Π.Ε.Κ. ΙΩ Α ΝΝΙΝΩ Ν ΔΕΙΓ ΜΑΤΙΚ Η ΔΙΔΑ ΣΚ Α ΛΙΑ

Π.Ε.Κ. ΙΩ Α ΝΝΙΝΩ Ν ΔΕΙΓ ΜΑΤΙΚ Η ΔΙΔΑ ΣΚ Α ΛΙΑ ΦΥΛΟ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ Α υτο ματισμο ι & Συστή ματα Α υτο μάτο υ Ελ έγ χο υ Α τεύχο ς ΤΕΕ Α τάξη 2 ου κύκλου Τομεας Ηλεκτρολογικός Ειδικότητα: Εγκαταστάσεων Κτιρίων & Βιομηχανικών Χώρων - Λιγ ν ό ς Ι,Μπ ο υσλ η ς Π, Πο λ ίτη ς Γ, Χαμη λ ο θώ ρη ς Γ.- ΑΘΗΝΑ 2001 Εισαγωγή στα Πνευματικά Συστήματα Μιχ αή λ Δ. Μπουκουβάλας ηλεκτ/γος τεχν/γος μηχανικός ΠΕ 17 εκπ/κος 1ου ΤΕΕ Ιωαννίνων mihbouk@sch.gr

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα πνευματικά συστήματα είν αι μηχανισμοί που χρησιμοποιούν ως ενεργειακό μέσο τον πεπιεσμένο αέρα και έχουν τελικ ό αποτέλεσμα μηχανική κίνηση όπως π.χ. την παλινδρομική κίνηση ενός εμβόλου ή την περιστροφή ενός άξονα. Οι συμβατικοί μηχανισμοί χρησιμοποιούν αέρα μέσης π ίεση ς 1,5-12 ΑΤ. Σήμερα τα πνευματικά συστήματα μαζί με τα υδραυλικά που χρησιμοποιούν ως ενεργειακό μέσο υγρά, έχουν μεγάλες εφαρμογές στη βιομηχανία, πρέσες, μηχανήματα π λαστικ ώ ν, β αρ ιά βιομηχανία, κατασκευή εργαλειο-μηχανών, μεταλλοβιομηχανία, ανυψωτικά, χωματουργικά και αγροτικά μηχανήματα, οχήματα κλπ. Τα βασικότερα πλεονεκτήματα αυτώ ν τω ν συστημάτων είναι: Η ικανότητα να αναπτύσσουν μεγάλες δυνάμεις. 0 υψηλός λόγος δυνάμεως προς βάρος. Τα εξαρτήματα τους βρίσκονται εύκολα και είναι φθηνά. Έχουν εύκολη συντήρηση και επί τόπου, Δε ρυπαίνουν το περιβάλλον Τα μειονεκτήματα το υ αν τίθετα είν αι: Υψηλό κόστος παραγωγής πεπιεσμένου αέρα Το σήμα μεταδίδεται βραδύτερα απ' ό,τι το ηλεκτρικό Η δημιουργία μεγάλων δυνάμεων απαιτεί ογκώδεις και υψηλού κόστους πνευματικούς ενεργοποιητές Τα κύρια χαρακτηριστικά των πνευματικών συστημάτων είναι: η εύκολη αποθήκευση και μεταφορά ενέργειας εργάζονται με όλες τις συνθήκες περιβάλλοντος, ακόμη και σε χώρους που είναι επικίνδυνοι από φωτιές 2.Υλικά εξαρτήματα σταθμού παραγωγής πεπιεσμένου αέρος Το κύριο συγκρότημα μιας εγκατάστασης παραγωγής πεπιεσμένου αέρα είναι ο συμπιεστής.

