Download - Automatizare Usa Culisanta
PROIECT PENTRU EXAMENUL DE CERTIFICARE A
CALIFICĂRII PROFESIONALE
NIVEL 3
Specialitatea:
Tehnician în automatizări
Elev: Îndrumător
Clasa: a XII-a A Ing.
2015
2015
1
CUPRINS
ARGUMENT .................................................................................................................... 2 I. ELEMENTE DE AUTOMATIZARE A INSTALAȚIILOR ........................................... 4
1.1. COMPRESOARE ........................................................................................................................ 4 1.2. MOTOARE PNEUMATICE LINIARE ................................................................................................ 7 1.3. DISTRIBUITOARE .................................................................................................................... 11 1.4. SENZORI OPTICI ..................................................................................................................... 17 1.5. TEMPORIZATOARE .................................................................................................................. 20
II. EXEMPLU PRACTIC DE PROIECTARE - FLUIDSIM .............................................. 25
2.1. MEDIUL DE PROIECTARE ”FLUIDSIM” ...................................................................................... 25 3.2. EXEMPLU DE PROIECTARE ÎN „FLUIDSIM” – ............................................................................... 25
BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................. 26
2
ARGUMENT Prin automatizarea proceselor de producţie, se elimimă intervenţia directă a omului
asupra acestora, omului revenindu-i în acest caz rolul de conducere generală.
Ansamblul de obiecte naturale care asigură conducerea unui proces tehnic sau de
altă natură, fără intervenţia directă a omului reprezintă un echipament (sau dispozitv) de
automatizare.
Procesul condus, supus automatizarii, impreună cu echipamentul de automatizare
(de conducere), care asigură desfăşurarea procesului după anumite legi, poartă
denumirea de sistem automat.
Rezultă deci, că un sistem reprezintă “o colectie” de obiecte fizice convenabil
aranjate şi cuplate funcţional.
În teoria sistemelor de reglare automată studiul obiectelor fizice şi al sistemelor, se
realizează făcând abstracţie de natura lor fizică şi ţinând seama numai de mărimile ce
caracterizează funţionarea lor şi de relaţiile existente între acestea.
Mărimile care nu depind de alte mărimi, sunt considerate ca “mărimi de intrare” , iar
mărimile dependente de acestea sunt considerate “mărimi de ieşire” .
În acest fel teoria sistemelor înlocuieste de fapt elementele si sistemele
reale(obiectele fizice) ,cu relaţii care imbracă diferite forme :
-ecuaţii şi sisteme de ecuaţii ;
-funcţii de transfer;
-mulţimi de perechi ordonate ale valorilor funţiilor vectoriale ale mărimilor de intrare
şi ieşire;
-scheme bloc, etc;
Instalațiile energetice includ variate tipuri de automatizari, pentru care se pot
desemna mai multe criterii de grupare.
A. Clasificarea dupa scopul urmarit:
1.automatizari de avarie, care urmaresc eliminarea defectelor si limitarea extinderii
avariilor;
2.automatizari tehnologice care urmaresc indeplinirea unor obiective de interes
tehnologic(ex. iluminatul de siguranta);
3.automatizari de regim, care asigura mentinerea unui anumit regim de functionare
prestabilit pe baza de analize tehnico-economice (ex. Regulator Automat de Tensiune,
Regulator Automat de Viteza);
B. Clasjficarea dupa gradul de implicare inconducerea procesului:
1.automatizare tip monitoring (supravegherea centralizata a productiei),
caracterizata de lipsa oricarei forme de prelucrare a informatiei primare.
2. automatizare tip data-logger (inregistrare centralizata cu prelucrare simpla a
informatiei din proces).In aceasta situatie sistemul stocheaza marimile rezultate prin
prelucrare din informatiile primare).
3. automatizare de tip calculator consultant al procesului (sistem "off-line").
4. automatizare cu calculator folosit ca element al buclei de reglaj (sistem "on-line").
5.automatizare folosind calculatorul ca ghid de conducere a procesului (sistern "on-
line, open-loop").
3
6. automatizare folosind calculatorul ca element de comanda in bucla de reglaj
(system "on-line, closed-loop").
C. Clasificarea dupa modul de structurare:
1.automatizari cu structura centralizata la care calculatorul/masina pe care se afla
rezidente resursele software ale sistemului de automatizare comanda integral actiunile
traductoarelor neinteligente plasate in instalatia tehnologica
2. automatizari cu structura descentralizata, care au in componenta dispozitive
electronice inteligente pentru fiecare element al instalatiei tehnologice, capabile sa
efectueze un volum apreciabil de prelucrare a informatiei primare si sa comunice
rezultatele catre nivele ierarhic superioare.
Actionari pneumatice
Actionarile pneumatice si-au gasit aplicatia in domenii ale tehnicii extrem de variate
pentru cele mai diferite scopuri. Acest fapt se datoreaza AVANTAJELOR prezentate de
aceste actionari :
Datorita vitezelor de lucru si de avans mari, precum si momentelor de inertie mici, durata operatiilor este mica.
Utilizand elemente logice sau convertoare electropneumatice se pot realiza instalatii cu functionare in ciclu automat, care ofera productivitate.
Posibilitatea amplasariielementelor pneumatice in orice pozitie este un avantaj important, simplificandu-se astfel proiectrarea masinilor si micsorand gabaridul acestora
Forta, momentul si veteza motoarelor pneumatice pot fi reglate usor , utilizand dispozitive simple
Supraincarcarea motoarelor pneumatice nu induce pericol de avarii Transmisiile pneumatice permit porniri, opriri dese, fara pericol de avarie. Aerul comprimat este relativ ușor de produs si de transportat prin retele, este
nepoluat si neinflamabil Pericolul de accidentare este redus Întreținerea instalațiilor pneumatice este ușoară daca se dispune de personal
calificat DEZAVANTAJE ca orice sistem acționările pneumatice prezinta si următoarele
dezavantaje :
Datorita limitării presiunii de lucru, forțele si momentele oferite de motoarele pneumatice sunt reduse
Compresibilitatea aerului nu permite reglarea precisa a parametrilor de funcționare Aerul nu poate fi complet purificat cu costuri rezonabile, fapt ce duce la uzura
eroziva si abraziva , precum si la coroziunea componentelor. In anumite condiții de mediu si funcționare, exista pericol de îngheț Randamentul transmisiilor pneumatice este scazut.
