Návrh pneumatického ohýbacieho stroja
Obsah
Tato kapitola je zameraná na praktické riešenie zadania a to v niekoľkých etapách. Riešenie pomocou elektropneumatických prvkov, ďalej ich rozšírenie o prvky bezpečnosti a svetelnej signalizácie. Ďalšou častou je ovládané rozšírených variantov pomocou systému PLC. Poslednou častou praktického riešenia je simulácia tretieho variantu a to pomocou programu Fluidsim-P.
Pred návrhom akejkoľvek schémy je nutne poznať špecifiká stroja, ktoré máme schémou ovládať. V prípade tvárniaceho stroja, ktorý bude obývať prípravky z plechu je nutné zabezpečiť elementárne požiadavky tykajúce sa hlavne bezpečnosti. Pracovník, ktorý bude obsluhovať stroj, musí byť dostatočné ďaleko, keď stroj vykonáva svoju činnosť (ak je to možné), alebo pri najmenšom zabezpečiť, aby mal pracovník obe ruky mimo pracovného priestoru. Taktiež by mal byť takýto stroj vybavený tlačidlom stop, ktoré stroj zástavy a tlačidlom reset, ktoré stroj vráti do východiskovej polohy.
Návrh schém pneumatického obvodu pre pneumatický tvárniaci stroj
Variant I.
a) Základné zapojenie systému s jedným upínacím a ohýbacím PM
Popis činnosti:
Z kompresora je vedená vzdušnina k dvom bistabilným rozvádzačom 5/2. Súčasným stlačením tlačidiel S1, S2 a splnení podmienky spustenia (v zariadení je vložený obrobok a piesty PM 1.0 a 2.0 sú zasunuté) sa zopne relé K1 a následne cievka Y1. Rozvádzač 1.1 sa prestaví a vzdušnina začne prechádzať do PM 1.0 - ten vysunie piest a upne materiál. Vysunutý piest PM 1.0 aktivuje snímač S1.2 a ten zopne relé K3 následne sa zopne cievka Y3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne vysúvať (ohýba sa materiál). Po vysunutí piestu PM 2.0 sa aktivuje snímač S0.1, ktorý zopne relé K2 a následne aj cievku Y2. Rozvádzač 1.1 sa prestaví – piest PM 1.0 sa začne zasúvať a tým sa rozpoja kontakty relé K3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne zasúvať. Po zasunutí oboch piestov a vybraní materiálu je zariadenie opäť pripravené k činnosti.
b) Rozšírené zapojenie systému s jedným upínacím a ohýbacím PM
Popis činnosti:
Z kompresora je vedená vzdušnina k monostabilnému rozvádzaču 1/2. Odtiaľ k dvom rozvádzačom typu 5/2 (rozvádzače 1.1 a 2.1). Po zapnutí zariadenia sa zasvieti kontrolka Z1, ktorá signalizuje, že zariadenie je pripravené k práci. Vložením materiálu do zariadenia sa zopne snímač S0.0, ktorý rozsvieti kontrolka Z3. Po súčasnom stlačení tlačidiel S1, S2 a splnení podmienky spustenia (v zariadení je vložený obrobok a piesty PM 1.0 a 2.0 sú zasunuté) sa zopne relé K1 a následne cievka Y1. Rozvádzač 1.1 sa prestaví a vzdušnina začne prechádzať cez rozvádzač do PM 1.0 - ten vysunie piest (upne materiál). Pohyb piesta PM 1.0 deaktivuje snímač S1.1, ktorý zhasne kontrolku Z1 a rozsvieti kontrolku Z5 (kontrolky signalizujú, že zariadenie pracuje a je vložený materiál). Vysunutý piest PM 1.0 aktivuje snímač S1.2 a ten zopne relé K3 a následne cievku Y3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne vysúvať (ohýba sa materiál). Po vysunutí piestu PM 2.0 sa zopne snímač S0.1. Rozsvieti sa kontrolka Z4 (signalizuje ohnutie materiálu). Súčasne sa zopne relé K2 a následne aj cievka Y2. Rozvádzač 1.1 sa prestaví – piest PM 1.0 sa začne zasúvať a tým sa rozpoja kontakty relé K3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne zasúvať. Po zasunutí oboch piestov a vybraní materiálu je zariadenie opäť pripravené k činnosti. (svieti kontrolka Z1). Rýchlosť vysúvania a zasúvania oboch piestov PM sa dá nastaviť pomocou združených prvkov 1.01, 1.02, 2.01, 2.02. Stlačením tlačidla STOP sa rozopne cievka Y5, tým sa prestaví rozvádzač 1.3 do polohy kedy vzdušnina neprechádza ďalej do systému – piesty oboch PM sa zastavia a nepohnú sa, až kým sa opäť nestlačí tlačidlo STOP. Počas zopnutia tlačidla STOP je rozsvietená kontrolka Z2 a kontrolky Z1, Z5 sú zhasnuté. Stlačením tlačidla S3 sa zopne relé K2 a následne cievka Y2. Rozvádzače 1.1 a 2.1 sa prestavia – oba PM zasunú svoje piesty.