Συμπιεστές είναι όλα τα μηχανήματα που μεταφέρουν αέρα, αέρια, ατμούς και επηρεάζουν τη σχέση πίεσης. Σχήμα 1: Διάφοροι τύποι εμβολοφόρων κινητών και σταθερών συμπιεστών Τους συμπιεστές τους δ ιακ ρίν ο υμε ως: εμβολοφόρους περιστροφικούς και συμπιεστές ροής. Οι συμπιεστές θα πρέπει να απορροφούν ψυχρό, ξηρό αέρα και ελεύθερο από σκόνη. 0 βαθμός καθαρότητας αέρα που απορροφούν είν αι κ αθο ρ ιστικ ό ς γ ια τη δ ιάρ κ εια ζωής ενός συμπιεστή, όπως επ ίση ς και η απορρόφηση θερμού και υγρού αέρα οδηγεί σε αυξημένη παραγωγή νερού συμπύκνωσης μετά τη συμπίεση του αέρα. 0 αεροθάλαμος ή συσσωρευτής αποτελεί μια αποθήκη αέρος γ ια ολόκληρο το δ ίκ τυο και συμβάλλει συμπληρωματικά στην ψύξη του πεπιεσμένου αέρα, ώστε να δ ιαχ ω ρ ίζ ο ν ται οι τυχόν συμπυκνώσεις. Συνδέεται απ' ευθείας στον συμπιεστή σε σειρ ά και θα πρέπει να εξ ισο ρ ρ ο π είτε προερχόμενες από το συμπιεστή κ ρ ο ύσεις π ίεση ς. Οι αγωγοί πεπιεσμένου αέρα έχουν εσωτερική διάμετρο, ανάλογα με την παροχή μερ ικ ά mm και μπορεί να είν αι από ελαστικ ό, συνθετική ύλη ή από μέταλλο. Οι σωλήνες αέρος συνήθως είν αι από σίδηρο, χαλκό, πολυαιθυλένιο, πολυουρεθάνη,τeflon, λάστιχ ο, σπ ιρ άλ αέρος και σωλήνας αέρος αλουμινίου, επενδεδυμένος εξωτερικά και εσωτερικά με πολυαιθυλένιο (ΑL ΡΕ). Το δ ίκ τυο αέρος μπορεί να είν αι σταθερό ή κ ιν η τό. Στο κ ιν η τό σωληνοδίκτυο χρησιμοποιούμε σπ ιρ άλ ή εύκαμπτο σωλήνα.

Σχήμα 2: Σωλήνες αέρος από διάφορα υλικά 0 πεπιεσμένος αέρας που λαμβάνεται από το δίκτυο, εκτός των ακαθαρσιών που μπορούν να φθάνουν μέσα στον πεπιεσμένο αέρα κατά την αναρρόφηση του συμπιεστή, π αίρ ν ει μαζί του και ακαθαρσίες από το δίκτυο τω ν σωλήνων, σκόνη, σκουριά. Ένα μέρος ακαθαρσιών κατακάθεται στο δοχείο συγκέντρωσης συμπυκνωμάτων. Τα πολύ μικ ρ ά κομμάτια όμως αιωρούνται στο ρεύμα του αέρα και δημιουργούν προβλήματα στα πνευματικά στο ιχ εία. Γ ιαυ τό ακ ρ ιβ ώ ς το λόγο χρησιμοποιούμε μια μονάδα συντήρησης, που αποτελείται από το φ ίλτρ ο, το ρυθμιστή και το λιπαντήρα, γ ια τον καθαρισμό, τη ρύθμιση και τη λίπ αν ση των πνευματικών στο ιχ είω ν. Το φ ίλτρ ο απαλλάσσει τον πεπιεσμένο αέρα από τις ακαθαρσίες και το νερό συμπύκνωσης. 0 ρυθμιστής διατηρεί σταθερή την π ίεση εργασίας, ανεξάρτητα από την συμπιεσμένη π ίεση του δικτύου και την κατανάλωση του αέρα. 0 λιπαντήρας τροφοδοτεί τις πνευματικές συσκευές με το λιπ αν τικ ό μέσο. Σχήμα 3: εξαρτήματα: ρυθμιστής με φίλτρο, συνδυασμοί φίλτρων, μονάδα προπαρασκευής, ρυθμιστής πίεσης, ηλεκτροβαλβίδες 0 πεπιεσμένος αέρας περιέχει υγρασία, η οποία σχηματίζει συμπυκνώματα μέσα στο δοχείο του αέρα στα ση μεία συγκέντρωσης τω ν αγωγών και γ ι' αυτό θα πρέπει να απομακρυνθεί. Η απομάκρυνση αυτή μπορεί να επιτευχθεί με τρ εις τρόπους:

