POLITECHNIKA ÅšL
SKA
WYDZIAA
ELEKTRYCZNY
KATEDRA MECHATRONIKI
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Automatyzacja procesów
Przedmiot:
technologicznych
Symbol ćwiczenia:
APT6
Projektowanie sekwencyjnych układów
Tytuł ćwiczenia:
pneumatycznych
SPIS TREÅšCI
Spis rysunków 2
1. CELE ĆWICZENIA 3
2. PODSTAWOWE WIADOMOÅšCI 3
3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE 6
3.1. Obiekt badany 6
3.2. UrzÄ…dzenia dodatkowe 6
3.3. Oprogramowanie 6
4. PROGRAM ĆWICZENIA  WYKAZ ZADAC
DO REALIZACJI 6
5. PRZYKA
AD REALIZACJI ZADANIA  PROGRAMOWANIE 6
OKREÅšLONEJ SEKWENCJI DWUSTANOWEJ
6. RAPORT 8
7. PYTANIA 8
Literatura 8
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
 instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
SPIS RYSUNKÓW
1. Czterowejściowa kaskada pneumatyczna [1]. 3
2. Czterowejściowa kaskada pneumatyczna z zabezpieczeniami [1]. 3
3. Czterowejściowa jednostka krokowa [1]. 4
Widok okna programu FluidSIM.
4. 6
5. Graf sekwencji przełączania. 7
6. Cyklogram układu ze sterowaniami. 7
7. Układ sterujący sekwencyjnie siłownikiem trójstanowym zgodnie z zadaną 7
sekwencjÄ….
8. Przebieg czasowy pozycji oraz prędkości tłoczyska siłownika. 7
9. Przełącznik sekwencyjny Quickstepper. 8
2
Projektowanie sekwencyjnych układów pneumatycznych
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
 instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
1. CELE ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zaprojektowanie sekwencyjnego układu pneumatycznego
realizującego określony cykl pracy zgodnie z podanym cyklogramem. Następnie wyznaczenie
przebiegów czasowych sygnałów sterujących lub zasilających istotne elementy (siłowniki,
zawory) oraz przedstawienie cykli pracy w postaci grafu.
2. PODSTAWOWE WIADOMOÅšCI
Pneumatyczne elementy wykonawcze współpracują z innymi urządzeniami automatyki
przemysłowej realizując proste czynności wykonywane w sposób sekwencyjny. Są to
najczęściej manipulatory posiadające niewielką liczbę stopni swobody (DoF  Degrres of
Freedom) wykonanych w postaci prostych  dwustanowych siłowników jednostronnie lub
dwustronnie zasilanych. Zadania to podawanie i/lub odbieranie elementów do/z obrabiarek,
przytrzymywanie elementów w trakcie procesów technologicznych takich jak wiercenie lub
stemplowanie.
Podstawowym elementem układu sterowania jest układ sekwencyjny, którego zadaniem
jest wystawianie kolejnych stanów sterujących procesem. Praca może odbywać się w sposób
automatyczny lub ciągły. Na rys. 1-4. przedstawiono realizację przykładowych
pneumatycznych układów sekwencyjnych realizujących sekwencję czterocyklową.
Rys. 1. Czterowejściowa kaskada Rys. 2. Czterowejściowa kaskada pneumatyczna
pneumatyczna [1]. z zabezpieczeniami [1].
3
Projektowanie sekwencyjnych układów pneumatycznych
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
 instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 3. Czterowejściowa jednostka krokowa [1].
Rys. 4. Czterowejściowa jednostka krokowa z zabezpieczeniami [1].
Przedstawione na rysunkach 1 i 2 kaskady pneumatyczne sÄ… to czterodrogowe zawory
rozdzielające połączone szeregowo, dodatkowo na rysunku 2 zabezpieczone koniunkcyjnie.