Acționările pneumatice sunt UTILIZATE :
In industriile cu pericol de incendiu, explozii : metalurgie, chimie, minerit, prelucrarea lemnului, termocentrale.
In industriile cu pericol de contaminare : alimentara, medicamente, tesaturi, electronica
In toate domeniile unde se pot realiza linii automate de productie, asamblare, ambalare, manipulare de mare productivitate.
4
I. ELEMENTE DE AUTOMATIZARE A INSTALAȚIILOR
1.1. Compresoare
Maşini pentru producerea aerului comprimat: sunt maşini care produc comprimarea
sau presarea aerului, transformand energia mecanică primită la arbore în energie de
presiune a aerului.
După principiul de funcţionare compresoarele se pot clasifica astfel:
1.2.1.1 Compresoare volumice (pneumostatice):
Funcţionarea lor se bazează pe principiul camerei de volum variabil: în faza de
aspiraţie, aerul este închis într-o cameră care îşi micşorează volumul şi care se deschide
în faza de refulare: aerul este evacuat având o presiune proporţională cu variaţia de volum
a camerei.
Compresoarele volumice pot fi:
- Cu piston:
- cu comprimare directă;
- cu comprimare prin membrană.
- Cu angrenaje:
- cu şurub;
- cu lobi (ROOTS).
- Cu palete.
Compresoarele cu piston cu comprimare directă:
Aceste compresoare pot avea o treaptă de comprimare figura1.1, în două trepte figura1.2
sau mai multe.
Fiecare treaptă poate avea unul sau mai mulţi cilindri.
La comprimarea în mai multe trepte, treapta următoare aspiră aerul comprimat în
treapta precedentă, în acest fel mărindu-se valoarea presiunii aerului comprimat furnizat
de compresor.
De exemplu, dacă un compresor cu o treaptă ridică presiunea aerului până la 4 bar,
unul cu două trepte o poate ridica până la 15 bar. Un compresor cu 3 sau mai multe trepte
ridică presiunea peste 15 bar.
În figura1.2 se poate observa că treapta a doua are un diametru al cilindrului mai
mic decât treapta întâia.
Fig. 1.1
Compresor cu piston cu
comprimare directa
5
Diametrul cilindrului de comprimare este unul din parametrii după care putem
identifica fiecare treaptă a unui compresor cu piston în practică.
Acest tip de compresor poate realiza valori de comprimare foarte înalte (până la
1000 bar), însă el are dezavantaje care îi limitează utilizarea tot mai mult: generează şocuri
de presiune în instalaţiile consumatoare, introduce ulei în aerul comprimat, este zgomotos,
iar datorită frecărilor în etanşări temperatura aerului comprimat este foarte ridicată.
Compresoare cu piston cu comprimare indirectă
Funcţionează pe acelaşi principiu, însă camera în care este aspirat aerul nu mai
este cilindrul, iar pistonul este separat complet de această cameră printr-o membrană
elastică. Acest compresor este utilizat în aplicaţiile în care trebuie evitată contaminarea
gazului comprimat cu ulei pierdut de sistemul de ungere al compresorului: industrie
chimică, aer comprimat pentru măsurări, uz medical, etc.
Datorită membranei, care are rezistenţa mecanică şi la oboseală limitate,
performanţele acestui compresor sunt mai scăzute.
Compresoare cu palete:
Sunt alcătuite dintr-o carcasă 1, un rotor cilindric 2 aşezat excentric faţă de carcasa
în care sunt dispuse iar în canale frezate pe generatoarele rotorului paletele 3 figura1.3.
Între suprafaţa rotorului, palete, carcasă şi capacele laterale se formează camere
de volum variabil (CVV) care în faza de aspiraţie închid etanş mase de aer şi, pe măsura
rotirii ansamblului mobil, aceste camere îşi micşorează volumul determinând creşterea
presiunii.
Când ating un volum minim ajung în dreptul racordului de refulare, iar aerul
comprimat este evacuat.
Paletele rotorului trebuie să asigure etanşarea laterală (cu capacele), frontală (cu
carcasa) şi faţă de rotor. Etanşarea frontală este asigurată prin apăsarea paletelor pe
carcasă datorită forţei centrifuge şi, la unele modele, datorită unor arcur i dispuse în
canalele practicate în rotor, iar uzura paletelor este compensată automat. Celelalte
etanşări sunt influenţate de precizia de execuţie şi, în timp, de uzura paletelor.
Fig 1.2
Compresor cu piston cu
doua trepte
Sistem de racire
intermediara
6
Paletele se execută în general din materiale antifrictiune şi care protejează carcasa
contra uzurii.
Înlocuirea paletelor, când s-a ajuns la un anumit grad de uzură, repune compresorul
în funcţiune. Maşina atinge performanţele maxime după un anumit timp de funcţionare,
necesar rodării paletelor.
- Compresoare cu angrenaje:
Caracteristic acestor compresoare figura1.4 este faptul că rotoarele profilate (lobi,
şuruburi) nu se află în contact direct, mişcarea lor fiind sincronizată prin angrenaje dispuse
pe capetele arborilor.
Datorită acestui fapt, uzura acestor maşini este practic nulă, însă randamentul lor
este mai slab (neexistând contact direct între elementele care materializează camera de
volum variabil, apar scurgeri dinspre racordul de refulare către cel de aspiraţie).
Din această categorie, compresoarele cu şurub se caracterizează printr-o
remarcabilă uniformitate a debitului, funcţionare silenţioasă şi robusteţe.
Turbocompresoare (pneumodinamice):
Funcţionarea se bazează pe mărirea vitezei de curgere a aerului, acesta fiind
“înghesuit” în orificiul de refulare al maşinii. Faţă de compresoarele volumice,
turbocompresoarele se caracterizează prin debite mari, fără oscilaţii de debit-presiune, dar
şi prin nivelul redus al presiunii aerului refulat.