Zoznam použitých prvkov v systéme
Variant II.
a) Základné zapojenie systému s upínacím, ohýbacím a vyrážacím PM
Popis činnosti:
Z kompresora je vedená vzdušnina k trom bistabilným rozvádzačom 5/2. Súčasným stlačením tlačidiel S1, S2 a splnením podmienky spustenia (v zariadení je vložený obrobok a piesty PM 1.0, 2.0 a 3.0 sú zasunuté) sa zopne relé K1 a následne cievka Y1. Rozvádzač 1.1 sa prestaví a vzdušnina začne prechádzať do PM 1.0 - ten vysunie piest a upne materiál. Vysunutý piest PM 1.0 aktivuje snímač S1.2 ten zopne relé K3, následne sa zopne cievka Y3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne vysúvať (ohýba sa materiál). Po vysunutí piestu PM 2.0 sa aktivuje snímač S0.1, ktorý zopne relé K2 a následne aj cievku Y2. Rozvádzač 1.1 sa prestaví – piest PM 1.0 sa začne zasúvať, a tým sa rozpoja kontakty relé K3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne zasúvať, tým sa rozpojí aj kontakt relé K2 a následne cievka Y2. Po zasunutí oboch piestov sa zopne relé K7, ktoré zopne následne cievku Y7. Rozvádzač 3.1 sa prestaví – piest PM 3.0 sa začne vysúvať (odstraňovanie materiálu). Po odstránení materiálu snímače S0.0 a S0.1 rozopnú kontakt relé K7 a tým aj cievka Y7. Rozvádzač 3.1 sa pomocou pružiny prestaví – piest PM 3.0 sa zasunie. Zariadenie je opäť pripravené k činnosti.
b) Rozšírené zapojenie systému s upínacím, ohýbacím a vyrážacím PM
Popis činnosti:
Z kompresora je vedená vzdušnina k monostabilnému rozvádzaču 1/2. Odtiaľ k trom rozvádzačom typu 5/2 (rozvádzače 1.1, 2.1 a 3.1). Po zapnutí zariadenia sa zasvieti kontrolka Z1, ktorá signalizuje, že zariadenie je pripravené k práci. Vložením materiálu do zariadenia sa zopne snímač S0.0, ktorý rozsvieti kontrolka Z3. Po súčasnom stlačení tlačidiel S1, S2 a splnení podmienky spustenia (v zariadení je vložený obrobok a piesty PM 1., 2.0 a 3.0 sú zasunuté) sa zopne relé K1 a následne cievka Y1. Rozvádzač 1.1 sa prestaví a vzdušnina začne prechádzať cez rozvádzač do PM 1.0 - ten vysunie piest (upne materiál). Pohyb piesta PM 1.0 deaktivuje snímač S1.1, ktorý zhasne kontrolku Z1 a rozsvieti kontrolku Z5 (kontrolky signalizujú, že zariadenie pracuje a je vložený materiál). Vysunutý piest PM 1.0 aktivuje snímač S1.2, ten zopne relé K3 a následne zopne cievku Y3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne vysúvať (ohýba sa materiál). Po vysunutí piestu PM 2.0 sa zopne snímač S0.1 (materiál ohnutý). Rozsvieti sa kontrolka Z4 (signalizuje ohnutie materiálu). Súčasne sa zopne relé K2 a následne aj cievka Y2. Rozvádzač 1.1 sa prestaví – piest PM 1.0 sa začne zasúvať, a tým sa rozpojí kontakt relé K3 a teda aj cievka Y3. Rozvádzač 2.1 sa prestaví – piest PM 2.0 sa začne zasúvať. Po zasunutí piestov PM 1.0 a 2.0 sa zopne relé K7, ktoré zopne následne cievku Y7. Rozvádzač 3.1 sa prestaví – piest PM 3.0 sa začne vysúvať (odstraňovanie materiálu). Po odstránení materiálu sa deaktivujú snímače S0.0 a S0.1 (zhasnú kontrolky Z3 a Z4) a rozopne sa kontakt relé K7 a tým aj cievka Y7. Rozvádzač 3.1 sa pomocou pružiny prestaví – piest PM 3.0 sa zasunie. Po zasunutí piestu PM 3.0 je zariadenie opäť pripravené k činnosti a svieti iba kontrolka Z1. Rýchlosť vysúvania a zasúvania oboch piestov PM sa dá nastaviť pomocou združených prvkov 1.01, 1.02, 2.01, 2.02, 3.01 a 3.02. Stlačením tlačidla STOP sa rozopne cievka Y5, tým sa prestaví rozvádzač 1.3 do polohy, kedy vzdušnina neprechádza ďalej do systému – piesty všetkých PM sa zastavia a nepohnú sa, až kým sa opäť nestlačí tlačidlo STOP. Počas zopnutia tlačidla STOP je rozsvietená kontrolka Z2 signalizujúca zastavenie pohybu všetkých piestov. Stlačením tlačidla S3 (reset) sa zopne cievka Y2 a súčasne sa rozpoja kontakty k cievkam Y1, Y3 a Y7. Rozvádzače 1.1, 2.1 a 3.1 sa prestavia - PM 1.0, 2.0 a 3.0 zasunú svoje piesty. Spustenie stroja je podmienené opätovným stlačením tlačidla S3. Počas zopnutia tlačidla S3 je rozsvietená kontrolka Z2 a Z5. Signalizujú zasúvanie všetkých piestov.
Zoznam použitých prvkov v systéme
Variant III.
a) Základné zapojenie systému s ohýbacím, vyrážacím a dvoma upínacími PM
Popis činnosti:
Z kompresora je vedená vzdušnina k štyrom bistabilným rozvádzačom 5/2. Piest PM 2.0 sa vysunie hneď po spustení zariadenia (systém je pripravený k prevádzke). Zariadenie uvedieme do činnosti súčasným stlačením tlačidiel S1, S2 a splnením podmienok spustenia (v zariadení je vložený obrobok, piesty PM 1.0, 3.0 a 4.1 sú zasunuté a piest PM 2.0 je vysunutý) sa zopne relé K1 a následne cievka Y1. Rozvádzač 1.1 sa prestaví a piest PM 1.0 sa vysunie (upne materiál). Vysunutý piest PM 1.0 aktivuje snímač S1.2, ktorý zopne relé K7 a následne sa zopne cievka Y7. Rozvádzač 3.1 sa prestaví – piest PM 3.0 sa začne vysúvať (ohýba sa materiál). Po vysunutí piestu PM 3.0 sa aktivuje snímač S0.1, ktorý rozopne kontakty relé K7 a zopne relé K6 a následne aj cievku Y6. Rozvádzač 3.1 sa prestaví – piest PM 3.0 sa začne zasúvať. Po zasunutí ohýbacieho piestu sa zopnú kontakty relé K2 a K3. Tie následne zopnú cievky Y2 a Y3. Rozvádzače 1.1 a 2.1 sa prestavia – piesty PM 1.0 a 2.0 sa zasunú a zopnú snímače S1.1, S3.1, nasleduje zopnutie relé K9 a následné cievky Y9. Rozvádzač 4.1 sa prestaví – piest PM 4.0 sa vysunie (vyrážanie materiálu). Po vyrazení sa deaktivujú snímače S0.0 a S0.1 (snímač vloženia materialu a snímač ohnutia). Nasleduje zopnutie kontaktov relé K8 a cievky Y8. Rozvádzač 4.1 sa prestaví – piest PM 4.0 sa začne zasúvať. Po zasunutí sa zopne relé K4, následne cievka Y4. Rozvádzač 4.1 sa prestaví – piest PM 4.0 sa vysunie. Zariadenie sa nachádza v základnej polohe a je pripravené k opätovnej činnosti.