Na rysunkach 3 i 4 przedstawiono jednostkę krokową (łańcuch taktowo-stopniowy) będący
odmianą licznika pierścieniowego. Zabezpieczenia zastosowane w układach
zaprezentowanych na rys 2 i 4 mają za zadanie umożliwienie sterowania kolejnego kroku (si)
tylko w przypadku, jeżeli układ znajduje się w kroku poprzednim (si-1) oraz zostało
wymuszone sterowanie (ei). Zabezpieczenie takie zapewnia wykonanie ściśle określonego
cyklu pracy. Zgubienie kroku spowoduje zatrzymanie całego procesu. Powyższe układy
można łatwo uogólnić na n wejść i wyjść.
Opis działania projektowanego układu można podać na następujące sposoby:
- opis słowny,
- opis z wykorzystaniem określonej symboliki,
- opis za pomocÄ… cyklogramu,
- opis za pomocÄ… grafu.
W układach pneumatycznych przyjęto używać następujące symbole:
+  wysunięcie tłoczyska siłownika, zadziałanie zaworu, zapalenie się lampki kontrolnej
itp.,
-  wsunięcie tłoczyska siłownika, wyłączenie zaworu, zgaszenie się lampki kontrolnej
itp.
+ -  działania krótkotrwałe (impulsowe) np. naciśnięcie jakiegoś przycisku ręcznego.
4
Projektowanie sekwencyjnych układów pneumatycznych
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
 instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Przykładowy cykl pracy można przedstawić w następujący sposób:
S+-, A+, B+, B-, C+, D+, D-, C- ,A-
Gdzie S to przycisk  Start A, B, C, D  siłowniki manipulatora.
Graf opisujący działanie układu składa się z wierzchołków grafu, którym przypisuje się
stany wewnętrzne (pozycje siłowników, sygnały z wyłączników krańcowych, sygnały
sterujące z zewnątrz) oraz łuków skierowanych, którymi opisuje się sygnały wejściowe
powodujące przełączanie kolejnych stanów. Sygnały sterujące można zaznaczyć także na
cyklogramie.
Nieanalityczny algorytm projektowania układu sterowania wykonuje się w następujący
sposób [1]:
1) Narysować graf, na podstawie warunków pracy,
2) Podzielić graf na grupy tak, aby w każdej grupie dany element zmieniał stan tylko raz,
stan stabilny (Stop) powinien znajdować się na początku swojej grupy, grupy nie musza
być symetryczne,
3) Dobrać blok pamięci tak, aby liczba stanów była równa liczbie grup z punktu 2).
4) Z wyjść s1  sn zasilić wyłączniki krańcowe znajdujące się w danej grupie (jeżeli są
wykorzystywane w kilku grupach, to zasilamy je niezależnie i ich wyjścia łączy się
z odpowiednimi wyjściami bloku pamięci przez elementy koniunkcji (AND),
5) Wejścia od bloku pamięci połóczyć z wejściami tych elementów, które odpowiadają
łukom występującym na granicy podziału na grupy, jeżeli łuk jest opisany kilkoma
symbolami, to odpowiadające im wyłączniki należy połączyć szeregowo,
6) Wejścia zaworów rozdzielających, sterujących siłownikami, połączy c z wyjściami tych
elementów (np. wyłączników krańcowych, z których sygnały mają powodować określone
działanie oznaczone na wierzchołku grafu, gdy element powoduje równocześnie zmianę
stanu jednostki taktującej, wtedy bezpośrednio połączyć odpowiednie wejście zaworu
rozdzielającego z odpowiednim wyjściem jednostki taktującej (zgodnie z pkt. 9),
7) Przy równoczesnym działaniu siłowników, ich wejścia łączyć równolegle,
8) Jeżeli różne sygnały mają powodować to samo działanie siłownika, to przed zaworem
rozdzielającym, sterującym danym siłownikiem należy zastosować alternatywę (OR),
9) Przejście do pierwszego stanu w grupie jest powodowane bezpośrednio przez odpowiedni
sygnał wyjściowy si z bloku pamięci,
10) Sygnał powodujący przejście do stanu stabilnego wykorzystuje się do zasilania elementu
wejściowego (przycisk  Start ), powodującego przejście z tego stanu do następnego
5
Projektowanie sekwencyjnych układów pneumatycznych
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
 instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE
3.1. Obiekt badany
Brak
3.2. UrzÄ…dzenia dodatkowe
Brak
3.3. Oprogramowanie
żð FluidSIM.
