a működési diagram segítségével lehet ellenőrizni. Ez a diagram a 7.10. ábrán látható. 7.10. ábra. Működési diagram Ebből az adódik, hogy átfedés van az 1.2 és az 1.3 jelek között az 1. lépésnél, valamint a 2.2 és a 2.3 jeleknél a 3. lépésnél. Az első átfedés következtében a berendezést nem lehet elindítani. A második átfedés blokkolja a 2.0 henger visszafutását. Tehát le kell kapcsolni az 1.3 és a 2.2 jeleket. A 7.11. ábrán látható a csak egy irányba működő görgős jellekapcsolást tartalmazó kapcsolási rajz, a 7.12. ábra a jelmegszakítós (jellerövidítéses) jellekapcsolást tartalmazza. 7.11. ábra 19
7.12. ábra A jelmegszakítós jellekapcsolásnak az az előnye a csak egy irányba működő görgővel szemben, hogy magukat a rövid löketeket és a gyors mozgásokat pontosan le lehet kérdezni, továbbá a végállásban mindig rendelkezésre áll egy jel az esetlegesen szükséges további feldolgozáshoz. Mindenesetre ezzel az előnnyel szemben megjelenik az a hátrány, hogy nagyobb a készülék-ráfordítás. Mivel a szóban forgó kapcsolásnál a startjel nincs reteszelve, a startgombbal meg lehet zavarni a vezérlés működését. A start reteszeléséhez ajánlatos annak a hengernek a hátsó végállásában lévő végálláskapcsoló jelét felhasználni, amelyik az utolsó mozgást hajtja végre a mozgási folyamatban. A reteszelés a végálláskapcsoló és a startkapcsoló ÉS kapcsolásával (ÉS tag vagy sorbakapcsolás) történik. Azt, hogy ez a reteszelés hatásos-e az egész tartományban, itt is a működési diagramon lehet ellenőrizni. 7.13. ábra A 7.14. ábrán a 7.11. ábra módosított kapcsolása látható, tökéletesen reteszelt startgombbal. 7.14. ábra 20
8. Gyakorló feladat Az alábbi példában az eddig tárgyalt szempontok alapján össze kell állítani az összes, a kapcsolási rajz elkészítéséhez szükséges tényt (ld. 2. fejezet). A hiányzó adatokat szabadon lehet megválasztani. 8.1. A probléma megfogalmazása, a feltételek rögzítése (3. példa) Egy olyan készüléket, illetve célgépet kell tervezni, amelyik négyszögletes, 80x60x50 mm méretű Al ötvözetből készült alkatrészeket egy oldalon lepecsétel. A folyamat legyen teljesen automatikus. Természetesen meg lehet adni különféle megoldásokat, az alábbi csak az egyike ezeknek. Az elrendezés a 8.1. ábrán látható. 8.1. ábra A végrehajtandó munkafolyamatok: - az alkatrészeket tárba (ejtőtárba) tenni - az alkatrészeket továbbítani (tolni) - az alkatrészeket rögzíteni (szorítani) - az alkatrészeket megmunkálni (bélyegezni) - az alkatrészeket kidobni A kiegészítő feltételek rögzítése: - a berendezést a START nyomógombbal kell indítani; - kell egy "Egy ciklus" - "Automata ciklus" üzemmódválasztó kapcsoló. "Egy ciklus" a START gomb lenyomása után le kell zajlani egy munkaciklusnak, majd STOP a kiindulási helyzetben, "Automata ciklus" állás: a START gomb lenyomása után teljesen automatikus folyamat az "egy ciklus" vagy a "vészkikapcsolás" jel megérkezéséig. - tárérzékelés: ha az ejtőtár üres, a berendezésnek kiindulási helyzetben le kell állni és csak a tár feltöltése után lehet újraindítani. - Vészkikapcsolás: a "Vész-Stop" nyomógomb benyomásának azonnal alaphelyzetbe kell állítania a berendezést. A berendezés csak a Vész-Stop nyugtázása után lehet újra startkész. 8.2. A működtető energia megválasztása, a működtető elemek méretezése Az összes végrehajtandó munkafolyamatot meg lehet oldani egyenesvonalú mozgással. Mozgások hossza: max. 200-300 mm Szükséges erők: kicsik (max. 800 N bélyegzőerő, bélyegzősúly kb. 80 N) Működési sebesség: 8 órás üzemeltetésnél 3,6 s/darab (kb. 8000 alkatrész/nap) A működtető közeg és a feladat volumene miatt vezérlőenergiaként a pneumatika és az elektronika jöhet szóba. Ez esetben a legkedvezőbb a tisztán pneumatikus megoldás. (A működtetéshez és a vezérléshez ugyanazt az energiát használjuk, nagy működési biztonság, zavarérzéketlenség stb.) Szükséges működtető elemek - adagoló henger A - szorító henger A - bélyegző henger B - kidobó henger C Jó elrendezéssel egyetlen hengerrel meg lehet oldani. A működtető elemek méretezése: (feltételezzük, hogy a megoldás menete ismert). Az erők és a lökethosszak elegendők végálláskapcsolók működtetéséhez. A működési biztonságra és a működési sebességre való tekintettel mindhárom henger kettős működésű. 21