b) Rozšírené zapojenie systému s ohýbacím, vyrážacím a dvoma upínacími PM
Popis činnosti:
Z kompresora je vedená vzdušnina k monostabilnému rozvádzaču 1/2. Odtiaľ k štyrom rozvádzačom typu 5/2 (rozvádzače 1.1, 2.1, 3.1 a 4.1). Hneď po spustení zariadenia sa vysunie piest PM 2.0 a rozsvieti kontrolka Z2 (systém je pripravený k prevádzke). Vložením materiálu do zariadenia sa zopne snímač S0.0, ktorý rozsvieti kontrolka Z4. Zariadenie uvedieme do činnosti súčasným stlačením tlačidiel S1, S2 a splnením podmienok spustenia (v zariadení je vložený obrobok, piesty PM 1.0, 3.0 a 4.1 sú zasunuté a piest PM 2.0 je vysunutý) sa zopne relé K1 a následne cievka Y1. Rozvádzač 1.1 sa prestaví a piest PM 1.0 sa vysunie (upne materiál). Pohyb piesta PM 1.0 deaktivuje snímač S1.1, ktorý zhasne kontrolku Z2 a rozsvieti kontrolku Z5 (kontrolky signalizujú, že zariadenie pracuje a je vložený materiál). Vysunutý piest PM 1.0 aktivuje snímač S1.2, ktorý zopne relé K3 a následne sa zopne cievka Y3. Rozvádzač 3.1 sa prestaví – piest PM 3.0 sa začne vysúvať (ohýba sa materiál). Po vysunutí piestu PM 3.0 sa aktivuje snímač S0.1 (materiál ohnutý). Rozsvieti sa kontrolka Z5 (signalizuje ohnutie materiálu). Aktivovaný snímač S0.1, rozopne kontakty relé K3 a zopne relé K6 a následne aj cievku Y6. Rozvádzač 3.1 sa prestaví – piest PM 3.0 sa začne zasúvať. Po zasunutí ohýbacieho piestu PM 3.0 sa zopnú kontakty relé K2. Ten následne zopne cievku Y2 . Rozvádzače 1.1 a 2.1 sa prestavia – piesty PM 1.0 a 2.0 sa súčasne zasunú a zopnú snímače S1.1, S3.1, nasleduje zopnutie relé K7 a následné cievky Y7. Rozvádzač 4.1 sa prestaví – piest PM 4.0 sa vysunie (vyrážanie materiálu). Po odstránení materiálu sa deaktivujú snímače S0.0 a S0.1 (zhasnú kontrolky Z4 a Z5) a nasleduje zopnutie kontaktov relé K8 a cievky Y8. Rozvádzač 4.1 sa prestaví – piest PM 4.0 sa začne zasúvať. Po zasunutí sa zopne relé K4, následne cievka Y4. Rozvádzač 4.1 sa prestaví – piest PM 4.0 sa vysunie. Zariadenie sa nachádza v základnej polohe a je pripravené k opätovnej činnosti. Svieti len kontrolka Z2. Rýchlosť vysúvania a zasúvania oboch piestov PM sa dá nastaviť pomocou združených prvkov 1.01, 2.01, 3.01, 4.01, 1.02, 2.02, 3.02 a 4.02. Prekročením dovoleného tlaku pri ohýbaní sa aktivuje snímač 3.03 a jeho kontakt P, ktorí zopne relé KP. Nasleduje rozopnutie kontaktov cievky Y3 a zopnutie cievky Y6. Rozvádzač 3.1 sa prestaví a zasunutie piest PM 3.0. Stroj zostane po zasunutí piestu PM 3.0 zablokovaný. Jeho spustenie je podmienene stlačením tlačidla S3 (reset). Po jeho stlačení sa zasunú všetky piesty do východiskovej polohy. Kontrolky signalizujú zablokovanie (svieti kontrolka Z1 a Z6) po stlačení S3 svieti kontrolka Z6. Ak prišlo k zopnutiu snímača ohnutia (S0.1), stroj vráti piest PM 3.0 a vyrazí materiál. Stroj sa nastaví do východiskovej polohy, ale naďalej svieti kontrolka Z1. Stoj bez stlačenia S3 nebude ohýbať materiál. Stlačením tlačidla STOP sa rozopne cievka Y5, tým sa prestaví rozvádzač 1.3 do polohy, kedy vzdušnina neprechádza ďalej do systému – piesty všetkých PM sa zastavia a nepohnú sa, až kým sa opäť nestlačí tlačidlo STOP. Počas zopnutia tlačidla STOP je rozsvietená kontrolka Z2 signalizujúca zastavenie pohybu všetkých piestov. Stlačením tlačidla S3 (reset) sa zopnú cievky Y2, Y6 a Y8. Súčasne sa rozpoja kontakty k cievkam Y1, Y3, Y4 a Y7. Rozvádzače 1.1, 2.1, 3.1 a 4.1 sa prestavia - PM 1.0, 2.0, 3.0 a 4.0 zasunú svoje piesty. Spustenie stroja je podmienené opätovným stlačením tlačidla S3. Počas zopnutia tlačidla S3 je rozsvietená kontrolka Z2 a Z5. Signalizujú zasúvanie všetkých piestov.