ξήρανση με απορρόφηση ξήρανση με προσρόφηση ξήρανση με ψύξη. Σχήμα 4: εγκατάσταση διανομής πεπιεσμένου αέρα με αγωγό Υλ ικά εξαρτήματα πνευματικών συστημάτων Ένα απλό πνευματικό ή υδραυλικό σύστημα μπορεί να περιλαμβάνει μια αντλία, μια αποθήκη, μια βαλβίδα και έναν κ ύλιν δ ρ ο. Μ ερ ικ ά συστήματα μπορεί να περιλαμβάνουν δύο ή περισσότερες αν τλίες, βαλβίδες διαφόρων τύπων και κυλίνδρους γ ια διάφορες θέσεις εργασίας. Το πλήθος και το είδος των εξαρτημάτων μπορεί να συνδυασθεί κατά τρόπο, ώστε να δημιουργηθεί ένα πνευματικό ή υδραυλικό σύστημα γ ια οποιονδήποτε συνδυασμό κ ιν ή σεω ν και δυνάμεων απαιτείται. Για τη συγκρότηση των συστημάτων, ισχύουν οι παρακάτω γενικές αρχές: Απαραίτητο συστατικό του συστήματος είναι το έμβολο. Συνοδός του εμβόλου είναι η βαλβίδα ελέγχου. Η ενεργοποίηση της βαλβίδας ελέγχου γίνεται από τη βαλβίδα σήματος, έναρξης ή τερματισμού ή και από ηλεκτροπνευματική βαλβίδα. Βαλβίδες ελέγχου ροής ή ανεπίστροφες βαλβίδες παρεμβάλλονται μεταξύ εμβόλου, βαλβίδας ελέγχου ή βαλβίδας σήματος.

ΚΥΛΙΝΔΡΟΙ 0 κύλινδρος μετατρέπει την πνευματική ισχ ύ σε μηχανική ισχ ύ και αποτελεί το β ασικ ό εργαλείο γ ια ώθηση, έλξη, ανύψω ση βαρών, τροφοδότηση συσκευών, ενεργοποίηση μοχλών, μετατόπιση τεμαχ ίω ν, αυτοματισμό άλλων συστημάτω ν κλπ. Η παλινδρομική κίνηση επιτυγχάνεται με τον πεπιεσμένο αέρα. Σχήμα 5: Γενική μορφή ενός κυλίνδρου Συμβολισμός κυλίνδρων (ΐ) (5) (3Ϊ Σχήμα 6: Συμβολισμός κυλίνδρων 1. Κύλινδρος απλής ενέργειας 2. Κύλινδρος απλής ενέργειας με οπή αποπίεσης και ελατήριο επαναφοράς 3. Κύλινδρος διπλής ενέργειας, με απλό βάκτρο 4. Κύλινδρος διπλής ενέργειας, με διπλό βάκτρο 5. Κύλινδρος διπλής ενέργειας, με ενισχυμένο βάκτρο 6. Διπλός κύλινδρος, διπλής ενέργειας, (Tandem)

Οι κύλινδροι κατατάσσονται σε τρ εις κ ατη γ ο ρ ίες: απλής ενέργειας διπλής ενέργειας ειδικούς κυλίνδρους Κύλινδρος απλής ενέργειας 0 κύλινδρος πεπιεσμένου αέρα απλής ενέργειας μπορεί να πραγματοποιήσει έργο μόνο προς μια κατεύθυνση. Η έξοδος του άξονα ή η είσοδός του γίνεται με τη βοήθεια πεπιεσμένου αέρα. Η αντίθετη διαδρομή γίνεται από άλλη δύναμη π.χ. ελατήριο, βάρος. / Σχήμα 8: Πνευματικός κύλινδρος απλής ενέργειας, 1 και 2 στόμια αέρος, 3 ελατήριο, 4 χώρος συμπίεσης ελατηρίου, 5 στεγάνωση

