AUTOMATISERINGSFAGET. Pneumatikk

Transkript

1 AUTOMATISERINGSFAGET Pneumatikk

2 Innhold 1 Innledning Pneumatikksystemer Definisjoner Oppbygging og virkemåte Kompressorer Tank Luftbehandling Slanger og rør Manometer Ventiler Ventiltyper Arbeidsorganer Sylinder Motorer Aktuatorer Verktøy Vakuum Skjema og symbolbruk Oppsummering symboler Tallnummerering Bokstavkoder og skjemaoppbygging Eksempler på pneumatiske kretser Elektropneumatikk Reléskjemaet Eksempler på elektropneumatiske kretser Anvendelse av pneumatiske anlegg Fordeler og ulemper Drift og vedlikehold av pneumatiske anlegg Bruksområder... 38

3 1 Innledning Ordet pneuma er gresk og betyr luft. Pneumatikk er overføring av kraft og bevegelse ved hjelp av trykkluft. Trykkluft er luft som er komprimert, det vil si satt under trykk. I industrien brukes trykkluft til å drive sylindre, luftmotorer samt ulike typer håndverktøy. Pneumatikk er mye brukt i forbindelse med automatisering da pneumatisk utstyr er enkelt å styre ved hjelp av reléer, kontaktorer og PLS. 2 Pneumatikksystemer Pneumatiske anlegg virker i korte trekk slik: En kompressor komprimerer luft og forsyner anlegget med trykkluft. Ventiler styrer hvor lufta skal gå. Sylindre og luftmotorer skaper bevegelse og kraft ved hjelp av den komprimerte lufta. 2.1 Definisjoner Bar Pa 1 Bar = Pa 1 kp/cm2 = 0,981 bar 1 psig = 0,07 bar 1 Bar = 0,1 MPa Atm. (atmosfære) = 1,013 bar. Overtrykk: bar Enhet for trykk. Dette er ikke den helt riktige betegnelsen for trykk, men det er enheten som vanligvis brukes. Pascal. Enhet for trykk. Pa er en SI enhet. Kilopond per cm2 Pounds per square inch gauge Dette avviker så lite fra 1 bar, så vi setter i dette kapittelet, 1 Atm = 1 Bar. Trykk som er over atmosfæretrykket. Trykket som vi leser av på en måler (manometer). Vi kan også finne benevnelser som barg og psig. g står for gauge som er engelsk for viser eller skala, og står for overtrykk.

4 Absolutt trykk: bara Totalt lufttrykk. Overtrykk + atmosfæretrykk. a en betyr absolutt. Trykket vi bruker når vi gjør beregninger. Vi kan også finne psia. Nl, Nm³ Normalliter Normalkubikkmeter. Luft med 1 atm trykk ved 20 C. (temperaturendringer brukes ikke ved overslagsregning) l/min Liter per minutt er en vanlig måleenhet for hvor mye luft en kompressor kan levere. 2.2 Oppbygging og virkemåte Kompressorer Man komprimerer trykkluft ved å bruke en kompressor. Disse er oftest stempel- eller skruekompressorer som leverer trykkluft i området 6-8 bar eller inntil 10 bar. Reguleringen av kompressoren krever en trykktank i forhold til kompressortypen og -størrelsen, eventuelt også i forhold til forbruksmønsteret av trykkluft. En kompressor er som oftest drevet av en elektrisk motor. På større anlegg og maskiner brukes det dieselmotor. Kompressorer er vanligvis montert sammen med en trykktank eller utstyrt med en frittstående trykktank. Kompressorers kapasitet måles i levert luftmengde pr tidsenhet, vanligvis l/min. Man bør dimensjonere kapasiteten i forhold til forbruket. Kompressortyper Stempelkompressoren En stempelkompressors prinsipp er mye likt en forbrenningsmotors, med veivaksel, sylinder, stempel og ventiler. Forskjellen er at forbrenningsmotoren skaper kraft på veivakselen til bruk for andre ting, eksempelvis å drive et kjøretøy framover, mens kompressoren trenger kraft på veivakselen for å drive stemplet opp og ned slik at luft kan komprimeres og brukes som trykkluft.

5 Kompresjon av luft i en stempelkompressor foregår på denne måten: Figur 1: Innsugsfase Som vi ser av figur 1 blir luften sugd inn i den ene ventilen når stempelet er på vei ned. Da er innsugsventilen åpen og utblåsningsventilen stengt. Figur 2: Kompresjonsfase På figur 2 ser vi hvordan komprimert luft slippes ut av utblåsningventilen og går til kompressorens tank. Motoren som driver veivakselen er styrt av en trykkbryter på tanken. Trykket er som regel justerbart i området 6 8 bar, dvs. er trykket på tanken lavere enn 6 bar starter motoren, over 8 bar stopper den. Stempelkompressorer finnes i flere størrelser, små garasjeutgaver med ensylindret kompressor og tank i en enhet, og større kompressorer med flere sylindre og separat tank til bruk i for eksempel industrianlegg.

