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 [1]

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, A – sterowanie pomocnicze; 

a) zawór z wyłączonym zasilaniem cewki, b) zawór z załączonym zasilaniem cewki [1]

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

5

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

fragment   konstrukcji   elektropneumatycznego   dwustopniowego   zaworu   rozdzielającego,

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]

 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

2

1

Zawór odcinający 2/2 sterowany 

elektropneumatycznie z pomocniczym 

sterowaniem ręcznym .

2

1

3

2

1

3

a)

b)

Zawory 3/2 sterowne 

elektropneumatycznie z pomocniczym 

sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 

sterowania:

a) zawór normalnie zamknięty,

b) zawór normalnie otwarty.

1

3

5

2

4

Zawór 5/2 monostabilny sterowany 

elektropneumatycznie z pomocniczym 

sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 

sterowania.

1

3

5

2

4

Zawór 5/2 bistabilny sterowany 

elektropneumatycznie z pomocniczym 

sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 

sterowania

1

3

5

2

4

1

3

5

2

4

a)

b)

Zawory 5/3 sterowane 

elektropneumatycznie z pomocniczym 

sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 

sterowania:

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 [1]

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 [1]

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 [1]

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 [1]

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
Nazwa

Symbol

Opis

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. 

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.

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,   poprzez   takie

elementy   jak   tłoczysko   lub   jakikolwiek   inny   element   wykonawczy,   krzywkę,   itp.

W przemyśle   stosowane   są   zarówno   krańcówki   normalnie   otwarte   jak   i   normalnie

zamknięte. 

14

3

4

1

2

4

1

2

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

a)

b)

c)

4

1

2

   

3

4

   

1

2

Rys. 10. Symbole graficzne łączników krańcowych: a) przełączający, b) normalnie otwarty,

c) normalnie zamknięty

 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

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Rys. 11. Zasada działania bezstykowej sygnalizacji położenia

tłoka: a) tłok poza strefą zadziałania czujnika, b) tłok w strefie

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

3 – tłok z pierścieniem magnetycznym [1]

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. Na rysunku 12 przedstawiono zasadę

działania   kontraktonowego   łącznika   drogowego   wykorzystywanego   w   układach

elektropneumatycznych.   Symbol   graficzny   czujnika   kontaktronowego   zamieszczono   na

rysunku 13.

Rys. 12. Zasada działania kontaktronowego łącznika

drogowego [2]

Rys. 13. 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  15). Podstawowym jest

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

17

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

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. 

Rys. 14. Symbol graficzny

czujnika indukcyjnego

 

Rys. 15. Zasada działania czujnika indukcyjnego

 2.3.5  Czujniki pojemnościowe

Zasadę działania czujnika pojemnościowego przedstawia rysunek 17. 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.

18

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

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.

Rys. 16. Symbol graficzny

czujnika pojemnościowego

Rys. 17. 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

19

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

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. 

4

1

2

>p

Rys. 18. Symbol graficzny

przekaźnika ciśnienia

3

2

1

P

Rys. 19. 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 20.

20

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

14

11

12

24

21

22

A1

A2

Rys. 20. 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  21  i  22  natomiast   przykład   zastosowania   przekaźników   w   układach

elektrycznych pokazuje rysunek 23.

21

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

14

11

12

24

21

22

A1

A2

a)

b)

t

0

1

st

yk

ce

w

ka

0

1

czas [s]

Rys. 21. Przekaźnik elektryczny z opóźnionym czasem załączenia: a) symbol graficzny, 

b) charakterystyka pracy przekaźnika 

14

11

12

24

21

22

A1

A2

a)

b)

t

0

1

st

yk

ce

w

ka

0

1

czas [s]

Rys. 22. Przekaźnik elektryczny z opóźnionym czasem wyłączenia: a) symbol graficzny, 

b) charakterystyka pracy przekaźnika 

22

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

+

1B1

START

0V

+24V

1

K1

K1

1Y1

K2

1Y3

2

5

K2

+

2B1

K3

K3

1Y2

8

0V

+24V

3

4

6

7

-

Rys. 23. Przykładowy schemat układu

elektrycznego z przekaźnikiem

23

Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki

Laboratorium 1

Bibliografia

1: Frank Ebel, Fundamentals of elektropneumatics. Collection of transparencies, 2000

2: Siegfried Frank Ebel, Nestel, Sensors for handling and processing thechnology. Proximity

sensors, 2003

24