Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Spis treści

1 Elektropneumatyczne elementy i układy automatyki...........................................................2

1.1 Wprowadzenie do sterowania w układach elektropneumatycznych.............................3

1.2 Odmiany konstrukcyjne zaworów sterowanych elektropneumatycznie........................6

1.3 Dwustopniowy zawór 3/2 sterowany elektrycznie........................................................8

1.4 Dwustopniowy zawór 5/2 sterowany elektrycznie monostabilny...............................11

1.5 Dwustopniowy zawór 5/2 sterowany elektrycznie bistabilny.....................................11

1.6 Dwustopniowy zawór 5/3............................................................................................12

2 Elementy elektryczne stosowane w elektropneumatycznych układach automatyki..........14

2.1 Urządzenie zasilające...................................................................................................14

2.2 Przełączniki..................................................................................................................14

2.3 Czujniki........................................................................................................................15

2.3.1 Łącznik krańcowy.................................................................................................15

2.3.2 Bezstykowa sygnalizacja położenia tłoka............................................................16

2.3.3 Przełączniki kontaktronowe..................................................................................17

2.3.4 Czujniki indukcyjne..............................................................................................18

2.3.5 Czujniki pojemnościowe......................................................................................19

2.3.6 Czujniki ciśnienia.................................................................................................20

2.4 Przekaźniki i styczniki.................................................................................................21

1

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

1 Elektropneumatyczne elementy i układy automatyki

Typowy układ pneumatyczny składa się ze źródła zasilania, zaworów sterujących

kierunkiem, natężeniem przepływu lub ciśnieniem, elementów wykonawczych i zaworów

zapewniających możliwość sterowania przez operatora oraz zaworów realizujących

sprzężenie zwrotne od stanu elementów wykonawczych. W układach tego typu sprężone

powietrze jest nośnikiem energii oraz informacji.

W przypadku układów elektropneumatycznych sprężone powietrze spełnia wyłącznie rolę

nośnika energii. Nośnikiem informacji jest sygnał elektryczny. Strukturę układu

elektropneumatycznego oraz przepływ energii i sygnałów sterujących pokazano na

rysunku 1.

Rys. 1. Struktura układu elektropneumatycznego

2

P

n

eu

m

at

yc

zn

e

Ź

ró

dło

Z

a

sil

an

ia

E

le

ktr

yc

zn

e

Ź

ró

dło

Z

a

sil

a

nia

P

rz

yg

o

to

w

an

ie

S

p

rę

żo

n

eg

o

P

o

w

ie

trz

a

Elektryczne

Elementy

Przełączające

Z

a

w

o

ry

E

le

m

en

ty

W

yk

o

n

aw

cz

e

C

zu

jn

ik

i

Panel

Operatora

Stan

Procesu

- kierunek przepływu energii pneumatycznej

- kierunek przepływu energii mechanicznej

- kierunek przepływu sygnału elektrycznego

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

W rozdziale 1 szczegółowo omówione zostaną elektropneumatyczne zawory rozdzielające

natomiast elektryczne elementy przełączające oraz czujniki stosowane w układach

elektropneumatycznych omówione zostaną w rozdziale 2.

1.1 Wprowadzenie do sterowania w układach elektropneumatycznych

Do wyjaśnienia zasady działania układów elektropneumatycznych posłużono się

prostym przykładem podajnika pneumatycznego zbudowanego na bazie siłownika

jednostronnego działania i zaworu rozdzielającego 3/2 sterowanego elektrycznie. Ideę

działania tego układu zaprezentowano na rysunku 2.

Na rysunku 2a przedstawiono rozważany układ elektropneumatyczny w sytuacji gdy

zasilanie cewki elektromagnesu sterującego rozdzielaczem 3/2 jest wyłączone. Odpowiada

to sytuacji gdy styk przekaźnika X jest otwarty. Zgodnie z zasadą działania zaworu

rozdzielającego 3/2, o położeniu początkowym zaworu decyduje sprężyna o ile na zawór nie

działa żaden sygnał sterujący. W tym przypadku droga 1 zaworu jest odcięta, natomiast

drogi 2 i 3 rozdzielacza połączone są ze sobą w taki sposób by odpowietrzyć komorę

roboczą siłownika jednostronnego działania. W tej sytuacji o położeniu siłownika

jednostronnego działania decyduje wbudowana sprężyna.