6 Skruekompressoren I skruekompressoren blir luften komprimert ved at to eller tre skruer roterer mot hverandre og fortrenger luften. Luften presses da sammen fra atmosfæreluft inn i en trykkluftbeholder. Disse er også enten drevet av en elektrisk motor eller en forbrenningsmotor, styrt med trykkbryter på tanken på samme måten som stempelkompressorer. Figur 3: Prinsippskisse av en skruekompressor Skruekompressorer er som regel litt dyrere og kraftigere kompressorer sammenlignet med stempelkompressorer. Skruekompressoren er mye brukt til fast montasje hos bedrifter med stort luftbehov Tank Tanken oppbevarer den komprimerte lufta. Tankens størrelse benevnes i antall liter. Den er oftest i metall og har en trykkbryter og en overtrykksventil montert. På mobile kompressorer med fast tank har man den fordelen at man kan ha med seg en viss mengde trykkluft til bruk der man ikke har elektrisitet tilgjengelig Luftbehandling Luftbehandling er å bruke utstyr og filter for å gi en bestemt luftkvalitet. Luftkvaliteten er avhengig av kompressortypen og omgivelsestemperaturen. Til kvalitetsforbedring av trykkluft brukes vanligvis kjøletørkere, adsorpsjonstørkere og mikrofilter. Luftbehandlingsutstyret plasseres etter tanken eller like før forbruksstedet avhengig av den oppgaven det har og anleggets størrelse.

7 På figuren ser du eksempler på hvordan trykkluft blir benyttet i verkstedet: Figur 4: Eksempel på trykkluftanlegg i verkstedet Filter Filter finnes i mange varianter og har som oppgave å filtrere bort urenheter i lufta. Her tenkes det på filter som sitter i luftbehandlingsenheten etter kompressoren, men man bør også kjenne til at det vanligvis er filter på kompressorens innsugsluft. Kondensfjerning Fuktighet i lufta kan fjernes på flere måter: Man kan ha en enhet for kondensfjerning med bøy på røra, en kondensfelle. Kjøletørkere. Avhengig av vurderinger rundt luftkvaliteten (partikler, olje, vann og vanndamp) og forskjellige temperatursoner der rørnettet går, kan det være lurt å utføre rørnettet med vannsperrer (svanehalser) og dreneringsmulighet. Smøring Pneumatisk utstyr krever litt smøring for å vare lenge. Mest utsatt er pneumatisk verktøy, men også luftmotorer og sylindre kan ha godt av litt olje. Der kontinuerlig smøring er et behov, installeres tåkesmørere som tilsetter en justerbar mengde olje i trykklufta. Konvensjonelt pneumatikkutstyr er ikke ømfintlig for forurensning i luften. Generelt gir kjøletørking

8 en god trykkluftkvalitet når temperaturen ikke avviker mye fra normale innendørstemperaturer. Kjøletørkere leverer et trykkduggpunkt rundt 3 C som generell standard Slanger og rør Trykklufta distribueres ved hjelp av slanger og rør. Slanger er mest brukt ut til luftverktøy, og direkte mellom ventiler og sylindre. Rør brukes til permanent distribusjonsnett i et industrilokale. Luftnettet kan bygges opp med et distribusjonsrør i lokalet, med rørnedløp til forbrukssteder, der luftuttak eller permanent tilkobling foregår. Rørnettet dimensjoneres i forhold til rørlengder, luftmengde og akseptabelt trykkfall. Rørnettets reguleringsområde er avhengig av kompressortypen. Spesielt ved bruk av stempelkompressorer, men også generelt, brukes vanligvis en trykkregulator ved trykkluftinntaket til en maskin. Denne kombineres eventuelt med filter/vannutskiller, og eventuelt også med et oljesmøreapparat Manometer Et manometer er en analog visning av trykket på trykklufta. Manometeret kan monteres på tanken, i forbindelse med luftbehandlingsenheten eller ute i anlegget. Figur 5: Manometer for måling av lufttrykk

9 Symboler trykkluftforsyning Trykkluftkilde, generelt symbol Kompressor Trykklufttank Luftfilter Manometer 2.3 Ventiler Ventiler brukes for å styre hvordan man vil bruke trykklufta, hvordan man vil styre arbeidsorganets bevegelse. De benevnes etter hvordan de er bygd opp med antall porter (tilkoblinger) og antall stillinger som utgangspunkt, men benevnes også etter funksjon. Her har vi en 3/2 ventil. Den har tre tilkoblingsmuligheter, 1, 2 og 3. Derav tretallet. Den har to stillinger/posisjoner den kan være i. Dette illustreres med de to firkantede rutene i ventilsymbolet (høyre og venstre). Derav to-tallet. Antall tilkoblinger er det første tallet og antall stillinger/posisjoner det andre. Man velger ventil etter hvordan man vil at arbeidsorganet skal virke. Vi grupperer gjerne ventilene etter den funksjon den har: Retningsventiler (retningsregulerende ventiler) åpner og stenger for gjennomstrømningen eller styrer luftens strømningsretning. Mengdeventiler (volumregulerende ventiler) styrer luftmengden i gjennomstrømningen og regulerer sylinderhastigheten. Trykkventiler (trykkregulerende ventiler) reduserer eller begrenser lufttrykket og styrer kraften til sylinderen. Sperreventiler sperrer gjennomstrømningen i en eller begge retninger. Dette brukes som en hjelpefunksjon.

