c3 przelaczenia przesuniecia, Semestr 5, Automatyzacja i robotyzacja procesu produkcji


W układach automatycznej regulacji i sterowania otwartego wartości sygnałów wejściowych i wyjściowych (wykonawczych) przyjmują często tylko dwa (lub trzy) poziomy, oznaczone umownie przez 0 i 1. Przejście z jednego poziomu sygnału na drugi następuje skokowo (w sposób nieciągły). Takie sygnały nazywa się dwustanowymi (binarnymi) czy też trójstanowymi, a urządzenia, w których te sygnały występują - urządzeniami lub elementami przełączającymi. Jeden z dwóch lub trzech możliwych, na wyjściu z tych elementów, stanów jest wywołany istnieniem sygnału na wejściu lub jego brakiem.

Elementy przełączające można podzielić na dwie grupy:

Bezstykowe elementy przełączające nie mają żadnych ruchomych części, co decyduje o ich trwałości, niezawodności i szybkości działania. Szczególnie rozpowszechnione są elektroniczne i pneumoniczne bezstykowe elementy przełączające.

Stykowe elementy przełączające są wyposażone w tzw. styki oraz mechanizm, zawierający części ruchome, służący do zmiany stanu styków (zwarte lub rozwarte). Pomimo szybkich postępów w technologii elementów bezstykowych, zwłaszcza elektronicznych, przełączające urządzenia stykowe są nadal powszechnie stosowane. Dotyczy to przede wszystkim układów sygnalizacji, blokad i zabezpieczeń oraz układów sterowania ręcznego. Rolę tę spełniają przede wszystkim różnego rodzaju przełączające elementy stykowe - np. przekaźniki. Stanem przekaźnika nazywamy stan zwarcia lub rozwarcia styków lub położenie obojętne dla elementów trójstanowych.

Ze względu na powszechność stosowania energii elektrycznej, najważniejsze miejsce wśród elementów przełączających zajmują elementy stykowe o napędzie ręcznym i elektromagnetycznym. Pierwsze z nich nazwane są, zależnie od budowy i zastosowania, łącznikami, przyciskami, wyłącznikami itp. Elementy o napędzie elektromagnetycznym nazywane są przekaźnikami lub stycznikami. Do najważniejszych części przekaźników i łączników stykowych zaliczyć należy styki. Zetknięcie styków umożliwia, bowiem przepływ prądu w obwodzie elektrycznym.

Zestyki elektryczne mogą być rozłączne i nierozłączne. Elementem zestyku są styki i styczki. Ich definicję określa PH-70/E-95500. Zestyk jest to zestaw dwóch lub większej liczby współpracujących z sobą styków, służący do zamykania lub otwierania obwodu elektrycznego. Styk jest to element przewodzący zestyku odizolowany od pozostałych elementów zestyku w stanie braku styczności z tymi elementami. Styczka jest to część styku przeznaczona do bezpośredniego współdziałania z odpowiadającą jej częścią innego styku w celu spowodowania styczności. Wśród zestyków wyróżnia się zestyk zwierny

0x01 graphic

(normalnie otwarty), zestyk rozwierny (normalnie zwarty) i zestyk przełączny- (po zadziałaniu przekaźnika środkowa sprężyna stykowa przemieszczając się traci styk z dolną sprężyną by zewrzeć się z górną). Na rysunku poniżej przedstawiono zasadnicze rodzaje styków: punktowe (a, b, c), liniowe (d), płaskie (e) i krzyżowe (f). Styki punktowe stosuje się najczęściej w przekaźnikach teletechnicznych, płaskie - w przekaźnikach silnoprądowych styków liniowych używa się m.in. w konstrukcjach dużych styczników.

0x01 graphic

Od styków wymaga się: dużej trwałości, pewności połączenia, małej rezystancji przejścia i odporności na wpływy zewnętrzne. W pracy zestyku można wyróżnić trzy etapy: zwieranie styku, otwarcie i rozdarcie.

Konserwacja styków układów przekaźnikowych polega na okresowym czyszczeniu styków, zwykle czystym alkoholem etylowym oraz regulacji nacisku sprężyn stykowych. Urządzenia z wyraźnie uszkodzonymi powierzchniami styczek należy wymienić na nowe.