Turbocompresoarele pot fi axiale sau radiale.
În figura 1.5 este prezentat un turbocompresor axial. Se poate observa că
accesul aerului aspirat se face paralel cu axul elicei aspiratoare. Ventilatorul de birou este
un exemplu de compresor axial, care însă refulează în atmosferă.
CVV
1 2 3
Fig.1.3
Compresor cu palete
Fig. 1.4
Compresor cu lobi Roots
7
În figura1.6 se poate observa un turbocompresor radial în trei trepte (are trei rotoare
dispuse în serie, pe axul maşinii). Aerul este aspirat de primul rotor, i se măreşte viteza şi
este refulat prin centrifugare, perpendicular pe axul maşinii (deci radial) către periferia
carcasei, fiind aspirat mai departe de al doilea rotor si avînd o presiune p1 mai mare ca
presiunea atmosferica patm. Fiind centrifugat de al doilea rotor, aerul va avea o presiune p2
mai mare decît p1 la intrarea in treapta a treia. Presiunea finala va fi p3 p2>p1>patm .
În figura 1.7 este prezentată diagrama domeniilor ocupate de fiecare tip de
compresor, în coordonate debit-presiune. Această diagramă este un instrument deosebit
de util in alegerea tipului de compresor necesar într-o aplicaţie practică, atunci cînd se
cunosc parametrii consumatorului.
Dacă intersecţia coordonatelor debit-presiune are loc într-un domeniu ocupat de
mai multe tipuri de compresoare, alegerea se face ţinând seama de alţi parametri:
posibilităţi şi cerinţe de întreţinere, sensibilitatea consumatorilor la şocuri de presiune,
fiabilitate, preţ, etc.
1.2. Motoare pneumatice liniare
Într-o instalaţie de acţionare pneumatică, elementul de acţionare propriu-zis este
cilindrul pneumatic. Cilindrii pneumatici, denumiţi şi elemente de execuţie, transformă
energia pneumatică în energie mecanică, pe care o furnizează apoi mecanismului acţionat.
Cilindrii pneumatici efectuează lucrul mecanic printr-o mişcare de translaţie, sau liniară, ei
numindu-se şi motoare liniare.
Există două tipuri de cilindri pneumatici: cu membrană şi cu piston.
1.2.1. Cilindri pneumatici cu piston:
Au aplicaţii foarte largi şi se construiesc într-o gamă tipodimensională extrem de
diversificată. Orientativ, prezentăm câteva din performanţele constructiv-funcţionale ale
cilindrului:
- Diametre: 6 – 320 mm;
- Curse: pânã la 4 m;
- Viteze: - cilindri de uz general: până la 1,5 m/s;
Fig.1.6 Turbocompresor radial in trei trepte
Fig. 1.5
Turbocompresor axial
8
- cilindri de uz special: până la 10 m/s;
- Forţe: pânã la 50000 N.
După tipul constructiv, se poate face o clasificare generala a cilindrilor :
Cilindri cu simplu efect: - cu revenire cu arc;
- cu revenire sub acţiunea unei forţe rezistente.
Cilindri cu dublu efect: - cu tijă unilaterală;
- cu tijă bilaterală.
Cilindri în tandem: - cu amplificare de forţă;
- având cursa în douã trepte.
După posibilitatea de frânare la cap de cursă:
Cilindri cu frânare la cap de cursă: - reglabilă;
- nereglabilă.
Cilindri fără frânare la cap de cursă.
12 345 26 78
Fig. 1.7 Sectiune printr-un cilindru cu simplu efect cu revenire cu arc
1-cămaşa (corpul) cilindrului; 2-capacele cilindrului; 3-tija, 4-resortul de revenire; 5-
pistonul; 6-etanşarea pistonului faţă de cămaşă; 7-etanşarea tijei cilindrului; 8-bucşă de
ghidare a tijei.
În fig.1.7 este prezentată o secţiune a unui cilindru cu simplu efect cu revenire cu
arc. În linii mari, această structură este aceeaşi pentru toţi cilindrii pneumatici de acest tip.
Dacă racordul A este alimentat cu aer comprimat la presiunea P, asupra pistonului
de suprafaţă S va acţiona o forţă F = P x S, care va determina deplasarea acestuia, deci
şi a tijei, spre dreapta. Viteza şi acceleraţia ansamblului mobil piston-tijă depind de
presiune, debit şi forţa care se opune mişcării tijei (forţa rezistentă).
Când racordul A este conectat la atmosferă, resortul 4 determină revenirea
pistonului în poziţia iniţială.
În figura 1.8 se poate vedea un cilindru cu dublu efect cu tijă unilaterală (normala),
fără frânare la cap de cursă, iar în fig. 1.9 un cilindru cu dublu efect cu tijă bilaterală.
Simbolul cilindrului cu simplu efect cu
revenire cu arc
9
Fig. 1.8 Fig. 1.9
Cilindru cu dublu efect cu tija Cilindru cu dublu efect cu tija bilaterala
Unilaterala fara franare la cap de cursa
Spre deosebire de cilindrul cu simplu efect, cilindrul cu dublu efect are două orificii
de alimentare şi nu mai are resortul de revenire. Revenirea pistonului în poziţia iniţială se
face conectând racordul A la atmosferă şi racordul B la alimentare.
După cum se ştie deja, forţa unui cilindru este dată de valoarea presiunii de
alimentare şi de suprafaţa pistonului.
Există numeroase situaţii când din diferite motive este necesar un cilindru care, la
un anumit diametru şi pentru o anumită presiune de alimentare trebuie să dezvolte o forţă
mai mare decât poate dezvolta un cilindru normal. Pentru astfel de situaţii se construiesc
cilindrii cu două pistoane (figura 1.10).
A B D
C
Fig.1.10 Cilindru cu doua pistoane
Se poate observa că acest cilindru are patru racorduri de alimentare: pentru cursa
de avans sunt alimentate racordurile A şi B, iar C şi D sunt conectate la atmosferă, iar pen-
tru retragere racordurile C şi D sunt alimentate, iar A şi B sunt ventilate. Faţă de un cilindru
obişnuit, acesta dezvoltă o forţă de aproape două ori mai mare.