10 2.3.1 Ventiltyper Retningsventiler Dette er den største gruppen. Retningsventilene har et stort antall funksjoner. Disse ventilene er navngitt etter antall porter og antall stillinger. Hensikten med en retningsventil er å styre luftstrømmen til det arbeidselementet vi ønsker. Vi skiller mellom unistabile og bistabile ventiler. Når en ventil blir stående i den stillingen den er satt i, sier vi at den er bistabil. Er det derimot en anordning som returnerer ventilen til grunnstillingen, sier vi at ventilen er unistabil. 2-portsventiler: Har en strømningsvei Har to porter; innløp og utløp Åpner og stenger et løp Brukes som stengeventiler Når ventilen på figuren er ubelastet er den stengt, fjærkraften presser da oppover. Når vi belaster ventilen presser vi fjæren nedover og ventilen åpner. Ventilen er en 2-portsventil med 2 stillinger, 2/2 ventil. Ventilen er normalt stengt (NC, normally closed) i ubelastet stilling. Ved å plassere fjæra på oversiden vil den bli normal åpen (NO, normally open). Den er unistabil fordi den går tilbake til normalstilling når trykknappen slippes. Figur 6: 2/2 stengt Figur 7: 2/2 åpen Figur 8: Symbolet for normalt stengt 2/2 ventil

11 3-portsventiler: Har to strømningsveier. Har tre porter; innløp, utløp og avluftinger. Brukes for å styre enkeltvirkende sylindere og til signalgiving. Tilførselsluft slippes inn gjennom port 1 2 og eksosluft, tømming av sylinder, slippes ut gjennom port /2 ventil normalt stengt: Figur 11: Symbolet for normalt stengt 3/2 ventil Figur 10:3/2 åpen Figur 9: 3/2 Stengt 3/2 ventil av typen normalt åpen: Figur 14: Symbolet for normalt åpen 3/2 ventil Figur 12:3/2 åpen Figur 13: 3/2 stengt

12 5-portsventiler: Har fire strømningsveier. Har fem porter; ett innløp, to utløp og to avluftinger. Brukes til å styre dobbeltvirkende sylindere. 5-portsventiler er ofte av typen sleideventiler. En sleide løper i en sylindrisk boring i ventilhuset. Sleiden er laget med tettepartier og gjenomløpspartier. I huset er det boret ut for porter som ligger plassert slik at ved å bevege sleiden, åpnes, lukkes eller tettes portene. 5-portsventilen gjør det samme som to 3-portsventiler; gir trykk til en side på en dobbeltvirkende sylinder samtidig som den andre siden blir luftet. Bistabil 5/2 ventil. Denne ventilen er trykkstyrt. Trykket styres fra f.eks. 3-portsventiler. Figur 15: 5/2 stilling 1 Figur 16: 5/2 stilling 2 Dersom vi bytter den ene trykkinngangen med en fjær, gjør vi om ventilen foran fra bistabil til unistabil. Fjæren vil da sørge for at ventilen returnerer til utgangspunktet. Styring av ventiler Ventilene vi har vært gjennom hittil kan styres på forskjellige måter: Manuelt, med spaker. Spakene kan returnere automatisk eller ha kulestoppere som holder spaken i stilling til vi beveger den på nytt. Trykkstyrt. Trykkluft brukes også til å styre ventilen med. Vi må da bruke andre typer ventiler til å styre dette trykket. Elektrisk. Magnetspoler som aktiveres med strøm sørger for at ventilen åpnes eller lukkes. Denne løsningen gir mange muligheter for automatisering og styring av maskiner og utstyr.

13 Symboler: styreorganer for retningsventiler Manuell spak Mekanisk rulle Trykkstyring Manuell trykknapp Fotpedal Manuell bryter, generelt symbol Manuell bryter med holdefunksjon Mengdeventil Mengdeventilen er den eneste ventilen vi bruker for å styre mengden. Mengdeventilen kalles en strupeventil, og består av et gjennomløpskammer og en innsnevring. Innsnevringen er gjerne en skrue med en konisk spindel som kan justeres opp og ned for å stille inn gjennomstrømningsmengden. Dette er indikert med en pil over symbolet. Strupeventiler kan brukes for å redusere hastigheten på en sylinder. Figur 17: Strupeventil, prinsipptegning

14 Figur 18: Symbol for justerbar strupeventil Sperreventil Sperreventilen kalles en tilbakeslagsventil og stenger for luftstrømmen i en retning, og åpner for luftstrøm i den andre retningen. Blir også brukt som en by-pass ventil. 2 1 Figur 19: Symbol for tilbakeslagsventil Dersom man kombinerer en strupeventil med en tilbakeslagsventil, får man en integrert enhet som kalles for strupe-tilbakeslagsventil. Figur 20: Symbol for justerbar strupe-tilbakeslagsventil Trykkregulator En trykkregulator er en enhet som regulerer trykket i en tank eller i forbindelse med en sløyfe eller arbeidsenhet. Regulatoren kan ha elektriske kontakter som starter og stopper luftproduksjonen, slik som på en kompressor, eller det kan være en mekanisk enhet som slipper ut overtrykk. Regulatorer for trykk har som regel forskjellige innstillingsmuligheter.