Jeżeli styki sterujące przekaźnikiem X zostaną zamknięte, prąd płynący przez cewkę

elektromagnesu spowoduje zmianę położenia zaworu rozdzielającego 3/2 w taki sposób, że

drogi 1 i 2 zostaną połączone umożliwiając przepływ sprężonego powietrza ze źródła

zasilania 1 do komory roboczej siłownika jednostronnego działania (rysunek 2b). Siłownik

wysunie się i pozostanie w tym położeniu tak długo jak długo cewka elektromagnesu będzie

zasilana.

3

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 2. Sterowanie w układach elektropneumatycznych na przykładzie siłownika

jednostronnego działania i zaworu rozdzielającego 3/2 sterowanego elektrycznie:

a) stan układu dla rozwartych styków przekaźnika X, b) stan układu dla zwartych styków

przekaźnika X, 1 – źródło zasilania, 2 -yjście zaworu, 3 - odpowietrzenie

Sposób w jaki sygnał elektryczny małej mocy zamieniany jest na ruch elementu

roboczego zaworu rozdzielającego został zaprezentowany na przykładzie zaworu sterowania

wstępnego (rysunek 3). Zawór sterowania wstępnego nazywany również pilotem to zawór

rozdzielający 3/2 sterowany przy pomocy cewi elektromagnesu. Prąd płynący

w uzwojeniach cewki wytwarza siłę Lorentza niezbędną do podniesienia zwory – elementu

roboczego zaworu. Zwora wykonana jest z miękkiego żelaza wykazującego właściwości

ferromagnetyczne. Element ten widoczny jest na powiększeniu rysunku 3a. Sprężyna ustala

dolne położenie zwory zapewniając zamknięcie drogi 1 zaworu. Uniesienie zwory jest

możliwe po włączeniu zasilania cewki lub ręcznie poprzez zmianę położenia krzywki A.

Uniesiona polem elektromagnetycznym zwora otwiera przepływ sprężonego powietrza

pomiędzy drogami 1 i 2 natomiast droga 3 jest w tym samym czasie zamknięta. Sytuację

taką pokazano na rysunku 3b.

4

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 3. Zasada działania zaworu sterowania wstępnego: 1 – droga zasilania, 3 – droga odpowietrzenia,

2 – droga wyjściowa

Zawory sterowane bezpośrednio sygnałem elektrycznym konstruuje się z reguły na

bardzo małe natężenia przepływu i stosunkowo wąski zakres ciśnień pracy tak aby zapewnić

jak najmniejszą moc potrzebną do zasilania elektromagnesu. Jeżeli konieczne jest

zastosowanie zaworu o dużych lub bardzo dużych natężeniach przepływu oraz szerszym

zakresie ciśnień zasilania, stosuje się zawory o dwóch stopniach sterowania. Zawór

dwustopniowy to konstrukcja, w której możemy wyróżnić zawór sterowania wstępnego oraz

wzmacniacz pneumatyczny, którym jest zawór sterowany pneumatycznie zapewniający

pożądaną wartość nominalnego natężenia przepływu oraz ciśnienia pracy. Ponieważ element

roboczy ostatniego stopnia sterowania zaworu dwustopniowego posiada zwykle niewielką

średnicę dlatego konieczne jest zastosowanie elementu pośredniego, który zapewnia

wzmocnienie siły niezbędnej do zmiany położenia tego elementu. Na rysunku 4 pokazano

fragment konstrukcji elektropneumatycznego dwustopniowego zaworu rozdzielającego,

5

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

gdzie wyróżniony został zawór sterowania wstępnego oraz tłoczek zapewniający

wzmocnienie siły niezbędnej do przemieszczenia suwaka zaworu. Na rysunku 4a pokazano

stan zaworu przed jego uruchomieniem a na rysunku 4b zmiany, które nastąpiły po

załączeniu zasilania cewki elektromagnesu.