Cilindrii montaţi în tandem (spate în spate) asigură efectuarea cursei în două trepte
(figura1.11). Conectând la P racordul B cilindrul se deplasează spre dreapta. Menţinând
racordul B sub presiune, alimentăm şi racordul C. În acest caz se va deplasa tija din
dreapta. Cursa de retragere se obţine alimentând racordurile A şi D .
În practică există multe cazuri când este necesară frânarea ansamblului mobil la
capăt de cursă, pentru a evita şocurile ce pot duce la avarierea cilindrilor sau a
mecanismelor puse în mişcare de aceştia.
A B
10
Fig.1.11
Cilindii montari in
tanden
În figura 1.12 este prezentat un cilindru cu dublu efect cu frânare reglabilă la ambele
capete de cursă. Se poate observa că pentru ambele curse, de avans şi de revenire, este
prevăzut un circuit suplimentar de evacuare a camerei inactive printr-o secţiune
droselizată.
Luăm ca exemplu cursa de avans: în momentul în care manşonul 1 ajunge în dreptul
etanşării 2, evacuarea camerei din dreapta nu se mai poate face prin spaţiul dintre tija şi
capac. Aerul este obligat să curgă prin orificiul a cărui secţiune este reglată de droselul 3.
Această secţiune fiind mult micşorată, debitul de aer evacuat este mai mic.
Rezultatul este apariţia unei contrapresiuni în zona capătului de cursă ce se opune
depla-sării pistonului spre dreapta, deci îl frânează.
În funcţie de reglajul efectuat asupra droselului se obţine un efect de frânare mai
redus sau mai puternic. Reglând în mod diferit cele două drosele, se obţin efecte de frânare
diferite pe capetele de cursă.
1.2.2. Cilindri cu membrană:
Cilindrii cu membrană, sau camerele cu membrană, prezintă o serie de avantaje
funcţionale în comparaţie cu cilindrii cu piston: absenţa unor forţe de frecare în timpul
mişcării şi în special la începutul acesteia, conferă camerelor cu membrană promptitudine
şi siguranţă mare în funcţionare.
La cilindrii cu piston este posibilă chiar lipirea garniturii de cămaşă în cazul unor
opriri îndelungate, mai ales dacă pistonul are diametru mic.
Construcţia cilindrului cu membrană este mai simplă decât a cilindrului cu piston,
nefiind necesară o etanşare mobilă. Durabilitatea membranelor este mare, ele putând
funcţiona peste un milion de cicluri.
Dezavantaje ale cilindrilor cu membrană:
- cursa redusă a tijei (până la 60 mm, aproximativ), impusă de elasticitatea
membranei;
- limitările presiunii de lucru, deci a forţei în tijă, datorită rezistentei membranei.
1 2 3
Fig. 1.12
Cilindru cu dublu efect cu franare reglabila la ambele capete de cursa
A B C D
Fig.1.29
Cilindii montari in
tanden
11
În fig. 1.13 este prezentat un cilindru cu membrană elastic:
1-capacul cilindrului;
2-camasa;
3-membrana;
4-resortul de revenire
5-tija;
Un alt tip de cameră cu membrană se poate vedea în figura 1.14: În corpul 1, având
o formă plată, se află practicată camera propriu-zisă. Membrana 2 acoperă această
cameră şi este fixată etanş de către flanşa 3. Elementul 4, ce poate fi asimilat tijei cilindrului
este fixat de membrană datorită formei constructive a acesteia.
1 2 34
Caracteristic acestui tip de cameră cu membrană este cursa foarte mică, de ordinul
milimetrilor. Ea este utilizată pentru a realiza operaţii de frânare, blocare, prindere, tip
menghină.
Pentru a evita deteriorarea membranei, a cărei deformare nu este limitată prin
construcţia ansamblului, este necesar ca alimentarea cu aer comprimat (deci închiderea
menghinei) să se facă numai când distanţa până la partea fixă sau la piesa ce trebuie
strânsă este cel mult egală cu cursa indicată de producător.
1.3. Distribuitoare
Sunt elemente pneumatice cu rolul de a dirija energia pneumatică pe anumite
circuite, în concordanţă cu comenzile pe care le primeşte.
Distribuitoarele sunt de neînlocuit, practic neexistând circuit pneumatic (sau
hidraulic) fără să aibă minim un distribuitor. Orice distribuitor se compune din două părţi
principale: partea de distribuţie şi partea de comandă.
Partea de distribuţie are rolul de a realiza conexiunile între racordurile distribuitorului
conform schemei de comutare la primirea unei comenzi.
Partea de comandă are rolul de a determina comutarea etajului de distribuţie
conform comenzilor date.
Fig.1.13
Cilindru cu membrana elastic
Fig.1.14 Camera cu membrana
P
21 3 4 5
Fig. 7
12
Etajul de distribuţie are în compunere o parte fixă, care este corpul distribuitorului şi
o parte mobilă, care este organul de distribuţie. După forma constructivă de bază a
organului de distribuţie avem următoarea schemă de clasificare:
Distribuitoare cu:
sertar rectiliniu - cilindric; sertar rotativ - plan;
- plan; - conic;
- cu supape
.
Fig.1.15a Fig.1.15b
Distribuitor cu sertar rectiliniu Distribuitor cu sertar rectiliniu
cilindric comutat in pozitia extrema dreapta cilindric comutat in pozitia extrema
stanga
1.3.1 Distribuitor cu sertar rectiliniu cilindric:
În figura 1.15a se poate vedea secţiunea simplificată printr-un distribuitor 5/2 bistabil
comandat direct, pneumatic.
1 - corpul distribuitorului;
2 - elementul mobil (sertarul), care, prin deplasare rectilinie realizează schema de
comutare din figură.
3 - capace.
Pe umerii sertarului, în canale special practicate se introduc garniturile de etanşare
ce asigură, în condiţiile mişcării sertarului faţă de corp, izolarea între orificiul de presiune
şi cele aflate la presiunea atmosferică.