15 Ventilsymboler Normalt lukket og manuelt styrt unistabil 2/2-ventil med trykknapp og fjærretur Normalt åpen og manuelt styrt unistabil 2/2-ventil med trykknapp og fjærretur. Normalt lukket og manuelt styrt unistabil 3/2-ventil med trykknapp og fjærretur Normalt åpen og manuelt styrt unistabil 3/2-ventil med trykknapp og fjærretur 5/2 bistabil trykkstyrt ventil. 2 1 Tilbakeslagsventil 2 1 Strupe- tilbakeslagsventil, struper i en retning. 2.4 Arbeidsorganer Med pneumatiske arbeidsorganer mener vi utstyret som utfører selve arbeidet. De vanligste arbeidselementene som blir brukt i pneumatikken er: Sylindere Motorer Aktuatorer Luftverktøy Vakuumejektorer Sylinder I pneumatikken er trykkluftsylinderen et viktig element for å utføre det arbeidet som skal gjøres. En sylinder er et arbeidselement som arbeider med en rettlinjet bevegelse. Dette er en av de store fordelene med pneumatikk som kraftkilde. Trykkluftsylinderen er i enkelhet et rør som er lukket i endene av gavler. Inne i sylinderen er det et

16 stempel og en stempelstang som går ut gjennom den ene gavlen. Stempelet blir presset fram og tilbake med trykkluft, og kraften blir overført gjennom stempelstangen. Vi skiller mellom to typer sylindere etter hvordan bevegelsen den ene veien utføres. Dobbeltvirkende sylindere bruker luft i begge bevegelsesretningene. Enkeltvirkende sylindere blir drevet med luft i den ene retningen og med en fjær i den andre. På figur 21 og 22 ser du hvordan sylinderen er bygget opp med navn på de ulike delene: Figur 21: Enkeltvirkende sylinder med returfjær Figur 22: Dobbeltvirkende sylinder m/ endedemping Felles for alle typer sylindere er at det kreves gode tetninger, først og fremt for å utnytte effekten i luften, men også for å begrense tap i trykkluftsystemet. Det sitter også en avskraper mot stempelstangen slik at vi unngår å få smuss inn i sylinderen. Sylinderne kan utstyres med endedemping. Dette kan gjøres ved at det er montert et elastisk materiale som stempelet slår mot i endene, anslagsdemping, eller det kan være utført som pneumatisk demping. Det vil si at stempelet er utstyrt med et dempestempel som går inn i en forlengelse av sylinderen i endegavlen. I gavlen er det en kanal som luften presses gjennom. Kanalen er utstyrt med en justeringsskrue som vi bruker til å stille luftmengden som skal gå i gjennom. På denne måten bestemmer vi hvor kraftig dempingen skal være. Ved å bruke endedemping kan man redusere slitasjen på endegavlene, samt på utstyret som

17 sylinderen betjener. Trykkluftsylinderen blir brukt til mange forskjellige arbeidsoperasjoner som ellers ofte har vært utført manuelt, for eksempel åpning og lukking, skyving og trekking, løfting og senking, pressing eller fastspenning av emner, samt og vending og vriding og mange andre operasjoner i forbindelse med bearbeiding og transport av materialer. Figur 23: Enkeltvirkende pneumatikksylinder i praktisk bruk. Figur 24: Dobbeltvirkende pneumatikksylinder. Vi sier at sylinderen gjør en pluss-bevegelse når den beveger seg utover, og at den gjør en minusbevegelse når den beveger seg innover. Figur 25: Sylinder i minus-bevegelse Figur 26: Sylinder i pluss-bevegelse

18 Sylinderberegning Kraften en sylinder kan skyve eller trekke med kan beregnes. Leverandører har som regel også opplysninger om dette, og det finnes også elektroniske beregningskalkulatorer. I automatiseringsfaget trenger du å vite at kraften en sylinder gir, er avhengig av stempelarealet og trykket: F = A * P F = kraften målt i Newton. A = stempelarealet oppgitt i kvadratmeter (m2). P = trykket oppgitt i Pascal. Pascal er det samme som N/m2. 1 bar = Pa. Eksempel: En sylinder på 100mm er tilkoblet et trykk på 8 bar. Hvor stor kraft vil denne skyve med? F = A * P Vi må da beregne arealet og gjøre om trykket til Pascal. Vi begynner med arealet, eksempelvis ved hjelp av denne formelen A = pi * r2 Pi = 3,14 og r= sylinderstempelets radius. Er sylinderen 100mm blir radiusen 50mm. A= 3,14 * (50mm * 50mm) A= 7853,98mm2 Arealet må vi gjøre om til m2: 0,007854m2 Så var det trykket: 1 bar = Pa. Vi har 8 bar, det blir Pa Vi setter inn i formelen: F = A * P F = 0,007854m2 * Pa F = 6283,19N Newton sier oss kanskje ikke så mye. Men om vi gjør det om til kilo blir det mer forståelig. Et kilogram kraft tilsvarer 9,81 Newton. 6283,19N = 640,5kg 9,81N/kg Dette betyr at sylinderen i dette eksempelet skyver med en kraft på 640kg! Klarer du å beregne sylinderens trekkraft? Da må du huske på å trekke fra stempelstangens areal fra

19 stempelets (stempelstangen er 30mm) Motorer Det finnes flere typer pneumatiske motorer. Noen av disse er: Lamellmotor Stempelmotor Turbinmotor Det finnes også stempelmotorer som brukes til trinnvise operasjoner. Figur 27: Prinsippskisse av en lamellmotor Figur 28: Bilde av en aksialstempelmotor Motorene som drives med luft har en del fordeler: De er kompakte, har stor ytelse og tåler store lastvariasjoner. De kan ha omdreiningstall fra 0 til rpm og luften sørger i tillegg for god kjøling. Luftmotorer er mye brukt på luftverktøy samt til turtallskrevende operasjoner i industrimaskiner.