Zestyki powinny wytrzymać bez wymiany około 106 -108 zadziałań, a w stanie zwartym, przy niewielkim nacisku sprężyn, zapewnić styk o możliwie małym i stałym oporze elektrycznym (0,01-0,3 Ω). Materiał użyty na końcówki zestyków powinien się charakteryzować dużą wytrzymałością mechaniczną, wysoką temperaturą topnienia oraz dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym.

Materiały używane do wyrobu styków można podzielić na trzy grupy:

a) dla małych prądów - stosuje się metale szlachetne: srebro, srebro złocone, platynę oraz ich stopy,

b) dla średnich prądów (do kilku amperów) najodpowiedniejsze są stopy: srebro-pallad, srebro z tlenkiem kadmu, platyna-iryd, wolfram-molibden, wolfram-platyna-iryd,

c) dla dużych prądów (styczniki) stosuje się tzw. kompozycje, czyli zestawy dwóch składników nie tworzących w praktyce roztworu: jednego o dobrych właściwościach elektrycznych i drugiego o dobrych właściwościach mechanicznych, np. miedź -wolfram, i miedź - molibden oraz srebro-wolfram i srebro-nikiel.

Łączniki

Zadaniem łącznika jest dokonanie połączenia (zwarcia) lub przerwy w wybranej linii pomiarowej, sterowniczej lub sygnalizacyjnej. Wśród łączników można wyróżnić łączniki mechaniczne i elektroniczne. Łączniki mechaniczne zawierają zespoły styków zwieranych lub rozwieranych ręcznie za pomocą przycisków, pokręteł dźwigni lub krzywek. Wykonywane są w różnych postaciach - od pojedynczych zestyków do wielowarstwowych (pakietowych), zawierających wiele zespołów przełączających. Łączniki elektroniczne to zwykle różne przyrządy półprzewodnikowe odpowiednio sterowane. Zalicza się do nich tranzystory, tyrystory i triaki. W układach przełączających używa się tranzystorów jednozłączowych i polowych, tyrystorów i triaków w różnych konfiguracjach układowych. Stosowane są one w układach przełączających małych i dużych mocy.

Przełącznik migowy jest przełącznikiem stykowym. Zetknięcie styków (zwarcie) następuje pod wpływem nacisku na dźwigienkę , która oparta jest na ruchomym trzpieniu wystającym z obudowy przełącznika. Po ustaniu nacisku przełącznik wraca do pozycji neutralnej (tego rodzaju przełączniki występują również w wersji stykowej rozwierno - zwiernej ). Posiada tylko jeden stan stabilny. (Rysunek zestyku migowego w części dotyczącej zestyków)

Zastosowanie - najczęściej jako tzw. przełączniki drogowe na liniach technologicznych informujące np. o obłożeniu taśmy transportującej dany produkt lub brak produktu na taśmie.

Przełącznik IZOSTAT

Przełącznik IZOSTAT jest przełącznikiem wielostykowym, charakteryzującym się tym , że pozostaje w ustalonej pozycji do momentu jej zmiany przez obsługującego. Zbudowany jest w układzie dwóch rzędów styków. Dzięki takiej konstrukcji jeden przełącznik tego typu obsługuje wiele obwodów elektrycznych, posiada dwa stany stabilne.

Zastosowanie -głównie w pulpitach sterowniczych do przełączania rodzajów pracy obwodów elektronicznych lub w najprostszym przypadku jako włącznik odpowiednich układów. W układzie badanym na ćwiczeniu izostat zmiena tryb pracy przełącznika migowego (l - ostrzega przy braku nacisku na dźwignię; 2 -ostrzega przy wystąpieniu nacisku na dźwignię )

Przekaźniki

Przekaźnikiem nazywamy przyrząd lub układ, w którym pod wpływem zmiany wielkości wejściowej następuje skokowa zmiana wielkości wyjściowej. Przekaźniki można podzielić na elektryczne i nieelektryczne. Przekaźniki elektryczne są pobudzane zmianą parametru elektrycznego w obwodzie, natomiast przekaźniki nieelektryczne zmieniają swój stan pod wpływem różnych innych wielkości fizycznych, np. temperatury, ciśnienia itp.