În figura 1.15a se observă că sertarul a fost împins în poziţia extremă dreapta de
presiunea din racordul 12. În acest timp racordul 14 trebuie să fie ventilat (conectat la
atmosferă) pentru a nu apărea o forţă de presiune care să se opună deplasării sertarului.
Se poate constata că absenţa oricărui resort determină staţionarea sertarului pe
ultima poziţie atinsă, chiar şi după încetarea comenzii.
Racordul 1 este conectat la consumatorul 2, iar consumatorul 4 este conectat la
orificiul 5, deci la atmosferă.
Generarea unui impuls de presiune, în racordul 14, după ce racordul 12 a fost
ventilat, determină comutarea distribuitorului pe a doua poziţie, unde racordul 1 se
conectează la 4, iar 2 la 3.
1 2 345 14
1 2 3
1 2 345 1412
1 2 3
1 2 345 1412 1 2 345 1412
Fig. 1a Fig. 1b
13
1.3.2 Distribuitor rectiliniu cu sertar plan:
În figura 1.16a,b se poate vedea un distribuitor rectiliniu cu sertar plan 4/2 bistabil,
comandat electric, pilotat pneumatic, cu posibilitate de comandă manuală.
Fig.1.16a Fig.1.16b
Distribuitor rectiliniu cu sertar plan Distribuitor rectiliniu cu sertar plan
cu sertar comutat spre dreapta cu sertar comutat spre stanga
Etajul de distribuţie este format din: corpul 1, capacele 2, în care se află elementele
de comandă manuală 3, pilotul 4 şi sertarul plan 5.
Când orificiul de comanda 12 este alimentat (figura 1.16a), forta de presiune apasa
în capul pilotului 4, care este împins spre dreapta.
Deplasarea pilotului determină şi deplasarea sertarului plan 5, cele două elemente
fiind solidare pe direcţia axială.
Resortul 6 realizează o forţă de apăsare a sertarului pe suprafaţa plană a
distribuitorului, asigurând etanşarea între orificii şi compensarea automată a uzurii
sertarului.
Observaţie: pilotul şi corpul distribuitorului sunt realizate din aliaje de Al, iar sertarul
5 este din material plastic.
Deplasându-se spre dreapta, sertarul deconectează orificiul 1 de la orificiul
consumatorului 4 si îl conectează la orificiul consumatorului 2, după ce acest orificiu a fost
izolat faţă de orificiul de evacuare 3.
Alimentarea racordului 14 determină deplasarea spre stânga a ansamblului mobil
pilot-sertar realizând schema de comutare corespunzătoare celei de-a doua poziţii (figura
1.16b).
1.3.3. Distribuitor cu sertar rotativ plan
Distribuitorul este 4/3 cu centrul închis, cu reţinere pe poziţie, comandat manual cu
pârghie; acesta este alcătuit din corpul C şi sertarul rotativ plan S, solidar cu pârghie de
acţionare.(figura 1.17)
Este un distribuitor simplu şi robust. În corp sunt practicate orificiile 1, 2, 3 şi 4, iar
în sertarul plan sunt practicate frezări ce permit conectarea orificiilor conform schemei de
12 141
42 3
12 141
42 3
1
2
34
5,6
14
distribuţie specifică fiecărei poziţii ocupată de sertar. Acest element este întîlnit deseori
instalat în amonte de unitatea de preparare a aerului comprimat ataşată consumatorului.
1.3.4. Distribuitor cu sertar rotativ conic
În figura 1.18 este reprezentat un distribuitor cu sertar rotativ cilindric 2/2 cu
acţionare manuală.În corpul 1 este practicat un alezaj conic, în care se montează sertarul
rotativ 2, acţionat de pârghia 3.
Distribuitorul este reprezentat în poziţia deschis, când racordul P este legat la
consumator şi în poziţia închis, când cele 2 racorduri sunt izolate.
Este un distribuitor robust, simplu şi compact ce îşi găseşte largi utilizări în
pneumatică, instalaţii de alimentare cu gaze, etc.
1.3.5 Distribuitoare cu supape
La aceste distribuitoare realizarea schemelor de conectare se realizează prin
închiderea sau deschiderea unor orificii interne distribuitorului cu elemente de etanşare de
tip supapă.
1
2
3
Fig. 1.18 Distribuitor cu sertar rotativ cilindric 2/2 cu
actionare manuala
1
2
3
4
1
2
3
4
4 2
31
1
2
3
4
1
2
3
4
C S
Fig.1.17
Distribuitor cu sertar rotativ plan 4/3 cu
centru inchis cu retinere pe pozitie comnadat
manual cu parghie
15
În figura 1.19 este prezentat un distribuitor 3/2
normal închis acţionat mecanic, cu revenire cu arc
(monostabil).
În poziţia de repaus, racordul P este închis datorită
ciupercii de cauciuc 2, care sub efectul forţei de presiune
şi a resortului inferior se sprijină pe scaunul practicat în
corpul distribuitorului.
Apăsând plunjerul 1, într-o primă etapă se
comprima resortului superior, iar plunjerul apasă asupra
ciupercii şi izolează racordul A faţă de R.
În a doua etapă, (apăsarea plunjerului continuă)
resortul inferior este comprimat, supapa se deschide şi
racordul P este conectat la consumator, prin spaţiul
dintre plunjer şi alezajul din corpul distribuitorului.
Când apăsarea asupra plunjerului încetează, forţa
de presiune şi resortul inferior determină închiderea
supapei, (elementele mobile se deplasează în sus) iar
resortul superior determină conectarea racordului A la
atmosferă.
1.3.6 Distribuitor 3/2 normal închis acţionat mecanic cu rolă, pilotat
pneumatic:
Acest tip de distribuitor este larg utilizat ca element de semnalizare a capătului de
cursă a cilindrilor pneumatici (fig. 1.20a,b).
Când elementul mobil apasă prin intermediul rolei pârghia 1, aceasta apasă, la
rândul ei plunjerul pilotului 2, deschizând accesul aerului în camera sertarului 3.
Forţa de presiune determină coborârea acestui sertar, care se lipeşte de plunjerul
4, izolând orificiul A faţă de orificiul R. Apăsarea se menţine, iar plunjerul 4 coboară (arcul
5 este comprimat) şi permite accesul aerului de la orificiul P la orificiul A.