20 2.4.3 Aktuatorer Pneumatiske aktuatorer benyttes som forstillingselement til reguleringsventiler. Lær mer om dette i modulen for reguleringsteknikk. Sylindre og andre arbeidselementer kan også kalles for aktuatorer Verktøy Det finnes mange typer luftverktøy. Her er noen eksempler som automatikeren kan komme borti i faget: Blåsepistol Skralle Muttertrekker Vinkelsliper Lakksprøyte Vakuum Vakuum er betegnelsen for undertrykk, eller når lufttrykket blir lavere enn atmosfæretrykket. Det kjennes som et sug, og til industriformål er det vanlig å lage vakuum ved hjelp av en vakuumpumpe eller en vakuumejektor. Større vakuumpumper er oftest elektrisk drevne, i mindre pumper skapes vakuumet ved hjelp av trykkluften. En vakuumejektor tilkobles trykkluft, og mengden trykkluft som slippes forbi en spalte, skaper vakuum i spalten. Dette vakuumet kan brukes til et sug i en sugekopp, også kalt en griper, for å suge til seg gjenstander.

21 3 Skjema og symbolbruk 3.1 Oppsummering symboler Symboler trykkluftforsyning Trykkluftkilde, generelt symbol Kompressor Trykklufttank Luftfilter Manometer Ventilsymboler Normalt lukket og manuelt styrt unistabil 2/2-ventil med trykknapp og fjærretur. Normalt åpen og manuelt styrt unistabil 2/2-ventil med trykknapp og fjærretur. Normalt lukket og manuelt styrt unistabil 3/2-ventil med trykknapp og fjærretur Normalt åpen og manuelt styrt unistabil 3/2-ventil med trykknapp og fjærretur 5/ 2 bistabil trykkstyrt ventil.

22 2 1 Tilbakeslagsventil 2 1 Strupe- tilbakeslagsventil, struper i en retning. Symboler styreorganer for retningsventiler Manuell spak Mekanisk rulle Trykkstyring Manuell trykknapp Fotpedal Manuell bryter, generelt symbol Manuell bryter med holdefunksjon Arbeidsorganer Enkeltvirkende sylinder med fjærretur Dobbeltvirkende sylinder med justerbar demping. Pilen gjennom stempelet illustrerer den justerbare dempingen Sylinder uten stempelstang Vakuumsuger

23 Luftmotor med flyt i to retninger Elektriske komponenter - elektropneumatikk Elektromagnetisk operert ventil Relé 24 volt spenningstilførsel Trykkbryter, normalt åpen Trykkbryter, normalt stengt Trykkbryter med holdekontakt Arbeidskontakt relé, normalt åpen Arbeidskontakt relé, normalt stengt Signallampe

24 3.2 Tallnummerering Ventilenes tilkoblinger/porter er vanligvis nummerert. Tall Betydning 1 Kobles til luftkilden 2 Utløp fra ventilen 3 Eksosport 4 Utløp fra ventilen 5 Eksosport 12 Tilførsel styretrykk 14 Tilførsel styretrykk 3.3 Bokstavkoder og skjemaoppbygging Komponentene er betegnet med en bokstav og et tall, som sier noe om komponentet og hvor det står. Nedenfor finner du et eksempel som har tatt med noen flere komponenter fra kompressor til styreventil. Arbeidselementene, i vårt tilfelle sylindrene, er betegnet som A. 1A1 betyr arbeidselementsgruppe nummer 1, aktuator nummer 1. S: switch, bryter, styreventil = den ventilen som styrer arbeidsventilen B: bryter A: arbeidsorgan, eksempelvis sylinder C: cylinder, sylinder V: valve, ventil, arbeidsventil = den ventilen som skaper bevegelsen Z: luftbehandlingskomponentene, eksempelvis filter, tåkesmører og vannutskiller P: kompressoren, trykkilden Y: reléspole, magnetspole K: reléspol, kontaktorspole Q: kontaktor

25 Figur 29: Pneumatikkskjema med eksempler på benevning Vanlig skjemaoppbygging er med trykkilden nederst, ventilene i mellom og arbeidsorganene øverst. Luftberedningskomponentene, altså filter og trykkregulator har fått betegnelsen Z. Legg merke til at det er satt en 0 foran, det indikerer at de ikke tilhører en arbeidselementsgruppe, men at de forsyner hele anlegget. Kompressoren er betegnet med en P. Legg merke til at dette heller ikke tilhører en bestemt arbeidselementgruppe, men har en 0 foran. 3.4 Eksempler på pneumatiske kretser Her skal vi vise noen eksempler på hvordan man kan styre en sylinder. Det er brukt en sylinder i hvert eksempel. Sekvenser med enkeltvirkende sylinder: Eksempel 1, enkeltvirkende sylinder med manuell startbryter. I dette eksempelet benytter vi oss av en manuell startbryter for å starte pluss-bevegelsen til en enkeltvirkende sylinder. Vi bruker en unistabil 3/2 retningsventil som er normalt stengt. Vi oppnår da at sylinderen står i minus-stilling helt til vi aktiverer startbryteren. Når vi slipper startbryteren, returnerer sylinderen til minus-stilling uavhengig av hvor langt ut den har gått.