Do istotnych parametrów przekaźników elektromechanicznych zalicza się:

  1. napięcie znamionowe - napięcie zasilania przekaźnika podane przez producenta,'

  2. prąd znamionowy - prąd płynący przez uzwojenie przekaźnika przy napięciu znamionowym,

  3. czas zadziałania - czas od momentu podania napięcia znamionowego na uzwojenie przekaźnika do chwili zwarcia lub rozwarcia określonych zestyków,

  4. czas zwalniania - czas powrotu - czas od chwili odłączenia napięcia zasilającego przekaźnik do chwili zwarcia lub rozwarcia określonych zestyków,

  5. czas przelotu - . czas od momentu rozwarcia pierwszego styku w zestyku przełącznym do chwili zwarcia z drugim stykiem zestyku przełącznego,

  6. trwałość łączeniowa - największa liczba cykli pracy, którą przekaźnik może wykonać przy określonym obciążeniu zestyków w określonych warunkach nie ulegając uszkodzeniu ani nadmiernemu zużyciu,

  7. trwałość mechaniczna - największa liczba cykli pracy przekaźnika składających się z zadziałania i następującego po nim powrotu, którą przekaźnik może wykonać w stanie bezprądowym zestyków nie ulegają uszkodzeniu ani nadmiernemu zużyciu,

  8. obciążalność cieplna trwała-zestyku - największa skuteczna wartość prądu, który płynąc trwale przez zestyk nie powoduje nadmiernego nagrzewania się tego zestyku ani jego uszkodzenia.

Ważną grupę stykowych elementów przełączających stanowią przekaźniki elektromagnetyczne neutralne (obojętne), tzn. takie, w których przełączanie zestyków następuje za pomocą elektromagnesu. O zmianie stanu zestyków decyduje wartość a nie kierunek prądu sterującego.

Typowe rozwiązania elektromagnetycznych przekaźników neutralnych przedstawiono na rysunku.

0x01 graphic

Na rdzeniu stalowym i znajduje się jedno lub kilka uzwojeń sterujących 2. Do jarzma 3 jest przegubowo umocowana kotwica 4. Prąd sterujący, płynący przez uzwojenie 2, wytwarza w rdzeniu strumień magnetyczny, który zamyka się w obwodzę rdzeń - jarzmo - kotwica - szczelina powietrzna - rdzeń, wytwarza siłę magnetyczną przyciągającą kotwicę do rdzenia. Wyłączenie prądu sterującego powoduje zanik strumienia mag­netycznego i powrót kotwicy do pierwotnego położenia. Wkręt antymagnetyczny 6 zabezpiecza kotwicę przed "przylepieniem'' się do rdzenia pod wpływem indukcji szczątkowej.

Przekaźnik może być wyposażony w kilka zestyków różnego rodzaju, umieszczonych na jarzmie obok siebie. Po zadziałaniu przekaźnika wszystkie jego zestyki działają zazwyczaj równocześnie.

Przekaźnik elektromagnetyczny jest to rodzaj przełącznika sterowanego napięciem ( np. 6V ,12V, 24V ,110V ,220V ). Na zaciski cewki podawane jest napięcie znamionowe. Przepływ prądu przez cewkę powoduje powstanie pola magnetycznego. W obwodzie magnetycznym znajduje się rdzeń i ruchoma zwora, do której przymocowane są styki ruchome przekaźnika. Przełączenie styków następuje w wyniku przyciągnięcia przez pole magnetyczne ruchomej zwory.

0x01 graphic

Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych przekaźników neutralnych

1-rdzeń, 2-zwora, 3-cewna,4-jarzmo,

Ze względu na zakres stosowania wyróżnia się przekaźniki:

Przeciętna trwałość łączeniowa przekaźników wynosi 106 łączeń (przekaźnik R-15).