A
R P
A
RP
A
RP
3
4
5
1
2
6
Când pârghia 1 este eliberată, supapa 2 se închide, iar camera pilotului se
ventilează. Resortul 5 şi forţa de presiune din racordul A determină izolarea racordului P
faţă de A şi conectează orificiul A la atmosferă. Se bserva că prin rotirea capacului 6
distribuitorul poate fi transformat din normal închis în normal deschis (fig. 1.20b).
A
P
R 1
2
A
P
R
Fig.1.19
Distribuitor cu supapa
3/2 normal inchis actionat
mecanic cu revenire cu arc
Fig.1.20a Fig. 1.20b
Distribuitor 3/2 normal inchis actionat Distribuitor 3/2 normal deschis actionat
mecanic cu rola pilotat pneumatic mecanic cu rola pilotat pneumatic
16
Se întâlnesc adesea situaţii când este necesar ca distribuitorul acţionat mecanic cu
rolă să fie activat numai pe o cursă a cilindrului (avans sau revenire).
Pentru aceasta, rola montată pe pârghie este articulată faţă de aceasta (fig. 1.21).
De exemplu, la cursa de avans a cilindrului distribuitorul este acţionat, însă la cursa de
revenire rola “se culcă”, ieşind din câmpul de acţionare al elementului mobil (camă).
1.3.7 Distribuitor cu supape 5/2 monostabil, comandat pneumatic, cu
posibilitate de comandă manuală:
122 1 53 4
12 4 123 5
1234567
Fig. 1.22 a,b
a) distribuitor cu supape 5/2 monostabil necomandat
b) distribuitor cu supapa 5/2 monostabil comandat
Spre deosebire de distribuitoarele discutate până acum, unde etanşarea
elementelor mobile faţă de cele fixe se făcea prin garnituri, la distribuitoarele din figura
1.22 a, b etanşările se fac prin intermediul membranelor. Prezenţa membranelor asigură
reducerea forţelor de frecare şi a timpului de comutare, însă ele sunt mai pretenţioase în
exploatare. Membranele pot fi metalice sau din elastomeri
În figura 1.22 a distribuitorul este neacţionat; orificiul 1 este conectat la
consumatorul 2, iar consumatorul 4 este conectat la atmosfera. Se poate observa ca
orificiul 2 este izolat fata de atmosfera datorita membranei 5, care este presata pe scaunnul
ei de catre resortul 6.
Cind este alimentat orificiul 12, (figura 1.22b) forta de presiune ce apare pe
membrana 1 impinge sertarul 3 catre stinga, comprimind resortul 6. Elementul de etansare
Fig.1.21 Distribuitor actionat mecanic cu rola montata pe parghie articulata
17
4 se deplaseaza solidar cu sertarul si se sprijina pe scaunul din stinga, izolind orificiul 1
fata de consumatorul 2 si conectindu-l la consumatorul 4. In acelasi timp, membrana 2 este
lipita de scaun, izolind orificiul 5 fata de consumatorul 4.
Cind inceteaza alimentarea orificiului de comanda 12, resortul 6 readuce sertarul in
pozitia initiala, conexiunile fiind cele din figura 1.22 a.
Butonul 7 permite resetarea manuala a distribuitorului in cazul blocarii sertarului.
Elementul de comutare manuala, situat in partea dreapta a acestuia, nu este vizibil in
sectiune, el aflindu-se in alt plan.
În tabelul de mai jos se prezintă diferite tipuri de distribuitoare
1.4. Senzori optici
Senzorii optici de proximitate folosesc dispozitive optice şi electronice pentru
detecţia obiectelor.În acest scop este folosită lumina roşie sau infraroşie. Ca surse de
18
lumină roşie sau infraroşie sunt folosite LED-urile. Acestea au dimensiuni mici, au o durată
de viaţă mare şi pot fi uşor modulate.Fotodiodele şi fototranzistoarele pot fi folosite ca
receptoriFolosirea senzorilor optici cu lumină roşie are avantajul că aceasta se află în
spectrul vizibil.Cablurile realizate din fibre optice pot fi de asemenea folosite în zona
lungimii d eundă a luminii roşii datorită atenuării reduse a luminii.
Spectrul infraroşu care nu este vizibil este folosit în cazurile în care creşterea
performanţelor luminii roşii este necesară În afară de aceasta, lumina infraroşie este mai
puţin susceptibilă la la interferenţe cu lumina ambientală.
Cu ambele tipuri de senzori optici, presiunea adiţională cauzată de influenţa luminii
externe este realizată prin intermediul modulării semnalului optic.
Simbolul senzorului optic:
În funcţie de tipil de senzor, comutarea se produce astfel:
a) Metoda de comutare la lumină - Ieşirea este închisă când fascicolul luminos nu este perturbat de un obiect - contact normal deschis.În cazul unui senzor cu fascicol lumi- nos, receptorul de ieşire este comutat dacă nu există un obiect dreptul fascicolului.
b) Metoda de comutare la întuneric – Ieşirea este deschisă (nu comută) când fascicolul luminos nu este perturbat de un obiect - contact normal închis.În acest caz receptorul de ieşire comută dacă in în dreptul fascicolului luminos se află un obiect. Limitări în funcţionare
Un senzor optic de proximitate poate fi expus în timpul funcţionării la contaminare
cu praf, aşchii,lubrefianţi, ceea ce conduce la perturbări în funcţionare. O contaminare
puternică în fascicolul de lumină poate cauza o intrerupere a acestuia.aceasta poate
simula prezenţa unui obiect.În cazul unui senzor cu difuzie , contaminarea puternică a
sistemului de lentile poate fi evaluată ca prezenţă a unui obiect şi lumina emisă este
reflectată înapoi la receptor ca rezultat al contaminării lentilelor. Contaminarea obiectului
insuşi poate conduce la evaluarea absenţei obiectului dacă este reflectată mai puţină
lumină ca rezultat al contaminării.