Rys. 4. Zawór sterowania wstępnego w konstrukcji dwustopniowego zaworu rozdzielającego: a) normalny stan

pilota, b) stan pilota po włączeniu zasilania; 1 - droga zasilania, 2 - droga odpowietrzenia, 3 - zwora,

4 – pomocnicze sterowanie ręczne, 5 – element roboczy drugiego stopnia zaworu

1.2 Odmiany konstrukcyjne zaworów sterowanych elektropneumatycznie

Najczęściej spotykane konstrukcje zaworów elektropneumatycznych posiadają trzy

lub pięć dróg oraz dwa lub trzy położenia. Symbole graficzne najczęściej spotykanych

konstrukcji zaworów elektropneumatycznych zestawiono w tabeli .

6

b)

a)

1

2

3

4

5

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Tabela 1. Symbole graficzne najczęściej występujących zaworów elektropneumatycznych

Symbol graficzny

Nazwa oraz opis funkcji

Zawór odcinający 2/2 sterowany

elektropneumatycznie z pomocniczym

sterowaniem ręcznym.

Zawory 3/2 sterowne

elektropneumatycznie z pomocniczym

sterowaniem ręcznym:

a) zawór normalnie zamknięty,

b) zawór normalnie otwarty.

Zawór 5/2 monostabilny sterowany

elektropneumatycznie z pomocniczym

sterowaniem ręcznym

Zawór 5/2 bistabilny sterowany

elektropneumatycznie z pomocniczym

sterowaniem ręcznym

Zawory 5/3 sterowane

elektropneumatycznie z pomocniczym

sterowaniem ręcznym:

a) zawór z odciętymi drogami

w położeniu zerowym,

b) zawór z odpowietrzonymi drogami

w położeniu zerowym.

7

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

1.3 Dwustopniowy zawór 3/2 sterowany elektrycznie

Na rysunku 5 przedstawiono przykładową konstrukcję dwustopniowego rozdzielacza

3/2 sterowanego elektropneumatycznie o konstrukcji grzybkowej. W chwili gdy zwora

pilota znajduje się w pozycji nominalnej wymuszonej sprężyną, grzybek zaworu głównego

odcina możliwość przepływu sprężonego powietrza z drogi zasilającej 1 (rysunek 5). Po

podaniu napięcia na cewkę elektromagnesu, zwora unosi się powodując wzrost ciśnienia w

komorze nad tłoczkiem wymuszającym ruch grzybka zaworu głównego. Następuje otwarcie

drogi 1 oraz odcięcie drogi 3 co oznacza swobodny przepływ sprężonego powietrza

pomiędzy drogami 1 i 2 (rysunek 5b).

Rys. 5. Konstrukcja dwustopniowego zaworu 3/2: 1 – droga zasilania, 2 – droga

wyjścia, 3 – droga odpowietrzenia, A - pomocnicze sterowanie ręczne

8

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

1.4 Dwustopniowy zawór 5/2 sterowany elektrycznie monostabilny

Na rysunku 6 przedstawiono konstrukcję dwustopniowego zaworu 5/2

monostabilnego sterowanego elektrycznie. Zawory tego typu wyposażone są w pojedynczą

cewkę elektromagnesu. Pozycja początkowa suwaka zaworu, ustalana jest przy pomocy

sprężyny mechanicznej 8 wspomaganej tzw. sprężyną pneumatyczną. Dla tak ustalonego

położenia zaworu realizowane jest połączenie dróg 1 i 2 oraz 4 i 5 natomiast droga 3 jest w

tym czasie odcięta (rysunek 6a). W chwili kiedy przez cewkę 9 płynie prąd, zwora 6 unosi

się a w komorze 7 układu wzmocnienia siły następuje wzrost ciśnienia (rysunek 6b). Siła na

tłoczku w układzie wzmocnienia siły jest wielokrotnie większa od siły sprężyny

mechanicznej i pneumatycznej co umożliwia pewne przesunięcie suwaka zaworu w prawe

skrajne położenie. Dla tak ustalonego położenia zaworu realizowane jest połączenie dróg 1