Niektóre przekaźniki wyposażone są w sygnalizatory optyczne, które mogą sygnalizować zadziałanie (informują o zadziałaniu niezależnie od aktualnego stanu aż do skasowania) lub stan pracy przekaźnika.

Kontrakton (przekaźnik kontaktronowy)

0x01 graphic

Przekaźnik kontaktronowy 1- rurka szklana, 2- sprężyny stykowe, 3-cewka sterująca 4- osłona,

Budowa przekaźnika kontaktronowego inaczej nazywanego przekaźnikiem rurkowym hermetyzowanym została opatentowana w 1940 r przez laboratorium firmy Bell Telephone w Stanach Zjednoczonych.

Kontaktron w wykonaniu przemysłowym składa się z rurki szklanej, zawierającej dwie blaszki z miękkiego materiału magnetycznego o dużej przenikalności (małej remanencji magnetycznej). Blaszki są w ten sposób wtopione, że ich końce umieszczone w środku rurki nakładają się na siebie na długości około 1,2 mm, przy czym odległość między nimi wynosi około 0,25 mm.

0x01 graphic

0x01 graphic

Ze względu na jednakowy współczynnik rozszerzalności cieplnej do budowy rurki szklanej stosuje się szkło sodowe miękkie, a blaszki wykonuje się ze stopu FeNi 50. Aby powierzchnie stykowe nie ulegały utlenieniu, wnętrze rurki wypełnione jest gazem obojętnym, np. wodorem lub mieszaniną wodoru i azotu, albo też odpompowuje się powietrze do ciśnienia 10-4 atm. Blaszki w kontaktronie spełniają podwójną rolę - są częścią obwodu magnetycznego i elementami stykowymi. Dlatego wykonano są one ze stopów ferromagnetycznych, a ich stykające się końce powlekane są zlotem lub złotem na podłożu palladowym.

Zasada pracy kontaktronu jest bardzo prosta, podobnie jak jego budowa. Jeżeli kontaktron znajduje się w polu magnetycznym, wytworzonym przez cewkę lub magnes trwały, nakładające się, końce języczków stają się różnoimiennymi biegunami magnetycznymi i przyciągają się aż do zetknięcia, w ten sposób zamykając obwód elektryczny z nimi połączony. Z chwilą zaniku pola magnetycznego, siły sprężystości powodują rozłączenie styków, a tym samym otwarcie dołączonego do nich obwodu elektrycznego.

W produkcji jest wiele odmian przekaźników kontaktronowych zawierających np. kilka kontaktronów w jednej cewce.

A - zwierny

0x01 graphic

B - rozwierny

0x01 graphic

C - przełączany.

0x01 graphic

Przekaźniki nieelektryczne

Przekaźniki nieelektryczne spełniają najczęściej rolę czujników, są one przetwornikami określonych wielkości fizycznych oddziałujących na obwody sterownicze lub sygnalizacyjne. W zależności od rodzaju parametrów fizycznych kontrolowanego ośrodka lub urządzenia, rozróżnia się czujniki temperaturowe, ciśnieniowe, fotoelektryczne, jonizacyjne, magnetosprężyste, indukcyjne, pojemnościowe, rezystancyjne, topikowe, pływakowe, prędkości obrotowej i inne. W zasadzie każdy miernik, zaopatrzony w zestyki elektryczne, działające przy określonych wartościach fizycznych, spełnia funkcję czujnika.

Transoptor jest to układ elektroniczny , którego główne elementy to dioda emitująca światło (LED) i sprzężona z nią fotodioda. Pojawienie się przeszkody na drodze światła z diody LED powoduje wyłączenie fotoelementu.

0x08 graphic

Zastosowanie - bardzo szerokie zastosowanie na liniach technologicznych np. jako czujnik licznika sztuk danego obiektu, jako czujnik obecności obiektu w danym odcinku linii itp. Transoptor jest wygodny w użyciu ze względu na brak części ruchomych komplikujących budowę przenośników i ulegających awariom.

Przyciski sterownicze. Rozróżniamy przyciski stabilne (po naciśnięciu pozostają wciśnięte) i niestabilne (po cofnięciu nacisku przycisk i jego zestyki wracają samoczynnie do stanu wyjściowego). Przyciski mogą być wyposażone w jeden lub kilka zestyków zwiernych, rozwiernych lub przełącznych.