26 Vi har også satt inn en justerbar strupeventil for å regulere hastigheten. Ulempen med en strupeventil av dette slaget er at man også struper returluften slik at minusbevegelsen også blir strupet. Det ønsker man ikke alltid. 1 A V 1 1 S Figur 30: Pneumatikkskjema, eksempel 1 Eksempel 2, enkeltvirkende sylinder med manuell startbryter og arbeidsventil. Her har vi byttet ut strupeventilen med en strupe-tilbakeslagsventil. Med dette oppnår vi at returluften blir by-passed slik at det kun er pluss-bevegelsen som hastighetsreguleres. Legg også merke til at vi struper lufta på vei inn i sylinderen! I tillegg har vi bygget ut systemet med en pneumatisk styrt 3/2 unistabil retningsventil som arbeidsventil. Vi bruker da signalet fra startbryteren som et styresignal til å sjalte over arbeidsventilen med. Vi kaller startbryteren for en styreventil. Figur 31: Pneumatikkskjema, eksempel 2

27 Eksempel 3, enkeltvirkende sylinder med automatisk retur. I dette eksempelet har vi brukt en 3/2 bistabil retningsventil som arbeidsventil. Den får styresignal fra startbryteren og signalgiver S2. S2 er plassert slik at den blir aktivert når sylinderen er helt ute i pluss-stilling. Legg merke til at S2 i virkeligheten er plassert ved sylinderen, mens den i skjemaet er tegnet inn på linje med startbryteren. Dette er for å forenkle skjemategningen. S2 er en 3/2 unistabil retningsventil akkurat som startbryteren, men med rulleknapp som aktiveres av stempelstangen istedenfor trykknapp. Figur 32: Pneumatikkskjema, eksempel 3 Sekvenser med dobbeltvirkende sylinder: Eksempel 4, dobbeltvirkende sylinder med manuell styring. I dette eksempelet styres en dobbeltvirkende sylinder i pluss- og minusretning ved hjelp av manuelt opererte unistabile 3/2 retningsventiler. I denne sekvensen er hastigheten i pluss-retning regulerbar ved at det er satt inn en strupetilbakeslagsventil. Legg merke til at vi struper returluften på en dobbeltvirkende sylinder, i motsetning til på enkeltvirkende sylindere der vi strupte tilførselluften.

28 Figur 33: Pneumatikkskjema, eksempel 4 Eksempel 5, dobbeltvirkende sylinder med manuell styring og arbeidsventil. Med denne styringen oppnår vi det samme som i forrige eksempel, men her benytter vi en arbeidsventil som mater sylinderen med luft istedenfor at styreventilene gir luft til pluss- og minusbevegelsene. Dette fører til at vi kan benytte mindre ventiler til styresignalene enn arbeidsventilen ettersom det er sylinderen som er hovedforbruker av luft. Legg også merke til at vi har strupt både pluss- og minus-bevegelsen, og at vi struper returluften, ikke tilførselluften. Denne sylinderen har altså regulerbar hastighet i både pluss- og minusretning. Figur 34: Pneumatikkskjema, eksempel 5

29 Eksempel 6, dobbeltvirkende sylinder med automatisk retur. Denne sekvensen fungerer som i eksempel 5, med det unntak at den automatisk returnerer til minus når den er i pluss-stilling. Signalgiveren S2 aktiveres når sylinderen når pluss-stilling, og gir signal til retningsventilen om at sylinderen skal gå i minus. Figur 35: Pneumatikkskjema, eksempel 6 Eksempel 7, dobbeltvirkende sylinder med automatisk forløp og «og» funksjon. Denne sekvensen er en videreutvikling av eksempel 6. Vi aktiverer startbryteren som er en bistabil 3/2 retningsventil. Denne er seriekoblet med signalgiveren S1. Dette gir oss en og funksjon. For at sylinderen skal gå i pluss, må både S1 være aktivert, og vi må manuelt aktivere startbryteren. Sylinderen vil da fortsette i sekvensen + og helt til startbryteren blir deaktivert.

