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 Aącznik 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 Przekazniki i styczniki.................................................................................................21 1 Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki Laboratorium 1 1 Elektropneumatyczne elementy i układy automatyki Typowy układ pneumatyczny składa się ze zródła 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. Elektryczne Elementy Przełączające Panel Stan Operatora Procesu - kierunek przepływu energii pneumatycznej - kierunek przepływu energii mechanicznej - kierunek przepływu sygnału elektrycznego Rys. 1. Struktura układu elektropneumatycznego 2 yródło Zasilania yródło Zasilania Pneumatyczne Elektryczne Przygotowanie Wykonawcze Sprężonego Powietrza Elementy Zawory Czujniki 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 przekaznika 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 przekaznikiem 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 zródła 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 przekaznika X, b) stan układu dla zwartych styków przekaznika X, 1 zródło 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. 2 a) b) 3 4 5 1 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 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 2 elektropneumatycznie z pomocniczym sterowaniem ręcznym . 1 Zawory 3/2 sterowne a) 2 elektropneumatycznie z pomocniczym sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 1 3 sterowania: b) 2 a) zawór normalnie zamknięty, b) zawór normalnie otwarty. 1 3 Zawór 5/2 monostabilny sterowany 2 4 elektropneumatycznie z pomocniczym sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 3 5 sterowania. 1 Zawór 5/2 bistabilny sterowany 2 4 elektropneumatycznie z pomocniczym sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 3 5 sterowania 1 Zawory 5/3 sterowane a) 2 4 elektropneumatycznie z pomocniczym sterowaniem ręcznym o dwóch stopniach 3 5 sterowania: 1 a) zawór z odciętymi drogami b) 2 4 w położeniu zerowym, b) zawór z odpowietrzonymi drogami w położeniu zerowym. 3 5 1 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 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] 9 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 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] 10 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 dzwigni 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, przekazniki, 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 W nominalnej pozycji obwód jest otwarty i prąd otwarty nie płynie. Wciśnięcie przycisku powoduje zamknięcie obwodu, a jego zwolnienie wpływa na 3 4 powrót do pozycji nominalnej, co ponownie otwiera obwód. Normalnie Przełącznik dwustanowy monostabilny, zamknięty z położeniem wejściowym, w którym obwód jest 1 2 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 2 1 4 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 Aącznik krańcowy Aącznik 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 Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki Laboratorium 1 a) b) c) 2 1 2 3 4 1 4 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 a) 1 2 3 b) 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 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. >p 2 1 4 Rys. 18. Symbol graficzny przekaznika ciśnienia P 2 3 1 Rys. 19. Symbol graficzny analogowego czujnika ciśnienia 2.4 Przekazniki i styczniki Przekaznik 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. Przekaznik od stycznika różni się tylko rzędem wielkości natężeń prądów jakie mogą przez nie płynąć. Symbol graficzny przekaznika pokazuje rysunek 20. 20 Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki Laboratorium 1 A1 A2 12 11 14 22 21 24 Rys. 20. Symbol graficzny przekaznika elektrycznego z dwiema parami styków W układach elektropneumatycznych przekazniki 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 przekazników można zaliczyć elementy opózniające, styczniki, przekaznik 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. Przekazniki mogą również realizować funkcję opóznienia załączenia styków lub opóznienia wyłączenia styków w stosunku do sygnału sterującego. Symbole graficzne przekazników oraz odpowiadające im przebiegi czasowe dla funkcji opisanych powyżej pokazano kolejno na rysunkach 21 i 22 natomiast przykład zastosowania przekazników w układach elektrycznych pokazuje rysunek 23. 21 Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki Laboratorium 1 a) b) A1 A2 1 0 12 1 11 14 0 22 czas [s] t 21 24 Rys. 21. Przekaznik elektryczny z opóznionym czasem załączenia: a) symbol graficzny, b) charakterystyka pracy przekaznika b) a) A1 A2 1 0 12 1 11 14 0 22 czas [s] t 21 24 Rys. 22. Przekaznik elektryczny z opóznionym czasem wyłączenia: a) symbol graficzny, b) charakterystyka pracy przekaznika 22 styk cewka styk cewka Hydrauliczne i Pneumatyczne Układy Automatyki Laboratorium 1 +24V 0V START K1 1 1Y1 K1 2 1B1 + - 3 K2 4 1Y3 K2 5 2B1 + 6 K3 7 1Y2 K3 8 +24V 0V Rys. 23. Przykładowy schemat układu elektrycznego z przekaznikiem 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