9

Rys. 6. Konstrukcja dwustopniowego zaworu 5/2 monostabilnego: 1 – droga zasilania, 2 i 4 – drogi

wyjściowe, 3 i 5 – drogi odpowietrzenia, 6 – zwora zaworu sterowania wstępnego, 7 – element wzmocnienia

siły, 8 – sprężyna mechaniczna oraz sprężyna pneumatyczna, 9 – cewka elektromagnesu, 12 – zawór

sterowania wstępnego, 84 – droga odpowietrzenia zaworu sterowania wstępnego

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

i 4 oraz 2 i 3 natomiast droga 5 jest w tym czasie odcięta. Z chwilą zaniku zasilania na

cewce 9 zawór natychmiast wraca do położenia stabilnego pokazanego na rysunku 6a.

Oznacza to, że zawór posiada tylko jedno położenie stabilne dlatego nazywany jest on

zaworem monostabilnym.

1.5 Dwustopniowy zawór 5/2 sterowany elektrycznie bistabilny

Konstrukcję bistabilnego dwustopniowego zaworu 5/2 sterowanego elektrycznie

przedstawia rysunek 7. W odróżnieniu od zaworu monostabilnego ten posiada dwa

elektromagnesy sterujące. Ponieważ w konstrukcji zaworu nie ma wbudowanej sprężyny

10

Rys. 7. Konstrukcja dwustopniowego zaworu 5/2 bistabilnego: 1 – droga zasilania, 2 i 4 – drogi wyjściowe, 3 i

5 – drogi odpowietrzenia, 6 – zwora zaworu sterowania wstępnego, 7 – element wzmocnienia siły, 8 –

sprężyna mechaniczna oraz sprężyna pneumatyczna, 9 – cewka elektromagnesu, 12 i 14 – zawory sterowania

wstępnego, 82 i 84 – drogi odpowietrzenia zaworów sterowania wstępnego

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

ustalającej położenie początkowe suwaka, zawór posiada dwa równorzędne położenia, o

których decyduje wyłącznie stan zasilania cewek elektromagnesów lub położenie dźwigni

pomocniczego sterowania ręcznego. Załączenie zasilania na cewkę elektromagnesu zaworu

sterowania wstępnego 12 powoduje ustalenie położenia suwaka jak na rysunku 7a. Nawet

jeżeli zasilanie zostanie wyłączone położenie suwaka nie zmieni się aż do chwili załączenia

zasilania na cewkę elektromagnesu zaworu sterowania wstępnego 14 co spowoduje zmianie

położenia suwaka jak na rysunku 7b. Podobnie jak w poprzednim przypadku wyłączenie

zasilania cewki nie zmieni położenia suwaka zaworu aż do chwili załączenia zasilania na

cewkę elektromagnesu zaworu sterowania wstępnego 12. Oznacza to, że do przełączenia

zaworu wystarczy impuls elektryczny sygnału sterującego, dlatego też nazywane są one

zaworami sterowanymi impulsowo. Ze względu na dwa stabilne położenia suwaka, element

ten nazywany jest również zaworem bistabilnym.

1.6 Dwustopniowy zawór 5/3

Na rysunku 8 przedstawiono konstrukcję dwustopniowego zaworu 5/3 sterowanego

elektrycznie. Położenie zerowe suwaka zaworu jest ustalane za pomocą sprężyny centrującej

(rysunek 8). O układzie połączeń dróg w położeniu zerowym decyduje typ zastosowanego

suwak. W tym przy przypadku kształt suwaka decyduje o połączeniu dróg 2 i 3 oraz 4 i 5 z

chwilą kiedy znajduje się on w położeniu zerowym. Załączenie zasilania na cewkę

elektromagnesu zaworu sterowania wstępnego 14 powoduje ustalenie położenia suwaka jak

na rysunku 8b. Dla tak ustalonego położenia zaworu realizowane jest połączenie dróg 1 i 4

oraz 2 i 3 natomiast droga 5 jest w tym czasie odcięta. Zanik zasilania powoduje

automatyczny powrót suwaka zaworu do położenia zerowego dzięki wbudowanej sprężynie

centrującej.