Senzorii optici au limita sigură de operare β, respectiv raportul dintre puterea
semnalului optic de la intrare PR şi puterea semnalului optic detectabil la pragul de
comutare PT , β =T
R
P
P. Factorul β depinde de distanţa dintre emitor şi receptor în cazul
unui senzor cu fascicol luminos, de distanţa dintre emitor şi reflector în cazul unui senzor
retroreflexiv, sau de distanţa dintre senzorul de proximitate şi obiect în cazul unui senzor
de difuzie.
Principiul de funcţionare se bazează pe prelucrarea unui semnal electric care apare
ca urmare a intreruperii sau reflectării unui flux luminos produs de un dispozitiv electrolumi-
niscent de către un element de comutaţie.
19
Schema bloc este prezentată în figura 1.23.
Fig.1.23. 1Oscilator; 2Emitor fotoelectric; 3Receptor fotoelectric;4Preamplificator;
5Operator logic; 6 Convertor digital analog; 7Afişaj de stare; 8 Ieşire cu circuit de protecţie;
9 Sursă de alimentare externă; 10 Sursă de tensiune constantă internă; 11 Distanţa optică
de comutare; 12 Ieşirea de comutare.
Emiterul poate fi:
a) în cazul în care conexiunea se realizează fără fibră optică – GaAlAs infraroşu lungimea de undă 880nm( spectrul invizibil)
b) ) în cazul în care conexiunea se realizează cu fibră optică – GaAlAs infraroşu lungimea de undă 660nm( spectrul vizibil Receptorul poate fi un fototranzistor cu siliciu sau fotodiodă cu siliciu.
Senzorii de proximitate optici obişnuiţi au întotdeauna în construcţia lor elemente de
protecţie:
protecţie la inversarea polarităţii, protecţia ieşirii la scurtcircuit, protecţia la vârfuri de tensiune.
Funcţiile de comutare se clasifică astfel:
-Metoda de comutare la lumină – ieşirea comută, (se inchide) când în calea
fascicolului de lumină se află un obiect - contact normal deschis.
-Metoda de comutare la întuneric – ieşirea este deschisă (nu comută) când în calea
fascico- lului luminos se află un obiect - contact normal închis.
Construcţia unui senzor optic de proximitate
Un senzor optic de proximitate este alcătuit din două părţi principale:emitorul şi
receptorul.În funcţie de utilizare, sunt necesare reflectoare şi cabluri cu fibre optice.
Emiterul şi receptorul pot fi instalate într-o incintă comună în cazul senzorilor de
difuzie sau retroreflexivi sau în incinte separate ca în cazul senzorilor cu fascicol luminos.
În emiter se află sursa care emite lumină roşie sau infraroşie şi care conform legilor
opticii poate fi răspândit în linie dreaptă, poate fi deviată, focalizată, intreruptă, reflectată
sau direc- ţionată. Este acceptată de receptor, separată de lumina externă şi evaluată
electronic.
Senzorul de proximitate este prevăzut cu un scut interior separat de incintă.
Componentele electronice sunt încapsulate iar la ieşire se află un potenţiometru pentru
reglajul sensibilităţii. De obicei un senzor include şi un LED care semnalizează când ieşirea
comută.acest LED serveşta ca mijloc de semnalizare şi de reglare.
Funcţionarea senzorului optic
1 2 3 4 5 6 7 8
9
10
11
12
20
Dacă un corp C oarecare (de exemplu tija pistonului care se deplasează in corpul
unui cilindru este aşezat în dreptul razei de lumină emisă de LED, aceasta este reflectată
şi receptată de fotocelulă care se excită şi emite un semnal către etajul de sincronizare.
C
DF
CEC
F
D
Figura 1.24. Figura 1.25.
Acest etaj verifică dacă semnalul provine de la sursa proprie de lumină sau este un
semnal perturbator. Dacă semnalul este acceptat , el este amplificat şi devine semnal de
comandă pentru elemen tul de comutaţie.În figura 1.25 este prezentată o variantă de
senzor optic la care receptorul - foto celula- este un element separat , legat de emiţător
prin conductori electrici CE. În absenţa unui corp C între emiţător şi receptor, etajul de
comutaţie nu este activat. Dacă un corp intră în raza de acţiune a emiţătorului, raza de
lumină emisă nu mai este receptată de fotocelulă şi etajul de comutaţie este activat, deci
senzorul semnalizează prezenţa corpului.
O altă variantă a senzorului opto-electronic, unde emiţătorul şi receptorul sunt în
aceeaşi carcasă, este prezentată schematic în fig. 1.26.
În acest caz, raza de lumină este reflectată de o oglindă O plasată, de exemplu, de
cealaltă parte a tijei cilindrului a cărui mişcare trebuie semnalizată. Etajul de comutaţie este
activat atunci când la receptor nu mai ajunge raza de lumină emisă de dioda luminiscentă.
DFC
O
Fig.1.26
1.5. Temporizatoare
Sunt aparate electrice care realizează o temporizare controlată între momentul t0
când este iniţiată sau anulată o comandă şi momentul t1 când este executat ordinul de
efectuare sau de anulare a comenzii. Durata temporizării ( t1- t0) se obţine prin utilizarea
unor circuite electrice în care are loc încărcarea/descărcarea unui condensator electric.
În fig 2.27.a este prezentată schema electrică a releului de timp ce realizează
temporizarea încetării execuţiei unei comenzi (la declanşare). La momentul t0 se apasă
butonul S1 şi prin intermediul diodei D1 este alimentată bobina K1 a releului electromagnetic
care comandă închiderea căii de curent 1314. Simultan, se încarcă condensatorul C1
conectat în paralel la bornele bobinei.
21
L
L
14
13
K1
C1
R1
D1
S1
R2
R1
R2
C1
K1
a) b)
Fig 1.27 Funcţionarea releului de timp.
La momentul t1 se eliberează butonul S1 şi se întrerupe alimentarea circuitului de
temporizare. Condensatorul C1 începe să se descarce (fig 1.27.b) prin bobina K1 şi
rezistenţele R1 şi R2, tensiunea electrică la bornele sale scăzând exponenţial. Bobina îşi
menţine starea de activare după momentul t1 atât timp cât tensiunea la bornele sale
(identice cu cele ale condensatorului) nu scade sub valoarea pragului minim necesar
funcţionării (fig 1.28). Atingerea acestui prag minim la momentul t2 conduce la deschiderea
căii de curent 1314.