8.3. A mozgási folyamat rögzítése 8.2. ábra. Működési diagram Műveleti sorrend: Betolás A Szorítás A Bélyegzés B Szorítás old A Kidobás C A mozgási folyamat: pl. a rövidített felírással: A+, B+, B, A, C+, C 8.4. A vezérlés fajtájának megválasztása Hozzárendelés a főcsoporthoz: programvezérlésről van szó (vezérlés egy, a meghatározott előírásoknak megfelelően önműködően lefutó működtető programmal). Válasszuk ki a szóban forgó példához a programvezérlések közül az útterv vezérlést.. Az út-lépés diagram Okai: - működési biztonság; - a szóban forgó feladat volumene mellett valószínűleg árban ez a legjobb megoldás (nem kell programadó); - nincs szükség programcserére. 8.5. A kapcsolási rajz Először is létrehozzuk a kapcsolási rajzot csak egy irányba működő görgős jellekapcsolással az ismert sorrendnek megfelelően, mégpedig kezdetben a megkövetelt kiindulási feltételek nélkül. 8.3. ábra Az 8.2. ábrán lévő működési diagramból látható, hogy az 1.3; 2.2. és a 3.2. jelet le kell kapcsolni. Továbbá az 1.2. túl hosszú működtetése is megzavarhatja a folyamatot. Az ábrán látható kapcsolásban az 1.2 START gomb nincs reteszelve, ezt a szóban forgó mozgási folyamatnál nem lehet tökéletesen reteszelni a végálláskapcsoló segítségével. 22
A megkívánt kiindulási feltételeket négyféleképpen is ki lehet elégíteni. A megkívánt komforttól függően a megoldás egy legegyszerűbb alap és egy teljesen integrált "beviteli kapcsolás" között változik. A feltételeket, mint azt már említettük, lépésenként kell beépíteni. Az 1. követelmény (egy ciklus - automata ciklus) kielégítéséhez újabb 1.2, 1.4, 1.6 és 1.8 szelepekre van szükség. A 2. követelményt (ejtőtár ellenőrzés) az 1.10 szelep elégíti ki: üres ejtőtárnál az egész berendezés alaphelyzetben állva marad, a startjel blokkolódik (1.6, 1.10 ÉS kapcsolat). 3. követelmény (VÉSZ-STOP) megvalósításakor arról kell gondoskodni, hogy a VÉSZ-STOP jel beérkezésekor az utasítóelemeken ne legyen ellenkező értelmű jel. Ezt úgy érjük el, hogy a VÉSZ-STOP esetén a 0.3 szelepen keresztül megszüntetjük az utasítóelemek levegőellátását. A 8.4. ábrán látható a beépített feltételeket tartalmazó bistabil szelepes (tárolós) kapcsolás. Az átkapcsoláshoz egy 4/2-utú vagy egy 5/2-utú szelep kell. Műszaki szempontból kedvezőbb lehet léptetőláncos vezérlésre áttérni. 8.4. ábra Ennek a kapcsolásnak az előnye, hogy az a1 vagy a b1 végálláskapcsoló működtetésekor a vezérlést nem lehet megzavarni. Ugyanakkor ügyelni kell arra, hogy az egy ciklusról az automata ciklusra történő átkapcsoláskor a berendezés azonnal elindul, tehát az üzemmódválasztó kapcsoló egyszersmind az automatikus üzem startkapcsolója is. Vezérlést kiegészítő feltételek Az eddig bemutatott kiegészítő feltételek funkcionális felépítése és kezelési kényelme nem mindig felel meg a mai követelményeknek. Mivel egyre nagyobb mértékben térünk át a kapcsolótábla és a kapcsolószekrény konstrukcióra, a kezelőszerveket és a vezérléseket is ennek megfelelően kell kivitelezni. A kívánt komforttól függően a feltételeket különféleképpen lehet realizálni. Mivel sok feltétel igen gyakran azonos vagy hasonló formában jelenik meg, ezekhez olyan standard beviteli kapcsolásokat lehet tervezni, amelyek többé-kevésbé integrálhatók. Ezek azonban már nem ennek a jegyzetnek keretén belül lesznek megtárgyalva. 23