30 Figur 36: Pneumatikkskjema, eksempel 7 Nå skal vi utvide eksemplene til å styre to sylindre i en sekvens. Når vi skal styre mer enn en sylinder melder behovet seg for mer utfyllende dokumentasjon enn bare pneumatikkskjemaet som vi kjenner fra VG1. Sekvens eller syklus er et oppsett av rekkefølgen på hva som skjer i et anlegg eller på en maskin. Nedenfor skal vi følge et eksempel på hvordan vi setter opp dokumentasjonen for to sylindre (1A1 og 1A2) med følgende sekvens: Sekvens Trinn 1 1A1 Trinn 2 1A2 Trinn 3 1A1 Trinn 4 1A2

31 Følgende forutsetninger legges også til grunn: Den første bevegelsen skal starte ved at en manuell startbryter aktiveres, deretter skal resten av forløpet gå automatisk. Det skal ikke være mulig å starte sekvensen uten at det siste trinnet i sekvensen har skjedd, altså at sylinder 1A2 er kommet tilbake i minusstilling. Funksjonsdiagram Før vi tegner et pneumatikkskjema for en ny sekvens begynner vi med å sette sekvensen inn i et skjema som kalles «funksjonsdiagram. Figur 37: Eksempel på funksjonsdiagram Funksjonsdiagrammet er et slags vei-tid diagram som viser sylindrenes bevegelser. I funksjonsdiagrammet er det også satt inn hvilke signalgivere som brukes til å styre sekvensen. I dette eksempelet består sekvensen av fire bevegelser, vi sier at den har fire trinn. Funksjonsdiagrammet gir oss en grafisk fremstilling av hendelsesforløpet slik at det blir lettere å se for seg hva som skal skje i sekvensen. Grafcet Når vi har satt opp sekvensen og funksjonsdiagrammet skal vi bruke informasjonen vi har til å sette opp et diagram som kalles grafcet. Grafcet er et diagram som trinnvis forklarer hva som skjer i sekvensen, hvilke forutsetninger som ligger til grunn for en bevegelse, og hvilke signalgivere som aktiveres av bevegelsen og får neste bevegelse til å skje.

32 Grafcet-diagrammet for sekvensen i eksempelet på forrige side kan skrives på følgende måte: Figur 38: Eksempel på hvordan Grafcet kan settes opp Grafcet-diagrammet gir en visuell oversikt over hva som skal skje i sekvensen. Vi ser at en ogfunksjon med startbryteren og 1B3 (den siste signalgiveren som blir påvirket i forrige sekvens) gir signal om at sekvensen skal starte. Når vi har satt opp funksjonsdiagram og grafcet, er det klart for å tegne selve pneumatikkskjemaet. Ut fra at vi skal styre to sylindre i et automatisk forløp kan vi sette opp et skjema. I tillegg til kravene til sekvensen, har vi også valgt å sette inn strupe-tilbakeslagsventiler slik at sylindrene kan hastighetsreguleres i både pluss- og minusretning. Legg merke til at pneumatikkskjemaet er tegnet opp med en spesiell systematikk. Arbeidselementene (sylindrene) er tegnet inn øverst, arbeidsventilene under, og signalgivere under dette igjen. Vi ser at det er brukt en signalgiver for hver stilling sylindrene kan ha, altså to på hver sylinder. Det er nødvendig for at vi skal kunne automatisere forløpet. Vi vet også at det skal være en signalgiver (3/2 ventil) for å styre hver side på arbeidsventilene (5/2 ventilene), men ikke hvor de enkelte (1B1 1B4) skal stå. Det er nå klart for å bruke opplysningene fra dokumentasjonen vi lagde i kapittel 2.3 og 2.4 til å tegne resten av skjemaet og navngi de signalgiverne vi vet må til for å styre arbeidsventilene.

33 Figur 39: Pneumatikkskjema for to dobbeltvirkende sylindre Her har vi koplet ferdig det som skal til for at sekvensen skal fungere. Vi har satt inn en start-bryter, og koplet trykkluft til port nr. 1 på alle retningsventiler. Arbeidsventilene blir styrt av et trykkluftsignal, mens alle andre retningsventiler blir mekanisk styrt. Vi ser at start og 1S3 er koplet i serie. Dette gir oss en og-funksjon som tilfredsstiller kravet om at 1A1 skal være i minus-stilling før en sekvens kan starte siden 1S3 blir aktivert som det siste som skjer i et forløp. Flere pneumatiske kretser Eksempel på bruk av strupe-tilbakeslagsventiler: I eksempelet på neste side er to dobbeltvirkende sylindre arrangert i hver sine arbeidselementgrupper. Vi ser dette av at den ene gruppen har et 1-tall foran all benevning, mens den andre gruppen har et 2-tall foran A, V og S. Med dette forstår vi at sylindrene opererer uavhengig av hverandre. I arbeidselementgruppe 1 ser vi at strupeventilen er plassert slik at tilførselluften til sylinderen blir strupt. Dette kan føre til en ujevn sylinderbevegelse, siden sylinderen vil starte bevegelsen straks trykket er høyt nok til å overvinne den friksjon og motkraft som måtte være mot stempelet. I arbeidselementgruppe 2 har vi strupt returluften. Dette gir en jevnere bevegelse, siden trykket i sylinderen vil være like høyt som systemtrykket. Motkraft og friksjon i pakninger vil da bli relativt mindre i forhold til den skyvekraft stempelet får. Denne måten å regulere hastigheten på er å foretrekke.