Deoarece timpul de descărcare al condensatorului prin circuitul indicat în fig 1.27.b
este direct proporţional cu produsul 211 RRC , temporizarea 12 tt=t poate fi reglată
prin varierea rezistenţei R1. Dimensionând corespunzător elementele din circuit se obţin
temporizatoare cu diferite caracteristici de funcţionare.
1
12
2
D1
R1
C1
Fig 1.28 Temporizarea releului. Fig 1.29 Analogie pneumatic/electric.
Din prezentarea funcţionării releului de timp se poate face o analogie între
elementele pneumatice şi cele electrice (fig 1.29):
- dioda D1 funcţionează ca o supapă de sens;
- rezistenţa R1 reglabilă este similară unui drosel reglabil;
- condensatorul electric C1 are aceeaşi funcţie ca rezervorul temporizatorului
pneumatic; el stochează energie;
- întrerupătorul ND comandat de K1 este similar distribuitorului 3 2 NÎ.
În cazul releului de timp cu temporizare la execuţia comenzii (la anclanşare) –
fig1.30, dioda D1 este conectată invers în schemă, astfel că, la apăsarea butonului S1
alimentarea condensatorului C1 şi a bobinei K1 se face lent, prin rezistenţa reglabilă R1.
Când S1 este eliberat, condensatorul se descarcă rapid prin dioda D1 şi bobina neactivată
22
deschide linia de curent 1314. În fig1.31 se poate observa schema de temporizare
pneumatică, similară.
1
12
2
D1
R1
C1
L
L
14
13
K1
C1
R1
D1
S1
R2
Fig 1.30 Analogie pneumatic/electric. Fig 1.31 Temporizare la anclanşare
Sunt aparate a căror funcţie este realizarea unei temporizări în cadrul ciclului de
funcţionare al unei instalaţii.
Temporizarea se poate face în mai multe moduri:
1 - Temporizare între momentul t0 al iniţierii comenzii până în momentul t1 al
execuţiei acestei comenzi.
În figura 1.32 este prezentat schematic, iar în fig. 1.33 este arătat în secţiune un
temporizator de acest tip, compus din următoarele elemente: droselul de cale 1 rezervorul
2 şi distribuitorul 3/2 monostabil (normal închis sau normal deschis) 3.
Modul de funcţionare: Racordul P este alimentat. În momentul t0 când racordul 12
este alimentat, prin droselul 1 începe umplerea lentă a rezervorului 2.
P
12
A
R
1
2 3
12
3
P
A
R
Fig. 1.32 Simbol temporizator Fig. 1.33 Sectiune prin temporizator
Când în rezervor este atinsă presiunea minimă necesară comutării distribuitorului
3, la momentul t1, acesta comută şi conectează orificiu P la A, după ce orificiul A a fost
izolat faţă de R, generând o comandă în instalaţie. În momentul în care dispare semnalul
de comandă, la t2, din racordul 12, rezervorul se goleşte rapid prin supapa de sens şi
distribuitorul comută rapid în poziţia iniţială.
În figura 1.34 este prezentată diagrama de comutare a temporizatorului suprapusă
cu diagrama variaţiei presiunii în rezervorul 2. Reglarea duratei de temporizare se face din
23
droselul 1, iar mărirea plajei de reglare a temporizatorului se poate face mărind capacitatea
rezervorului.
2 - Temporizare între momentul t1 când comanda a fost anulată şi momentul t2 când
temporizatorul generează în sistem semnalul de anulare a comenzii, deci de încetare a
execuţiei acestei comenzi.
În fig. 1.35 este prezentat schematic temporizatorul de acest tip, iar în fig. 1.36
diagramele de comutare şi de variaţie a presiunii în rezervorul 2.
Pretea
PC
1
1
0
0
e
a
t0
t1
t
Fig. 1.34 Diagtama de comutare a temporizatorului si diagrama de variatie a
presiunii in rezervor
P
12
A
PC
1
10
0
e
a
t1
t
Pretea
t1
t0
t
Fig. 1.35
Simbol de temporizare intre
momentul t1 si t2
Fig. 1.36
Diagrama de comutare a
temporizatorului si diagrama de variatie a
presiunii in rezervor
Se observă că diferenţa între cele două temporizatoare constă în modul de
conectare a supapei de sens.
3 - Temporizare atât de la momentul t0 al iniţierii comenzii până la momentul t1 al
execuţiei ei, cât şi temporizarea de la momentul t2 al încetării comenzii până la momentul
t3 când se produce efectul încetării comenzii (fig. 1.37).
În fig. 1.38 este prezentat schematic acest temporizator. Se observă că respectiva
schemă de temporizator se obţine conectând în serie două drosele de cale, cu supapele
în opoziţie.
24
Reglarea diferită a celor două drosele permite obţinerea unor durate de temperatură
diferite, adică t1 – t0 t3 – t2.
PC
1
1
0
0
e
a
Pretea
t2
tt3t
0
tt1
P
12
A
Fig. 1.37
Diagrama de comutare a
temporizatorului si de variatie a presiunii in
rezervor
Fig.1.38
Simbol de temporizator de la t0 la t1
25
II. EXEMPLU PRACTIC DE PROIECTARE - FLUIDSIM
2.1. mediul de proiectare ”FLUIDSIM”
3.2. Exemplu de proiectare în „Fluidsim” –
26
BIBLIOGRAFIE
1. Frandoş S — Mecatronică, Editura Economica
2. Robert M , Frăţiloiu Gh
— Ed .Electrotehnică şi electronică aplicată, Preuniversitaria, Bucureşti, 2006
3. Mareş F si colectiv — Elemente de comandă şi control, Editura Negro, Galaţi, 2001
4. Călin S — Aparate şi echipamente de automatizare,Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,1996
5. Trifu A — Electronică digitală, Editura Economică Preuniversitară, Bucureşti, 2000