Załączenie zasilania na cewkę elektromagnesu zaworu sterowania wstępnego 12

powoduje ustalenie położenia suwaka jak na rysunku 8c. W tym położeniu suwak zaworu

realizuje układ połączeń między drogami 1 i 2 oraz 4 i 5 natomiast droga 3 jest w tym czasie

odcięta. Podobnie jak poprzednio wyłączenie zasilania powoduje powrót zaworu do

położenia zerowego.

11

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 8. Konstrukcja dwustopniowego zaworu 5/3: 1 – droga zasilania, 2 i 4 – drogi wyjściowe, 3 i 5 – drogi

odpowietrzenia, 6 – zwora zaworu sterowania wstępnego, 7 – element wzmocnienia siły, 8 – sprężyna

mechaniczna oraz sprężyna pneumatyczna, 9 – cewka elektromagnesu, 12 i 14 – zawory sterowania

wstępnego, 82 i 84 – drogi odpowietrzenia zaworów sterowania wstępnego

12

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

2 Elementy elektryczne stosowane w elektropneumatycznych układach automatyki

Elektropneumatyczne układy automatyki zawierają różnorodne elementy elektryczne,

niezbędne do poprawnego ich działania, które zostały opisane w niniejszym rozdziale. Do

najważniejszych z nich należą: urządzenia zasilające, przełączniki, przekaźniki, styczniki,

wszelkiego rodzaju czujniki położenia, w tym elementy stosowane do bezstykowej

sygnalizacji położenia tłoka.

2.1 Urządzenie zasilające

Jak w każdym układzie elektrycznym tak i tu potrzebne jest zasilanie. Urządzenia

automatyki w przemyśle standardowo pracują na napięciu 24V. Stacja zasilająca składa się z

trzech podstawowych elementów: transformatora zamieniającego napięcie 230V na 24V,

prostownika zamieniającego AC na DC i stabilizatora napięcia.

Rys. 9. Schemat przykładowej stacji zasilającej

2.2 Przełączniki

W układach automatyki stosuje się przełączniki dwustanowe mono- lub bistabilne.

Przełączniki bistabilne posiadają dwie pozycje z podtrzymaniem, dlatego zmiana ich stanu

na inny wymaga każdorazowo dostarczania energii lub siły przez operatora do ich

13

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

przełączenia. Przełączniki monostabilne mają określony stan wejściowy, drugi stan

załączony jest tylko w czasie gdy oddziałuje na nie operator np. przez wciśnięcie przycisku.

Tabela 2. Symbole graficzne przełączników elektrycznych
Lp Nazwa

Symbol

Opis

1

Normalnie otwarty

W nominalnej pozycji obwód jest otwarty i prąd

nie płynie. Wciśnięcie przycisku powoduje

zamknięcie obwodu, a jego zwolnienie wpływa na

powrót do pozycji nominalnej, co ponownie

otwiera obwód.

2

Normalnie zamknięty

Przełącznik

dwustanowy

monostabilny,

z położeniem wejściowym, w którym obwód jest

zamknięty. Przełączenie powoduje otwarcie

obwodu, a zwolnienie powrót do pozycji

wejściowej i zamknięcie obwodu. Pełni funkcję

zanegowanego przełącznika normalnie otwartego.

3

Przełącznik

Służy do przełączania dwóch obiegów, z których

w danym położeniu jeden jest otwarty a drugi

zamknięty, i odwrotnie.

2.3 Czujniki

Czujniki, czyli elementy dostarczające urządzeniu sterującemu informacji o tym, co

dzieje się w otoczeniu. W układach elektropneumatycznych stosuje się je do wykrycia

przesunięcia, pozycji końcówki tłoczyska i do monitorowania ciśnienia.

2.3.1 Łącznik krańcowy

Łącznik krańcowy nazywany również krańcówką to taki przełącznik, który zmienia

swój stan pod wpływem oddziaływania mechanicznego na jego styki takiego elementu jak

tłoczysk lub jakikolwiek inny element wykonawczy, krzywkę, itp. W przemyśle stosowane

są zarówno krańcówki normalnie otwarte jak i normalnie zamknięte.