0 πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται από το στό μιο 1 και ανακουφίζεται από το στό μιο 2. Το έμβολο κ ιν είται και το ελατή ρ ιο συμπιέζεται.όταν ο πεπιεσμένοε αέρας ανακουφισθεί από τη δίοδο λόγω του ελατηρίου, το έμβολο θα επανέλθει στην αρ χ ικ ή του θέση. Συνήθως στο άκρο του βάκτρου υπάρχει σπ είρ ω μα γ ια σύνδεση με μεταλλικό αν τικ είμενο. Οι κύλινδροι απλής ενέργειας υπάρχουν σε αρκετές μορφές. Μ ια από αυτές είν αι ο "κύλινδρος διαφράγματος (μεμβράνης) ή "κύλινδρος μεμβράνης με π ερ ιτύ λιξ η ". Κύλινδρος διπλής ενέργειας 0 κύλινδρος πεπιεσμένου αέρα διπλής ενέργειας μπορεί να παράγει έργο και στις δύο κατευθύνσεις κίνησης. 0 κύλινδρος αυτός χ ρ η σιμο π ο ιείται περισσότερο από όλα τα άλλα είδη, διότι η λειτο υ ρ γ ία του είν αι δυνατή και προς τις δύο κατευθύνσεις του εμβόλου, γ ια δ ιάμετρ ο εμβόλου μεγαλύτερης των 200 mm και γ ια διαδρομή βάκτρου μεγαλύτερης τω ν 100 mm. Γ ια να αποφύγουμε την πρόσκρουση του εμβόλου επί των κεφαλών του κυλίνδρου, χρησιμοποιούμε δ ιατάξ ε ις επιβράδυνσης ή αποσβεστήρες. Σχήμα 9: Πνευματικός κύλινδρος διπλής ενεργείας Στο σχήμα φαίνεται η τομή ενός κυλίνδρου με δ ιπ λό ρυθμιζόμενο αποσβεστήρα. Το βάκτρο συνδέεται με το έμβολο, σε κάθε άκρο του οποίου υπάρχουν οι σω λήνες. Υπάρχουν επ ίση ς και στεγανωτικά στο ιχ εία. 0 στραγγαλιστής, ρυθμίζεται με μεταβολή του διακένου διαφυγής μέσω ρυθμιστικού κοχλία.

Α. Βαλβίδες σημάτων ή διόδου Β αλβ ίδ ες σημάτων παρέχουν μικ ρ ή ποσότητα πεπιεσμένου αέρα, που ενεργοποιούν τις βαλβίδες ελέγχου. Οι βαλβίδες σημάτων είν αι συνήθως τρ ιο δ ικ ές (3/2) και έχουν τρ εις (3) διόδους και δύο (2) θέσεις και είν αι γνωστές στο εμπ ό ρ ιο ως βαλβίδες 3/2. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η χρήση μιας τριοδικής βαλβίδας σήματος, που ενεργοποιεί μια βαλβίδα ελέγχου, που επιστρέφει το βάκτρο του εμβόλου αέρος. Σχήμα 11: Τριοδική βαλβίδα σήματος Με το μοχλό της βαλβίδας ελέγχου 1-4 ενεργοποιείται ο κύλινδρος. Εκτείνεται το βάκτρο, ακουμπά το μοχλό του οριοδιακόπτη (βαλβίδα σήματος) και τότε από τη δίοδο 1-2 παρέχει πεπιεσμένο αέρα (σήμα) στη θέση 12 της βαλβίδας ελέγχου, αλλάζει κατάσταση και μέσω της διόδου 1-2, το βάκτρο συμπτύσσεται. Η εκτόνωση του σήματος γίνεται από τη διαδρομή 2-3 στην ατμόσφαιρα. Οι τριοδικές βαλβίδες συμβολίζονται ως: 2ή Α Ιή Ρ Σχήμα 12: Τριοδική βαλβίδα Κάθε τετράγωνο υποδεικνύει μια θέση εργασίας. Είσοδος πίεσης στη δίοδο ΙήΡ Είσοδος από δέκτη σήματοε στη δίοδο2 ή Α Γραμμή εκτόνωσης αέρα δίοδος 3 ή Κ