34 Figur 40: To måter å plassere strupe-tilbakeslagsventiler Pluss og minusbevegelse med 5/2 ventil I eksempelet under ser vi hvordan vi kan styre en dobbeltvirkende sylinder med to 5/2 retningsventiler. I dette tilfellet er det brukt en sylinder uten stempelstang. Bevegelsen overføres da magnetisk til en sleide på utsiden av sylinderen. Figur 41: Eksempel på hvordan en dobbeltvirkende sylinder kan styres med to 5/2 ventiler

35 4 Elektropneumatikk Med elektropneumatikk menes anlegg med elektriske reléer på ventilene og elektriske brytere som føler eksempelvis sylinderposisjoner. Dette gir store muligheter innen automatisering, da man kan styre de elektropneumatiske anleggene med for eksempel PLS. 4.1 Reléskjemaet I elektropneumatikken bruker vi elektrisk energi (magnetisme) for å stille om de pneumatiske retningsventilene. Dette gjør at vi får behov for å sette opp et elektrisk koplingsskjema. Dette kaller vi for et reléskjema. Komponentene vi benytter oss av for å lage skjemaet ser du under avsnittet om symboler. Reléspolene er vanligvis 24VDC, og skjemaene ligner på mange måter på styrestrømsskjema du kan lære mer om i el-energidelen. 4.2 Eksempler på elektropneumatiske kretser Elektropneumatisk styring av enkeltvirkende sylinder Denne kretsen er kanskje den enkleste formen for elektropneumatisk styring. Vi har en enkeltvirkende sylinder som styres av en 3/2 unistabil retningsventil. Magnetspolen Y1 er direkte operert av en startbryter, ikke ved hjelp av et relé. Når startbryteren S1 trykkes inn gjør sylinderen en plussbevegelse. Fjærkraften i sylinderen sørger for at sylinderen returnerer til minusstilling når vi slipper knappen. Figur 42: Pneumatikkskjema for enkeltvirkende sylinder Figur 43: Reléskjema for enkeltvirkende sylinder

36 Elektropneumatisk styring av dobbeltvirkende sylinder Dette eksempelet er mye likt det første, men er noe utvidet. Vi har benyttet en dobbeltvirkende sylinder, samt et relé, K1 Den går i plussretning når startknappen S1 aktiveres, og returnerer når vi slipper startknappen. I reléskjemaet ser vi at magnetspolen Y1 blir styrt av et relé, K1. Figur 44: Pneumatikkskjema til dobbeltvirkende sylinder Figur 45: Reléskjema til dobbeltvirkende sylinder Elektropneumatisk styring av dobbeltvirkende sylinder Svakheten med de to foregående eksemplene er at de umiddelbart returnerer til minusstilling når vi slipper startbryteren. Ved å benytte en bistabil retningsventil kan vi unngå dette. Figur 46: Dobbeltvirkende sylinder med bistabil retningsventil

37 Figur 47: Reléskjema for dobbeltvirkende sylinder med bistabil retningsventil Dobbeltvirkende sylinder med automatisk retur I denne sekvensen vil sylinderen automatisk utføre pluss- og minusbevegelse så lenge startknappen (1S1) er aktivert. Som vi ser av reléskjemaet er startbryteren med holdekonkakt. Ved aktivering vil derfor sekvensen fortsette å gå helt til bryteren blir deaktivert. Figur 48: Automatisk sekvens med dobbeltvirkende sylinder Figur 49: Reléskjema for automatisk sekvens

38 5 Anvendelse av pneumatiske anlegg 5.1 Fordeler og ulemper Trykkluft som energiform har mange fordeler. Noen av disse er: Den kan lagres på en tank klar til bruk Trykkluft er et raskt arbeidsmedium, gir raske bevegelser En av de få metodene vi har for å utføre rettlinjede bevegelser Miljøvennlig Luft er tilgjengelig overalt på jorda Brann- og eksplosjonssikkert Overbelastningssikkert Rimeligere enn hydraulikk Enkelt å utvide Gir mange muligheter innen automatisering HMS-vennlig sammenlignet med hydraulikk Lett å høre lekkasjer I eksplosjonsfarlige omgivelser (Ex-sone 0, 1 og 2) blir pneumatiske komponenter ofte foretrukket fremfor elektriske, siden de ikke er potensielle tennkilder. Særlig i petroleumsindustrien (offshoreplattformer, raffinerier og landterminaler) er pneumatikk benyttet, både til aktuatorer og til instrumentering. Noen ulemper med pneumatikk: Eksosluften og kompressoren er potensielle støykilder Har lavere trykk og gir dermed mindre kraft enn hydraulikk Luft komprimeres og dermed ingen mulighet til direkte kraftoverføring Luftsignaler svekkes over distanse 5.2 Drift og vedlikehold av pneumatiske anlegg Anbefalte vedlikeholdsrutiner kan variere fra anlegg til anlegg. Dette avhenger blant annet av bruken, hvilket utstyr som er valgt og hvordan anlegget er bygd opp. Å kontrollere kompressor og arbeidsorgan med jevne rutiner er fornuftig. Pneumatiske anlegg har den fordelen at lekkasjer er lett å høre. 5.3 Bruksområder Pneumatikk kan med fordel brukes der det trengs kjappe bevegelser for en rimelig penge. Pneumatikk har kraftbegrensning sett i forhold til hydraulikk, men er enklere og koble og mye billigere.