Zoznam použitých prvkov v systéme
Simulácia práce tvárniaceho stroja
Na simuláciu práce tvárniaceho stroja je použitý program Fluidsim-P, ktorý je produktom firmy Festo. Obsahuje pneumatické a elektropneumatické prvky. Program umožňuje vytvárať schémy pneumatických alebo elektrických obvodov, vrátane ich kombinácie, pričom sa takáto schéma musí byť kreslená do spoločného obrázku. Simulácia je vytvorená pre III. Variant (rozšírené zapojenie systému s ohýbacím, vyrážacím a dvoma upínacími PM)
Simulácia bežnej prevádzky je v prílohe A, druhá simulácia požitie tlačidla STOP
je v prílohe B, tretia simulácia požitie tlačidla S3 (reset) sa nachádza v prílohe C a štvrtá
simulácia prekročenie tlaku pri ohýbaní je v prílohe D.
Pneumatický tvárniaci stroj riadený pomocou PLC
PLC systém je vyšší stupeň riadenia pneumatických a hydraulických obvodov. Riadenie realizuje procesor priamo alebo cez reléové výstupy. V súčasnej dobe je vo svete viac riadiacich systémov, ktoré firmy používajú vo svojich výkonových obvodoch (PLC rada 101 od firmy FESTO, PLC od firmy SIEMENS a dalšie). Pneumatické rozšírené obvody, ktoré sú navrhnuté v podkapitole 6.1, sú ovládané riadiacim systémom od firmy SIEMENS.
Variant I.: Rozšírené zapojenie systému s jedným upínacím a ohýbacím PM Program sa nachádza v prílohe E.
Variant II.: Rozšírené zapojenie systému s upínacím, ohýbacím a vyrážacím PM Program sa nachádza v prílohe F.
Variant III.: Rozšírené zapojenie systému s ohýbacím, vyrážacím a 2 upínacími PM Program sa nachádza v prílohe G.
Záver
V práci som sa venoval pojmu Pneumatický mechanizmus, ten som porovnal s elektrickými a hydraulickými mechanizmami a vyzdvihol jeho prednosti, ale aj poukázal na jeho nevýhody. Ďalšou častou práce je popis ako zostrojiť pneumatickú schému i podrobné rozdelenie ovládania pneumatického mechanizmu a jednotlivých pneumatických prvkov. Práca obsahuje rozdelenia pneumatických prvkov podľa názvu ale aj podľa ich vyhotovenia. Pre lepšie pochopenie sa nachádzajú v práci i obrázky s rezmi niektorých pneumatických prvkov. Praktické riešenie zadaného problému, teda návrh pneumatickej schémy ohýbacieho stroja je realizovaný pomocou 3 variantov. Každý variant má dve časti, základnú elektropneumatickú schému s jej popis činnosti a rozšírenú elektropneumatickú schému a jej popis. Na konci každého variantu je zoznamom použitých prvkov v schémach. Rozšírene varianty sa odlišujú od základných, tým že obsahujú prvky bezpečnosti a signalizácie. Praktické riešenie obsahuje i simuláciu posledného a teda tretieho variantu. Posledný variant je vybraný zámerne a to pre jeho obťažnosť. Simulácia je spracovaná do formátu AVI, i keď samotná simulácia bola tvorená vo programe FluidSIM od firmy Festo. Automatizácia pneumatického systému je spojená s pojmom PLC systém. A preto posledná časť mojej práce je zameraná týmto smerom. Každý rozšírený variant má navrhnutý program pre jeho riadenie pomocou systému PLC. Programy boli vytvorené v prostredí programu V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6. A nachádzajú sa v prílohách 1 až 3. Programy však neboli reálne testované na reálnych zariadeniach, ale len v simulačnom prestretí programu Aplicación MFC S7_200, kde bola overená ich funkčnosť.
Literatúra
[2] Holtan Filip, Lokšík Milan, www.filipza.ic.cz. [2006],13. mája 2009 Dostupný z http://filipza.ic.cz/spsknm/Mechatronika_3.rocnik.pdf
[3] Kopáček J. : Pneumatické mechanismy, VŠDS, Žilina 1991.
[4] Nevrlý J. : Modelování pneumatických systémů, CERM, Brno 2003.
[5] Pivoňka J. a kol. : Tekutinové mechanismy, SNTL, Praha 1987.
[6] www.automatizace.cz
[7] www.festo.com
[8] www.festo.cz
Použitý softvér
- Program FluidSIM - Fluidics Simulation Program, od firmy Festo, s.r.o.
- Program V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6
- Program Aplicación MFC S7_200