Rys. 4. Widok okna programu FluidSIM.
4. PROGRAM ĆWICZENIA  WYKAZ ZADAC
DO REALIZACJI
żð Zapoznanie siÄ™ z pneumatycznymi ukÅ‚adami sekwencyjnymi.
żð Zaprojektować oraz zasymulować ukÅ‚ad sekwencyjny zÅ‚ożony z (co najmniej) 4 stanów.
żð Dla realizowanego ukÅ‚adu przedstawić graf ukÅ‚adu.
żð Dla realizowanego ukÅ‚adu przedstawić cyklogram pracy z naniesionymi sygnaÅ‚ami
sterowania.
żð Przedstawić  rzeczywiste przebiegi czasowe najistotniejszych elementów ukÅ‚adu
zarejestrowane za pomocą diagramu stanów (State Diagram) w programie FluidSim.
5. PRZYKA
AD REALIZACJI ZADANIA  PROGRAMOWANIE OKREÅšLONEJ
SEKWENCJI DWUSTANOWEJ
Zadanie:
6
Projektowanie sekwencyjnych układów pneumatycznych
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
 instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Zadanie polega na ustaleniu sekwencji przełączania siłownika trójstanowego zgodnie
z sekwencją S+-, A+, B+, A- B-, opóz
nienie (DðT) miÄ™dzy kolejnymi stanami podawane jest
za pomocą pneumatycznych układów opóz
niających dla każdej krańcówki osobno.
Graf sterowania:
A+
P1+DðT
S+
S1
S B+
S2
P2+DðT
A-B-
P0+DðT
Rys. 5. Graf sekwencji przełączania.
Rys. 6. Cyklogram układu ze sterowaniami.
Realizacja zadania:
Rys. 7. Układ sterujący sekwencyjnie siłownikiem trójstanowym zgodnie z zadaną
sekwencjÄ….
Rys. 8. Przebieg czasowy pozycji oraz prędkości tłoczyska siłownika.
7
Projektowanie sekwencyjnych układów pneumatycznych
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
 instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
6. RAPORT
Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:
żð Krótki opis zagadnienia.
żð RealizacjÄ™ ukÅ‚adowÄ… postawionego zadania.
żð Graf, cyklogram oraz przebieg czasowy zmian parametrów (pozycja, prÄ™dkość, stan)
najważniejszych elementów układu.
żð Podsumowanie i wnioski.
7. PYTANIA
1. Omów działanie siłowników jednostronnego i dwustronnego działania.
2. Wyjaśnij zasadę pracy układu logicznego AND i OR na podstawie symbolu.
3. Scharakteryzuj metody projektowania pneumatycznych układów przełączalnych (zalety
i wady): metoda intuicyjna, metoda algorytmiczna (nieanalityczna), metoda analityczna.
Która metoda została opisana w ćwiczeniu?
4. Zadanie dodatkowe: zrealizuj zadany układ wykonawczy z wykorzystaniem bloku
przełączalnego Quickstepper (Pneumatic -> Valve Groups).
Przykład użycia bloku przedstawia Rys. 9.
Rys. 9. Przełącznik sekwencyjny Quickstepper.
LITERATURA
1. Szenajch W.: Napęd i sterowanie pneumatyczne. Podręczniki akademickie mechanika.
Wyd. 3 zmienione, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1992, 1997.
Opracowanie: Marek Kciuk
8
Projektowanie sekwencyjnych układów pneumatycznych