Wyłączniki drogowe lub krańcowe. Jeśli wyłączniki są rozmieszczone wzdłuż drogi przesuwającego się mechanizmu, to można uzyskać potrzebne przełączenie, powodujące np.: zatrzymanie Mechanizmu, zmianę kierunku obrotów silnika, zmianę prędkości. Przełączenie zestyków odbywa się w chwili naciśnięcia (zwolnienia) dźwigni wyłącznika przez poruszający się mechanizm.

Czujniki zbliżeniowe

Czujniki reagujące na zbliżanie się obiektu w momencie, gdy odległość między obiektem a czołem czujnika jest mniejsza od granicznej odległości zależącej od konstrukcji i technologii wykonania (podawanej przez producenta). Czujniki te na wyjściu mają sygnał binarny (0/1). Zmiana stanu wyjścia spowodowana jest wpływem przemieszczającego się obiektu, który zmienia parametry obwodów elektrycznych czujnika. Istnieją różne konstrukcje czujników zbliżeniowych (odbiciowe, pojemnościowe, indukcyjne). Reakcja czujnika zbliżeniowego zależy od tego z jakiego materiału wykonany jest zbliżający się obiekt ( dla odbiciowych czy jest to obiekt odbijający, przepuszczający czy pochłaniający światło, dla pojemnościowych i indukcyjnych czy obiekt jest wykonany z przewodnika, czy też dielektryka).

          • Zasada działania czujnika pojemnościowego

0x01 graphic

0x01 graphic

pole czujnika i elektroda    oscylator    demodulator    przerzutnik    człon sterujący

0x01 graphic

          • Powierzchnia aktywna

0x01 graphic

Jest obszarem, w którym sięga pole o wysokiej częstotliwości emitowane przez czujnik. Zależy ona w pierwszym rzędzie od powierzchni podstawowej pokrywy czujnika i odpowiada w przybliżeniu powierzchni zewnętrznej elektrody czujnika.

0x01 graphic

          • Znormalizowana płytka aktywna

0x01 graphic

jest to uziemiona płytka kwadratowa z Fe 360 (ISO 630) służąca do pomiaru odległości łączenia Sn według IEC 947-5-2...

Grubość tej płytki wynosi d=1 mm; a długość boku odpowiada:

  • średnicy okręgu wpisanego w "powierzchnię aktywną",

  • 3 Sn, gdy ta wartość jest większa od wymienionej średnicy

          • Zalety i zastosowanie

0x01 graphic

praca bezdotykowa, mocna konstrukcja, niewrażliwość na zakłócenia, Kontrola stanu napełnienia - cieczy, materiałów proszkowych i ziarnistych, wykrywanie i zliczanie elementów z : metalu, tworzyw sztucznych, szkła. Porównywanie materiałów w stałych dielektrykach.

Warunki stosowania i współczynniki korekcyjne

0x01 graphic

gdy w polu czujnika pojawi się jakiś obiekt nie przewodzący prądu, pojemność zmieni się proporcjonalnie do έr i do głębokości zanurzenia, tzn. od odległości od "powierzchni aktywnej”

Dogodniejsze od pojemnościowych są czujniki indukcyjnościowe: pracują w szerszym zakresie (do ok. 10-1 mm), odznaczają się mniejszą wrażliwością na zakłócenia oraz dużą trwałością. Do pomiaru indukcyjności zmiennej stosuje się na ogól układy różnicowe lub mostki prądu przemiennego.

W celu wyjaśnienia budowy i działania układów przełączających posługujemy się schematami ideowymi. Na schematach tych elementy przełączające są rysowane za pomocą symboli graficznych. Linie ciągłe, łączące symbole graficzne, obrazują przewody elektryczne. Dowolnie złożone układy przełączające składają się z elementarnych obwodów pracy przekaźnika. W projektowaniu układów przełączających można się posłużyć algebrą Boole'a. Jednak w przypadku stykowych układów przełączających często wygodniej jest projektować układ z wykorzystaniem znanych elementarnych obwodów pracy przekaźnika. Przykłady takich obwodów omówiono poniżej.