14

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 10. Symbole graficzne łączników krańcowych

2.3.2 Bezstykowa sygnalizacja położenia tłoka

Bezstykowa sygnalizacja położenia tłoka, to mechanizm pozwalający bez połączenia

mechanicznego między elementem wykonawczym, a czujnikiem określić położenie tłoka

siłownika. Zasadę działania bezstykowej sygnalizacji położenia tłoka pokazano na rysunku

11. Element 1 to czujnik kontaktronowy, którego styki zwierają się w obecności pola

magnetycznego wytwarzanego przez magnes 2 umieszczony w tłoku siłownika. Sytuację

taką pokazuje rysunek 11b. W przypadku gdy pole magnetyczne jest zbyt słabe następuje

rozwarcie styków czujnika (rysunek 11a).

15

a) przełącznik

b) normalnie otwarty

b) normalnie zamknięty

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 11. Zasada działania bezstykowej sygnalizacji tłoka: a)

tłok poza strefą zadziałania czujnika, b) tłok w strefie

zadziałania czujnika; 1 – czujnik kontaktronowy, 2 – cylinder,

3 – tłok z pierścieniem magnetycznym

W bezstykowej sygnalizacji położenia tłoka mogą być stosowane różne czujniki,

które ze względu na budowę i zasadę działania można podzielić na:

–

przełączniki kontaktronowe,

–

indukcyjne,

–

pojemnościowe,

–

optyczne.

2.3.3 Przełączniki kontaktronowe

Przełączniki kontaktronowe to urządzenia mechaniczne, składają się z dwóch płytek

umieszczonych w szklanej bańce wypełnionej gazem zapewniającym dobrą izolację styków

elektrycznych. Pole magnetyczne wytwarzane przez zbliżający się tłok, powoduje wzajemne

zbliżanie się do siebie styków, a w końcowej fazie ich zetknięcie, w skutek czego obwód się

16

1

3

a)

b)

2

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

zamyka i płynie prąd. Powrót do położenia wyjściowego wywierany jest przez pole

wytworzone przez magnes wbudowany w przełącznik. Symbol graficzny czujnika

kontaktronowego zamieszczono na rysunku 12.

Rys. 12. Symbol graficzny

czujnika kontaktronowego

Kontaktronowe czujniki położenia są urządzeniami praktycznie bezobsługowymi,

posiadają bardzo krótki czas przełączania, który wynosi 0.2 ms. Czujniki tego typu nie mogą

pracować w otoczeniu w którym występuje silne pole magnetyczne.

2.3.4 Czujniki indukcyjne

Czujniki indukcyjne działają na zasadzie indukowania pola magnetycznego w cewce.

W elemencie zbliżanym indukuje się pole magnetyczne przeciwnie skierowane do tego z

cewki, w wyniku czego zmniejsza się jej indukcyjność.

Czujniki indukcyjne zbudowane są z trzech elementów (rysunek 14). Podstawowym jest

oscylator, składający się z cewki i ferrytowego rdzenia kubkowego, który generuje zmienne

pole elektromagnetyczne. Pole to wytwarza w zbliżającym się elemencie prądy wirowe, co

powoduje zmniejszenie amplitudy i pogorszenie parametrów pracy oscylatora, co z kolei

rejestrowane jest przez komparator i przy odległości charakterystycznej dla danego czujnika

na wyjściu z czujnika pojawia się sygnał skokowy, który jest wzmacniany przez

wzmacniacz.

17

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 13. Symbol graficzny

czujnika indukcyjnego

Rys. 14. Zasada działania czujnika indukcyjnego

2.3.5 Czujniki pojemnościowe

Zasadę działania czujnika pojemnościowego przedstawia rysunek 16. Czoło głowicy

czujnika pojemnościowego, oraz szukany przedmiot stanowią okładki kondensatora. W

czasie zbliżania się szukanego elementu następuje wzrost jego pojemności, który jest

śledzony przez komparator. Komparator wysyła informację, czy dana pozycja została

osiągnięta, która jest następnie wzmacniana do poziomu umożliwiającego bezpośrednie

połączenie czujnika do jednostki sterującej.