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η λειτουργία της τριοδικής βαλβίδας σε λειτουργία ανοίγματος και κλεισίματος. Β -Α Σχήμα 13: Τρίοδος βαλβίδα σε άνοιγμα και κλείσιμο Η τρίοδος αποτελεί το βασικό στοιχείο του μηχανισμού κατεύθυνσης ενός κυλίνδρου απλής ενέργειας. 0 κύλινδρο διπλής ενέργειας, οδηγείται με δύο τρίοδες βαλβίδες ή μια βαλβίδα τεσσάρων διόδων. Συνήθως οι βαλβίδες 3/2 σημάτων είναι κανονικά κλειστές και έχουν ελατήριο επαναφοράς, δ ιό τι η χρήση του ανοίγματος είναι στιγμιαία. Οι 3/2 βαλβίδες κατασκευάζονται σε τρεις τύπους: Βαλβίδες με έδρες Βαλβίδες με σύρτη ή έμβολο Βαλβίδες μεικτές Β. Βαλβίδες ελέγχου Ο ι πενταοδικές ή 5/2 - βαλβίδες χρησιμοποιούνται συνήθως ως βαλβίδες ελέγχου. Το σύμβολοτους είν αι: 4ήΒ 2ήΑ 1ήΡ Σχήμα 15: 5/2 βαλβίδα ^11.1/

Είσοδος πίεσης στη δίοδο 1 ή Ρ Γραμμές εργασίας στη δίοδο 2,4 ή Α, Β Γραμμές εκτόνωσης αέρα στη δίοδο 3 ή Κ Γραμμές ελέγχου δίοδο 12 ή Χ Οι δίοδοι 3 και 5 μένουν ελεύθερες και ονομάζονται ανακουφίσει. 0 έλεγχος των βαλβίδων γίνεται με τους εξής τρόπους: Χειροκίνητα Μηχανικά Ηλεκτρικά Με πίεση ή συνδυασμό των διαφόρων μηχανισμών λειτουργίας των βαλβίδων, π.χ. πνευματικά σήματα και ελατήρια επαναφοράς. 4ήΒ 2ήΑ

Η κατάταξη τ ων βαλβίδων γίνεται σύμφω να με το μέγεθος των διόδων, το οποίο είν αι κατάλληλο γ ια συγκεκριμένη παροχή αέρος.έτσι υπάρχουν βαλβίδες με μέγεθος σε ίν τσες: 1/8,1/4, 3/8,1/2, 3/4,1. Γ ια να επιτευχθεί η κίνηση του εμβόλου αέρος με αργή ή γρήγορη κίνηση, πρέπει να επιλεγεί η αν τίστο ιχ η βαλβίδα ελέγχου. Αυτή θα πρέπει να είν αι μικρότερη κατά μια στάθμη από τη δ ιάμετρ ο των διόδων του εμβόλου γ ια αργή κίνηση ή μεγαλύτερη κατά μια στάθμη τω ν διόδων του εμβόλου γ ια γρήγορη κίνηση. ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ & ΥΛΙΚΑ ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΜΠΟΥΤΟΝ ΧΡΟΝΙΚΟΙ ΔΙΑ ΚΟΠΤΕΣ ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΕΣ ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΑΝΤΕΠΙΣΤΡΟΦΗΣ ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΙΕΣΗΣ

Παραδείγματα Βασικών Κυκλωμάτων Έλεγχος ενός Κυλίνδρου Απλής Ενέργειας Πρόβλημα: Το έμβολο ενός κυλίνδρου απλής ενέργειας πρέπει να εκταθεί όταν ένα μπουτόν ενεργοποιηθεί. Ελευθερώνοντας το μπουτόν, ο κύλινδρος πρέπει να επιστρέψει πίσω στην αρχική του θέση. Λύση: Σχήμα 24 Όταν η βαλβίδα 3/2 ενεργοποιηθεί, ο αέρας ρέει από Ρ >Α ενώ ταυτόχρονα κλείνει η δίοδος εξαέρωσης Κ. Όταν το μπουτόν ελευθερωθεί, η βαλβίδα επανέρχεται στην αρ χ ικ ή της θέση διαμέσου του ελατηρίου. Ο πεπιεσμένος αέρας που β ρ ίσκ εται στον κύλινδρο και στη σωληνογραμμή εξαερώνεται από το Α >Κ, ενώ ταυτόχρονα η δίοδος Ρ κλείνει. Έλεγχος ενός Κυλίνδρου Διπλής Ενέργειας Πρόβλημα: Λύση: Το έμβολο ενός κυλίνδρου διπλής ενέργειας πρέπει να εκταθεί όταν ένα μπουτόν ενεργοποιηθεί. Ελευθερώνοντας το μπουτόν ο κύλινδρος πρέπει να επιστρέψει π ίσω στην αρ χ ικ ή του θέση. 1.0 Σχήμα 25

Ένας κύλινδρος διπλής ενέργειαε μπορεί να αντιστραφεί χρησιμοποιώντας μία βαλβίδα 4/2 ή μια βαλβίδα 5/2. Στην κανονική της θέση μια βαλβίδα 4/2 έχει την εξής λειτο υρ γ ία: το Ρ συνδέεται με το Β και το Α συνδέεται με το Κ. Ενεργοποιώντας το μπουτόν η βαλβίδα αντιστρέφεται δηλαδή το Ρ συνδέεται με το Α και το Β με το Ρ. Επομένως ο κύλινδρος από τη θέση σύμπτυξης πηγαίνει στη θέση έκτασης. Στην κανονική της θέση μία βαλβίδα 5/2 έχει την εξής λειτο υρ γ ία: το Ρ συνδέεται με το Β και το Α με το Ρ \. Ενεργοποιώντας το μπουτόν η βαλβίδα αντιστρέφεται δηλαδή το Ρ συνδέεται με το Α και το Β με το δ. Επομένως ο κύλινδρος από τη θέση σύμπτυξης πηγαίνει στη θέση έκτασης Έλεγχος με Βαλβίδα Δύο Πιέσεων (AND) κ αι Συνδεση σε Σειρά Πρόβλημα: Το έμβολο ενός κυλίνδρου απλής ενέργειας πρέπει να εκταθεί μόνο όταν ενεργοποιηθούν δύο βαλβίδες 3/2. Λύση: α) Βαλβίδα δύο πιέσεων (βαλβίδα AND) Σχήμα 9.26 α) Ενεργοποίηση των βαλβίδων 1.2 και 1.4 παράγει σήματα στις διόδους Χ και Υ της βαλβίδας δύο πιέσεων (1.6) κ αι επομένως πεπιεσμένοε αέρας εφαρμόζεται στον κύλινδρο. Ι

β) Γ ια την εκκίνηση του κυλίνδρου απλής ενέργειας πρέπει να ενεργοποιηθούν οι βαλβίδες 1.2 και 1.4 οι οποίες είν αι συνδεδεμένες σε σειρ ά. γ) Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να ενεργοποιηθούν και οι δύο βαλβίδες 1.2 και 1.4. Η βαλβίδα 1.6 εκτελεί τη λειτο υ ρ γ ία ΚΑΙ (ΑΝD ). Η βαλβίδα 1.6 ενεργοποιείται από τη βαλβίδα 1.2 μέσω της διόδου ελέγχου Ζ ενώ ο πεπιεσμένοε αέρας ρέει από τη βαλβίδα 1.4 διαμέσου της διόδου Ρ της βαλβίδας 1.6. ι*υ.ι/