Obwód załączania przekaźnika (rys.7) :

- po przyciśnięciu przycisku Z popłynie prąd w obwodzie: ( + ) , zestyk zwierny przycisku 2, cewka przekaźnika P, (-) ; zadziała przekaźnik P. Zwolnienie przycisku 7, powoduje przerwę w obwodzie i zwolnienie przekaźnika.

0x01 graphic

Obwody samopodtrzymania (rys.8):

- po naciśnięciu przycisku Z powstaje obwód: (+), Z, W, P, (-). Przekaźnik P zadziała i podtrzymuje się w obwodzie: (+), p, W, P, (-) Zwolnienie przekaźnika nastąpi dopiero po naciśnięciu przycisku W,

- po chwilowym naciśnięciu przycisku Z powstaje obwód: (+) , Z, 2p, 1P, (-). Przekaźnik 1P zadziała i podtrzyma się w obwodzie: (+), 1p, 2p, 1P, (-) . Po naciśnięciu przycisku W zadziała przekaźnik 2P, w obwodzie: ( +) , W, 2P, (-) , i swoim zestykiem 2p rozewrze obwód samopodtrzymania przekaźnika 1P.

Układ wzajemnej blokady. W układach tego typu może zadziałać jednocześnie tylko jeden przekaźnik. Przykład takiego układu przedstawiono na rys. 9. Blokadę uzyskano przez umieszczenie zestyków rozwiernych każdego z przekaźników w obwodach sterowania pozostałymi przekaźnikami.

0x01 graphic

W automatyce ważne są również pomiary przesunięć liniowych i kątowych. Przesunięcia występują jako wielkość pośrednia przy pomiarach wielu różnych wielkości fizycznych.

Różnorodność przeznaczenia, stosowane zakresy, rozmaitość wymaganych dokładności i stosowanych rozwiązań technicznych powodują, że pomiary położenia (przesunięcia, odległości) należą do najciekawszych pomiarów wykonywanych w technice. Przykładami różniących się jakościowo pomiarów położenia mogą być: nieniszczący pomiar grubości powłok lakierniczych, pomiary poziomu cieczy w zbiornikach otwartych i zamkniętych, pomiar odległości walców, pomiar przesunięcia stołu wiertarki automatycznej.

Przesunięcia występują jako wielkość pośrednia przy pomiarach wielu różnych wielkości fizycznych. Jednostką przesunięcia liniowego jest metr; w powszechnym użyciu jest milimetr l mm=10-3 m. Jednostką przesunięcia kątowego jest radian (rad) (kąt środkowy odpowiadający pełnemu okręgowi ma 2π radianów).

Najbardziej znanym czujnikiem przesunięcia liniowego i obrotowego jest potencjometr, którego styk ślizgowy inaczej zwany szczotką, wykonując ruch prostoliniowy, obrotowy lub śrubowy, przyjmuje położenie odpowiadające przesunięciu mierzonemu.

Schemat potencjometrycznego pomiaru przesunięcia:

a) liniowego, b) kątowego

Potencjometr jest rezystorem zmiennym, którego wartość można zmieniać w sposób mechaniczny. Posiada on trzy wyprowadzenia - po jednym z każdej strony elementu oporowego i trzecie podłączone jest do ślizgacza, który można przesuwać po ścieżce oporowej. Czujniki potencjometryczne włączone w prosty układ elektryczny (rysunek) przetwarzają przesunięcia kątowe, lub liniowe w zakresie od jednego do kilku obrotów, na napięcie stałe lub przemienne. Często stosowane są potencjometry, w których przebieg zależności między przesunięciem a napięciem wyjściowym jest celowo nieliniowe. Największe uzyskiwane dokładności czujników potencjometrycznych stosowanych do pomiarów przesunięć wynoszą nie więcej niż 0.1%. Ich wadą jest wrażliwość na wilgotność, zapylenie, wyziewy agresywne, wibracje.

8



Wyszukiwarka