W przypadku bezstykowej sygnalizacji tłoka zmiana wypadkowej przenikalności

elektrycznej następuje przez wprowadzenie między dwie okładki kondensatora tłoczyska,

dzięki czemu zmienia się pojemność kondensatora i wykrywa zbliżany przedmiot. Siła

elektrostatyczna tworzy się między anodą i katodą kondensatora.

18

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 15. Symbol graficzny

czujnika pojemnościowego

Rys. 16. Zasada działania czujnika pojemnościowego

2.3.6 Czujniki ciśnienia

Przetworniki do pomiarów ciśnienia, są szeroko stosowanymi elementami w

układach elektropneumatycznych. Na wyjściu z czujnika może znajdować analogowa

informacja o ciśnieniu panującym w układzie. Zależność ciśnienia od napięcia

wychodzącego z takiego przetwornika jest zwyczaj liniowa. Prostsze czujniki dostarczają

tylko informacji czy dana ustawiona wartość ciśnienia została przekroczona lub nie.

Najprostszy czujnik ciśnieniowy zbudowany jest z komory do której doprowadzane jest

ciśnienie z układu, oraz małego tłoczka zwierającego dwie płytki, zamykające obwód.

Ciśnienie ustawia się za pomocą pokrętła regulującego wielkość wspomnianej cylindrycznej

komory. Bardziej złożone czujniki badające ciśnienie, mogą składać się z szeregu

tensometrów połączonych w mostki umieszczonych na membranie. Po podaniu ciśnienia

membrana napina się. Powoduje to odkształcenie się tensometrów, co wpływa na zmianę ich

rezystancji a w konsekwencji napięcia w badanym obwodzie.

19

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 17. Symbol graficzny

przekaźnika ciśnienia

Rys. 18. Symbol graficzny

analogowego czujnika ciśnienia

2.4 Przekaźniki i styczniki

Przekaźnik to urządzenie elektryczne wyposażone w elektromagnes oraz jedną lub

kilka par styków. Zadaniem elektromagnesu jest zmiana położenia styków. Ponieważ obwód

zasilania elektromagnesu jest oddzielony od styków, element tego typu najczęściej

stosowane są do galwanicznej izolacji dwóch części obwodu elektrycznego. Sygnał

elektryczny małej mocy sterujący elektromagnesem może uruchamiać obwody elektryczne o

zdecydowanie większej mocy. Przekaźnik od stycznika różni się tylko rzędem wielkości

natężeń prądów jakie mogą przez nie płynąć. Symbol graficzny przekaźnika pokazuje

rysunek 19.

20

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 19. Symbol graficzny przekaźnika

elektrycznego z dwiema parami styków

W układach elektropneumatycznych przekaźniki mogą pełnić następujące funkcje:

–

powielają sygnały,

–

rozdzielają i przetwarzają sygnały,

–

przechowują informację,

–

izolują jednostkę sterująca od głównego obwodu, czyniąc ją mniej podatną na

uszkodzenia.

Do innych rodzajów elektromagnetycznych przekaźników można zaliczyć elementy

opóźniające, styczniki, przekaźnik z pamięcią ostatniego położenia.

W przypadku tych ostatnich, w czasie gdy na wejście podawana jest logiczna

jedynka, to zwora jest zamknięta, gdy 0 to jest otwarta. Natomiast gdy żaden sygnał nie jest

podawany, to występuje ostatni zaistniały stan.

Przekaźniki mogą również realizować funkcję opóźnienia załączenia styków lub opóźnienia

wyłączenia styków w stosunku do sygnału sterującego. Symbole graficzne przekaźników

oraz odpowiadające im przebiegi czasowe dla funkcji opisanych powyżej pokazano kolejno

na rysunkach 20 i 21 natomiast przykład zastosowania przekaźników w układch

elektrycznych pokazuje rysunek 22.

21

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 20. Przekaźnik elektryczny z opóźnionym czasem załączenia: a) symbol

graficzny, b) charakterystyka pracy przekaźnika

Rys. 21. Przekaźnik elektryczny z opóźnionym czasem wyłączenia: a) symbol

graficzny, b) charakterystyka pracy przekaźnika

Rys. 22. Przykładowy schemat układu

elektrycznego z przekaźnikiem

22